DE69924092T2

DE69924092T2 - Glaspaneel

Info

Publication number: DE69924092T2
Application number: DE1999624092
Authority: DE
Inventors: Masao Osaka-shi MISONOU; Hidemi Osaka-shi KATOH
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: EP1030023A4; CN1240925C; WO2000015938A1; EP1030023A1; EP1030023B1; KR20010031807A; CN1277650A; DE69924092D1; TW400411B; KR100508316B1; US6830791B1; JP3548434B2; CA2309723A1; JP2000087656A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Glaspaneel mit mindestens drei Glasscheiben zum Bilden einer Luftschicht und einer Vakuumschicht nebeneinander und zur Schaffung einer Trennung zwischen einem Außenraum und einem Innenraum.
Hintergrund der Erfindung
Es ist ein Glaspaneel des oben genannten Typs bekannt, das zum Beispiel drei Glasscheiben enthält, wobei zwischen der mittleren Glasscheibe und einer Seitenglasscheibe eine Vakuumschicht und zwischen der mittleren Glasscheibe und der äußeren Seitenglasscheibe eine Luftschicht gebildet wird, um so eine kleine Wärmedurchgangszahl zu erzielen.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Glaspaneel kann das Glaspaneel aufgrund der Auswirkungen der Luftschicht und der Vakuumschicht eine solche kleine Wärmedurchgangszahl und eine hohe Wärmeisolation erzielen.
Da jedoch das Glas bei diesem herkömmlichen Glaspaneel eine hohe spezifische Ausstrahlung aufweist, kann, wenn ein solches Glaspaneel in einer Fensterscheibe eines gewöhnlichen Gebäudes eingesetzt wird, während der winterlichen Jahreszeit die Wärme des Innenraumes in Form von Infrarotstrahlen durch die drei Glasscheiben geleitet werden, um dann im Außenraum zu diffundieren.
Der Begriff "spezifische Ausstrahlung" ist hier als das Verhältnis der von der Glasscheibe abgestrahlten Wärme zur Gesamtmenge der Wärme definiert, die von der Glasscheibe abgestrahlt wird, wenn die Wärme von der Glasscheibe nach außen zurückgestrahlt wird, die durch Wärmestrahlen erwärmt wurde.
Ein solches bekanntes Glaspaneel ist in der EP-A-0860406 offenbart. Dieses Glaspaneel enthält drei Glasscheiben zum Ausbilden einer Luftschicht und einer Vakuumschicht Seite an Seite zur Schaffung einer Trennung zwischen einem Außenraum und einem Innenraum.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den oben beschriebenen Nachteil des Standes der Technik dadurch zu überwinden, dass ein Glaspaneel vorgesehen wird, das eine große Wärmeisolationsfähigkeit aufweist und zur Abschirmung von Wärmestrahlen, wie zum Beispiel Infrarotstrahlen fähig ist und eine Verwerfung der Glasscheibe verhindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Mehrschicht-Glaspaneel ist nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens entweder eine Glasscheibe der Außenseite, die mit dem Außenraum in Kontakt steht oder eine Glasscheibe der Innenseite, die mit dem Innenraum in Kontakt steht, der Glasscheiben G mit der Vakuumschicht S in Kontakt steht und eine schwach emittierende Filmschicht M aufweist, die auf einer ihrer Oberflächen, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt steht.
Wenn, wie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, mindestens entweder eine Glasscheibe der Außenseite, die mit dem Außenraum in Kontakt steht oder eine Glasscheibe der Innenseite, die mit dem Innenraum in Kontakt steht, der Glasscheiben G mit der Vakuumschicht S in Kontakt steht und eine schwach emittierende Filmschicht M aufweist, die auf einer ihrer Oberflächen, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt steht, ausgebildet ist, kann diese schwach emittierende Filmschicht die Infrarotstrahlen reflektieren. So ist es zusätzlich zu den Wärmeisolationseffekten der Luftschicht und der Vakuumschicht auch möglich, eine Wärmediffusion vom Innenraum aus einzuschrän ken, durch die Wärme zum Außenraum herausdringt. Daher kann der Wärmedämmeffekt weiter verbessert werden.
Außerdem hat das Glaspaneel der vorliegenden Erfindung die Funktion des Verhinderns eines Aufwärmens der Glasscheiben an sich. Das heißt, während die schwach emittierende Filmschicht Strahlung im fernen Infrarot wirksam reflektieren kann, kann die gleiche Schicht Strahlung im nahen Infrarot leichter absorbieren als eine Glasschicht ohne eine solche schwach emittierende Filmschicht. Wenn daher die Glasscheibe der Sonnenstrahlung ausgesetzt wird, wird die Glasscheibe mit der schwach emittierenden Filmschicht leichter auf eine hohe Temperatur erwärmt als eine Glasscheibe ohne eine solche Beschichtung.
Es sei nun angenommen, dass die Glasscheibe mit der schwach emittierenden Filmschicht die mittlere Glasscheibe des Glaspaneels bildet. Dann wird nach einem Aufheizen dieser Glasscheibe aufgrund der Sonneneinstrahlung die Wärme weder in den einen noch in den anderen Raum abgestrahlt, da sowohl der Raum auf der einen Seite der Glasscheibe als auch derjenige auf der anderen Seite der Glasscheibe wärmegedämmt sind, so dass diese Glasscheibe allein auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Hieraus ergibt sich, dass eine hohe Temperaturdifferenz zwischen dieser Glasscheibe und der ihr über den Vakuumraum gegenüberliegenden Glasscheibe entsteht, wobei sich in der Folge eine beträchtliche Verwerfung in der Glasscheibe bilden und die Verwerfung die Glasscheibe sogar zerstören kann.
