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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft versiegelte Verglasungseinheiten
mit lichtdurchlässigem
(transluzentem) Glas, die ein absorptionsfähiges Füllmittel enthalten. Genauer
betrifft die vorliegende Erfindung ein System für den Druckausgleich und zum
Trocknen derartiger versiegelter lichtdurchlässiger Verglasungseinheiten.
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Hintergrund
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Verglasungseinheiten
werden üblicherweise
eingesetzt, um Öffnungen
in Gebäuden
zu verglasen, jedoch müssen
derartige Einheiten mit äußerster
Sorgfalt aufgebaut werden, um zu verhindern, dass sich Kondensation
aufbaut, deren Vorhandensein als nachteilig für die Funktionsweise des Verglasungssystems
betrachtet wird, aus Gründen
der Ästhetik,
wegen des Wachsens von Schimmel und Algen und Beeinträchtigungen
der Sicht und des Lichtdurchlässigkeitsvermögens.
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Vor
der umfassenden Einführung
versiegelter isolierter Glaseinheiten waren die meisten Fenster
Einzelverglasungen. In kalten Klimagebieten war es üblich, ein
entfernbares 'Sturmfenster' oder eine zweite
Verglasungsschicht in einem Holzrahmensystem zu haben, das/die über die
Außenseite
eines einzeln verglasten Fensters im Herbst eingebaut und im Frühling entfernt
wurde. Der Luftspalt zwischen den beiden Verglasungen wurde nach
außen
(zur kalten Seite hin) durch Löcher
in der unteren vorderen Fläche
des Fensters belüftet.
Es war typisch, mehrere Löcher
zu verwenden, jedes mit einem Durchmesser von einem Zoll (2.54 cm) oder
mehr. Durch Verbinden des Luftspaltes mit der Außenumgebung, in der die Luft
kälter
ist und eine geringere absolute Feuchtigkeit hat, wurde die Kondensation
auf der Innenfläche
des kalten Außenglases
minimiert.
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Die
Industrie hat sich seitdem zu versiegelten Verglasungseinheiten
bewegt. Die herkömmliche
isolierte Glaseinheit ist aus zwei Glasscheiben aufgebaut, umgeben
von einem Abstandhalter, der typischerweise mit einem Trocknungsmittel
gefüllt
ist, und abgedeckt durch ein organisches Dichtmittel mit einem geringen Diffusionsvermögen für Feuchtigkeit
und Dampf. Die innen liegende Kante des Abstandhalters ist perforiert,
so dass das Trocknungsmittel darin die Luft im Inneren der Einheit
trocknet, was Kondensation verhindert. Es gibt eine geringe, jedoch
endliche Diffusion von Feuchtigkeit durch das Dichtmittel, und typischerweise
dauert es bei diesen Systemen zwei oder mehr Jahrzehnte, bevor interne
Kondensation auftritt. Sollte die Dichtung jedoch versagen (typischerweise
ist es die Bindung zwischen dem Glas und dem Dichtmittel, die versagt),
dann 'atmet' die Einheit Außenluft
als Ergebnis natürlicher
Druckänderungen,
die durch tägliche
Temperaturänderungen
hervorgerufen werden, und die eingetragene Feuchtigkeit sättigt das
Trocknungsmittel schnell, was zu interner Kondensation führt, und
dies definiert den Ausfall der Einheit.
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Wie
es in der Industrie bekannt ist, gibt es zwei Haupttypen von Glaseinheiten,
die in Verglasungseinheiten verwendet werden: durchsichtig (transparent)
und lichtdurchlässig
(transluzent).
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Sichtverglasungseinheiten
haben Probleme, die für
sie einzigartig sind. Sichtverglasungseinheiten enthalten Trocknungsmittel,
um Kondensation in dem Zwischenraum zwischen den Glasscheiben zu
verhindern. In bergigen Gegenden zum Beispiel, wenn der Höhenunterschied
zwischen dem Ort, an dem eine isolierte Glaseinheit hergestellt
wird, und dem Ort, an dem sie eingebaut wird, groß genug
ist, könnte
der Druckunterschied die Dichtungen belasten oder beschädigen oder
das Glas brechen, typischerweise während des Transports. Um diesem
zu begegnen, werden manchmal Kapillarröhren verwendet, um für einen
zeitweiligen Druckausgleich für
isolierte Glaseinheiten zu sorgen. Der Standard in Nordamerika ist
ein Röhrchen
aus rostfreiem Stahl, 12 Zoll (ca. 30 cm) lang und mit einem Innendurchmesser
von 0.020 Zoll (ca. 0.05 cm), das durch die Dichtung im Umfangsbereich
gebracht wird, um einen gesteuerten Strömungsweg zwischen dem Innenraum
und der Außenumgebung
einzurichten. Die Einheiten werden dann verschickt und können über einen Tag
oder länger
einen Druckausgleich durchführen,
dann werden die Röhrchen
verquetscht, um die Einheit wieder in einen voll versiegelten Zustand überzuführen. Obwohl
es aus bestimmten Gründen
vorteilhaft sein kann, das Röhrchen
offen zu lassen (weniger Belastung auf Glas und Dichtungen, wenn
sich die Druckdifferenz ändert),
lehrt die technische Literatur, dass, wenn es offen gelassen wird,
der Luftstrom ausreichend Feuchtigkeit eintragen wird, um das Trocknungsmittel
in einer relativ kurzen Zeitdauer zu sättigen, was zu dem feuchtigkeitsbezogenen
Ausfall der Einheit führt.
