WO2014073794A1 - 초단열 복층 유리 - Google Patents

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WO2014073794A1
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ultra
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gas
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전윤기
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(주)엘지하우시스
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    • E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
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    • E06B3/677—Evacuating or filling the gap between the panes ; Equilibration of inside and outside pressure; Preventing condensation in the gap between the panes; Cleaning the gap between the panes
    • E06B3/6775—Evacuating or filling the gap during assembly

Definitions

  • TECHNICAL FIELD This invention relates to a multilayer glass. More specifically, It is related with the super insulation laminated glass which was excellent in heat insulation performance.
  • Glass is the only important material that has a light transmittance, but the insulation performance is 10 times weaker than that of the wall because the thickness is so thin and dense that it is necessary to secure the transmittance.
  • the two-layered glass which is currently generalized and used, has a heat transmission rate of about 2.7 W / m2 when using glass without heat-insulating coating, and an inert gas such as argon (Ar) and glass with low-emission coating.
  • an inert gas such as argon (Ar) and glass with low-emission coating.
  • multilayered glass still has a high heat permeability compared to a wall having a heat permeability of generally 0.4 to 0.5 W / m 2 K.
  • heat insulation performance of glass is less than 0.7W / m2K
  • heat insulation performance of less than 1.0W / m2K is required based on the heat transmission rate of windows and windows.
  • a vacuum glass has been developed that can realize a thermal insulation performance of less than 0.7W / m2K.
  • the vacuum glass has a load of 7000kg / m2 applied to the glass surface additionally due to the vacuum holding of about 10 -3 torr between two pieces of glass, and can be applied to external stress such as temperature unevenness due to external shock or heat accumulation.
  • external stress such as temperature unevenness due to external shock or heat accumulation.
  • the three-layered glass composed of three pieces of glass recently distributed has a heat transfer rate of 1.0 W / m 2 K or more, which is below the target of heat insulation performance, and the glass is composed of three pieces, so that the light transmittance is low and the reflectance is high.
  • the heat gain coefficient is low and it is difficult to secure a comfortable vision.
  • An object of the present invention is to control the structure of the glass constituting the laminated glass to provide an ultra-thermal insulating glass excellent in heat insulating performance.
  • an ultra-insulating multilayer glass includes: first and second glasses spaced apart from each other; A plurality of third glasses spaced apart from each other between the first glass and the second glass and having a thickness of 1 to 3 mm; Filling gas layer formed of at least four or more with a thickness of 11 ⁇ 13mm between two adjacent glass of the first to third glass, each containing argon (Ar) gas; And a sealing material for sealing the side surface of the filling gas layer.
  • the ultra-insulated multilayer glass according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a first glass and a second glass spaced apart from each other; A plurality of third glasses spaced apart from each other between the first glass and the second glass and having a thickness of 1 to 3 mm; Filling gas layer formed of at least four or more with a thickness of 6 ⁇ 10mm between two adjacent glass of the first to third glass, each containing a krypton (Kr) gas; And a sealing material for sealing the side surface of the filling gas layer.
  • Kr krypton
  • the super insulating multilayer glass according to the present invention has the following effects.
  • At least four or more filling gas layers may be formed to an optimal thickness to realize a heat transmission rate of less than 0.7 W / m 2 K, thereby providing excellent thermal insulation performance.
  • the medium partitioning the filling gas layer is composed of thin glass having a thickness of 1 to 3 mm, thereby minimizing an increase in the load of the entire multilayer glass and minimizing heat wave due to partial incident / absorption of sunlight.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultra-thermal insulating glass according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultra-thermal insulating glass according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated super-insulating multilayer glass 100 includes a first glass 110, a second glass 120, three third glasses PG 1 to PG 3 , and four filling gas layers ( G 1 to G 4 ) and the sealant 130.
  • the low radiation coating layer 140 and a plurality of anti-reflective coating layer 150 is included.
  • the pair of first glass 110 and the second glass 120 are spaced apart from each other.
  • Three third glasses (PG One ⁇ PG 3 ) Are spaced apart from each other between the first glass 110 and the second glass 120.
  • 4 layers of filling gas (G One ⁇ G 4 ) Are the first to third glasses 110, 120, PG One , PG 2 , PG 3 Is formed between two adjacent glasses.
  • the sealant 130 may include the first and second glasses 110 and 120 and the third glasses PG.
  • One ⁇ PG 3 Four filling gas layers G formed at the edge of One ⁇ G 4 Seal the sides.
  • the first glass 110 may be an outer glass that forms the outer wall of the building.
  • the first glass 110 may be any glass used for construction without limitation, but a conventional soda-lime glass may be used which is relatively inexpensive.
  • the first glass 110 used in the present invention may preferably have a thickness of 3 to 12mm, more preferably 5 to 8mm.
  • the second glass 120 may be an inner surface glass installed inside the building.
  • glass used for construction may be used without limitation, and ordinary soda lime glass may be used.
  • the second glass 120 used in the present invention may preferably have a thickness of 3 to 12 mm, more preferably 5 to 8 mm.
  • the thickness of the first and second glass (110, 120) is less than 3mm, there may be a risk of breakage due to the wind pressure, if the thickness of more than 12mm may increase the load and cost of the final multilayer glass.