In dem Fall des erfindungsgemäßen Glaspaneels ist jedoch die schwach emittierende Filmschicht entweder auf der äußeren Glasscheibe, die mit dem Außenraum in Kontakt steht, oder auf der inneren Glasscheibe, die mit dem Innenraum in Kontakt steht, vorgesehen. Wenn daher die Temperatur der Glasscheibe mit der schwach emittierenden Filmschicht zu steigen beginnt, kann die Wärme dieser Glasscheibe leicht in die Luft des Außenraums oder des Innenraums diffundieren. Daher kann das oben beschriebene Problem vermieden werden.
Übrigens ist es lediglich nötig, dass mindestens eine Glasscheibe, d.h. die äußere Glasscheibe oder die innere Glasscheibe mit der Vakuumschicht in Kontakt steht und die schwach emittierende Filmschicht aufweist. Das heißt, dass solange eine der Glasscheiben das oben genannte erfindungsgemäße Merkmal aufweist, kann die Konstruktion des übrigen Glases nach Wunsch variieren. Zum Beispiel kann frei ausgewählt werden, ob die andere Glasscheibe ebenfalls mit einer solchen schwach emittierenden Filmschicht zu versehen ist oder nicht oder ob diese weitere schwach emittierende Filmschicht, wenn sie denn vorgesehen ist, mit der Vakuumschicht oder der Luftschicht in Kontakt ist.
Bei einem Glaspaneel nach Anspruch 2 umfasst die schwach emittierende Filmschicht M eine dünne Schicht, die als ihre Hauptkomponente mit Fluor gemischtes Zinndioxid enthält.
Die oben beschriebene schwach emittierende Filmschicht kann zum Beispiel durch Spritzen einer organischen Verbindung von Zinn in der Form eines Dampfes, wie zum Beispiel als Zinntetrachlorid (SnCl₄), Dimethylzinndichlorid ((CH₃)₂SnCl₂) oder dergleichen auf die Oberfläche der Glasscheibe erhalten werden, die zum Beispiel auf 500 bis 700°C erwärmt wird, mit einem Trägergas von zum Beispiel Stickstoffgas. Hierbei kann die Wärmeabstrahlung weiter verringert werden, wenn dem Film Fluor beigemengt wird.
Bei dem oben veranschaulichten Verfahren kann ein Fluor enthaltender Zinndioxidfilm hergestellt werden, der eine Dicke von zum Beispiel ungefähr 0,2 bis 1,0 μm (2000–10000 Ångström) aufweist, und der transparent und elektrisch leitfähig ist. In diesem Fall haben die im Film weitergeleiteten Elektronen die Funktion des Reflektierens der Infrarotstrahlen, so dass das dabei entstehende Glaspaneel auch eine ausgezeichnete Wärmdämmfähigkeit mit einer spezifischen Ausstrahlung zwischen ungefähr 0,20 und 0,15 erhält.
Außerdem umfasst bei einem Glaspaneel nach Anspruch 3 die schwach emittierende Filmschicht M eine dünne Schicht, die mindestens einen Satz einer Verbundschicht aufweist, die aus einer Silberschicht und einem Paar transparenter dielektrischer Schichten besteht, die sich an der Silberschicht gegenüberliegen.
Wenn die schwach emittierende Filmschicht aus mindestens einem Satz einer Verbundschicht besteht, die, wie oben beschrieben, aus einer Silberschicht und einem Paar transparenter dielektrischer Schichten besteht, die sich an der Silberschicht gegenüberliegen, kann diese dünne Schicht die Infrarotstrahlen in der Sonnenstrahlung wirksam reflektieren, um so die Menge an Infrarotstrahlen weiter zu verringern, die in den Innenraum durchgeleitet wird.
Silber hat eine gute elektrische Leitfähigkeit, um so die Infrarotstrahlen wirksam zu reflektieren. Mit Silber allein ist jedoch die Reflexion von sichtbarem Licht hoch und kann außerdem die Transparenz, die für eine Fensterscheibe erforderlich ist, nicht erhalten werden. Wenn daher diese Silberschicht in einem Sandwisch zwischen einem Paar transparenter dielektrischer Schichten aus TiO₂, ZnO, SnO₂ oder dergleichen ist, um die Reflexion sichtbaren Lichts einzuschränken, kann ein Mehrschichtfilm erhalten werden, der transparent ist und dennoch die infraroten Strahlen reflektiert. Die schwach emittierende Filmschicht M, die in der oben beschriebenen Art und Weise erhalten wurde, hat ein Reflexionsvermögen von ungefähr 0,10 bis 0,05, wodurch eine hohe Wärmedämmleistung erzielt wird.
Außerdem kann durch Überlagerung von mehr als zwei solcher Verbundschichten das Reflexionsvermögen der schwach emittierenden Filmschicht M weiter verringert werden. Wenn zum Beispiel zwei Sätze solcher Verbundschichten vorgesehen sind, wird das Reflexionsvermögen 0,02 bis 0,05. Es kann daher eine schwach emittierende Filmschicht M mit einem noch größeren Wärmedämmeffekt als in dem Fall erhalten werden, wo nur eine solche Verbundschicht vorgesehen ist.
Auch wenn im vorhergehenden Bezugszeichen gegeben wurden, um eine Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen zu erleichtern, versteht es sich, dass das Vorsehen dieser Bezugszeichen die Konstruktion der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenigen einschränkt, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde Ansicht, die allgemein ein Glaspaneel nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Wirkung des erfindungsgemäßen Glaspaneels veranschaulicht,
3 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Glaspaneel nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ist eine erläuternde Darstellung, die sich auf Ergebnisse von Experimenten von Temperaturanstiegen im Glaspaneel der vorliegenden Erfindung bezieht,
5 ist eine erläuternde Darstellung, die sich auf Ergebnisse von Experimenten von Temperaturanstiegen im Glaspaneel der vorliegenden Erfindung bezieht,
6 ist eine erläuternde Darstellung, die sich auf Ergebnisse von Experimenten von Temperaturanstiegen im Glaspaneel der vorliegenden Erfindung bezieht, und
7 ist eine erläuternde Darstellung, die sich auf Ergebnisse von Experimenten von Temperaturanstiegen im Glaspaneel der vorliegenden Erfindung bezieht.