Dieser Zugang von Feuchtigkeit wird das Füllmittel mit Feuchtigkeit viel
schneller belasten, als wenn die Einheit vollständig versiegelt wäre.
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Das
Belüften
einer Sichtglaseinheit ohne ein Trocknungsmittel ist keine Option,
da unter bestimmten Umständen
dann etwas Kondensation auftreten wird. Sichtglaseinheiten sind
besonders empfindlich gegenüber
Kondensation, da die Glasscheiben transparent sind und die Kondensation
sehr offensichtlich wird.
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Wenn
eine gewöhnliche
Sichtglaseinheit, die Trocknungsmittel im inneren Luftraum enthält, belüftet wird,
wird das Trocknungsmittel die Luft innerhalb der Einheit trockener
halten, bis es an seine Kapazität
heran absorbiert hat. Da übliche
Trocknungsmittel in zwei Richtungen arbeiten, wirkt das Trocknungsmittel
zunächst als
eine Feuchtigkeitssenke. Mit anderen Worten wirkt das Trocknungsmittel
so, dass es die Einheit auf eine relative Feuchtigkeit ins Gleichgewicht
bringt, so dass, wenn eine Scheibe kalt wird (z. B. während eines
Winterabends), Wasser auf der Scheibe kondensieren wird. Dies verringert
die relative Feuchtigkeit in der Einheit, was wiederum weitere Feuchtigkeit
aus dem Trocknungsmittel herauszieht. Die Einheit kondensiert dann
weiter, was zu einer tatsächlich
nass aussehenden Einheit führt.
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Jedwede
Glaseinheit, die versiegelt ist, wird einer internen Druckänderung
im Glas und „Kissen” als Antwort
unterliegen. Die Größe der Bewegung
des Glases, die erforderlich ist, um die Druckänderung zu entlasten, ist direkt
proportional zur Dicke der Einheit. Die Länge oder Breite der Einheit
ist von nachrangiger Wichtigkeit. In der Abfolge von Tag zu Tag
kann Glas leicht dieser Druckänderung
begegnen, wenn der Abstand zwischen den Scheiben 0.5 Zoll (12.7
cm) beträgt.
Bei einem Zoll (2.54 cm) oder darüber tritt Glasbruch auf, da
es eine größere Menge
an Luft in der Einheit gibt, die sich ausdehnt, wenn sie erwärmt wird,
und selbst wenn kein Bruch auftritt, gibt es einen daraus herrührenden
Zuwachs an Belastung auf die Dichtungen, der zu einer höheren Häufigkeit
des Ausfalls der Dichtung führt.
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Die
Anmelderin kennt eine Firma namens Vision Wall, die eine Sichtglaseinheit
mit großer
Dicke herstellt, mit einem Spalt von ungefähr 2.5 Zoll (ca. 6.35 cm).
Diese Einheiten müssen
belüftet
werden, um Druckdifferenzen zu entlasten, und dies geschieht durch
Rohrwerk und eine große
austauschbare Belüftungskassette,
die voll Trocknungsmittel ist (anstatt dass sich das Trocknungsmittel
in dem Zwischenraum der Verglasung befindet, wie bei normalen Einheiten).
Dies hält
nach innen strömende
Luft trocken, bis, nach etwas einem Jahrzehnt, das Trocknungsmittel
seine Kapazität
erreicht und als Teil einer regelmäßigen Wartung ersetzt werden
muss.
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Ein
Unterschied zwischen Sichtverglasungseinheiten und lichtdurchlässigen Verglasungseinheiten
ist, dass eine lichtdurchlässige
Verglasung absorptionsfähiges
Füllmaterial
in dem Spalt oder dem Zwischenraum zwischen den Scheiben enthält. Dies ändert die
Physik des Systems und ermöglicht
unterschiedliche Ansätze für die Steuerung
der Kondensation. Lichtdurchlässige
Einheiten sind typischerweise dicker, um dem Vorhandensein dieses
Füllmittels
zu begegnen, und es wird in der Industrie verstanden, dass der größere Spalt
die Anforderung einer Belüftung
einführen
kann.
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Mit
Bezug auf 1 hat die lichtdurchlässige Verglasungseinheit
SoleraTM (von der Anmelderin hergestellt)
typischerweise einen Spalt von 2.5 Zoll (6.38 cm) zwischen den beiden
Glasscheiben 100a und 100b, der durch einen Abstandhalter 100 gehalten
wird, der dem Fünffachen
des Industriestandards entspricht. Der Spalt enthält absorptionsfähiges Füllmittel 130.
Diese Einheiten werden oft brechen, wenn sie durch Dichtmittel 120 vollständig abgedichtet
sind. Es ist in der Industrie allgemein akzeptiert, dass Spalte
kleiner als 1 Zoll (2.54 cm) 'normal
und abdichtbar' sind,
während
ein Spalt größer als
1 Zoll (2.54 cm) als dick und Belüftung erfordernd betrachtet
wird.
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Ein
weiterer Unterschied zwischen Sichtverglasungseinheiten und lichtdurchlässigen Verglasungseinheiten
besteht darin, dass das absorptionsfähige Füllmittel in dem Zwischenraum
etwas Energie aus dem Sonnenlicht absorbieren wird, so dass der
Temperaturzyklus verlängert
und die Notwendigkeit einer Belüftung
erhöht
wird. Die absorptionsfähigen
Materialien absorbieren und desorbieren Feuchtigkeit außerdem,
wenn sich Temperatur und Feuchtigkeit ändern.