  • the third glasses PG 1 to PG 3 are interposed between the first glass 110 and the second glass 120 to partition a space between the first glass 110 and the second glass 120. (partition) Performs the function.
  • the third glasses PG 1 to PG 3 are also called partition glass.
  • Such third glasses PG 1 to PG 3 preferably have a thickness of 1 to 3 mm. In this case, an increase in the load of the entire multilayer glass 100 may be minimized, and heat wave phenomena due to partial incidence or absorption of sunlight may be minimized.
  • the space compartment for forming the plurality of filling gas layers G 1 to G 4 may be difficult, whereas when the thicknesses exceed 3 mm, The load of the final multilayer glass can be increased and the amount of solar energy transmitted by the glass can be reduced. Reduction of solar energy reduces the heating effect by the solar radiation in winter, and becomes a factor which increases the heating cost of a building.
  • a glass used for construction may be used without limitation, and a conventional soda lime glass may be used.
  • an anti-reflection coating layer 150 may be further formed to prevent reflection of visible light and near infrared light.
  • the antireflective coating layer 150 is divided into a single coating application of a low refractive index material having a lower refractive index than a glass and a multilayer coating application of a high refractive index and a low refractive material.
  • a single layer structure using a low refractive material is used to realize a low unit cost. Apply a low reflection film.
  • the low refractive material is a material such as porous silicon oxide film (SiO 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ) and the like, but is not particularly limited thereto.
  • the anti-reflective coating layer 150 minimizes the decrease in the amount of radiation due to light reflection at the interface between any one of the third glasses PG 1 to PG 3 and any one of the filling gas layers G 1 to G 4 adjacent thereto. do.
  • the ultra-insulating multilayer glass 100 to which the anti-reflective coating layer 150 is applied has an interface reflectance of about 4% to 1%, which is advantageous for securing solar radiation, and the reflection image by the third glasses PG 1 to PG 3 is improved.
  • the overlapping effect is also significantly reduced, which is advantageous for ensuring a comfortable view of the user.
  • the heat gain coefficient is increased to maximize the natural heating effect by indoor inflow of sunlight in winter.
  • the third glasses PG 1 to PG 3 to which the anti-reflective coating layer 150 is applied may be applied to a commercial product applied as the outermost cover glass of the solar cell panel.
  • the antireflective coating layer 150 may be formed using a method such as physical vapor deposition, chemical vapor deposition, wet coating, etc., but is not particularly limited thereto. It can be carried out according to the method.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 are filled in the space partitioned by the third glasses PG 1 to PG 3 , and then sealed.
  • the filling gas layers G One ⁇ G 4 Is the first to third glass (110, 120, PG) One , PG 2 , PG 3 Is formed between two adjacent glasses.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 serve as barriers for preventing heat transfer. Heat is transmitted in three ways: radiation, convection, and conduction. Since radiation is transmitted by the progress of electromagnetic waves, the effect of blocking by the multilayer structure of the pane alone is minimal. However, the filling gas layers G 1 to G 4 reduce the heat transfer by convection to a meaningful level since they are not affected by convection by outside air, and also reduce the heat transfer by conduction because the air conduction is also low. .
  • the thickness of the filling gas layers (G 1 ⁇ G 4 ) and the type of constituent gas affects the heat transfer performance.
  • the thickness of the filling gas layers G 1 to G 4 decreases, convective heat transfer decreases due to reduced convection space of the sealed air, but conduction heat transfer increases due to the decrease in the conducted thickness. Degrades.
  • gas constituting the filling gas layers G 1 to G 4 air, argon (Ar), and krypton (Kr) may be used, and the order of high molecular weight, that is, krypton (Kr)> argon (Ar)> Excellent thermal insulation performance in order of air. This is because, in general, as the weight of gas particles increases and the viscosity increases, convection decreases because more energy is required for the movement of the particles.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 include 50% or more of argon (Ar) gas as a main gas, and preferably 85 to 95% of argon (Ar) gas and 5 to air. 15%, more preferably, 90% of argon (Ar) gas and 10% of air may be formed.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 may be formed to have a thickness optimized for argon (Ar) gas, that is, 11 to 13 mm thick, preferably 12 mm thick, so as to minimize the heat permeability Ug. have.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 contain 50% or more of krypton (Kr) gas as the main gas, preferably 85 to 95% of krypton gas and 5 to 15% of air, more preferably. It may be formed including 90% of krypton (Kr) gas and 10% of air.
  • the filling gas layers G 1 to G 4 may be formed to have a thickness optimized for krypton (Kr) gas, that is, a thickness of 6 to 10 mm, and preferably a thickness of 8 mm so as to minimize the heat transmission rate (Ug). have.
  • the heat insulating performance of the multilayer glass 100 may be deteriorated by the above-described bar. .
  • the heat insulation performance may be lowered due to the increase of convection, whereas when it exceeds 95%, the heat insulation performance does not increase any more and only costs increase. Can be.
  • the target heat permeation rate (Ug) of the super insulating multilayer glass 100 according to the present invention is less than 0.7 W / m 2 K. This is set in consideration of the fact that the heat transmittance (Ug) of the vacuum multilayer glass having the highest thermal insulation performance among the existing thermal insulation glasses is 0.7 to 0.9 W / m 2 K.
  • At least four filling gas layers G 1 to G 4 are formed. This is because the minimum number of filling gas layers for realizing the insulation performance satisfying the target heat permeability (Ug) is four.