Beste Art der Umsetzung der vorliegenden Erfindung
Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen repräsentieren diejenigen Teile, die mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind, identische oder entsprechende Teile.
(Zusammenfassung)
1 zeigt die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Glaspaneels.
Dieses Glaspaneel wird zum Beispiel als eine Fensterscheibe zur Schaffung einer Trennung zwischen dem Außenraum und dem Innenraum eingesetzt. Dieses Glaspaneel ist zum Beispiel aus drei Glasscheiben G gebildet, wobei die Glasscheiben G eine Luftschicht K und eine Vakuumschicht S zwischen ihnen bilden, und es ist auch eine schwach emittierende Filmschicht M auf einer Fläche der Glasscheibe G ausgebildet, um eine gute Wärmedämmleistung zu erzielen.
(Konstruktion des Glaspaneels)
Wie in 1 gezeigt, werden drei das Glaspaneel bildende Glasscheiben G gemäß ihrer Reihenfolge beginnend mit der Seite des Außenraums einzeln als die erste Glasscheibe G1, die zweite Glasscheibe G2 und die dritte Glasscheibe G3 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist nämlich die Glasscheibe auf der Außenseite, die in den Ansprüchen genannt ist, die erste Glasscheibe G1 bzw. ist die Innenseitenglasscheibe die dritte Glasscheibe G3.
Die Dicke der entsprechenden Glasscheiben G1–G3 kann frei ausgewählt werden. Allgemein kann die Dicke ungefähr 3 mm sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen der ersten Glasscheibe G1 und der zweiten Glasscheibe G2 eine Luftschicht K und zwischen der zweiten Glasscheibe G2 und der dritten Glasscheibe G3 eine Vakuumschicht S gebildet. Die Luftschicht K wird durch das Vorsehen eines Versiegelungselements P1 zwischen einem umlaufenden Rand E der ersten Glasscheibe G1 und einem umlaufenden Rand der zweiten Glasscheibe G2 und das Einbringen von Trocknungsmittel in den Innenraum, um so die trockene Luft darin einzusiegeln, gebildet. Mit dem Vorsehen dieser Luftschicht K kann die Wärmedämmleistung, die Schalldämmleistung usw. gesteigert werden.
Auf der anderen Seite wird die Vakuumschicht S durch Einstellen des Drucks in dem zwischen der zweiten Glasscheibe G2 und der dritten Glasscheibe G3 eingeschlossenen Raum unter 10^–2 Torr. gebildet. Eine solche Vakuumschicht S erzielt eine hervorragende Wärmedämmwirkung und Schalldämmwirkung. Außerdem sind diese Auswirkungen auch mit einem Zwischenraum, der schmaler als die Luftschicht K ist, ausreichend. Insgesamt kann das Glaspaneel dünn ausgebildet werden.
Eine solche Vakuumschicht S kann zum Beispiel dadurch gebildet werden, dass zuerst der Luftdruck in dem Raum zwischen der zweiten Glasscheibe G2 und der dritten Glasscheibe G3 verringert wird und dann in diesem Zustand der umlaufende Rand E der zweiten Glasscheibe G2 und der umlaufende Rand der dritten Glasscheibe G3 mit Glas mit niedrigem Schmelzpunkt P2 oder dergleichen verschweißt wird.
(Schwach emittierende Filmschicht)
Bei dem erfindungsgemäßen Glaspaneel wird eine schwach emittierende Filmschicht M auf der äußersten Glasscheibe G, die entweder mit dem Außenraum oder der Innenraumfläche in Kontakt steht und ebenfalls mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, ausgebildet.
Die schwach emittierende Filmschicht M kann zum Beispiel durch Spritzen einer organischen Verbindung aus Zinn in der Form eines Dampfes, wie zum Beispiel Zinntetrachlorid (SnCl₄), Dimethylzinndichlorid ((CH₃)₂SnCl₂) oder dergleichen auf die Fläche der Glasscheibe, die zum Beispiel auf 500–700°C erwärmt wird, mit einem Trägergas zum Beispiel aus Stickstoffgas erhalten werden. Alternativ kann eine solche Filmschicht auch durch unter Druck Setzen der organischen Zinnverbindung zusammen mit Druckluft, die ein organisches Lösungsmittel enthält, das darin gelöst ist, zu einem zu verspritzenden Nebel erhalten werden. In diesem Fall kann das Reflexionsvermögen weiter verringert werden, wenn Fluor zu dem Film hinzugefügt wird. Hierzu wird eine Verbindung von zum Beispiel Wasserstofffluorid (HF), Trifluoressigsäure (CF₃COOH) oder dergleichen mit dem Nebel der Zinnverbindung vermischt, um zusammen gespritzt zu werden.
Der dabei entstehende Film des Fluor enthaltenden Zinnoxids hat vorzugsweise eine Schichtdicke, die ungefähr zwischen 0,2 und 1,0 um (2000–10000 Ångström) beträgt. Dann wird dieser Film zu einem transparenten und elektrisch leitfähigen Film, so dass die geleiteten Elektronen im Film die Infrarotstrahlen reflektieren, um das Reflexionsvermögen der Glasscheibe ungefähr auf 0,20 bis 0,15 einzustellen.
Die schwach emittierende Filmschicht M wird auf einer der Oberflächen der dritten Glasscheibe G3 ausgebildet, wobei diese Fläche mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, das heißt, die eine Fläche, die nicht mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist. Der Grund für diese Konstruktion liegt darin, dass, wenn die schwach emittierende Filmschicht M auf der Fläche ausgebildet würde, die mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist, würde die schwach emittierende Filmschicht M aufgrund des Kontakts mit einem fremden Gegenstand abgeschält, oder es würde der Glanz der Oberfläche der Glasscheibe G verloren gehen, so dass die ursprüngliche Eigenschaft von Glas wie zum Beispiel das Reflektieren von Licht und das Hindurchlassen eines Bildes der Landschaft, verloren ginge.