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Der
Standardansatz, um die Probleme anzusprechen, die mit lichtdurchlässigen Verglasungseinheiten verknüpft sind,
besteht darin, Einheiten mit Spalten zu bauen, die typischerweise
in der Größenordnung
von 0.5 Zoll (1.27 cm) liegen, die Einheit vollständig zu
versiegeln und ausreichend Trocknungsmittel in den Spalt am Umfangsbereich
einzufüllen,
um das meiste der Feuchtigkeit aus der anfänglichen „Luftfüllung” rauszuziehen, mit überschüssiger Kapazität, um die
Feuchtigkeit aufzusaugen, die langsam aber unvermeidbar durch die
Polymerdichtungen diffundiert. Jedoch hat diese Lösung eine
Anzahl von Nachteilen. Zunächst
sind diese Einheiten meistens auf Spalte kleiner als 1 Zoll (2.54
cm) beschränkt.
Zweitens ist die Lebensdauer der Einheit endlich, da Diffusion auftreten
wird. Drittens ist dieser Aufbau extrem empfindlich gegenüber dem
leichtesten Ausfall der Dichtung. Zum Beispiel kann eine geringere
Verunreinigung beispielsweise von einem Fingerabdruck auf dem Glas
dort, wo das Dichtmittel anliegt, einen Ausfall hervorrufen. Viertens
kann zu bestimmten Tageszeiten eine sichtbare kissenbildende 'Verzerrung' auf reflektiv beschichteten
Einheiten beobachtet werden, was für einige Architekten die Ästhetik
ruiniert. Fünftens
wird die Glasbelastung erhöht,
was das statistische Auftreten von Bruch erhöht.
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Wieder
mit Bezug auf die 1, geschieht typischerweise
bei lichtdurchlässigen
Verglasungseinheiten das Belüften
durch Verbinden des Innenraumes des Abstandhalters mit dem Zwischenraum
innerhalb des Rahmens durch ein Kapillarrohr 140. Jedoch
hatte dieses System wenig oder keine Möglichkeit, ein Feuchtigkeitsdifferential
zu halten, so dass das Innere im Mittel trockener war als der Zwischenraum
innerhalb des Rahmens. Das Ergebnis ist, dass Kondensation bei Übergangszuständen auftreten
kann (üblicherweise
bei einer plötzlichen
Wetteränderung
mit schnellem Abkühlen),
was in der Industrie als nicht akzeptabel betrachtet wird.
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Zusammenfassung
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Aus
den oben beschriebenen Gründen
ist das Belüften
bei versiegelten lichtdurchlässigen
Glaseinheiten notwendig, und das Belüften mit einem Trocknungsmittel
beschränkt
die Lebensdauer der Einheit. Bis jetzt hat das Belüften ohne
Trocknungsmittel nicht zu angemessenen Ergebnissen geführt. Jedoch
haben die Erfinder hier einen Weg entdeckt, um ein Belüftungssystem
in einer lichtdurchlässigen
Verglasungseinheit zur Verfügung
zu stellen, das die Einheit ohne den Einsatz von Trocknungsmittel
frei von Kondensation hält.
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In
einer grundlegenden Form haben die Erfinder entdeckt, dass in einer
lichtdurchlässigen
versiegelten Verglasungseinheit der mit absorptionsfähigem Material
gefüllte
Zwischenraum vorhersagbare Wechsel der Temperatur und Feuchtigkeit
erfährt,
und wenn die Einheit von dem Verglasungszwischenraum nach außerhalb
der Einheit mit der richtigen Zeitkonstante belüftet wird, wird die Einheit
trocken bleiben und den Aufbau von Feuchtigkeit vermeiden, ebenso
wie sichtbare Kondensation.
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Somit
stellt das System gemäß der Erfindung
ein Verfahren zum Belüften
einer lichtdurchlässigen
Verglasungseinheit zur Verfügung,
das Kondensation vermeidet.
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Nach
einem Aspekt kann die Erfindung eine versiegelte lichtdurchlässige Verglasungseinheit
zur Verfügung
stellen, die aufweist: zwei Scheiben aus lichtdurchlässigem Glas,
die voneinander beabstandet sind, um einen Spalt zu definieren;
ein Füllmittel
in dem Spalt, wobei das Füllmittel
aus einem absorptionsfähigen Material
hergestellt ist, das Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, so dass
das Füllmittel
Feuchtigkeit aus der Luft absorbiert, wenn es sich abkühlt, und
Feuchtigkeit an die Luft abgibt, wenn es sich erwärmt; einen
Abstandhalter um den Umfangsbereich der Einheit, um die Einheit
zu versiegeln und den Spalt zu halten; und ein Lüftungsröhrchen, das durch den Abstandhalter
angeordnet ist, wobei ein Ende offen zu dem Füllmittel und ein Ende offen
zur Außenumgebung
ist, so dass Luft durch das Röhrchen
aus dem Spalt in die Außenumgebung strömt, wenn
das Füllmittel
erwärmt
wird, und Luft durch das Röhrchen
aus der Außenumgebung
in den Spalt strömt,
wenn das Füllmittel
gekühlt
wird, wobei das Röhrchen
so bemessen ist, dass es den gesteuerten Luftstrom entsprechend
einer vorbestimmten Zeitkonstante hält; wobei das natürliche Feuchtigkeitsgleichgewicht der
Einheit aufrechterhalten wird.
