DE69112159T2

DE69112159T2 - Elektrochromes Fenster.

Info

Publication number: DE69112159T2
Application number: DE69112159T
Authority: DE
Inventors: Francis Defendini; Francois Lerbet
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: FR2666804A1; CA2050719A1; ES2078474T3; ATE126611T1; US5231531A; DE69112159D1; DK0475847T3; EP0475847B1; EP0475847A1; JP3399967B2; JPH05178645A; FR2666804B1

Description

Die Erfindung betrifft Verglasungen mit elektrisch gesteuerter Transmission oder, anders ausgedrückt, die als elektrochrom bezeichnete Verglasungen, deren Färbungszustand unter dein Einfluß eines elektrischen Feldes verändert werden kann. Insbesondere ist sie auf die Regelung der Sonneneinstrahlung in Gebäude oder in Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen gerichtet.
Elektrochrome Verglasungen sind Verglasungen, die eine Schicht aus einem Material enthalten, das Kationen, im allgemeinen Protonen oder Lithiumionen, reversibel einlagern kann und dessen Oxidationsstufen den zwei Oxidationszuständen ein- oder ausgelagert entsprechen, die verschiedene Färbungszustände aufweisen. Im Fall des Wolframtrioxids wird so von einem farblosen oxidierten Zustand zu einem nachtblauen reduzierten Färbungszustand übergegangen gemäß der Reaktionsgleichung WO&sub3; + x M&spplus; + xe&supmin; MxWO&sub3;
damit diese Reaktion abläuft, ist es deshalb erforderlich, auf der Seite der elektrochromen Materialschicht über eine Kationen- und eine Elektronenquelle verfügen zu können, die jeweils aus einer Schicht aus einem Elektrolyten mit Ionenleitfähigkeit und aus einer elektrisch leitfähigen Schicht bestehen. Außerdem umfaßt das System eine Gegenelektrode, die ebenfalls in der Lage ist, Kationen reversibel ein- und auszulagern und in bezug auf die Schicht aus elektrochromem Material symmetrisch ist. Bei einem kathodischen elektrochromen Material wie Wolframoxid wird vorzugsweise eine Gegenelektrode eingesetzt, die aus einem anodischen elektrochromen Material wie Iridiumoxid hergestellt ist, das im reduzierten Zustand farblos und im gefärbten Zustand graugelb ist, wobei die Einlagerung stattfindet gemäß dem Gleichgewicht Mx-IrOy IrOy + xM&spplus; + xe&supmin;. Für dieses zweite Gleichgewicht ist die Kationenquelle die Elektrolytschicht des Systems, wobei die Elektronenquelle aus der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht besteht und die beiden elektrisch leitfähigen Schichten die beiden Elektroden bilden, an welche die elektrische Potentialdifferenz angelegt wird.
Die Elektrolytschicht, ein Grundelement dieses Systems, muß selbstverständlich ein guter Ionenleiter sein (bei kurzen Wechselzeiten) und die geringstmögliche Elektronenleitfähigkeit besitzen (Ionenleitfähigkeit zu Elektronenleitfähigkeit ist größer als 10&sup8;). Außerdem muß sie gegenüber den anderen Schichten des Systems chemisch inert sein, weshalb die Verwendung von sauren oder basischen flüssigen Elektrolyten begrenzt ist, die darüber hinaus beim Einsatz mit so großen Oberflächen wie denen von Fenstern Probleme verursachen. Zusätzlich muß sie derart durchsichtig sein, daß sie im gefärbten Zustand eine hohe Transmission der Verglasung ermöglicht. Schließlich muß sie mit einer ordnungsgemäß gleichmäßigen Schichtdicke hergestellt sein, da der Elektrolyt insbesondere keine Kurzschlüsse verursachen darf.
Die makromolekularen Materialien mit Ionen- und insbesondere Protonenleitfähigkeit sind ganz besonders an die Herstellung von Elektrolytschichten für elektrochrome Systeme mit großen Abmessungen angepaßt, was insbesondere auf feste Protonenelektrolyte zutrifft, die keine hydratisierten Protonen enthalten, welche den Redoxstabilitätsbereich dieser Materialien verkleinern. So ist in der europäischen Patentanmeldung EP-Al-253 713 die Verwendung einer festen Lösung von wasserfreier Phosphorsäure in Polyethylenoxid mit einem Verhältnis von O/H der Anzahl der Sauerstoffatome des Polymers zur Anzahl der Atome der Säure von 0,66 als Elektrolyt vorgeschlagen worden.
