FI87717C - Eluppvaermt glaselement och dess framstaellningsfoerfarande - Google Patents

Description

1 87717 SÄHKÖLÄMMITTEINEN LASIELEMENTTI JA SEN VALMISTUSMENETELMÄ

Keksinnön kohteena on suoraan jännitelähteeseen liitettävä sähkölämmitteinen lasielementti ikkunoiden tai muiden vas-5 taavien osien lämmitykseen tai pintalämpötilojen kohottamiseen, joihin voidaan yhdistää sähkömagneettisen säteilyn suodatus tai lasin rikkoutumisen ilmoittava laite.

Rakennuksen ikkunoiden lasiosa on ulkovaipan heikoin lämpöä eristävä rakenneosa. Tämän seurauksena sisälasin pintaläm-10 pötila on merkittäväästi alhaisempi kuin tarkasteltavan tilan muiden pintojen. Alhaisten pintalämpötilojen ja sisälämpötilojen erot synnyttävät aistimuksia, jotka koetaam epämukavuutena, rajoittavat viihtyvyyttä ja tilan tehokasta käyttöä. Ympäristöä lämpimämmät ilmamassat virtaavat ylös-15 päin kunnes kohtaavat viileämpiä ilmamassoja tai pintoja, jotka jäähdyttävät ylöispäin liikuvia ilmavirtauksia. Jääh-tyessään ilmamassat muuttuvat raskaammiksi ja virtauksien suunta muuttuu alaspäin. Ilmamassojen virtauksien nopeudet ovat suoraan verrannolliset lämpötilaeroihin. Varsinkin 20 viileät ja kylmät ilmavirtaukset halutaan estää.

Tämän lisäksi iho- ja sisätilan pinnat ovat jatkuvassa lämpösäteilyn vuorovaikutuksessa. Lämpimämmät pinnat säteilevät suuremmalla teholla kuin viileämmät pinnat. Vuorovaikutuksessa olevien pintojen nettosäteilyero on riippuvainen 25 lämpötilojen neljännessä potenssissa.

Ihon lämpösäteily on sitä tehokkaampaa mitä suuremmasta lämpötilaerosta on kysymys. Säteilemällä menetetty lämpö alentaa ihon lämpötilaa ja lämpötilan aleneminen aistitaan epämiellyttävänä viluna.

2 87717

Joissakin tapauksissa sisälasin pintalämpötila voi saavuttaa kastepistelämpötilan, jossa ilman sisältämä vesihöyry tiivistyy lasin pinnalle. Tiivistynyt vesihöyry jäätyy kun lasin pintalämpötila laskee 0°C:een. Tiivistynyt ja jääty-5 nyt vesi estää läpinäkyväisyyden ja lasi menettää tärkeimmän ominaisuutensa. Lasia ympäröivät rakenteet vaurioutuvat lasin pinnalle tiivistyneen vesihöyryn valuessa niiden päälle.

Edellä mainittujen haittojen poistamiseksi lasien pintaläm-10 pötilaa pyritään kohottamaan lisäämällä lasien muodostamien lämpöä eristävien ilmatilojen lukumäärää ja niiden leveyksiä. Ikkunoissa käytetään kahden, kolmen, neljän ja viiden lasilevyn muodostamia lämpöä eristäviä ilmatiloja. Muodostettujen liikkumattomien ilmatilojen lukumäärää li-15 säämällä lämmöneristys paranee. Ilmatilojen leveydellä on merkitystä lämmöneristykseen. Ilmatilan leveyden ylittäessä 20 mm kokonaislämmöneristys ei enää parane. Lämmönjohtavuuden kautta saavutettu lisäeristys menetetään lisääntyvinä ilmanvirtauksina, jotka siirtävät lämpöä lämpimämmältä puo-20 lelta kylmemmälle puolelle.

Lasien lukumäärän lisääminen tekee ikkunasta raskaan, monimutkaisen, vaikeasti huollettavan ja kalliin. Tällaisilla ikkunoilla ei saavuteta riittävää lämmöneristystä ja sisä-:: lasien pintalämpötilat jäävät edelleen niin alhaisiksi, 25 ettei vaadittavaa mukavuuden ja toiminnan tasoa saavuteta.