  • the heat transmission rate (Ug) can be continuously reduced as the number of filling gas layers is increased, so that the number of filling gas layers can be adjusted according to the insulation target of the building. It is a matter of course that the multilayer glass can be produced. In this case, at least four filling gas layers may be formed between one third glass and another third glass adjacent thereto, and between the first and second glasses and one third glass adjacent thereto, respectively.
  • the filling gas layer of (G 1 ⁇ G 4) is the third glass through the injection holes (not shown) formed in an argon gas or krypton gas using methods known to one area of the sealing material (130) (PG 1 ⁇ After filling the space partitioned by PG 3 ) it may be formed in a manner to seal the injection hole, but is not particularly limited thereto.
  • the sealant 130 is formed of the first to third glasses 110, 120, and PG.
  • One , PG 2 , PG 3 ) Is formed at the edge between two adjacent glass, the filling gas layers (G) One ⁇ G 4 Seal the sides.
  • the sealing member 130 maintains a constant gap with respect to the thicknesses of the filling gas layers G 1 to G 4 with respect to the two sheets of glass facing each other at regular intervals, and the first and second glasses 110 and 120. And the edges of the third glasses PG 1 to PG 3 are hermetically and hermetically sealed.
  • the sealant 130 may be generally classified into a primary sealant (not shown) and a secondary sealant (not shown), and the primary sealant maintains a constant gap between the glasses and manufactures a multilayer glass of injected insulating gas. Short adhesion times are used to prevent primary spills during the process.
  • polyisobutylene may be used as the primary sealant.
  • the secondary sealant is composed of the purpose of perfect sealing of the inner layer of air in the multilayer glass and preventing the inflow of external air even during long time use.
  • at least one or more of a material selected from polysulfide, silicone adhesive, and polyurethane may be used as the secondary sealant.
  • the sealant 130 may include a moisture absorbent for removing moisture contained in the inner filling gas layers G 1 to G 4 after the multilayer glass processing, and the moisture absorbent includes materials such as silica gel, calcium chloride, and activated alumina. At least one selected from among them may be used.
  • the ultra-insulating multilayer glass 100 has a low-emissivity coating layer 140 between an inner surface of the second glass 120, that is, the second glass 120 and the filling gas layer G 4 adjacent thereto. Can be further formed.
  • the low radiation coating layer 140 has a low-emissivity performance that reflects far infrared rays, blocks far-infrared radiation energy in a long wavelength region (2.5-50 ⁇ m), and has a function of improving thermal insulation performance.
  • the low radiation coating layer 140 may have a vertical emissivity of about 3 to 15%.
  • the emissivity refers to the degree of absorption of infrared energy in the infrared wavelength range.
  • the low-emissivity coating layer 140 is, for example, any one selected from silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), ITO (Indium Tin Oxide), FTO (Fluorinated doped tin oxide) It may be formed of a material of, or may be formed by applying a sandwich structure film of the dielectric / silver (Ag) / dielectric.
  • the dielectric material may be a metal (oxygen) nitride material such as SnZnO x N y or SnZnN x .
  • the known technology for low-emission coatings is extensive, and the present invention means applying such a known low-emission coating to the inner side of the second glass 120.
  • the low radiation coating layer 140 when the low radiation coating layer 140 is applied to the inner surface of the second glass 120, it further blocks heat transfer due to radiation, which could not be blocked by the filling gas layers G 1 to G 4 , thereby improving thermal insulation performance. Can be promoted.
  • the second glass 120 having the low-emissivity coating layer 140 formed on the surface is called low emissivity low-e glass, and the low emissivity low-e glass reflects solar radiation in summer and winter. By preserving the infrared rays emitted from the indoor heater, bringing the energy saving effect of the building.
  • the low-emissivity coating layer 140 is directly coated with the above materials on the surface of the second glass 120 using a conventional sputtering method, chemical vapor deposition (CVD) method, spray method, or the like. Or may be formed by deposition.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the ultra-insulating laminated glass 100 according to the present invention is formed with an optimal thickness of at least four or more filling gas layers, so that the heat transmission rate is less than 0.7 W / m 2 K, and further, the level of 0.5 W / m 2 K similar to the wall heat transmission rate. It is possible to realize the heat transmittance of the thermal insulation performance is excellent.
  • the inner surface glass is formed of a low-emissivity Roy glass having a thickness of 6 mm in which a low-emissivity coating layer having an emissivity of 3% is formed on the contact surface with the filling gas layer.
  • Table 2 shows the heat transmittance (Ug), solar heat gain coefficient (g-value, Solar Heat Gain Coefficient; SHGC), visible light transmittance, and the outer surface temperature of each of the prepared multilayer glass specimens Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 And the glass inner surface temperature measurement results.
  • the values in Table 2 are the results calculated based on the NFRC 100-2010 standard, the temperature and temperature conditions of the air permeability (Ug) and the glass surface temperature in the calculation, the outside air temperature -18 °C, air temperature 21 °C, solar heat acquisition coefficient
  • the internal and external air temperature conditions are an outdoor air temperature of 32 ° C and an internal air temperature of 24 ° C.
  • Examples 1 and 3 in which the antireflective coating layer was formed, were found to have a higher visible light transmittance than those of Example 2 and Comparative Examples 1 to 4, which are not.
  • Example 3 had the best thermal insulation performance.