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Nach
einem weiteren Aspekt kann die Erfindung eine versiegelte lichtdurchlässige Verglasungseinheit zur
Verfügung
stellen, die aufweist: zwei Scheiben aus lichtdurchlässigem Glas,
die voneinander beabstandet sind, um einen Spalt zu definieren;
ein Füllmittel
in dem Spalt, wobei der Füller
aus einem absorptionsfähigen Material
hergestellt ist, das Temperaturschwankungen ausgesetzt wird, so
dass das Füllmittel
Feuchtigkeit aus der Luft absorbiert, wenn es sich abkühlt und
Feuchtigkeit an die Luft abgibt, wenn es sich erwärmt; einen
Abstandhalter um den Umfangsbereich der Einheit, um die Einheit
abzudichten und den Spalt zu halten; und ein Lüftungsröhrchen, das so angeordnet ist,
dass ein Ende zu dem Füllmittel
offen ist und ein Ende zur Außenumgebung
offen ist.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer versiegelten lichtdurchlässigen Verglasungseinheit
weist auf: Bereitstellen zweier Scheiben aus lichtdurchlässigem Glas,
die voneinander beabstandet sind, um einen Spalt zu definieren;
Bringen eines absorptionsfähigen
Füllmittels
in den Spalt; Anordnen eines Abstandhalters um den Umfangsbereich
der Einheit, um die Einheit abzudichten und den Spalt zu halten;
und Anordnen eines Lüftungsröhrchens
durch den Abstandhalter, wobei ein Ende offen zu dem Füllmittel
ist und ein Ende offen zur Außenumgebung
ist, so dass Luft durch das Röhrchen
von dem Spalt in die Außenumgebung
strömt,
wenn das Füllmittel
erwärmt
wird, und Luft durch das Röhrchen
aus der Außenumgebung
in den Spalt strömt,
wenn das Füllmittel
abgekühlt
wird; wobei das natürliche
Feuchtigkeitsgleichgewicht der Einheit aufrechterhalten wird.
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Darüber hinaus
wird ein Verfahren zum Trocknen einer versiegelten lichtdurchlässigen Verglasungseinheit
zur Verfügung
gestellt, wobei die Einheit aufweist: zwei Scheiben aus lichtdurchlässigem Glas,
die voneinander beabstandet sind, um einen Spalt zu definieren;
ein absorptionsfähiges
Füllmittel
in dem Spalt; einen Abstandhalter um den Umfangsbereich der Einheit,
um die Einheit zu versiegeln und den Spalt zu halten; und ein Lüftungsröhrchen,
das innerhalb des Abstandhalters angeordnet ist, wobei ein Ende
zu dem Füllmittel
offen und ein Ende zu einer Außenumgebung
offen ist; wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Aussetzen
des Füllmittels
der externen Temperaturschwankung, so dass das Füllmittel Feuchtigkeit aus der
Luft absorbiert, wenn es sich abkühlt, und Feuchtigkeit an die
Luft abgibt, wenn es sich erwärmt,
so dass Luft durch das Röhrchen
aus dem Spalt in die Außenumgebung
strömt,
wenn erwärmt
wird, und Luft durch das Röhrchen
aus der Außenumgebung
in den Spalt strömt,
wenn es gekühlt
wird, wobei das Röhrchen
so bemessen ist, dass es einen gesteuerten Luftstrom entsprechend
einer vorbestimmten Zeitkonstante aufrecht erhält; so dass die Einheit getrocknet
wird.
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Es
gibt viele Vorteile beim Verwenden dieses Verfahrens. Zunächst wird
das System zu Einheiten führen,
die trockener sind als lichtdurchlässige Einheiten, die belüftet werden,
indem der Abstandhalter mit dem Zwischenraum im Rahmen verbunden
wird, so dass Übergangskondensation
verhindert wird, die in über
Abstandhalter belüfteten
Einheiten erfahren wird. Dieses System wird auch unendliche lange
halten, anders als auf Trocknungsmittel basierende Systeme und das
belüftete
System kann so gebaut werden, dass Kissenbildung und Belastung auf
die Dichtungen verringert wird, typischerweise um einen Faktor 5,
so dass der Ausfall der Dichtung und das statistische Auftreten
des Glasbruchs verringert werden.
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Weitere
Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen
der Erfindung werden den Durchschnittsfachleuten bei einer Durchsicht
der folgenden Beschreibung schnell deutlich werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, wobei:
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1 eine
Draufsicht auf eine lichtdurchlässige,
versiegelte Verglasungseinheit veranschaulicht, die auf dem Gebiet
bekannt ist; und
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2a und 2b eine
lichtdurchlässige
Verglasungseinheit mit einem Belüftungsröhrchen gemäß den Lehren
dieser Erfindung veranschaulichen.
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Diese
Erfindung wird nun in Einzelheiten mit Bezug auf bestimmte repräsentative
Ausführungsformen beschrieben,
wobei die Materialien, Vorrichtungen und Prozessschritte als Beispiele
verstanden werden, die als lediglich veranschaulichend gedacht sind.
Insbesondere ist die Erfindung nicht so gedacht, dass sie auf die Verfahren,
Materialien, Bedingungen, Prozessparameter, Vorrichtungen und dergleichen
beschränkt
ist, die spezifisch hierin genannt sind.