Dieser Elektrolyttyp ist vorteilhafterweise bei Umgebungstemperatur ein guter Protonenleiter, wobei beispielsweise bei 20 ºC eine Protonenleitfähigkeit von etwa 9 10&supmin;&sup5; Ω&supmin;¹cm&supmin;¹ erhalten werden kann. Diese Protonenleitfähigkeit lädt sich aber mit 50 multiplizieren, wenn die Temperatur auf beispielsweise 80 ºC steigt. Werden elektrochrome Systeme in Anzeigeeinrichtungen verwendet, herrschen praktisch isotherme Betriebsbedingungen, was bei Anwendungen als Verglasung für Gebäude oder Kraftfahrzeuge absolut nicht der Fall ist, da diese Verglasungen der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind und eine um so größere Energiemenge absorbieren, je gefärbter sie sind, wobei mitunter in der Praxis Temperaturen von 100 ºC oder darüber gemessen werden.
Absolut ist eine hohe Ionenleitfähigkeit für eine ordnungsgemäße Funktion des Systems viel vorteilhafter, da a priori die Beweglichkeit der größeren Ionen kürzere Wechselzeiten erlauben muß, wie zuvor betont, obwohl dieser Punkt nicht immer experimentell nachweisbar ist, da andere begrenzende Faktoren wie die Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen und Elektronen in den Schichten aus elektrochromen Materialien ebenfalls zu berücksichtigen sind.
Demgegenüber wirft diese Erhöhung der Ionenleitfähigkeit in dem Maße ein Problem auf, in welchem von dieser die Beziehung zwischen der Potentialdifferenz an den Systemanschlußklemmen und der Stromstärke zum selben Zeitpunkt abhängt, wobei diese Beziehung jedoch nicht linear ist. Es ist bekannt, daß vom elektrochemischen Gesichtspunkt die Potentialdifferenz VA-VB, welche zu einem gegebenen Zeitpunkt an den beiden Punkten A und B angelegt ist, die jeweils zu einer der elektrisch leitfähigen Schichten gehören, durch VA-VB = EA-EB + Σu + ΣR1 beschrieben werden kann, worin Σu die Summe der elektrochemischen Überspannungen bedeutet und im wesentlichen von den Grenzflächen abhängt, ΣRI die Summe der Potentialabfälle durch ohmsche Verluste, die entsprechend dem Ohmschen Gesetz von dem Widerstand der verschiedenen Schichten des Systems, einschließlich des Widerstands der elektrisch leitfähigen Schichten und der Elektrolytschicht, und der Stromstärke 1 zum selben Zeitpunkt abhängig sind, und EA-EB die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen den beiden Punkten A und B oder, anders ausgedrückt, das Potential bedeutet, welches für die chemischen Reaktionen, die im System stattfinden, effektiv zur Verfügung steht.
Diese elektrochemische Potentialdifferenz EA-EB muß als Absolutwert genügend hoch sein, damit die Ein- und Auslagerungsreaktionen der Kationen in die elektrochromen Materialschichten stattfinden können. Die Färbung des zuvor beschriebenen Systems auf der Grundlage von Wolfram- und Iridiumoxid ist deshalb thermodynamisch nur bei einer Potentialdifferenz von über 0,6 Volt möglich. Umgekehrt erfordert, wenn man vom gefärbten Zustand ausgeht, die Entfärbung nicht das Anlegen einer Potentialdifferenz, da das System in dieser Konfiguration einem Akkumulator im Entladungszustand ähnlich ist, wobei jedoch diese Entfärbung beschleunigt werden kann, wenn trotzdem eine Potentialdifferenz angelegt wird, die als Absolutwert ungleich Null ist. Über diesen Werten ist die Kinetik der Reaktionen schneller, weshalb es besonders vorteilhaft ist, mit großen Potentialdifferenzen (wenigstens als Absolutwert) zu arbeiten.