  • ultra-insulated multilayer glass 110 first glass
  • G 1 to G 4 Filling gas layer 130: Sealing material

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Abstract

복층 유리를 구성하는 유리의 구조를 제어하여, 열관류율 0.7W/㎡K 미만으로 단열성능이 월등히 우수한 초단열 복층 유리를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초단열 복층 유리는 서로 대향되어 이격되어 있는 제1 유리 및 제2 유리; 상기 제1 유리와 상기 제2 유리 사이에 서로 이격되어 형성되어 있고, 1~3mm의 두께를 가지는 복수의 제3 유리; 상기 제1 내지 제3 유리들 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 11~13mm의 두께로 적어도 4개 이상 형성되되, 각각에 아르곤(Ar) 가스를 포함하여 형성되는 충진 가스층; 및 상기 충진 가스층의 측면을 밀봉하는 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초단열 복층 유리
본 발명은 복층 유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열 성능이 월등히 우수한 초단열 복층 유리에 관한 것이다.
건물을 구성하는 소재 중 유리는 유일하게 빛에 대한 투과도를 갖는 중요한 소재이지만, 투과도를 확보해야 하는 이유로 벽체에 비해 두께가 매우 얇고 밀도가 높기 때문에 단열성능이 벽체에 비해 10배 이상 취약하다.
종래의 1장으로 구성된 유리는 열관류율이 5W/㎡K를 초과하기 때문에 냉방 및 난방 열이 외부로 유출되어 에너지 절약에 많은 어려움을 주고 있다.
최근, 단일 유리의 단열성능을 보완한 복층 유리(pair-glass)가 대두되었다. 현재 일반화되어 사용되는 2장의 유리로 구성된 복층 유리는 단열 코팅이 적용되지 않은 유리 사용 시 유리의 열관류율이 2.7W/㎡K 정도 수준이며, 저방사 코팅이 적용된 유리와 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스를 충진 가스로 적용할 경우, 열관류율 1.3W/㎡K 수준까지의 단열성능을 확보할 수 있다.
그러나, 복층 유리는 일반적으로 0.4~0.5W/㎡K 수준의 열관류율을 갖는 벽체와 비교하여 여전히 높은 열관류율을 갖는다. 최근 에너지 절감형 주택의 경우에는 유리의 열관류율이 0.7W/㎡K 미만, 창틀을 포함한 창호의 열관류율 기준으로는 1.0W/㎡K 미만의 단열성능이 요구되고 있다.
이러한 기술적 필요성을 충족하기 위해, 0.7W/㎡K 미만의 단열성능을 구현할 수 있는 진공유리가 개발되었다. 하지만, 진공유리는 2장의 유리 사이에 10-3torr 정도의 진공유지로 인해 부가적으로 유리 표면에 7000kg/㎡의 하중이 인가되는 상태로, 외부 충격 또는 열 누적에 따른 온도 불균일 등 외부 스트레스에 매우 민감하여 파손 가능성이 큰 문제점이 있다.
또한, 최근 유통되는 3장의 유리로 구성된 삼복층 유리는 유리의 열관류율이 1.0W/㎡K 이상으로 단열성능이 목표에 미달하고, 유리가 3장으로 구성되어 빛의 투과도는 낮아지고, 반사율은 높아져 열취득계수가 낮고 쾌적한 시야 확보에 어려움이 있다.
관련 선행문헌으로는 일본 공개특허공보 특개평10-120447호(1998.05.12. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 여러장의 판유리가, 그 전둘레에 걸쳐 스페이서를 이용하고, 두께 방향에 간격을 갖는 상태로 배치되고, 적어도 가장 외측에 설치되는 판유리 중 한편의 판유리의 외측면에 저방사율 코팅이 형성되어 있는 복층 유리에 대하여 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 복층 유리를 구성하는 유리의 구조를 제어하여 단열성능이 월등히 우수한 초단열 복층 유리를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초단열 복층 유리는 서로 대향되어 이격되어 있는 제1 유리 및 제2 유리; 상기 제1 유리와 상기 제2 유리 사이에 서로 이격되어 형성되어 있고, 1~3mm의 두께를 가지는 복수의 제3 유리; 상기 제1 내지 제3 유리들 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 11~13mm의 두께로 적어도 4개 이상 형성되되, 각각에 아르곤(Ar) 가스를 포함하여 형성되는 충진 가스층; 및 상기 충진 가스층의 측면을 밀봉하는 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초단열 복층 유리는 서로 대향되어 이격되어 있는 제1 유리 및 제2 유리; 상기 제1 유리와 상기 제2 유리 사이에 서로 이격되어 형성되어 있고, 1~3mm의 두께를 가지는 복수의 제3 유리; 상기 제1 내지 제3 유리들 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 6~10mm의 두께로 적어도 4개 이상 형성되되, 각각에 크립톤(Kr) 가스를 포함하여 형성되는 충진 가스층; 및 상기 충진 가스층의 측면을 밀봉하는 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초단열 복층 유리는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 내면 유리와 외면 유리 사이에, 적어도 4개 이상의 충진 가스층을 최적의 두께로 형성하여 열관류율 0.7W/㎡K 미만을 구현할 수 있어 단열 성능이 월등히 우수하다.