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Genaue Beschreibung der offenbarten
Ausführungsformen
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Mit
Bezug auf 2a ist eine Draufsicht auf eine
versiegelte lichtdurchlässige
Glaseinheit 11 entsprechend den Lehren dieser Erfindung
gezeigt. Die Einheit 11 hat einen großen Spalt 10 zwischen
zwei lichtdurchlässigen
Glasscheiben 15, 20. Der Spalt 10 könnte ungefähr 2.5 Zoll
(6.38 cm) betragen. Der Spalt 10 wird von einem Abstandhalter 22 um
den Umfangsbereich der Glasscheiben gehalten. Der Spalt oder Zwischenraum 10 ist
mit einem Füllmittel 30 aus
absorptionsfähigem
Material gefüllt.
Die Einheiten 11 haben eine Umfangsdichtung 23.
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Der
große
Spalt 10 stellt ein wesentliches Problem dar, das in der
Industrie gut verstanden ist. Bei einer versiegelten Einheit 11 verursacht
die Druckdifferenz, die durch Änderungen
in Temperatur und atmosphärischem
Druck erzeugt werden, Belastung und Deformation der Glasscheiben 15, 20 (d.
h. ein positiver Innendruck wird eine Kissenbildung des Glases hervorrufen).
Bei sehr kleinen Einheiten hat Glas ein relativ geringes Aspektverhältnis (Breite
oder Länge
dividiert durch Dicke) und ist relativ starr und kann einen wesentlichen Druck
ohne Schädigung
ertragen. Wenn die Einheiten größer werden,
biegt sich das Glas, so dass das Innenvolumen erhöht wird
und der Innendruck verringert wird, bis ein Gleichgewicht erreicht
ist. Gleiche jedoch entgegengesetzte Belastungen und Bewegung treten
für negative
Drücke
auf. Mit einem Spalt in der Größenordnung
von 0.5 Zoll (1.27 cm) kann Glas in Einheiten, groß oder klein,
den Kräften
der Ausdehnung und des Zusammenziehens ohne Bruch widerstehen. Einheiten
mit einem Spalt von 2.5 Zoll (6.38 cm) jedoch erfahren eine fünffache
Belastung, die ausreichen kann, um das Glas zu brechen.
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Aus
den oben diskutierten Gründen
hat sich die Verwendung eines Trocknungsmittels, mit oder ohne Belüften, als
keine zufriedenstellende Lösung
für lichtdurchlässige Glasscheiben
mit einem großen
Spalt, die absorptionsfähiges
Füllmittel
enthalten, bewiesen. Somit haben die Erfinder hier nach einem Weg
gesucht, in der Lage zu sein, Kondensation ohne den Einsatz eines
Trocknungsmittels zu verhindern.
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Basierend
auf der Forschung der Erfinder, die hiernach diskutiert wird, haben
die Erfinder hier eine Lösung
für dieses
Problem entdeckt. Um dieses Problem anzusprechen, verwenden die
Erfinder hier ein oder mehrere Lüftungsröhrchen 40,
das/die einen Punkt in dem Inneren des Zwischenraums 10,
der weit genug weg von dem Umfangsbereich ist, um Kanteneffekte
zu vermeiden, mit der Außenumgebung 27 verbindet/verbinden.
Das Lüftungsröhrchen 40 ist
so bemessen, dass es eine vorbestimmte Zeitkonstante erfüllt, um
den Luftstrom zu steuern, so dass eine Phasenverzögerung eingeführt wird.
Dies erlaubt den Luftstrom in einer kontrollierten Weise, so dass
der Druck langsam ausgeglichen wird und der Glasbruch verhindert
wird. Die Erfinder haben entdeckt, dass ein Trocknungsmittel nicht
benötigt
wird, weil die absorptionsfähige
Beschaffenheit des Füllmittels 30 innerhalb
der lichtdurchlässigen
Glaseinheit 11 die Kondensation durch Puffern (Absorbieren von
Feuchtigkeit aus der Luft, während
sie abkühlt)
verhindert. Die Kombination aus richtiger Belüftung des Zwischenraums, Zeitkonstante,
Puffermaterial und täglicher
Temperaturschwankung erstellt einen Zyklus, der die Wirkung hat,
Feuchtigkeit aus der Einheit zu pumpen und eine niedrigere mittlere
Feuchtigkeit zu halten als in der Umgebung, was die Kondensationsfalle
vermeidet.
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Die
Lehren gemäß dieser
Erfindung drehen sich um die Entdeckung der Erfinder, dass die lichtdurchlässigen Glaseinheiten 11 eingerichtet
werden können,
um ein Feuchtigkeitsdifferential zu erzeugen, wenn vom Zwischenraum 10 im
Rahmen nach außen 27 belüftet werden,
wobei die große
Menge an absorptionsfähigem
Material 30 hauptsächlich
den durch Sonnenlicht getriebenen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen
ausgesetzt ist. Dies ist der Fall, da die Erfinder entdeckten, dass
die Temperatur des Füllmittels 30 höher ist
als die Temperatur des Abstandhalters 22, wenn die Einheit
Sonnenlicht ausgesetzt wird. Somit wird die Luft innerhalb des Zwischenraums 10,
der mit Material 30, das absorptionsfähig ist, gefüllt ist,
in gewissem Grade eine große Änderung
in absoluter Feuchtigkeit als Antwort auf eine Änderung der Temperatur erfahren. Dies
geschieht, weil absorptionsfähige
Materialien auf Änderungen
in der relativen Feuchtigkeit reagieren. Dieses Phänomen ist
der „Puffer”-Effekt
von Padfield, wie er den Fachleuten bekannt ist.