Unabhängig von ihrer Gröde muß jedoch diese Potentialdifferenz kleiner als die thermodynamischen Potentiale anderer parasitärer Reaktionen wie insbesondere die Reduktion des Protons zu molekularem Wasserstoff oder die Oxidation von Wasserspuren zu Sauerstoff sein. Unter Berücksichtigung der Überspannungen an den Grenzflächen kann dieser obere Grenzwert für die Einlagerungsreaktion der Protonen in das Wolframtrioxid auf 1,5 Volt und für die Auslagerung (und somit die Einlagerung in das Iridiumoxid) auf -0,6 Volt festgelegt werden.
Mit diesen gegebenen Grenzwerten besteht das Problem der Versorgung eines elektrochromen Systems in der leichten Beherrschung der Spannungsdifferenz VA-VB und nicht des Wertes der elektrochemischen Potentialdifferenz EA-EB, insoweit diese selbst von der Anfangsstromstärke gemäß einer Exponentialfunktion abhängig ist. Ohne näher auf die mathematischen Betrachtungen einzugehen, die mit diesen elektrochemischen Gleichungen zusammenhängen, gilt, daß, wenn die Spannungsdifferenz VA-VB unverändert bleibt, eine Temperaturerhöhung des Systems zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten, einer Erhöhung der Momentanstromstärke und einer Gefahr des Abbaus des Systems führt, das sich dann außerhalb seines Redoxstabilitätsbereiches befindet.
Weiterhin ist aus der japanischen Patentanmeldung JP-A-1 164 928 eine elektrochrome Verglasung, deren Arbeitsweise die Temperatur berücksichtigt, mit insbesondere einer Stromversorgung der Verglasung bekannt, die derart ausgelegt ist, daß die an diese Verglasung angelegte Spannung mit sinkender Temperatur steigt.
Eine erste erfindungsgemäde Aufgabe ist die Bereitstellung einer elektrochromen Verglasung, deren Steuerung der Stromversorgung, welche die Spannungsdifferenz VA-VB bestimmt, diesen Temperaturfaktor berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird mittels einer wie im Anspruch 1 definierten elektrochromen Verglasung gelöst.
Die Temperatur kann direkt beispielsweise mit einem Thermometer gemessen werden, das im Kontakt mit einer der Glasscheiben angeordnet sein kann. In dem Maße, in welchem die elektrochromen Systeme vorzugsweise mit dünnen Glasscheiben hergestellt werden, die jeweils vorzugsweise weniger als zwei Millimeter dick sind, um beispielsweise die in einem Fenster befindliche Glasscheibe ersetzen zu können, kann man sie als relativ isotherm ansehen, wobei die an der Oberfläche der Glasscheiben gemessene Temperatur somit mit guter Näherung als die des Elektrolyten betrachtet werden kann. Das trifft um so mehr zu, wie sich die Wärmeempfindlichkeit des Systems nur bei Temperaturschwankungen von wenigstens etwa zehn Grad äußert und es deshalb nicht so wichtig ist, die Elektrolyttemperatur auf das Grad genau zu kennen.
Bei Systemen größerer Dicke, insbesondere im Fall von Verbund- oder Mehrfachverglasungen, die üblicherweise mit dem elektrochromen System eingebaut sind, das auf der Seite angeordnet ist, die zum Inneren des Raumes oder der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zeigt, ist es bevorzugt, die Temperaturmessung auf der nach innen gerichteten Seite durchzuführen, die somit der Sonneneinstrahlung nicht direkt ausgesetzt ist.
Aus diesem Grund ist es jedoch nicht erforderlich, diese Temperatur wirklich zu messen. Es ist zuvor erwähnt worden, daß sich das hier stellende Probleme das der Schwankung der Stromstärke, wenn die Temperatur variiert, insbesondere zum Zeitpunkt t = 0, ist.
Entsprechend einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird diese Eigenschaft genutzt, um die Temperatur zu messen oder die Potentialdifferenz direkt auszuwählen; dafür erzeugt vor jedem Färbungs- oder Entfärbungswechsel der Spannungsgenerator während einer ebenfalls so kurz wie möglichen Zeitdauer - vorzugsweise von weniger als 500 ms und beispielsweise von 100 ms oder weniger - für das System eine Standardpotentialdifferenz U1S, die unter oder gleich dem absoluten Wert der Potentialdifferenz gewählt ist, die zu einem Abbau des Systems bei der höchsten Betriebstemperatur führen kann, wobei die entsprechende Stromstärke i1S gleichzeitig mit einem Amperemeter gemessen und von der Steuereinheit verwendet wird, um die zu erzeugende Potentialdifferenz U&sub1; auszuwählen.