둘째, 충진 가스층을 구획하는 매질을 1~3mm 두께의 박판 유리로 구성하여, 복층 유리 전체의 하중이 증가하는 것을 최소화함과 동시에 태양광의 부분적 입사/흡수에 따른 열파 현상을 최소화할 수 있다.
셋째, 충진 가스층 구획용 박판 유리의 표면에 반사방지 코팅층을 적용함으로써, 다수의 유리로 구성되는 것에 따른 가시광선 투과율 감소를 최소화하여 쾌적한 시야를 확보하고, 아울러 열취득계수를 증가시켜 겨울철 태양광선의 실내유입을 통한 자연 난방 효과를 극대화할 수 있다.
넷째, 창틀의 구조 변경을 통해 충진 가스층의 수를 증가시킬 경우, 추가적인 단열 성능의 증진이 가능하여 제로 에너지 하우스의 창호 솔루션으로 의미가 있다.
다섯째, 진공유리와 달리 진공압이 존재하지 않으므로, 구조적으로 안정하여 파손의 위험이 일반 복층유리와 유사한 수준이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초단열 복층 유리를 도시한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열성능이 월등히 우수한 초단열 복층 유리에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초단열 복층 유리를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 초단열 복층 유리(100)는 제1 유리(110), 제2 유리(120), 3개의 제3 유리들(PG1~PG3), 4개의 충진 가스층들(G1~G4) 및 밀봉재(130)를 포함한다.
이에 더하여, 저방사 코팅층(140) 및 복수의 반사방지 코팅층(150)을 포함한다.
우선, 전체적인 형상을 보면, 한 쌍의 제1 유리(110)와 제2 유리(120)가 서로 이격되어 대향된다. 3개의 제3 유리들(PG1~PG3)이 제1 유리(110)와 제2 유리(120) 사이에 서로 이격되어 형성된다. 4개의 충진 가스층들(G1~G4)이 제1 내지 제3 유리들(110, 120, PG1, PG2, PG3) 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 형성된다. 그리고, 밀봉재(130)가 제1 및 제2 유리(110, 120) 및 제3 유리들(PG1~PG3)의 가장자리에 형성되어 4개의 충진 가스층들(G1~G4)의 측면을 밀봉시킨다.
이때, 제1 유리(110)는 건물의 외벽을 이루는 외면 유리일 수 있다. 제1 유리(110)는 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있으나, 상대적으로 가격이 저렴한 통상의 소다라임(soda-lime) 유리가 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 제1 유리(110)는 바람직하게 3~12mm의 두께, 더욱 바람직하게 5~8mm의 두께를 가질 수 있다.
이에 반해, 제2 유리(120)는 건물의 내측에 설치되는 내면 유리일 수 있다. 제2 유리(120)는, 제1 유리(110)와 마찬가지로, 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 통상의 소다라임 유리가 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 제2 유리(120)는 바람직하게 3~12mm의 두께, 더욱 바람직하게 5~8mm의 두께를 가질 수 있다.
상기에서, 제1 및 제2 유리(110, 120)의 두께가 3mm 미만일 경우, 풍압에 의해 파손의 위험이 있을 수 있고, 12mm를 초과하는 경우 최종 복층 유리의 하중과 비용이 증가할 수 있다.
제3 유리들(PG1~PG3)은 제1 유리(110)와 제2 유리(120) 사이에 개재되어, 제1 유리(110)와 제2 유리(120) 사이의 공간을 구획하는 파티션(partition) 기능을 수행한다. 따라서, 제3 유리들(PG1~PG3)은 파티션 유리로도 불리운다.
이러한 제3 유리들(PG1~PG3)은 1~3mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 복층 유리(100) 전체의 하중이 증가하는 것을 최소화하고, 태양광의 부분적 입사나 흡수에 따른 열파 현상을 최소화할 수 있다.
그러나, 제3 유리들(PG1~PG3)의 두께가 1mm 미만일 경우, 복수의 충진 가스층들(G1~G4) 형성을 위한 공간 구획이 어려울 수 있고, 반면에 두께가 3mm를 초과하면 최종 복층 유리의 하중이 증가하고, 유리에 의해 투과되는 태양광 에너지의 양이 감소될 수 있다. 태양광 에너지의 감소는 겨울철 일사에 의한 난방 효과를 저감하여, 건물 난방 비용을 증가시키는 요인이 된다.
제3 유리들(PG1~PG3)은 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 통상의 소다라임 유리가 사용될 수 있다.
한편, 제3 유리들(PG1~PG3)의 일측과 타측의 표면, 즉 제3 유리들(PG1~PG3) 중 어느 하나와 그에 인접한 충진 가스층들(G1~G4) 중 어느 하나 사이에, 가시광선 및 근적외선 등의 반사를 방지할 수 있는 반사방지 코팅층(Anti-reflection coating layer, 150)이 더 형성될 수 있다.
반사방지 코팅층(150)은 유리보다 굴절율이 낮은 저굴절 소재의 단일 코팅 적용과 고굴절, 저굴절 소재의 다층 코팅 적용으로 구분되는데, 일반적으로 낮은 단가를 실현하기 위해서 저굴절 소재를 이용한 단일층 구성의 저반사 막을 적용한다. 저굴절 소재는 다공성 실리콘 산화막(SiO2), 불화 마그네슘(MgF2) 등의 소재를 적용하며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반사방지 코팅층(150)은 제3 유리들(PG1~PG3) 중 어느 하나와 그에 인접한 충진 가스층들(G1~G4) 중 어느 하나의 계면에서의 광 반사에 의한 일사량 감소를 최소화한다.