Bei dem Glaspaneel der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, dass die schwach emittierende Filmschicht M auf einer Glasscheibe G ausgebildet wird, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist und die auch mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist, und nicht auf einer Glasscheibe, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, jedoch nicht mit dem Außen- oder dem Innenraum in Kontakt steht.
Zunächst liegt der Grund, warum die schwach emittierende Filmschicht M auf der Glasscheibe ausgebildet wird, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt steht darin, dass die Wärme allgemein nicht so leicht durch die Vakuumschicht S als über die Luftschicht K übertragen wird, so dass der Effekt der schwach emittierenden Filmschicht M zum Einschränken einer Infrarotwärmeleitung größer bei der Vakuumschicht S als bei der Luftschicht K ist. Insbesondere sei angenommen, dass Rk der Wärmewiderstand der Luftschicht K; Rs der Wärmewiderstand der Vakuumschicht S; Cn der Grad der Infrarot-Wärmeübertragung (Wärmeleitfähigkeit) zwischen herkömmlichen Glasscheiben; und Ce die Wärmeleitfähigkeit zwischen Glasscheiben, wenn auf einer von ihnen die schwach emittierende Filmschicht M ausgebildet ist, ist; dann wird die Wärmeleitfähigkeit C1 für den Fall, dass die schwach emittierende Filmschicht M in der Luftschicht K vorhanden ist, mit der folgenden Gleichung erhalten: C1 = 1/(1/(1/Rk + Ce) + 1/(1/Rs + Cn))
Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit C2 für den Fall, dass die schwach emittierende Filmschicht N in der Vakuumschicht S vorhanden ist, durch die folgende Gleichung erhalten. C2 = 1/(1/(1/Rk + Cn) + 1/(1/Rs + Ce))
Aus den zwei oben angegebenen Gleichungen kann die Differenz wie folgt ausgedrückt werden: C1 – C2 ∝ (Ce – Cn)·(Rk – Rs)und, wenn gilt, dass Rs » Rk und Cn » Ce, dann folgt C2 < C1.
Zweitens liegt der Grund, warum die schwach emittierende Filmschicht M auf der Glasscheibe G ausgebildet wird, die mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist, darin, dass das folgende Problem auftritt, wenn die schwach emittierende Filmschicht M auf einer Glasscheibe ausgebildet ist, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, aber mit dem Außenraum oder dem Innenraum nicht in Kontakt ist.
Wie in 2 gezeigt, sei nun angenommen, dass die schwach emittierende Filmschicht M auf einer der beiden Oberflächen der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet ist, wobei diese Fläche mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist. In diesem Fall tritt das Problem auf, dass die Temperatur der zweiten Glasscheibe G2 steigt und sie sich stark verformt. Dies geschieht aufgrund der Eigenschaft der schwach emittierenden Filmschicht M, welche die Strahlung im nahen Infrarot zu einem bestimmten Grad absorbiert, während sie Strahlung im fernen Infrarot gut reflektiert. Die leitfähigen Elektronen absorbieren nämlich Strahlen im nahen Infrarot mit einer Wellenlänge von 1 bis 2 μm recht gut. Da diese Strahlen im nahen Infrarotbereich ungefähr 50% der auf die Erde einfallenden Sonnenenergie ausmachen, absorbieren solche Glasscheiben die Sonnenstrahlen mehr als zum Beispiel eine Natronkalk-Glasscheibe, ohne eine solche Filmschicht, so dass während des Sonnenscheins in einem solchen Glas ein beträchtlicher Temperaturanstieg auftritt.
Aus diesem Grund ist es, nachdem sich die zweite Glasscheibe G2 erwärmt hat, schwierig, die Wärme dieser zweiten Glasscheibe G2 an die Luftschicht K abzugeben, die schon eine hohe Temperatur hat, so dass die zur dritten Glasscheibe G3 durch die Vakuumschicht S auf der gegenüberliegenden Seite abgegebene Wärmemenge sogar noch kleiner wird. Daher wird sich lediglich die zweite Glasscheibe G2 auf eine hohe Temperatur erwärmen und es wird bei ihr zu einer beträchtlichen Verformung kommen. Der Grad dieser Verformung wird im Sommer sogar noch ausgeprägter sein. Im schlimmsten Fall kann das, wenn die Verformung im Verhältnis zur ersten Glasscheibe G1 oder der dritten Glasscheibe G3 übergroß wird, zu Rissen im Abdichtungselement P1 führen, welches die Luftschicht K bildet, oder sogar zu einem Bersten der zweiten Glasscheibe G2 oder der dritten Glasscheibe G3.
Wenn jedoch, wie in 1 gezeigt, die schwach emittierende Filmschicht M auf der dritten Glasscheibe G3 ausgebildet ist, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, wird zum Beispiel im Sommer, wenn die dritte Glasscheibe G3 durch die Strahlung im nahen Infrarotbereich, die durch die schwach emittierende Filmschicht M absorbiert wird, diese zurückgehaltene Wärme an den Innenraum abgegeben. Daher wird die Temperatur der dritten Glasscheibe G3 nicht besonders erhöht. Außerdem wird aufgrund des Vorhandenseins der Vakuumschicht S zwischen dieser Glasscheibe und der zweiten Glasscheibe G2 die zweite Glasscheibe G2 nicht erwärmt und entsteht keine übergroße thermische Verformung bei dieser zweiten Glasscheibe G2.
Demnach ist die erfindungsgemäße Konstruktion zur Verringerung eines Wärmetransfers vom Außenraum zum Innenraum und auch zum Einschränken des Einfalls von Infrarotstrahlung ohne besonderen Aufwand fähig.