Es ist festzustellen, daß durch einen solchen Steuerungsmodus die Wechselzeiten praktisch nicht verändert werden, welche etwa zehn Sekunden betragen, und vorteilhafterweise ein Mittel bereitgestellt wird, um den tatsächlichen Widerstand des Elektrolyten sehr genau zu berücksichtigen, selbst wenn er sich auf Grund dessen möglichen Abbaus verändert hat.
Weiterhin hat eine gründliche Untersuchung gezeigt, daß eine elektrochrome Verglasung noch weitere Probleme aufwirft, die mit ihrer Stromversorgung zusammenhängen und von einer leistungsfähigen Versorgungssteuerung auch zufriedenstellend gelöst werden müssen.
Zunächst ist daran zu erinnern, daß diese Versorgungssteuerung vorzugsweise so weit wie möglich vom Größenfaktor unabhängig machen muß, schon wenn man mit nichtquadratischen Verglasungen arbeitet. In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 408 427 vom 17. Juli 1989 ist gezeigt worden, daß der obengenannte Term ΣRI zum Zeitpunkt t = 0 sehr stark vom Abstand zwischen den Stromzuführungsbändern abhängt und daß man durch die daher geforderte Begrenzung der Anfangsstromstärke 10 zu einer Erhöhung der Wechselzeiten des Systems kommt. Unter Wechselzeit ist die Zeit, die beim Übergang von einem gegebenen Färbungszustand in einen anderen gefärbten oder auch ungefärbten Zustand vergeht, oder, was dasselbe bedeutet, die Übergangszeit der Menge der entsprechenden Ladungen zu verstehen, die durch den integrierten Strom I(t) definiert ist, welcher seinerseits eine mit der Zeit streng abnehmende Funktion ist. Dieses Problem, das die inneren Eigenschaften des Systems nicht direkt, jedoch die Wechselzeiten beeinflußt, kann vorteilhafterweise durch einen Aufbau vom Typ eines Potentiostaten mit drei Elektroden gelöst werden, wovon Einzelheiten in der obengenannten europäischen Patentanmeldung zu finden sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Erfindung auch eine Verglasung zum Gegenstand, welche zwei mit durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schichten überzogene Glasscheiben enthält, die durch eine Schicht aus einem elektrochromen Material, einem Elektrolyten und einer Gegenelektrode getrennt sind, wobei diese durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schichten jeweils mit elektrisch leitfähigen Bändern ausgerüstet sind, die entlang der gegenüberliegenden Ränder der Verglasung angeordnet und an einen Spannungsgenerator angeschlossen sind, der in der Färbungsphase (bzw. in der Entfärbungsphase) zwischen zwei Punkten A und B in unmittelbarer Nähe der elektrisch leitfähigen Bänder eine solche Potentialdifferenz U&sub1; = (VA-VB)(t) erzeugt, daß zwischen dem Punkt A und dem Punkt R der anderen elektrisch leitfähigen Schicht, der direkt dem Punkt A gegenübersteht, eine Potentialdifferenz U&sub2; = VA-VR erhalten wird, die im Laufe der Zeit konstant bleibt und im Redoxstabilitätsbereich der verschiedenen Schichten des Systems und in Abhängigkeit von der Temperatur T des Elektrolyten oder, allgemeiner, der Temperatur der Verglasung ausgewählt ist.