반사방지 코팅층(150)이 적용된 초단열 복층 유리(100)는 계면 반사율이 기존 4%에서 1% 정도로 감소하여 일사량 확보에 유리하며, 제3 유리들(PG1~PG3)에 의한 반사 이미지가 중첩되는 효과도 현저하게 감소시켜 사용자의 쾌적한 시야 확보에 유리하다. 또한, 열취득계수를 증가시켜 겨울철 태양광선의 실내유입을 통한 자연 난방 효과를 극대화한다.
반사방지 코팅층(150)이 적용된 제3 유리들(PG1~PG3)로는 태양전지 패널의 최외각 덮개 유리로 적용되는 상용 제품의 적용이 가능하다.
반사방지 코팅층(150)은 물리기상증착(Physical Vapor Deposition), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition), 액상 코팅(Wet coating) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
충진 가스층들(G1~G4)은 제3 유리들(PG1~PG3)에 의해 구획된 공간에 각각 충진된 후 밀폐되어 형성된다.
전술한 바와 같이, 충진 가스층들(G1~G4)은 제1 내지 제3 유리들(110, 120, PG1, PG2, PG3) 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 형성된다.
이러한 충진 가스층들(G1~G4)은 열전달을 저지하는 장벽으로 작용한다. 열은 복사, 대류, 전도의 세 가지 방법으로 전달되는데, 복사는 전자기파의 진행에 의해 전달되는 것이기 때문에, 판유리의 복층 구성만으로는 차단하는 효과가 미미하다. 하지만, 충진 가스층들(G1~G4)은 외부 공기에 의한 대류의 영향을 받지 않기 때문에 대류에 의한 열전달을 의미 있는 수준으로 감소시키며, 공기의 열전도도 또한 낮기 때문에 전도에 의한 열전달도 감소시킨다.
이때, 충진 가스층들(G1~G4)의 두께 및 구성 가스의 종류가 열전달 성능에 영향을 준다. 충진 가스층들(G1~G4)의 두께가 감소하면, 밀폐 공기가 대류하는 공간이 줄어들어 대류 열전달은 감소하지만, 전도되는 두께의 감소에 따라 전도 열전달은 증가하게 되어 일정 두께 이하에서는 단열 성능이 저하된다.
반대로, 충진 가스층들(G1~G4)의 두께가 증가하면, 전도 열전달은 감소하지만, 대류 열전달이 증가하여, 역시 단열 성능이 저하된다. 따라서, 최상의 단열 성능을 구현하는 최적 두께가 존재하게 된다.
충진 가스층들(G1~G4)을 구성하는 가스로는 공기(air), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr)이 사용될 수 있으며, 분자량이 높은 순서, 즉 크립톤(Kr)>아르곤(Ar)>공기 순으로 단열 성능이 우수하다. 이는 일반적으로 가스 입자의 무게가 증가하고 점도가 높을수록, 입자의 움직임에 많은 에너지가 필요하기 때문에 대류 현상이 감소하기 때문이다.
이에 따라, 단열 성능 향상을 위해, 충진 가스층들(G1~G4)은 주 가스인 아르곤(Ar) 가스를 50% 이상 포함하며, 바람직하게 아르곤(Ar) 가스 85~95%와 공기 5~15%, 더욱 바람직하게 아르곤(Ar) 가스 90%와 공기 10%를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 충진 가스층들(G1~G4)은 열관류율(Ug)을 최소로 구현할 수 있도록 아르곤(Ar) 가스에 최적화된 두께, 즉 11~13mm의 두께, 바람직하게 12mm의 두께로 형성될 수 있다.
이와는 달리, 충진 가스층들(G1~G4)은 주 가스인 크립톤(Kr) 가스를 50% 이상 포함하며, 바람직하게 크립톤(kr) 가스 85~95%와 공기 5~15%, 더욱 바람직하게 크립톤(Kr) 가스 90%와 공기 10%를 포함하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 충진 가스층들(G1~G4)은 열관류율(Ug)을 최소로 구현할 수 있도록 크립톤(Kr) 가스에 최적화된 두께, 즉 6~10mm의 두께, 바람직하게 8mm의 두께로 형성될 수 있다.
충진 가스층들(G1~G4)이 상기한 아르곤(Ar) 가스 또는 크립톤(Kr) 가스 각각에 대해 최적화된 두께를 벗어날 경우 전술한 바에 의해 복층 유리(100)의 단열 성능이 저하될 수 있다.
또한, 아르곤 가스 또는 크립톤 가스의 함량이 85% 미만일 경우, 대류 현상의 증가로 인해 단열 성능이 저하될 수 있고, 반면에 95%를 초과하는 경우, 단열 성능은 더 이상 증가되지 않고 비용만 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 초단열 복층 유리(100)의 목표 열관류율(Ug)은 0.7W/㎡K 미만이다. 이는 현존하는 단열 유리 중 단열 성능이 가장 우수한 진공 복층 유리의 열관류율(Ug)이 0.7~0.9W/㎡K 수준인 점을 참작하여 설정한 것이다.