Übrigens erzielt während der Nacht und auch im Winter das Glaspaneel der vorliegenden Erfindung einen guten Infrarotabschirmungseffekt. Während der Nacht hat nämlich die Strahlung im fernen Infrarot, die zum Beispiel von einem Möbelstück in einem Zimmer abgestrahlt wird, die Tendenz, von der dritten Glasscheibe G3 zur ersten Glasscheibe G1 hindurchgelassen zu werden. Da jedoch in diesem Fall die schwach emittierende Filmschicht M auf der dritten Glasscheibe G ausgebildet ist, die mit dem Innenraum in Kontakt ist, wird die Strahlung im fernen Infrarot lediglich durch die dritte Glasscheibe G3 hindurch gelassen und dann in den Innenraum zurück reflektiert. Außerdem wird die Strahlung im fernen Infrarot nicht zum Beispiel durch die zweite Glasscheibe G2 absorbiert. Folglich ist es möglich, den Temperaturabfall des Innenraums zu verringern.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform ist die Vakuumschicht auf der Seite des Innenraums vorgesehen. Statt dessen kann jedoch, wie in 3 gezeigt, die Vakuumschicht S auch auf der ersten Glasscheibe G1 vorgesehen sein, die mit dem Außenraum in Kontakt ist. In diesem Fall ist die Strömung von Wärme vom Innenraum zum Außenraum im Wesentlichen dieselbe wie in 1 gezeigt.
(Auswirkungen)
Wie oben beschrieben, wurde bei dem Glaspaneel der vorliegenden Erfindung, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf einer Glasscheibe, die mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist, und auf ihrer Innenfläche, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, ausgebildet wird, ein Glaspaneel vorgesehen, das eine gute Wärmestrahlungs-Abschirmungswirkung durch Minimieren einer Wärmeübertragung und der Durchlassung von Infrarotstrahlen zwischen dem Außenraum und dem Innenraum erzielt und bei der auch eine kleinere Wahrscheinlichkeit eines Berstens zum Beispiel durch Überhitzung besteht.
[Ausführungsform]
Wie oben beschrieben, kann die schwach emittierende Filmschicht M der vorliegenden Erfindung durch Spritzen einer organischen Verbindung von Zinn in der Form eines Dampfes, wie zum Beispiel Zinntetrachlorid (SnCl₄), Dimethylzinndichlorid ((CH₃)₂SnCl₂), sowie Monomethylzinntrichlorid (CH₃SnCl₃), Monobutylzinntrichlorid (C₄H₉SnCl₃) oder dergleichen auf die Oberfläche der Glasscheibe, die erwärmt ist, erhalten werden. Wenn bei diesem Spritzvorgang eine Fluorverbindung, wie zum Beispiel Fluorwasserstoff (HF), Trifluoressigsäure (CF₃COOH), Freongas und so weiter in entsprechender Weise hinzugefügt wird, kann ein sogar noch größerer Infrarotstrahlungs-Reflexionseffekt erzielt werden. Vorzugsweise hat der Film eine Dicke von 0,2 bis 1,0 μm (2000–10000 Ångström). Die dabei entstehende Glasscheibe G weist ein Reflexionsvermögen von ungefähr 0,20 bis 0,15 auf.
Ferner kann diese schwach emittierende Filmschicht M auch durch Sputtern hergestellt werden. In diesem Fall wird zum Beispiel auf der Oberfläche der Glasscheibe G zuerst eine Oxidschicht aus Zinnoxid, Zinkoxid oder dergleichen als eine erste Schicht ausgebildet. Hierauf wird eine Silberschicht und dann eine gleiche Oxidschicht wie die obige als eine zweite Schicht darüber gelegt. In diesem Fall wird die erste Schicht ungefähr mit einer Dicke von 0,01 bis 0,05 μm (100–500 Ångström), die Silberschicht ungefähr mit einer Dicke von 0,005 bis 0,02 μm (50 bis 200 Ångström) und die zweite Oxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,01 bis 0,05 μm (100–500 Ångström) ausgebildet. Die schwach emittierende Filmschicht M, die auf diese Art und Weise erzielt wird, wies ein Reflexionsvermögen von 0,10 bis 0,05 auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Glaspaneel wird, wie oben beschrieben, die schwach emittierende Filmschicht M auf einer Glasscheibe ausgebildet, welche die äußere Seite bildet und die auch mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist. Der Grund zur Verwendung einer solchen Konstruktion wird aus den Ergebnissen von Experimenten ersichtlich, die als Nächstes beschrieben werden.
Die 4 bis 7 zeigen die Ergebnisse von Experimenten einer Temperaturerhöhung bei Glaspaneelen unter der Verwendung einer Glasscheibe G, die mit einer schwach emittierenden Filmschicht M, die aus Zinntetrachlorid besteht, ausgebildet ist.
Die 4 und 5 zeigen das Ergebnis eines Falls, bei dem die Luftschicht K auf der Seite des Außenraums angeordnet war, während die Vakuumschicht S auf der Seite des Innenraums angeordnet war. 4 zeigt einen Fall, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf einer der Oberflächen der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet war, die auf der Seite der Wärmequelle ist. 5 zeigt einen weiteren Fall, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf der Innenfläche der dritten Glasscheibe G3 ausgebildet war, welche mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist. Das heißt, 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Glaspaneel, während 4 ein Glaspaneel zu Vergleichszwecken zeigt.