Ein weiterer Aspekt der Stromversorgung der elektrochromen Verglasungen besteht darin, daß ebenfalls sämtliche Zwischenfärbungszustände erhältlich sein müssen. Diese Färbungszustände können beispielsweise direkt über eine Benutzerschnittstelle, welche die gewünschte Transmission anzeigt, und/oder automatisch in Abhängigkeit von beispielsweise der Sonneneinstrahlung ausgewählt werden, wobei dann die Verglasung mehr oder weniger gefärbt ist, beispielsweise derart, daß man im Raum eine gleichbleibende Beleuchtung erhält, welche beispielsweise mittels zweier Photozellen gemessen wird, die an jeder Seite der Verglasung angeordnet und etwas gegeneinander versetzt sind, damit sie die Messung nicht beeinflussen.
Ist dieser Befehl für den Färbungszustand an die Steuereinheit gegeben, kann sie gemäß einer ersten Ausführungsform arbeiten, indem sie systematisch eine gleiche Funktion U&sub1;(t) für sämtliche Färbungszustände (und außerdem eine andere Funktion U&sub2;(t) für sämtliche Entfärbungszustände) erzeugt und die Wechsel zeit verändert, die sich entweder im Speicher befindet und dann von einer Zeitmeßeinheit gesteuert wird, oder die indirekt durch die Messung (mit der Zeit) der Stromstärke mittels eines Amperemeters, wobei die Wechselphase beendet wird, wenn die Stromstärke gleich einem im Speicher befindlichen Grenzwert ist, oder besser durch die Messung der Menge der eingelagerten Ladungen mittels eines Coulometers, oder, anders ausgedrückt, eines Stromintegrators, gesteuert wird, wobei jeder Färbungszustand einer gegebenen Ladungsmenge entspricht. Weiterhin ist es selbstverständlich, daß die Potentialdifferenz U&sub1; vollständig in Abhängigkeit von der Temperatur und vorzugsweise derart gesteuert wird, daß die Potentialdifferenz U&sub2; während einer Wechselphase konstant bleibt.
Es ist festzustellen, daß der Integrator auch in dem Fall sehr vorteilhaft ist, wenn eine vollständige Färbung oder Entfärbung vorgesehen wird, da man in diesem Fall sicher ist, eine vollständige Gewinnung der Ladungen zu erhalten und deshalb jede Akkumulation im Verlauf der Zyklen, die das System stören würde, zu vermeiden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nicht versucht, die Wechselzeit zu verändern, sondern mit einer Veränderung der Funktionen U&sub1;(t) eine weniger große Potentialdifferenz (als Absolutwert) derart erzeugt, daß der gewünschte Färbungszustand nach einer gleichbleibenden Wechselzeit erhalten wird.
Diese zweite Ausführungsform, die keine weiteren Veränderungen als lediglich eine neue Programmierung der Steuereinheit erfordert, führt zu einer über die gesamte Oberfläche der Verglasung einheitlichen Färbung oder Entfärbung. Dafür führt eine Veränderung der Wechselzeit zu einer bevorzugten Färbung der Ränder und anschließend nach einer Relaxationszeit von einigen Sekunden zu einer einheitlichen Färbung. Die Wahl einer von beiden Veränderungen führt deshalb entweder zu einer Veränderung der Färbung, die durch eine sehr kontrastreiche und vollkommen sichtbare Phase gekennzeichnet ist, oder die im Gegensatz dazu von einem wenig aufmerksamen Beobachter fast nicht wahrzunehmen ist.
Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt der elektrischen Steuerungen für elektrochrome Verglasungen besteht darin, daß der unvollkommen elektronisch isolierende Charakter der Elektrolyten und daraus resultierende Selbstentladungsphänomene berücksichtigt werden müssen, die dazu neigen, das System in einen Gleichgewichtszustand zu bringen, der für die Wolframoxid/Iridiumoxid-Systeme sehr leicht gefärbt, jedoch dem maximalen Entfärbungszustand relativ nah ist.
Es ist nur festzustellen, daß nach beispielsweise mehreren Stunden bei Umgebungstemperatur dieses Phänomen erneut bei solchen "Langzeit"-Anwendungen wie Fenstern auftritt, für welche beispielsweise eine Verglasung gewünscht werden kann, die sich ständig im gefärbten Zustand befindet. Diese Selbstentladung des Systems hat wahrscheinlich das Vorhandensein von Kurzschlüssen - wenn diese auch bei einem dickschichtigen Elektrolyten vom Typ eines Polymers nicht zahlreich sind - und wahrscheinlich auch ein Reoxidationsphänomen des protonisierten Wolframoxids als Ursache, das auf die praktisch unvermeidbare Gegenwart von im Polymer gelösten Sauerstoffmolekülen zurückzuführen ist.