Edelleen lasirakenteiden lämmöneristystä voidaan lisätä korvaamalla ilmatilan ilma paremmin eristävillä läpinäkyvillä kaasuilla tai niiden seoksilla. Käyttötarkoitukseen soveltuvia kaasuja ovat esimerkiksi argon ja rikkiheksa-30 fluoridi sekä niiden seokset. Niiden lämmönjohtavuus ja lämpötilaeroon perustuvat virtaukset ovat vähäisempiä kuin 3 87717 ilman. Kaasujen käytön edellytyksenä on ilmatiiviisti suljettu kahden tai useamman lasilevyn muodostama yhtenäinen elementti, jossa lasien väliin valmistuksessa jäänyt ilma poistetaan ja korvataan tarkoitukseen soveltuvalla kaasulla 5 tai niiden seoksilla. Näiden rakenteiden lämmöneristyksen lisäys on kuitenkin vain kymmenen prosenttia kun niitä verrataan rakenteisiin, joissa ilma on lämpöä eristävänä kaasuna. Näilläkään rakenteilla ei saavuteta riittävän korkeita lasipinnan lämpötiloja.

10 Lasien lämmöneristystä voidaan edelleen parantaa pinnoittamalla lasit pitkäaaltoista lämpösäteilyä heijastavilla kerroksilla. Näiden pinnoitteiden ominaisuutena on, että luonnonvalo läpäisee pinnoitteen lähes muuttumattomana ja pitkäaaltoisesta silmin havaitsemattomasta lämpösätei-15 lystä palautuu 50%..90%. Tällaisten pinnoitteiden valmistusta ja ominaisuuksia kuvataan patenteissa United States Patent no:t 4,548,691 ja 4,749,397.

Käytettäessä ilmatiiviiksi suljetuissa lasirakenteissa pitkäaaltoista lämpösäteilyä heijastavia laseja ja korvaamalla 20 tavanomaisesti näissä rakenteissa eristeenä käytettävä kuiva ilma paremmin lämpöä eristävällä kaasulla tai kaasujen seoksilla kyetään lasien lämmönvastuksia kuusinkertaistamaan. Vaikka tällaisten lasien lämmöneristävyys on merkittävästi parempi kuin tavanomaisten ikkunalasiraken-25 teiden, niiden eristyskyky on kolme-neljä kertaa heikompi kuin seinärakenteiden ja pintalämpötilat oleellisesti alhaisemmat kuin muiden rakenteiden.

Tästä syystä ikkunoiden alle sijoitetaan lämmityslaitteet, joiden ylöspäin suuntautuvat lämmenneet ilmavirtaukset 30 eristävät kylmän lasipinnan muusta tilasta ja tässä tilassa saavutetaan jatkuvalle oleskelulle vaadittavat termiset 4 87717 olosuhteet. Joissakin tapauksissa ikkunoiden alle sijoitettujen lämmityslaitteiden synnyttämät luonnolliset lämmin-ilmavirtaukset eivät ole riittävän tehokkaita kylmien lasipintojen aiheuttamien haittojen poistamiseksi ja on tar-5 peellista koneellisesti puhaltaa lämmitettyä ilmaa kylmille pinnoille. Edellä mainitut tavat poistaa kylmien lasipintojen synnyttämät haitat ovat monimutkaisia, raskaita, kalliita, energiaa tuhlaavia ja tilankäyttöä rajoittavia.

Tästä syystä on kehitetty sähköisesti lämmitettäviä lasi-10 ratkaisuja. Esimerkiksi patenteissa United States Patent no:t 4,920,254, 4,455,481 kuvataan menetelmiä, joissa muovisen laminaattikerroksen sisään sijoitetaan vastuslankoja, jotka yhdistettynä jännitelähteeseen lämpenenvät ja lämmittävät lasia. Näiden haittoina on vastuslankojen näkyminen. 15 Vastuslankoja pyritään edelleen ohentamaan, joka on lisännyt niiden katkeamisriskiä. Lankojen ohentamisen seurauksena on niiden pintalämpötiloja kohotettava riittävän lämmitystehon saavuttamiseksi, joka edelleen on lisännyt niiden katkeamisherkkyyttä ja korkean lämpötilan aiheuttamia 20 silmin havaittavia vaurioita itse laminaattikerroksessa.

Lisäksi näiden rakenteiden haittana on, ettei vastuslankoja voida käyttää muissa kuin laminaattikerroksissa, joka on lisännyt rakenteiden painoa eikä katkenneita vastuslankoja voida uusia.