이를 만족시키기 위해, 충진 가스층들(G1~G4)의 구성 가스 및 두께, 제3 유리들(PG1~PG3)의 두께를 상기한 범위로 유지하면서, 도 1에 도시된 바와 같이, 충진 가스층들(G1~G4)은 적어도 4개 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기한 목표 열관류율(Ug)을 만족하는 단열 성능을 구현하는 최소 충진 가스층의 개수가 4개이기 때문이다.
한편, 설명의 편의를 위하여, 도 1에서는 4개의 충진 가스층들(G1~G4)을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
충진 가스층의 두께를 일정하게 유지한다는 전제하에, 충진 가스층의 구성 개수를 증가시킴에 따라 열관류율(Ug)은 지속적으로 감소가 가능하므로, 건물의 단열 목표에 따라 충진 가스층의 개수를 조절하여 다양한 형태의 복층 유리의 제조가 가능함은 물론이다. 이 경우, 충진 가스층들은 하나의 제3 유리와 그에 인접한 다른 제3 유리 사이, 및 제1 및 제2 유리와 그에 각각 인접한 하나의 제3 유리 사이에 적어도 4개 이상 형성될 수 있다.
이처럼, 창틀의 구조 변경을 통해 충진 가스층의 수를 증가시킬 경우, 추가적인 단열 성능의 증진이 가능하여 제로 에너지 하우스의 창호 솔루션으로 의미가 있다.
상기의 충진 가스층들(G1~G4)은 공지된 방법을 이용하여 아르곤 가스 또는 크립톤 가스를 밀봉재(130)의 일 영역에 형성된 주입홀(미도시)을 통해 제3 유리들(PG1~PG3)에 의해 구획된 공간에 충진한 후 주입홀을 밀봉하는 방식으로 형성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
밀봉재(130)는 제1 내지 제3 유리들(110, 120, PG1, PG2, PG3) 중에서 인접한 두 개의 유리 사이의 가장자리(edge)에 형성되어 충진 가스층들(G1~G4)의 측면을 밀봉시킨다.
밀봉재(130)는 일정한 간격을 두고 마주보는 두 장의 유리에 대해, 충진 가스층들(G1~G4)의 두께에 대응되도록 일정한 간격을 유지시켜 주고, 제1 및 제2 유리(110, 120)와 제3 유리들(PG1~PG3)의 가장자리를 유연하고 기밀성 있게 밀봉시킨다.
밀봉재(130)는 일반적으로 1차 밀봉재(미도시)와 2차 밀봉재(미도시)로 구분될 수 있으며, 1차 밀봉재는 유리 사이의 간격을 일정하게 유지하고, 주입된 단열 가스의 복층 유리 제조 공정 중에 1차 유출을 방지하는 목적으로 접착 시간이 짧은 소재를 사용한다. 일례로, 1차 밀봉재로는 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene)을 사용할 수 있다. 2차 밀봉재는 복층유리 내부 공기층의 완벽한 밀봉과, 장시간의 사용 중에도 외부 공기의 유입을 방지하는 목적으로 구성된다. 일례로, 2차 밀봉재로는 폴리설파이드(Polysulfide), 실리콘계 접착제 및 폴리우레탄(Polyurethane) 중에서 선택한 재질 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 밀봉재(130)는 복층 유리 가공 후 내부 충진 가스층들(G1~G4)에 포함된 습기를 제거할 목적으로 흡습제를 포함할 수 있으며, 흡습제는 실리카겔, 염화칼슘, 활성 알루미나 등의 물질들 중에서 선택된 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 초단열 복층 유리(100)는 제2 유리(120)의 내측면, 즉 제2 유리(120)와 그에 인접한 충진 가스층(G4) 사이에 저방사 코팅층(140)이 더 형성될 수 있다.
저방사 코팅층(140)은 원적외선을 반사하는 저방사(low-Emissivity) 성능을 갖고 있어, 장파장 영역(2.5~50㎛)의 원적외선 복사 에너지를 차단하여, 단열 성능을 높이는 기능을 갖고 있다. 이때, 저방사 코팅층(140)은 3~15% 정도의 수직 방사율(Emissivity)을 가질 수 있다. 여기서, 방사율이란 적외선 파장 영역에 있는 적외선 에너지의 흡수 정도를 나타낸다.
저방사 코팅층(140)은, 일례로, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorinated doped tin oxide) 등에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되거나, 유전체/은(Ag)/유전체의 샌드위치 구조막 등을 적용하여 형성될 수 있다. 상기 유전체는 SnZnOxNy 또는 SnZnNx 등의 금속(산)질화물 재질이 이용될 수 있다. 이 외에도, 저방사 코팅에 대한 공지 기술은 광범위하며, 본 발명은 이와 같은 기 공지된 저방사 코팅을 제2 유리(120)의 내측면에 적용하는 것을 의미한다.
즉, 저방사 코팅층(140)을 제2 유리(120)의 내측면에 적용하면, 충진 가스층들(G1~G4)로 차단하지 못 했던 복사에 의한 열전달을 추가로 차단하게 되어 단열 성능을 증진시킬 수 있다.
이렇듯, 표면에 저방사 코팅층(140)이 형성된 제2 유리(120)는 저방사 로이 유리(low emissivity Low-e glass)로 불리워지며, 이러한 저방사 로이 유리는 여름에는 태양 복사열을 반사시키고, 겨울에는 실내 난방기에서 발생하는 적외선을 보존해 줌으로써, 건축물의 에너지 절감효과를 가져온다.