Zur Kompensation dieser Selbstentladung ist im allgemeinen in regelmäßigen Abständen die "Wiedereinlagerung" der Protonen in die Wolframoxidschicht vorgesehen. Die Schwierigkeit besteht hier darin, eine genügend große Häufigkeit zu ermitteln, damit der Entfärbungseffekt für einen äußeren Beobachter nicht sichtbar ist und die dennoch nicht zu groß wird, um einen zu hohen Stromverbrauch oder eine Entladung der Fahrzeugbatterie zu vermeiden. Die andere sich hier stellende Frage ist die einer Messung der Entladung und somit der Ladungsmenge, die wieder in das System eingelagert werden muß.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Potentialdifferenz U&sub2; im Gleichgewicht, d.h. die Potentialdifferenz zwischen zwei sich gegenüberliegenden Punkten A und R zu steuern, um die zuvor vorgeschlagenen Bezeichnungen wieder zu verwenden. Diese Potentialdifferenz U&sub2; ist zum Zeitpunkt der Messung in bezug auf Q, die tatsächlich eingelagerte Ladungsmenge, eindeutig. Jede Entladung drückt sich in einer Verringerung der Gleichgewichtsspannung U&sub2; aus. Wenn es sich um eine Gleichgewichtsspannung handelt, ist es nicht wünschenswert, die "Wiederaufladungst" zeit des Systems durch die Messung von U&sub2; zu steuern, auch ist es erfindungsgemäß bevorzugt, sich auf die Messung der Stärke des Stroms zu stützen, der durch das System fließt. Man kann sich auch entscheiden, gemäß festgelegten Zeiträumen von beispielsweise etwa zehn Sekunden zu arbeiten, wobei die Wiederaufladung des Systems von einem Potentialabfall, beispielsweise analog dem nach 30 Minuten für ein System bei Umgebungstemperatur erhaltenen, ausgelöst wird. Es ist festzustellen, daß die Regelung des Potentials U&sub2; im Gleichgewicht, dieses von derselben Potentialdifferenz während der eigentlichen Wechselphase zurückbringt, was weiter oben erläutert worden ist und es erlaubt, sich teilweise vom Größenfaktor des Systems unabhängig zu machen. Um das System im entfärbten Zustand zu halten, können ähnliche Messungen durchgeführt werden.
Weiterhin ist festzustellen, daß der Integrator dafür nicht verwendet werden kann, da, wenn das System in einem gegebenen Färbungszustand gehalten wird, die zu messende Ladungsmenge schließlich sehr sehr groß und weit größer als der Grenzwert wird, der vorteilhafterweise für eine Wechselphase auf 10 Millicoulomb pro Quadratzentimeter festgelegt ist und der, wenn er erreicht wird, als ein Sicherheitselement automatisch die Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung auslösen kann. Dieser sehr große Wert hat in dem Maße hier keinen Sinn mehr, in welchem nur die "Eingänge", jedoch nicht die Elektronen gezählt werden, die den Elektrolyten verlassen.
Die vollständige Kompensation des Selbstentladungsphänomens erlaubt weiterhin, sämtliche Probleme der Messung der Menge der in der Entfärbungsphase auszulagernden Ladungen in dem Maße zu lösen, in welchem diese Kompensation zum Arbeiten mit konstanten Ladungen führt. Ist U&sub2; im Gleichgewicht bekannt, kennt die Steuereinheit die Anzahl der auszulagernden Ladungen und kann somit, nachdem die Funktion U&sub1; gewählt worden ist, welche an die Temperatur und den gewünschten Entfärbungszustand angepaßt ist, diese erzeugen und den Prozeß beenden, wenn der Integrator anzeigt, daß die gewünschte Ladungsmenge ausgelagert worden ist.
In der im Anhang befindlichen Figur 1 ist ein schematisches Beispiel des erfindungsgemäßen Aufbaus gezeigt. Das vorgeschlagene elektrochrome System ist gleich dem in der Patentanineldung EP-A-0 408 427 vorgeschlagenen.