25 Vastuslangoilla valmistetuissa laminoiduissa laseissa ilmenneiden haittojen poistamiseksi on kehitetty läpinäkyviä sähköisesti lämmitettäviä resistiivisiä pinnoitteita tai pitkäaaltoista lämpösäteilyä heijastavista pinnoitteista on valmistettu sähköisesti lämmitettäviä lasiraken-30 teitä. Sähköisesti lämmitettäviin pinnoitteisiin perustuvia lasirakenteita kuvataan EP-hakemuksissa no:t O 303 586 ja O 303 587 sekä patenteissa United States Patent no:t 4,385,226 ja kanadalaisissa no:t 1 253 064 ja 1 164 663.

5 87717 Sähköisesti lämmitettävien pinnoitettujen lasien haittoina 5 on koosta riippuva lämmitysteho. Esimerkiksi samanlaisten lasien lämmitysteho on 1000 mm x 1000 mm suuruisessa lasissa 970 W/m^ ja koon ollessa 2000 mm x 2000 mm lämmitys-teho on 240 W/m2. Pinnoitetuissa sähkölämmitteisissä la-10 seissa se merkitsee sitä, että pinnoitekerroksen vastusta tulee voida muuttaa lasin ulkomittojen mukaan tai jokaiselle sähkölämmitteiselle lasille tulee hankkia koolle soveltuva jännite yhtenäisen pintalämmitystehon saavuttamiseksi. Esitetyssä esimerkissä saavutetaan yhtenäinen lämmi-15 tysteho kun 1000 mm x 1000 mm suuruisessa lasissa käytetään 110 V jännitettä ja 2000 mm x 2000 mm kokoisessa lasissa jännitettä 220 V.

Pinnoitetuissa laseissa ei voida yksinkertaisesti muuttaa niiden sähköisiä ominaisuuksia ilman, etteivät lasin hei-20 jastus- ja läpäisyvärit sekä ominaisuudet muutu. Mikäli lasin sähköisiä ominaisuuksia muutettaisiin niin, että samassa kohteessa voitaisiin käyttää koosta riippumatonta lämmitystehoa vakiojännitteellä, lasit eroaisivat ulkonäöl-lisesti merkittävästi toisistaan.

25 Keksinnön mukainen sähkölämmitteinen lasielementti on kytkettävissä suoraan koosta riippumatta yleisesti käytössä olevaan 220 voltin jännitteeseen niin, että pinnoitteen sähköisiä ominaisuuksia ei tarvitse muuttaa. Lisäksi keksinnön mukainen sähkölämmitteinen lasielementti on valmis-30 tettavissa kaikista markkinoilla saatavista olevista selektiivisinä matalaemissiviteettisinä myydyistä laseista. Keksinnön mukaiselle lasielementille on tunnusomaista patent- 6 87717 tivaatimuksissa esitetyt tunnusmerkit. Esillä olevan keksinnön toiminta perustuu yleisesti tunnettuun fysiikan lakiin, jossa pinnoittamalla valmistetun sähkölämmitteisen lasielementin pinta-alayksikköä kohden oleva lämmitysteho 5 on suoraan verrannollinen jännitteen neliöön ja kääntäen verrannollinen elektrodien etäisyyksien neliöön ja lasin pintavastukseen. Keksinnön mukaisessa tuotteessa pinnoitettuun lasiin muodostetaan kenttiä, jotka kytketään sarjaan niin, että näin muodostettujen elektrodien etäisyydellä 10 saavutetaan vaadittu lasipinnan lämmitysteho.

Elektrodit ja kenttien yhdistämiseen käytettäväksi soveltuvia materiaaleja ovat hyvin sähköä johtavat metalliliuskat. Esimerkiksi kokeissa käytettävät metalliliuskat olivat poikkipinnaltaan 0,1 mm x 5,0 mm kokoista kupariteippiä, 15 jonka kiinnittämiseksi toinen pinta oli käsitelty sähköä johtavalla liimalla. Kupariteipin liimapinta tulee pinnoitetta vastaan. Sähköinen kontakti varmistetaan kupariteipin reunan ja pinnoitteen yhtymäkohtaan pursutettavalla ilmassa kuivuvalla johtavalla pastalla, esimerkiksi Demetron GmbH:n 20 Light Silver L 200:11a.