Beim Vergleich der Ergebnisse von 4 und 5 sind bei der Temperatur der ersten Glasscheibe G1 und der Temperatur der dritten Glasscheibe G3 keine merklichen Unterschiede zu sehen. In den beiden Fällen von 4 und 5 waren jedoch die Temperaturen dieser ersten und dieser dritten Glasscheibe G1 bzw. G3 zu einem gewissen Grad höher als die Temperatur des Außenraums bzw. die des Innenraums, da sie einen Teil der in der Sonneneinstrahlung enthaltenen Infrarotstrahlung absorbierten. Doch wurde, auch wenn die erste Glasscheibe G1 und die dritte Glasscheibe G3 selbst erwärmt wurden, die von innen aufgenommene Wärme allmählich in den Innenraum oder den Außenraum abgeleitet. Daher stiegen die Temperaturen der ersten Glasscheibe G1 und der dritten Glasscheibe G3 auf nicht mehr als ungefähr 40°C.
Was jedoch die Temperaturen der zweiten Glasscheibe G2 betrifft, so fiel der Erwärmungsgrad sehr unterschiedlich aus, je nach der Position, in der die schwach emittierende Filmschicht M ausgebildet war. Der Grad der Erwärmung der zweiten Glasscheibe G2 war in dem Fall besonders groß, in dem die schwach emittierende Filmschicht M auf der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet war. Dies geschieht aufgrund der Eigenschaften der schwach emittierenden Filmschicht M und der Wärmedämmung des Glaspaneels. Die schwach emittierende Filmschicht M hat nämlich die Eigenschaft, dass sie die Strahlung des fernen Infrarot gut reflektiert, jedoch die Strahlung des nahen Infrarots zu einem bestimmten Grad absorbiert. Aus diesem Grund ist die von einer Glas scheibe G mit der schwach emittierenden Filmschicht M absorbierte Wärmemenge größer als die von einer Glasscheibe G ohne eine solche schwach emittierende Filmschicht M absorbierte Wärmemenge. Außerdem ist in dem Fall, da die schwach emittierende Filmschicht M auf der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet ist, da diese zweite Glasscheibe G2 zwischen der trockenen Wärmeisolationsluftschicht K und der Vakuumschicht S eingeschlossen ist, kein Raum, durch den diese absorbierte Wärme abgeleitet werden könnte, so dass diese zweite Glasscheibe G2 zu einem noch höheren Temperaturgrad erwärmt wird.
Zum Beispiel stieg im Fall von 4 die Temperatur der zweiten Glasscheibe G2 auf bis zu 49,9°C an. Dagegen stieg im Fall von 5 die Temperatur nur auf 44,4°C. Dies zeigt, dass eine Ausbildung der schwach emittierenden Filmschicht M auf der dritten Glasscheibe G3 einen besseren Effekt der Einschränkung einer Überhitzung der zweiten Glasscheibe G2 bot.
Wie oben beschrieben, war in dem Fall des Glaspaneels von 4 als Vergleichsbeispiel die Wärmeausdehnung der zweiten Glasscheibe G2 größer als diejenige der ersten Glasscheibe G1 und der dritten Glasscheibe G3, so dass es eine Möglichkeit eines Berstens einer der Glasscheiben G gab. Dagegen war in dem Fall des Glaspaneels von 5 der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeit für ein solches Bersten geringer.
Übrigens wurden die Ergebnisse eines Experiments, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf der ersten Glasscheibe G1 ausgebildet war, oben nicht erörtert. In diesem Fall würde jedoch ein Teil der von der ersten Glasscheibe G1 aufgrund einer Absorption von Infrarotstrahlung aufgenommenen Wärme die Luftschicht K aufwärmen, und diese erwärmte Luftschicht K würde ihrerseits die zweite Glasscheibe G2 erwärmen. Daher ist davon auszugehen, dass die zweite Glasscheibe G2 auf eine Temperatur zwischen dem Fall von 4 und dem Fall von 5 erwärmt würde.
Die 6 und 7 zeigen die Ergebnisse von Experimenten, bei denen die Vakuumschicht S auf der Seite des Außenraums und die Luftschicht K auf der Seite des Innenraums vorgesehen war. Hierbei zeigt 7 ein Glaspaneel gemäß der vorliegenden Erfindung und 6 ein Glaspaneel als Vergleichsbeispiel.
6, welche das Vergleichsbeispiel zeigt, veranschaulicht den Fall, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf einer der beiden Oberflächen der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet war, wobei diese eine Fläche auf der Seite der Wärmequelle ist. 7, die sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, veranschaulicht den Fall, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf der Innenfläche der ersten Glasscheibe G1 ausgebildet war, wobei diese Fläche mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist.
Wieder ergibt ein Vergleich der Ergebnisse der 6 und 7 keinen beträchtlichen Unterschied bei der Temperatur der ersten Glasscheibe G1 zwischen den Fällen von 6 und 7. Jedoch ist die Temperatur der dritten Glasscheibe G3 von 6 leicht höher als die Temperatur der dritten Glasscheibe G3 im Fall von 7. Dies geschieht daher, dass die schwach emittierende Filmschicht M im Fall von 6 auf der zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet war, so dass die Luftschicht K, die mit der dritten Glasscheibe G3 in Kontakt ist, auf eine höhere Temperatur erwärmt wurde.
Bezüglich der Temperatur der zweiten Glasscheibe G2 stieg diese Temperatur im Fall von 6 auf 51,5°C an, bei der die schwach emittierende Filmschicht M auf dieser zweiten Glasscheibe G2 ausgebildet war. Dahingegen stieg im Fall von 7 die Temperatur lediglich auf 40,2°C an. Das bedeutet, dass, wenn die schwach emittierende Filmschicht M auf der ersten Glasscheibe G1 ausgebildet ist, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist, wie bei den Fällen der 4 und 5 der Temperaturanstieg der zweiten Glasscheibe G2 eingeschränkt ist. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass die Möglichkeit eines Berstens der zweiten Glasscheibe für das erfindungsgemäße Glaspaneel von 7 verringert ist.