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Eine
andere Betrachtungsweise ist, dass die Erfinder entdeckt haben,
dass absorptionsfähige
Materialien Absorptionskapazität
haben und Feuchtigkeit absorbieren werden, wenn die Temperatur fällt, was
Kondensation verhindert, und, wenn sie durch Sonnenlicht erwärmt werden,
sie an die Luft abgeben, so dass sie durch das Belüftungsröhrchen ausgeatmet
werden kann, da das Erwärmen
gleichzeitig einen positiven Druck innerhalb der Einheit erzeugt.
Es wurde entdeckt, dass der Effekt stark verstärkt wird, wenn die richtige
Phasenverzögerung
eingeführt
wird, so dass die Strömung
verzögert
wird, bis sich eine maximale Feuchtigkeit innerhalb der Einheit
aufgebaut hat, so dass die absolute Feuchtigkeit des ausströmenden Luftstromes
maximiert wird, und, im Gegensatz dazu, die Verzögerung ausreichend ist, so
dass das Einströmen
beim Abkühlen geschieht,
wenn der Zwischenraum im Rahmen maximale Kühlung erfahren hat, so dass
die absolute Luftfeuchtigkeit der einströmenden Luft minimiert wird,
so dass eine maximale Nettotrocknung aus dieser natürlichen
Schwankung erzeugt wird. Somit waren die Erfinder in der Lage, eine
lichtdurchlässige
Glaseinheit aufzubauen, ohne dass eine Kassette mit Trocknungsmittel
erforderlich wäre,
um die Feuchtigkeit in lichtdurchlässigen Glasscheiben mit einem
absorptionsfähigen
Füllmittel
zu steuern. Es wurde entdeckt, dass man diese physikalischen Phänomene ausnutzen
kann, um ein System zu erzeugen, das, wenn es durch die täglichen Temperaturschwankungen
getrieben wird, die bei Verglasungseinheiten erfahren werden, die
in Gebäude
eingebaut sind, trockener als seine Umgebung ist. Je größer die
Temperaturschwankungen, desto mehr tritt der Trocknungseffekt hervor.
Für einen
maximalen Effekt sollte das absorptionsfähige Material die Kapazität haben,
eine Menge an Wasser zu absorbieren, die wenigstens gleich der Menge
an Feuchtigkeit ist, die in der Luft innerhalb des gesamten Verglasungszwischenraumes
bei einem Sättigungszustand
bei 20°C
gehalten werden würde.
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Mit
Bezug auf 2b verbindet das Lüftungsröhrchen 40 den
Raum innerhalb des absorptionsfähigen Materials 30 mit
der Außenumgebung 27 der
Einheit 11. Die Erfinder haben entdeckt, dass das Anordnen
der offenen Enden des Lüftungsrohres 40 in
dem Füllmittel 30 bzw.
in der Außenumgebung 27 zu
einem besseren Trocknungsprozess führt. Es ist zu sehen, dass
die Wände 40a und 40b des
Abstandhalters 20 angepasst worden sind, um das Lüftungsröhrchen 40 aufzunehmen
und festzuhalten. Bevorzugt wird ein Halteelement fest in die Außenwand
des Abstandhalters 22 eingesetzt, um die Dichtung aufrechtzuerhalten
und das Lüftungsröhrchen 40 aufzunehmen
und festzuhalten. Bevorzugt ist das Halteelement ein Becher 22a.
Für das
beste Leistungsverhalten sollte ein Ende des Röhrchens 40 von innerhalb
des absorptionsfähigen
Materials 30 her an einem Punkt atmen, der weit genug von
dem Umfangsbereich entfernt ist, so dass es die maximale Temperaturschwankung
erfährt.
Es ist am bequemsten, das Lüftungsröhrchen 40 durch
den Abstandhalter 22 und/oder die Dichtung 23 zu
führen
anstatt durch die Glasscheiben 15, 20. Das Lüftungsröhrchen 40 sollte
aus einem nichtkorrodierenden Metall, typischerweise rostfreiem
Stahl, hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
könnte
das Lüftungsröhrchen 40 ein
Kapillarröhrchen
sein.
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Die
gewünschte
vorab festgelegte Zeitkonstante sollte geeignet gewählt werden,
so dass mehr Feuchtigkeit die Einheit zu Zeiten einer höheren Außentemperatur
verlassen kann (da wärmere
Luft mehr Feuchtigkeit halten kann als kältere Luft). Das Auswählen einer
falschen Zeitkonstante kann den Trocknungsprozess verlangsamen und
zu einer Ansammlung von Feuchtigkeit, Kondensation und möglichem
Ausfall der Einheit führen.
Das System sollte so gestaltet werden, dass es eine Zeitkonstante
zum Belüften
hat, die im Bereich von 15 Minuten bis 12 Stunden liegt, oder, für das beste
Leistungsverhalten, zwischen 1.5 Stunden und 4 Stunden. Wie es hiernach
diskutiert wird, ist die bevorzugte Zeitkonstante 2 Stunden. Dieses
führt eine
Phasenverzögerung
für den
Luftstrom ein und erlaubt es, dass der Druckausgleich kontrolliert
wird. Die Zeitkonstante des Systems ist eine Funktion der Dicke
der Einheit (wenn sie zunimmt, erhöht sich das Volumen der Luft,
die belüftet
wird); der Dicke der Glasscheiben ebenso wie ihrer Länge und
Breite (diese Faktoren steuern die 'Starrheit' der Anordnung) und der Größenbemessung
des Lüftungsröhrchens,
einschließlich
Länge und
Innendurchmesser.