Keksinnön kohteena olevan sähkölämmitteisen lasielementin tärkeimpänä etuna voidaan pitää sitä, että se on koosta riippumatta kytkettävissä ilman jännitteen muuntolaitteita suoraan yleisesti käytössä olevaan 220 voltin käyttöjännit-25 teeseen. Lähdejännite voi olla jokin muu kuin 220 volttia, eikä tämä rajoita keksinnön kohteena olevan laitteen toimintaa. Lisäetuna voidaan pitää sitä, ettei keksinnön mukaisen tuotteen valmistamiseksi ole välttämätöntä erikseen pinnoittaa selektiivisiä laseja ja samassa kohteessa voi-30 daan käyttää rinnan sekä sähkölämmitteisiä lasielementtejä että lämpöä hyvin eristäviä lasirakenteita ilman, että niiden ulkonäkö eroaisi toisistaan. Edelleen keksinnön mukai- sen tuotteen etuina voidaan pitää sitä, että tarkoituksen mukaisesti yhdistämällä lasielementtejä voidaan käyttää sähkömagneettisen säteilyn suodattimena ja hälytyslasina.

7 87717

Edelleen keksinnön etuna voidaan pitä sitä, että samasta 5 materiaalista voidaan valmistaa saman kokoisia sähkölämmitteisiä elementtejä, joiden lämmitysteho voidaan keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä muuttaa käyttötarkoitukseen sopivaksi. Keksintöä selitetään viittaamalla oheisiin piirustuksiin 10 Kuva no:1 Sähkölämmitteisen elementin kaaviomainen esitys. Kuva no:2 Kaksilohkoinen sähkölämmitteinen elementti.

Kuva no:3 Sähkölämmitteisen elementin ja rikkoutumisen ilmaisuun tarkoitetut kentät.

Kuvassa no:1 esitetään kaaviomaisesti keksinnön kohteena 15 oleva lasi 1, jossa pinnat 2a ja 2b on puhdistettu pinnoitteesta 3. Puhdistamalla toisistaan eroitetut sähköisesti lämmitettävät pinnat 3 on yhdistetty tarkoituksen mukaisessa järjestyksessä toisiinsa kupariliuskasta valmistetuilla elektrodeilla 4, joiden kontakti pinnoitteen kans-20 sa on varmistettu liuskojen reunoihin laitetulla sähköä johtavalla pastalla. Lämmitettävät kentät johdetaan puhdistetuissa pinnoissa elektrodien 5 ja 6 läpivientiin 7, josta johdotus suoritetaan edelleen jännitelähteeseen.

Kuvassa no:2 esitetään keksinnön mukaisen sähkölämmitteisen 25 elementin kytkentäesimerkki, kun lämpeneviä kenttiä on on kaksi.

Kuvassa no:3 esitetään kytkennät, kun keksinnön mukaiseen sähkölämmitteiseen elementtiin on yhdistetty rikkoutumisen ilmaisevat sähköä johtavat kentät 8, jotka on kytketty sar- 8 87717 jaan elektrodien 9 välityksellä. Läpivienti suoritetaan kahden lasiin poratun reiän 10 välityksellä. Kentät 3 ja 8 eivät ole sähköisessä kontaktissa keskenään.

Sähkölämmitteiset kentät 3 ja tarvittaessa 8 valmistetaan 5 poistamalla pinnoite sellaisella tavalla, etteivät puhdistetut pinnat 2 sanottavasti ulkonäöllisesti eroa muista pinnoista 3. Pinnoitteen poistaminen voidaan suorittaa hiomalla, polttamalla, raaputtamalla, syövyttämällä tai hiekkapuhaltamalla tai muulla poistamiseen soveltuvalla 10 tavalla. Puhdistetun reuna-alueen leveys 2a määräytyy käytettävien elektrodien 5 ja 6 mukaan. Läpivientireikä 7 tehdään sellaiseen paikkaan, jossa syöttöjohdot voidaan yhdistää tarkoitukseen soveltuvalla tavalla jännitelähteeseen.

15 Kuvitellaan kuvan no:1 mukaisessa sähkölämmitteisessä lasi-elementissä olevan yhdeksän pinnoitekenttää, joiden korkeus on 900 mm. Kentät kytketään sarjaan ja johdetaan 220 V:n jännitelähteeseen. Kun pinnoitetun lasin pintavastus on 10 ohmn/sg, lasin lämmitysteho on 74 w/m2. Kuvassa no:2 20 saman kokoinen lasi on jaettu kahteen kenttään. Kun kentät on kytketty sarjaan ja yhdistetty 220 V jännitelähteeseen, saavutettu lämmitysteho on 1474 W/m2. Käyttötarkoituksen asettamien lämmitysvaatimusten mukaan tarvittava teho saavutetaan jakamalla pinnoite kenttiin niin, että sarjakyt-25 kemällä kentät saavutetaan tarvittava elektrodien etäisyys.