Übrigens wurden auch in diesem Fall die Ergebnisse eines Experiments, bei dem die schwach emittierende Filmschicht M auf der dritten Glasscheibe G3 ausgebildet war, nicht erörtert. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass bei einer solchen Konstruktion ein Ergebnis erreicht wird, das zwischen den Fällen der 6 und 7 liegt.
Wie aus den oben beschriebenen Ergebnissen, die in den 4 bis 7 gezeigt sind, hervorgeht, kann in den Fällen der Glaspaneele der 5 und 7, bei denen die schwach emittierende Filmschicht M auf der Innenfläche einer Glasscheibe G ausgebildet ist, die mit dem Außenraum oder dem Innenraum in Kontakt ist, der Temperaturanstieg der zweiten Glasscheibe G2 wirksam eingeschränkt werden, so dass es möglich ist, ein Problem zum Beispiel eines Berstens dieser zweiten Glasscheibe G2 zu vermeiden.
[Andere Ausführungsformen]
(1) Bei der vorhergehenden Ausführungsform ist die schwach emittierende Filmschicht M nur auf der dritten Glasscheibe G3 auf der Seite des Innenraums vorgesehen, die mit der Vakuumschicht S in Kontakt ist. Zusätzlich hierzu kann auch eine weitere schwach emittierende Filmschicht M auf der ersten Glasscheibe G1, die mit dem Außenraum in Kontakt ist, ausgebildet werden.
Wenn auf diese Weise die schwach emittierenden Filmschichten M sowohl auf der dritten Glasscheibe G3, die mit dem Innenraum in Kontakt ist, als auch auf der ersten Glasscheibe G1, die mit dem Außenraum in Kontakt ist, ausgebildet sind, ob jetzt eine hohe Temperatur auf der Seite des Innenraums oder des Außenraums besteht, so ist die schwach emittierende Filmschicht M immer an dieser Glasscheibe G vorhanden, die mit einem solchen Raum einer erhöhten Temperatur in Kontakt ist. Als Ergebnis hiervon können die Infrarotstrahlen von dem Raum der erhöhten Temperatur reflektiert werden, ohne dass sie in das innere des Glaspaneels vorgelassen werden, so dass die Menge der durch die Glasscheibe G absorbierten Infrarotstrahlung, die innerhalb des Paneels angeordnet ist, in vorteilhafter Weise verringert werden kann. Außerdem kann die Infrarotstrahlung, die in das Innere des Glaspaneels vorgedrungen ist, ohne dass sie durch die Glasscheibe auf der Seite des Raums mit der hohen Temperatur reflektiert wurde, daran gehindert werden, wieder durch die schwach emittierende Filmschicht M auf der gegenüberliegenden Glasscheibe G hindurchgelassen zu werden.
Daher kann mit dem Glaspaneel gemäß dieser weiteren Ausführungsform die Wärmeübertragung und das Hindurchlassen von Infrarotstrahlen zwischen dem Außenraum und dem Innenraum sogar noch zuverlässiger eingeschränkt werden, so dass eine extrem gute Wärmestrahlungs-Abschirmungswirkung erzielt werden kann.
(2) Bei der vorhergehenden Ausführungsform ist die schwach emittierende Filmschicht M als eine dünne Schicht vorgesehen, die hauptsächlich aus mit Fluor gemischtem Zinnoxid besteht. Die vorliegende Erfindung ist hierauf nicht eingeschränkt. Stattdessen kann die schwach emittierende Filmschicht M mindestens einen Satz einer Verbundschicht aufweisen, die aus einer Silberschicht und einem Paar transparenter dielektrischer Schichten besteht, die sich an der Silberschicht gegenüberliegen.
Silber weist ein hohes Reflexionsvermögen für sichtbare Strahlung auf, so dass die für eine Fensterscheibe wesentliche Transparenz nicht erzielt werden kann. Durch das Einschließen des Silbers in ein Paar sich gegenüberliegender transparenter dielektrischer Schichten, wie zum Beispiel aus TiO₂, ZnO, SnO₂ oder dergleichen, um so eine Reflexion der sichtbaren Strahlung von den gegenüberliegenden Seiten der Silberschicht einzuschränken, kann daher eine Mehrschichtbeschichtung erhalten werden, die transparent ist und die infrarote Strahlung reflektiert. Da eine solche Mehrschichtbeschichtung eine strenge Steuerung der Dicke der jeweiligen Schicht erfordert, wird sie allgemein durch physikalische Dampfabscheidungsverfahren oder industriell durch das Sputterverfahren hergestellt, die eine Bearbeitung einer großen Fläche erlaubt.
Damit die oben beschriebene Silberschicht eine gute Transparenz erhält, wird die Schichtdicke dieser Silberbeschichtung ein wichtiger Parameter. Insbesondere wird die Silberschicht mit einer Dicke von 0,005 bis 0,02 μm (50–200 Ångström) ausgebildet.
Andererseits kann die Schichtdicke der transparenten dielektrischen Schichten, zwischen denen die Silberschicht in einer Sandwichstruktur liegt, je nach dem Brechungsindex optimiert werden. Zum Beispiel wird sie im Bereich von 0,01 bis 0,05 μm (100 bis 500 Ångström) eingestellt.
Die in der oben beschriebenen Art und Weise erhaltene schwach emittierende Filmschicht M bietet ein Reflexionsvermögen von ungefähr 0,10 bis 0,05, was dem Reflexionsvermögen der oben beschriebenen Zinnoxidfilmschicht überlegen ist. Die Silberschicht kann sich jedoch leicht durch die Koagulation aufgrund z.B. der Feuchtigkeit in der Luft zersetzen, so dass sich ihr äußeres Erscheinungsbild und ihr Reflexionsvermögen verschlechtert. Daher sollte bei ihrer Handhabung, wie zum Beispiel bei ihrer Aufbewahrung, spezielle Sorgfalt verwendet werden.