Das elektrochrome System besteht aus einer Glasscheibe 1, die mit einer durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schicht 2 überzogen ist, welche mit einem Stromzufuhrband 3 (Anschlußklemme A) versehen ist. Dieses Band 3 verläuft vorzugsweise parallel zur Länge L der Verglasung, die außerdem eine Breite 1 besitzt. Der Glasscheibe 1 steht eine zweite Glasscheibe 4 gegenüber, die ebenfalls mit einer durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schicht 5 überzogen ist, welche mit einem Stromzufuhrband 6 (Anschlußklemme B) versehen ist. Zwischen den beiden durchsichtigen Elektroden 2, 5 befinden sich aufeinanderfolgend eine Schicht 7 aus einem anodischen elektrochromen Material (vorzugsweise Iridiumoxid), eine Elektrolytschicht 8 mit Protonenleitung (vorzugsweise ein Polymerkomplex aus Polyethylenoxid und streng wasserfreier Orthophosphorsäure) und eine Schicht 9 aus einem kathodischen elektrochromen Material (vorzugsweise Wolframtrioxid).
Wird durch einen Spannungsgenerator 10 an die Anschlußklemmen A und B eine Potentialdifferenz U&sub1; angelegt, erfolgt ein elektrischer Ladungstransport von einem elektrochromen Material zum anderen, welcher durch die Stärke des Stroms 1, momentan vom Amperemeter 11 gemessen, nachgewiesen und, um die elektrischen Gleichgewichte einzuhalten, von einem Protonentransport durch den Elektrolyten begleitet wird. Die Integration des Stroms I durch das Coulometer 12 liefert außerdem die Menge der während des Wechsels übergegangenen Ladungen.
Die Stromstärke sinkt in dem Maße, wie die Anzahl der für die Protonen verfügbaren Plätze abnimmt. Zum Zeitpunkt 0 hängt die Stromstärke 10 von der Spannung U&sub1; und der Temperatur T des Elektrolyten ab. Bei ein und demselben System sinkt der Widerstand des Elektrolyten beim Durchgang der Protonen, wenn die Temperatur steigt, wobei dieser Widerstand nach der Formel R = e/ S berechnet werden kann, worin e die Dicke der Elektrolytschicht, S ihre Oberfläche und die Ionenleitfähigkeit bedeuten. Verwendet man, wie zuvor beschrieben, als Elektrolyten eine feste Lösung von wasserfreier Phosphorsäure in Polyethylenoxid und erhöht die Temperatur von 20 auf 80 ºC, so wird die Protonenleitfähigkeit mit 50 multipliziert und damit folglich der Widerstand dividiert. Gemäß dem Ohmschen Gesetz wird man deshalb parallel eine Erhöhung der Stromstärke 1 erhalten. Nimmt man jedoch eine hohe Stromstärke in Kauf, insbesondere zum Zeitpunkt t = 0, in welchem ein Wechsel beginnt, wird die Gefahr groß, den Redoxstabilitätsbereich des Systems zu verlassen und sogar insbesondere eine Reduzierung der Protonen zu molekularem Wasserstoff mit Bläschenbildung im Polymer herbeizuführen.
Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dem System eine Spannung U&sub1; aufzuzwingen, die außerdem von der Zeit abhängig ist, deren Wert vom Speicher 17 in Abhängigkeit von der Temperatur T der Verglasung an eine Steuereinheit 13 gegeben wird. Vorteilhafterweise wird von dieser Steuereinheit auch die vom Nutzer gewünschte Färbung berücksichtigt (man hat hier beispielsweise einen Wählknopf 14 vorgesehen, es kann jedoch auch ein automatisiertes System vorgesehen werden, das beispielsweise die Beleuchtung in einem gegebenen Raum begrenzt). Die Steuereinheit hat auch Schnittstellen mit einer Zeitmeßeinrichtung 15 für die Steuerung der Wechselzeit und mit einem Amperemeter, was die Anwendung der obengenannten Verfahren erlaubt. Außerdem erhält die Steuereinheit als Eingangssignal ebenfalls die Spannung U&sub2;, deren Aufgabe zuvor beschrieben worden ist und die während der Wechselphasen und auch, wenn sich das System im gefärbten Zustand im Gleichgewicht befindet, von einem Voltmeter 16 gemessen wird.