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Das
Folgende wurde durch die Erfinder hier während der Forschung in Bezug
auf Zeitkonstanten entdeckt:
- 1) Die Zeitkonstante
für die
Einheit 11 erhöht
sich mit wachsendem Strömungswiderstand
C (Liter/Minute), der weitgehend eine Funktion der Länge und
des Innendurchmessers des Röhrchens 40 ist.
Da der Druck innerhalb einer Verglasungseinheit 11 zunimmt,
wenn sie erwärmt
wird, und abnimmt, wenn sie gekühlt wird,
wird, wenn ein Verglasungszwischenraum 10 belüftet wird,
Luft ausströmen,
wenn die Einheit 11 erwärmt
wird und einströmen,
wenn sie gekühlt
wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
ist grob proportional zu dem Widerstand des Strömungsweges ebenso wie zur Druckdifferenz.
- 2) Die Zeitkonstante verringert sich als Antwort auf Zunahmen
beim Verhältnis
der Änderung
im Innendruck zur Änderung
im inneren Luftvolumen des Zwischenraums 10 (psi/Liter),
was eine Eigenschaft der Verglasungseinheit ist, die von Länge, Breite,
Dicke und Dicke der Scheiben 15, 20 abhängt.
- 3) Der Druckentlastungsfaktor oder das Verhältnis der maximalen Druckdifferenz
für die
belüftete
Einheit 11, die während
einer täglichen
Temperaturschwankung erfahren wird, der maximalen Druckdifferenz,
die in derselben Einheit 11 erzeugt wird, wenn nicht gelüftet wird,
nimmt zu, wenn die Zeitkonstante des Systems zunimmt.
- 4) Bei einer Zeitkonstante von 2 Stunden ist der Druckentlastungsfaktor
20% oder, mit anderen Worten, beträgt die maximale Druckänderung,
die von der Einheit erfahren wird, nur 20% der einer äquivalenten
nicht belüfteten
Einheit. Die Zeitkonstante von 2 Stunden hat sich für eine Vielfalt
klimatischer Bedingungen als ideal herausgestellt.
- 5) Das Innere einer Einheit, die auf diese Weise aufgebaut ist,
wird eine geringere absolute Feuchtigkeit entwickeln und halten,
als Antwort auf tägliche
Temperaturschwankungen, wie sie in Verglasungseinheiten wegen natürlicher Änderungen
in der Außentemperatur
und dem Erfahren diffusen Lichtes und direktem Sonnenlichtes auftreten
werden. Es wurde gefunden, dass eine Einheit, die auf diese Weise
aufgebaut wurde, Feuchtigkeit dreimal schneller als eine äquivalente
herkömmliche
Einheit, wenn mit den Schwankungen gearbeitet wurde, ausstieß und eine
geringere Gleichgewichtsfeuchtigkeit aufrechtbehielt.
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Es
sollte außerdem
angemerkt werden, dass mehr als ein Lüftungsröhrchen verwendet werden kann. Die
Anzahl der Lüftungsröhrchen,
die verwendet werden sollten, ändert
sich basierend auf der Größe der Scheiben.
Die Erfinder haben entdeckt, dass, wenn die Größe der Einheit 11 zunimmt,
die Zeitkonstante entsprechend zunimmt. Typischerweise erfordern
größere Fenster
mehr Belüftung,
was durch große
Röhrchen mit
höheren
Strömungskonstanten
und/oder mehr Röhrchen
erreicht werden kann. Jedoch wurde immer entdeckt, dass eine Zeitkonstante
von 2 Stunden ungeachtet der Größe der Glasscheiben
den besten Trocknungsprozess hat.
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Basierend
auf dem obigen wird ein Fachmann nun in der Lage sein, ein geeignetes
Belüftungsröhrchen
40 für eine bestimmte
Anwendung auszuwählen.
Bevorzugt ist das Lüftungsröhrchen 4
Zoll (ca. 10 cm) lang. Es wurde entdeckt, dass, wenn die Zeitkonstante
2 Stunden ist und die Länge
des Lüftungsrohres
4 Zoll (ca. 10 cm) beträgt,
der ideale Innendurchmesser durch die Hagen-Poiseulle-Gleichung
bestimmt werden, wie sie von den Fachleuten bekannt ist. Zur weiteren
Verdeutlichen ist eine Tabelle einiger beispielhafter Ausführungsformen
vorgelegt.