Kuvassa no:3 on esitety menetelmä kuinka keksinnön mukaisessa tuotteessa voidaan yhdistää lasin lämmitys ja rikkoutumisen ilmaisin, joka on käyttökelpoinen esimerkiksi mur-tohälytyslaseissa. Lasin rikkoutuessa sopivasti sijoitettu-30 jen kenttien 8 virtapiiri katkeaa ja antaa tarvittavat signaalit rikkoutumisen ilmaisimeen.

9 87717 Tällaisessa käytössä olevat lasit varustetaan varolaitteel-la siten, että kenttien 8 virtapiirin katketessa myöskin kenttien 3 virtapiirit kytkeytyvät pois jännitelähteestä ja lasielementti ei aiheuta sähköiskua.

5 Erityisesti on huomattava, että keksinnön mukaista lasia voidaan käyttää tavanomaisten pattereiden asemasta ikkunaan sijoitettuna tilan lämmönlähteenä. Keksinnön mukaisella tuotteen periaatteella voidaan lämmittää kosteisiin tiloihin, kuten kylpyhuoneisiin sijoitetut peilit siten, ettei 10 niiden pinnalla esiinny käyttöä haittaavaa vesihöyryn tiivistymistä. Tarvittaessa voidaan peili suunnitella niin, että keksinnön mukaisen tuotteen periaatteella voidaan tila osittain tai kokonaan lämmittää.

Käytettäessä keksinnön mukaista sähkölämmitteistä lasiele-15 menttiä lämmönlähteenä poistetaan ikkunan sisälasin alhaisen pintalämpötilan mukanaan tuomat haitat, muita lämmön-lähteitä ei tarvita, tila voidaan sisustaa ja sitä voidaan käyttää ilman rajoituksia, jotka normaalisesti ikkunoiden alle sijoitettavat radiaattorit tai lämmitetyn ilman ilman-20 puhallusaukot tilalle asettaisivat.

Lisäksi sähkölämmitteistä lasielementtiä voidaan käyttää elektromagneettisen säteilyn suodatukseen estämään säteilyn aiheuttamat häiriöt tai suojaamaan elektronisia laitteita. Tämän voidaan järjestää keksinnön mukaisessa tuotteessa 25 vaihtokytkemellä. Kun lämmitystarvetta ei esiinny, kytkeytyvät tuotteen sähköä johtavat kentät automaattisesti maa-doituspiiriin ja elektromagneettisen säteilyn energia pur-• . kautuu maahan lävistämättä lasia.

10 87 7 1 7

Keksinnön mukaista periaatetta voidaan soveltaa muissakin sähköresistiivisisksi pinnoitetuissa tuotteissa. Tarkoituksen mukaisella tavalla jaetut kentät yhdistetään sarjaan vaaditun lämmitystehon saavuttamiseksi ja kytketään lämmi-5 tyslähteeseen. Tässäkin tapauksessa keksinnön mukaisen tuotteen etuna on, ettei sähkölämmitteisen elementin koko ja mittasuhteet vaikuta lämmitystehoon.

Claims (4)

11 8771 7

1. Sähkölämmitteinen lasielementti, jossa lasin pinta tai pinnat ovat pinnoitetty läpinäkyvällä resistiivisellä kerroksella tai kerroksilla, jotka on suunniteltu liitettäväk- 5 si sähköiseen jännitelähteeseen, tunnettu siitä, että lasin pintaan tai pintoihin sijoitettu resistiivinen kerros tai kerrokset 3 jaetaan kahteen tai useampaan kenttään poistamalla pinnoite niiden välistä alueella 2b ja yhdistämällä kentät tarkoituksen mukaisella tavalla elek- 10 trodeilla 4.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkölämmitteinen lasi-elementti, tunnettu siitä, että sähköisesti eristävät alueet 2a ja 2b on muodostettu poistamalla yhtenäisestä resistiivisestä kerroksesta sähköä johtava osa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sähkölämmitteinen lasi- elementti, tunnettu siitä, että resistiiviset alueet 3 ovat yhdistetty toisiinsa hyvin sähköä johtavilla metalliliuskoilla 4, joiden ominaisresistivisyys on oleel-isesti alhaisempi kuin kerroksien 3.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen sähkölämmitteinen lasi- elementti, tunnettu siitä, että alueet 3 liitetään sähköiseen jännitelähteeseen sähköä johtavalla materiaalilla 5 ja 6, jotka sijaitsevat sähköisesti eristetyllä alueella 2a. 12 8771 7