저방사 코팅층(140)은 통상의 스퍼터링(spattering)법, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법, 스프레이(spray)법 등을 이용하여 제2 유리(120) 표면에 상기한 물질들이 직접 코팅 또는 증착되어 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 초단열 복층 유리(100)는 적어도 4개 이상의 충진 가스층이 최적의 두께로 형성됨으로써 열관류율 0.7W/㎡K 미만, 나아가 벽체의 열관류율과 유사한 0.5W/㎡K 수준의 열관류율을 구현할 수 있어 단열 성능이 월등히 우수하다.
또한, 진공유리와 달리 진공압이 존재하지 않으므로, 구조적으로 안정하여 파손의 위험이 일반 복층유리와 유사한 수준이다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
표 1에 기재된 구조를 갖는 실시예 1~3 및 비교예 1~4에 따른 복층 유리를 제조하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2013008944-appb-I000001
즉, 내면 유리는 방사율 3%의 저방사 코팅층이 충진 가스층과의 접촉면에 형성된 두께 6mm의 저방사 로이 유리로 형성된다.
2. 물성 평가
표 2는 제조된 복층 유리 시편 실시예 1~3 및 비교예 1~4 각각의 열관류율(Ug), 태양열취득계수(g-값, Solar Heat Gain Coefficient; SHGC), 가시광선 투과율, 유리 외측면 온도 및 유리 내측면 온도 측정 결과를 나타낸 것이다.
여기서, 표 2의 값은 NFRC 100-2010 기준에 의거 계산된 결과이며, 열관류율(Ug) 및 유리 표면 온도 계산 시 내외기 온도 조건은, 외기 온도 -18℃, 내기 온도 21℃이며, 태양열취득계수(g-값) 계산 시 내외기 온도 조건은, 외기 온도 32℃, 내기 온도 24℃이다.
[표 2]
Figure PCTKR2013008944-appb-I000002
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1~3 및 비교예 1~4를 비교한 결과, 충진 가스층의 개수가 많을수록 열관류율(Ug)이 낮아졌고, 적어도 충진 가스층의 개수가 4개일 때 열관류율(Ug)이 0.7W/㎡K 미만을 만족함을 알 수 있었다.
반사방지 코팅층이 형성된 실시예 1, 3이 그렇지 않은 실시예 2와 비교예 1~4에 비해 가시광선 투과율이 높음을 알 수 있었다.
또한, 충진 가스층의 개수가 4개 이상인 실시예 1~3 및 비교예 4의 경우, 충진 가스층의 개수가 4개 미만인 비교예 1~3에 비해 단열 성능이 우수하였고, 충진 가스층의 개수가 가장 많은 실시예 3이 단열 성능이 가장 우수하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 초단열 복층 유리 110 : 제1 유리
120 : 제2 유리 PG1~PG3 : 제3 유리
G1~G4 : 충진 가스층 130 : 밀봉재
140 : 저방사 코팅층 150 : 반사방지 코팅층

Claims (13)

  1. 서로 대향되어 이격되어 있는 제1 유리 및 제2 유리;
    상기 제1 유리와 상기 제2 유리 사이에 서로 이격되어 형성되어 있고, 1~3mm의 두께를 가지는 복수의 제3 유리;
    상기 제1 내지 제3 유리들 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 11~13mm의 두께로 적어도 4개 이상 형성되되, 각각에 아르곤(Ar) 가스를 포함하여 형성되는 충진 가스층; 및
    상기 충진 가스층의 측면을 밀봉하는 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진 가스층은
    아르곤 가스 85~95%와 공기 5~15%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  3. 서로 대향되어 이격되어 있는 제1 유리 및 제2 유리;
    상기 제1 유리와 상기 제2 유리 사이에 서로 이격되어 형성되어 있고, 1~3mm의 두께를 가지는 복수의 제3 유리;
    상기 제1 내지 제3 유리들 중에서 인접한 두 개의 유리 사이에 6~10mm의 두께로 적어도 4개 이상 형성되되, 각각에 크립톤(Kr) 가스를 포함하여 형성되는 충진 가스층; 및
    상기 충진 가스층의 측면을 밀봉하는 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충진 가스층은
    크립톤 가스 85~95%와 공기 5~15%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 유리 및 제2 유리는
    5~8mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 초단열 복층 유리는
    상기 제2 유리와 그에 인접한 충진 가스층 사이에 형성되는 저방사 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 초단열 복층 유리는
    상기 제3 유리의 표면에 형성되는 반사방지 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  8. 5장 이상의 유리가 서로 이격되어 배열되고, 각각의 유리들 사이에 아르곤(Ar) 가스 또는 크립톤(Kr) 가스를 포함하는 충진 가스층이 형성되어 있으며, 열관류율이 0.7W/㎡K 미만인 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아르곤 가스를 포함하는 충진 가스층은
    11~13mm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아르곤 가스를 포함하는 충진 가스층은
    아르곤 가스 85~95%와 공기 5~15%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 크립톤 가스를 포함하는 충진 가스층은
    6~10mm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 크립톤 가스를 포함하는 충진 가스층은
    크립톤 가스 85~95%와 공기 5~15%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 초단열 복층 유리는
    최외각 유리 사이에 1~3mm 두께로 형성된 복수의 파티션 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단열 복층 유리.
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