Die schwach emittierende Filmschicht M kann zwei oder mehr Sätze solcher Verbundschichten aufweisen, um noch bessere Eigenschaften zu erzielen. In diesem Fall muss die Schichtdicke eines jeden Films, aus dem die entsprechende Verbundschicht besteht, sogar noch strenger als für den Fall kontrolliert werden, dass nur ein Satz einer Verbundschicht vorgesehen ist. Die zwei Sätze einer Verbundschicht aufweisende Konstruktion, die einander überlagert sind, ergibt ein Reflexionsvermögen von ungefähr 0,02 bis 0,05, so dass eine schwach emittierende Filmschicht M mit einer noch besseren Wärmedämmwirkung erhalten werden kann.
Die leitfähigen Elektronen in der Silberschicht absorbieren jedoch die Strahlung im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 1 bis 2 μm recht gut. Da die Strahlung im nahen Infrarotbereich ungefähr 50% der auf der Erde auftreffenden Sonnenenergie ausmacht, absorbiert eine solche Glasscheibe die Sonnenstrahlen besser als zum Beispiel eine Natronkalk-Glasscheibe ohne eine solche Filmschicht, so dass während des Sonnenscheins in einer solchen Glasscheibe ein beträchtlicher Temperaturanstieg auftritt.
(3) Die Luftschicht K besteht üblicherweise aus trockener Luft. Stattdessen kann zum Beispiel ein Gas wie Argon, Krypton oder dergleichen eingefüllt werden. Da bei solchen Edelgasen kaum eine Konvektion in der Luftschicht K geschieht, kann eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Glasscheiben G verringert werden, um einen größeren Wärmedämmeffekt zu erzielen.
Außerdem ist es bei einer Befüllung mit einem solchen Gas möglich, die Bildung von Kondensationsfeuchtigkeit in der Luftschicht K noch zuverlässiger zu verhindern, so dass die Glasoberfläche über einen langen Zeitraum sauber gehalten werden kann.
(4) Die Glasscheibe G ist nicht auf die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebene Glasscheibe G mit einer Dicke von 3 mm eingeschränkt. Sie kann auch eine Glasscheibe G mit einer anderen Dicke sein.
Außerdem kann der Typ der Glasscheibe G ganz frei gewählt werden. Zum Beispiel kann sie eine Buntglasscheibe, Milchglas (Glas, das durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung die Funktion der Lichtdiffusion erhalten hat), Drahtglas, vorgespanntes Glas, mit der Funktion der Wärmeabsorption, Ultraviolettstrahlungsabsorption, Wärmereflexion oder dergleichen ausgestattetes Glas oder eine beliebige Kombination dieser Typen sein.
(5) Bezüglich der Zusammensetzung des Glases kann es Natronwasserglas, (Kalk-Soda-Silicatglas), Borsilicatglas, Alumosilicatglas oder verschiedene Arten von Kristallglas sein.
<3> Das Glaspaneel der vorliegenden Erfindung kann eine Kombination von Glasscheiben G mit derselben Länge, Breite oder dergleichen sein oder kann auch eine Kombination von Glasscheiben G unterschiedlicher Länge, Breiten oder dergleichen sein. Außerdem kann die Überlagerungsweise der Glasscheiben G alternativ auch so sein, dass ihre Ränder aufeinander ausgerichtet sind oder nicht aufeinander ausgerichtet sind.
Außerdem kann das Glaspaneel P dadurch konstruiert werden, dass eine bestimmte Glasscheibe G und eine andere Glasscheibe zusammengesetzt werden, die sich in der Dicke voneinander unterscheiden.
(7) Das Glaspaneel der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eines eingeschränkt, das aus flachen Glasscheiben G zusammengesetzt ist. Es kann auch aus Glasscheiben gebildet sein, die gewölbte Oberflächen haben. Wenn zum Beispiel ein solches Paneel als eine Windschutzscheibe eines Automobils, als eine Vorderscheibe für den Führerstand eines Eisenbahnzugs oder als Skylight eines Passagier-Eisenbahnwagens usw. verwendet wird, bietet es nicht nur die Schalldämm- und Wärmedämmwirkungen, sondern auch eine Enteisungswirkung, um so zur größeren Verkehrssicherheit einen guten Blick freizugeben.
Industrielle Anwendbarkeit
Das erfindungsgemäße Glaspaneel kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann es für Gebäude, Fahrzeuge (Scheiben für Automobile, Scheiben für Eisenbahnwagen, Scheiben auf einem Schiff), Instrumentenkomponenten (Oberflächenglas einer Plasmaanzeige, Tür oder Wand eines Kühlschranks, Tür oder Wand einer Wärmespeichervorrichtung) verwendet werden.

Claims

Glaspaneel, mit mindestens drei Glasscheiben zum Bilden einer Luftschicht (K) und einer Vakuumschicht (S) neben einander und zum Bilden einer Trennung zwischen einem Außenraum und einem Innenraum, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens entweder eine Glasscheibe der Außenseite, die mit dem Außenraum in Kontakt steht, oder eine Glasscheibe der Innenseite, die mit dem Innenraum in Kontakt steht, der Glasscheiben (G) mit der Vakuumschicht (S) in Kontakt steht und eine schwach emittierende Filmschicht (M) aufweist, die auf einer ihrer Oberflächen, die mit der Vakuumschicht in Kontakt (S) steht, ausgebildet ist.
Glaspaneel nach Anspruch 1, bei dem die schwach emittierende Filmschicht (M) einen dünnen Film umfasst, der als Hauptbestandteil mit Fluor gemischtes Zinndioxid enthält.
Glaspaneel nach Anspruch 1, bei dem die schwach emittierende Filmschicht (M) einen dünnen Film umfasst, der mindestens einen Satz einer Verbundschicht aufweist, die aus einer Silberschicht und einem Paar transparenter dielektrischer Schichten besteht, die sich an der Silberschicht gegenüber liegen.