Claims

1. Elektrochrome Verglasung, welche zwei mit durchsichtigen elektrisch leitfähigen Schichten (2, 5) überzogene Glasscheiben (1, 4) enthält, die durch eine Schicht aus einem elektrochromen Material (7), einem Elektrolyten (8) und einer Gegenelekrode (9) getrennt sind, und einen elektrischen Steuerstromkreis, einen Spannungsgenerator (10'), eine mit einem Speicher (17) ausgerüstete Steuereinheit (13) und Mittel umfaßt, welche die Messung der Temperatur T des Elektrolyten (8) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Schichten über den elektrischen Steuerstromkreis mit dem Spannungsgenerator (10) verbunden sind, der nach dem Befehl, den er von der mit dem Speicher (17) ausgerüsteten Steuereinheit (13) erhält, welche auch die Zeit für den Färbungs- oder Entfärbungswechselzyklus abhängig vom Grad verändert, in Abhängigkeit von der Temperatur T des Elektrolyten (8) eine Potentialdifferenz U&sub1; erzeugt, die für den gesamten hervorzubringenden Färbungs-, oder Entfärbungsgrad dieselbe ist.

2. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermometer im Kontakt mit einer der Glasscheiben angebracht ist.

3. Elektrochrome Verglasung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerstromkreis ein Amperemeter (11) enthält und daß vor jedem Färbungs- oder Entfärbungswechselzyklus der Spannungsgenerator (10) während einer sehr kurzen Zeitspanne eine Potentialdifferenz U1S erzeugt, die kleiner oder gleich dem Absolutwert der Potentialdifferenz gewählt ist, die bei der höchsten Betriebstemperatur zu einer Verschlechterung des Systems führen kann, wobei gleichzeitig die entsprechende Stärke des Stromes i1S durch das Amperemeter (11) gemessen und von der Steuereinheit (13) für die Auswahl der zu erzeugenden Potentialdifferenz U&sub1; genutzt wird.

4. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz U1S während einer Zeitspanne von weniger als 500 ms und vorzugsweise weniger als 100 ms angelegt wird.

5. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselzykluszeit durch die Messung der Stromstärke in der Zeit mittels des Amperemeters (11) indirekt gesteuert ist, wobei die Wechselphase beendet wird, wenn die gemessene Stromstärke einen in den Speicher eingegebenen Grenzwert erreicht.

6. Elektrochrome Verglasung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Spannung U&sub1; (t) während der Wechselphase derart einer Zeitfunktion gehorcht, daß zwischen zwei Punkten A und R, die jeweils zu einer anderen elektrisch leitfähigen Schicht (2, 5) gehören und sich direkt gegenüberstehen, während dieser Wechselphase eine konstante Potentialdifferenz U&sub2; (t) herrscht, die von der Steuereinheit (13) in Abhängigkeit von der Temperatur T gewählt ist.

7. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerstromkreis ein die Spannung U&sub2; messendes Voltmeter (16) enthält.

8. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13) die Aufladung des Systems, insbesondere in Abhängigkeit von der Messung der Spannung U&sub2; im Gleichgewicht mittels des Voltmeters (16), auslöst, wenn die Verglasung im gefärbten bzw. entfärbten Zustand im Gleichgewicht gehalten wird.

9. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 8 als abhängigen Anspruch des Anspruchs 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezeit des Systems durch die Messung der Stärke des elektrischen Stroms, der das System durchfließt, mittels des Amperemeters bestimmt wird.

10. Elektrochrome Verglasung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezeit des Systems feststeht.

11. Elektrochrome Verglasung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerstromkreis eine Betriebsschnittstelle (14) für die Auswahl des gewünschten Färbungs- oder Entfärbungsgrades enthält.

12. Elektrochrome Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Färbungs- oder Entfärbungsgrad automatisch, insbesondere in Abhängigkeit von der mittels Photozellen gemessenen Sonneneinstrahlung, ausgewählt wird.

13. Elektrochrome Verglasung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wechselzykluszeit im Speicher (17) befindet und von einer Zeitmeßeinrichtung (15) kontrolliert wird.

14. Elektrochrome Verglasung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselzykluszeit durch die Messung der Menge der eingelagerten Ladungen mittels eines Coulometers gesteuert wird, wobei jeder Färbungsgrad einer gegebenen Ladungsinenge entspricht und die Wechselphase beendet wird, wenn die gemessene Menge der eingelagerten Ladungen dein Färbungs- oder Entfärbungsgrad des Befehls entspricht.

15. Verwendung der elektrochromen Verglasung nach Anspruch 2 zur Temperaturregelung in Gebäuden oder Autofahrgastzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur gemessen wird, indem man das Thermometer auf der nicht direkt der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Glasscheibe anbringt.