| Röhrchenmaß/Typ des Belüftungsröhrchen | Innendurchmesser
des Belüftungsröhrchen (Zoll) | Länge des Belüftungsröhrchen (Zoll) | Anzahl der Röhrchen | Kleinste
Abmessung der Glasscheibe (Fuß) | Strömungskonstante
(l/s kPa) | Zeitkonstante in
Stunden |
| 23
RW | 0.013
(0.033 cm) | 4
(10.16 cm) | 1 | 2
(60.96 cm) | 1.955
E–04 | 1.8 |
| 22
RW | 0.016
(0.041 cm) | 4
(10.16 cm) | 1 | 3
(91.44 cm) | 4.485
E–04 | 2.37 |
| 21 | 0.02
(0.05 cm) | 12
(30.48 cm) | 1 | 3
(91.44 cm) | 3.65
E–04 | 2.76 |
| 20
RW | 0.024
(0.061 cm) | 4
(10.16 cm) | 1 | 4
(121.92 cm) | 1.915
E–03 | 1.76 |
| 18
RW | 0.033
(0.084 cm) | 4
(10.16 cm) | 1 | 4.7
(143.26 cm) | 8.166
E–03 | 1.6 |
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Diese
Belüftungssystem
gemäß den Lehren
dieser Erfindung ist vorteilhaft, da es die interne Feuchtigkeit
einer lichtdurchlässigen
Verglasungseinheit minimieren kann, so dass interne Kondensation
verringert oder ausgeschaltet wird, und dies ohne den Einsatz eines
Trocknungsmittels. Außerdem,
weil dieses System ein natürliches
Gleichgewicht aufrechterhält,
hat es keine endliche Lebensdauer, so wie die Lebensdauer einer herkömmlichen
Verglasungseinheit, die ein Trocknungsmittel verwendet, welche erreicht
ist, wenn die natürliche
Diffusion von Feuchtigkeit nach Innen über einen Zeitraum geschieht,
der lang genug ist, so dass das Trocknungsmittel gesättigt ist.
Außerdem,
da das System die maximalen täglichen
Druckdifferenzen verringert, wird die Belastung auf die Dichtungen
verkleinert und das statistische Auftreten eines Glasbruchs wird
verringert, was die Einheiten zuverlässiger macht, und die sichtbare
Verzerrung reflektierter Bilder wird verkleinert.
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Einige
Beispiels transparenter Füllmittel,
die gemäß den Lehren
dieser Erfindung verwendet werden können, umfassen Glasfaserflor,
hydrophobe Silica-Aerogel-Körner,
Acrylwaben, Glasfasermaterialien, Acryl-Waben, Silica-Aerogele,
Fiberglasflor, Baumwolle oder Wolle.
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Hier
ist der Spalt oder der Zwischenraum als das gesamte Volumen zwischen
innerer und äußerer Scheibe
beschrieben worden. Bei einer Ausführungsform könnte der
Zwischenraum tatsächlich
ein Zwischenraum einer Dreifach-Verglasungseinheit sein. In diesem
Fall kann der Zwischenraum durch eine innere Scheibe aus Glas oder
eine Kunststoffplatte oder einen Kunststofffilm unterteilt werden.
Nur ein Zwischenraum braucht mit einem absorptionsfähigen Füllmittel
gefüllt
werden. Dies kann getan werden, um zusätzliche Isolation und/oder
Schallisolation zu liefern.
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Bei
einer Ausführungsform
kann das absorptionsfähige
Füllmittel
Luft sein und bei dieser Ausführungsform
ist ein Fiberglas auf die Innenseite jeder Glasscheibe geklebt.
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Beispiel
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Das
Folgende ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Verglasungseinheit
gemäß den Lehren
dieser Erfindung. Diese beispielhafte Ausführungsform verwendet 6 mm starkes
klares Glas auf beiden Seiten eines 2.5 Zoll (6.38 cm) breiten Spaltes
mit Abmessungen 4 Fuß × 4 Fuß (122 cm × 122 cm),
gefüllt
mit einer 2.5 Zoll (6.38 cm) dicken Acryl-Wabenstruktur mit 0.003
Zoll (0.00076 cm) dicken Wänden
und 1 cm Zellendurchmesser ebenso wie lichtdiffundierendes Glasfaservlies.
Enthalten ist ein dünnwandiger
Abstandhalter aus Aluminium, der von dem Glas thermisch durch ein
Klebschaumband getrennt ist, das 1/8 Zoll (0.32 cm) dick ist, und
mit zwei Komponenten strukturellen Verglasungssilikon abgedichtet
ist. Löcher
sind durch die Außenwand
(Durchmesser 0.120 Zoll (0.3 cm)) und die Innenwand für das Einsetzen
einer Kapillarbelüftung
gebohrt. Das Kapillarröhrchen
ist eine #18 ga Injektionsnadel aus rostfreiem Stahl, 4 Zoll (10.16
cm) lang, 0.033 Zoll (0.084 cm) Innendurchmesser. Das Rohr verläuft durch
ein Loch in einem Becher in einer Weise, die das Röhrchen hält und die
Dichtung beibehält.
Ein Becher wird fest in ein Loch in der Außenwand des Abstandhalters
eingesetzt, wobei Dichtmittel verwendet wird, wenn es notwendig
ist, um die Abdichtung sicherzustellen. Wenn das Röhrchen eingesetzt
ist, durchdringt die Nadel die Wände
der Wabenstruktur, und das Ende verbleibt gut innerhalb der Wabenstruktur,
entfernt von der Abstandhalterwand, so dass sich ergebende thermische
Kanteneffekte nicht auftreten, in einen Bereich, in dem sich Temperatur
und Feuchtigkeit zyklisch täglich ändern, wie
es für
die volle Funktionalität
dieser Einheit erforderlich ist. Die Zeitkonstante ist 2 Stunden,
und die Einheit hält
einen geeigneten Trockenheitswert ohne Trocknungsmittel aufrecht.
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Zahlreiche
Abänderungen
können
vorgenommen werden, ohne dass man sich vom Gedanken und Umfang der
Erfindung, wie sie in den angefügten
Ansprüchen
definiert ist, entfernt.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.