[发明专利]节能玻璃和制造节能玻璃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及权利要求1的前序部分中定义的节能玻璃(energy saving glass)。此外，本发明涉及权利要求16的前序部分中定义的方法。 

背景技术

当太阳辐射能遇到玻璃表面时，一些辐射被反射，一些辐射被吸收到玻璃中并且一些辐射穿透玻璃。在标准窗玻璃中，吸收是不足的。穿透玻璃的太阳辐射被吸收到建筑物内部的表面和物体中，其温暖所述内部并进一步释放热量到内部中。在高度太阳辐射的区域，热导致需要冷却室内区域。建筑物是大的能量-消耗者，例如在北美，建筑物的加热、冷却和照明构成所有能量的30-40％。因此，减少冷却和加热建筑物的需要的技术方案，以及带入尽可能多的自然光到建筑物中的窗在经济上是非常有价值的。仅仅大约一半的太阳辐射能在可见波长范围中，因此理想地，滤除紫外(uv)和(近)红外范围(IR)会除去太阳提供的热负荷的一半，而仍然不减少可见光的量。 

相当更大量的太阳辐射被吸收到含有非铁金属氧化物如过渡金属氧化物的玻璃中。更典型地，这种玻璃是灰色的、青铜色的、蓝色的、绿色的或者这些颜色的组合。灰色玻璃几乎等量地传导可见光和红外辐射，青铜色玻璃比灰色玻璃传导较少的可见光和更多的IR辐射，以及蓝色和绿色玻璃比灰色玻璃传导更多的可见光和较少的IR光。此外，吸收uv-辐射的试剂如二氧化钛或者五氧化二钒可以被添加到玻璃中，其吸收uv-辐射而不吸收可见波长范围内的任何大量的辐射。 

但是，用非铁金属氧化物为玻璃物质(glass mass)着色不是生产能量玻璃的非常好的方法。在没有太多太阳辐射能的区域(供热主 导地带(heating-oriented climates))，玻璃应当尽可能地透明。类似地，在窗户具有两个或者多个玻璃的方案中，仅仅外部玻璃应当是太阳辐射吸收玻璃。如果整个玻璃物质是着色的，则平板玻璃生产线的玻璃熔炉中的玻璃物质必须有规律地被转变成透明的/着色的玻璃物质，并且改变颜色相当大地增加了平板玻璃生产的费用。 

美国专利3,473,944公开了辐射-反射材料，其中玻璃板在反面上涂布掺杂氧化锑的氧化锡，以致朝向外部的玻璃表面含有25-35.5％的锑以及朝向内部的玻璃表面含有2.2-6.4％的锑。在这种情况下，窗的内表面将来自室内区域的热辐射反射回室内区域，并且窗的外表面吸收太阳辐射。外涂层导致玻璃在颜色上是略灰的。该涂层通过化学气相沉积(CVD)在玻璃表面上产生。 

这种玻璃存在的问题是：在平板玻璃生产速率下不能产生足够厚的吸收层。在平板玻璃生产工艺中，玻璃带以10-20m/min的速率前进。由CVD工艺提供的生长速率一般小于100nm/s，因此从吸收的观点看来，可用于涂层单位的时间(1-2s)不允许足够厚的涂层。这种方案的另一问题是在厚吸收层的情况下，玻璃中可见光的传导被相当大地减少。 

美国专利3,652,256公开了涂布热玻璃带的设备以及玻璃制造方法。利用这种设备，可能在玻璃表面上产生太阳能吸收涂层或者以一些其他方式改变光通过玻璃的传导。在该设备中，涂布玻璃是基于在玻璃表面上应用喷雾热解。这种设备和方法存在的问题是，由喷雾热解方法在玻璃表面上产生的金属氧化物层溶解并十分缓慢地扩散到玻璃中。该专利公开陈述，着色层的厚度是大约50nm。为了对如此短的距离提供足够的吸收/颜色，在玻璃表面上必须存在单独的掺杂锑的氧化锡层，其仅仅部分溶解到玻璃中。这为涂层的长期耐久性、耐冲洗性以及相应的机械和化学磨损带来问题。 

美国专利5,721,054公开了由热解涂层(高温CVD)实现的玻璃结构，其中包含铬、钴和铁的太阳辐射吸收层，以及用于使玻璃外观更富吸引力的非吸附层在玻璃中产生。根据该方法，吸收层的厚度最优选地是40-75nm。 

上面提到的专利中公开的方法存在的问题是，对于这些吸收材料，没有会本身在CVD沉积中作为絮凝源材料的源材料，因此必须通过该专利中描述的高温技术在大约600℃的温度下为该方法提供源材料，其需要昂贵的仪器和昂贵的操作费用。该方法的进一步问题是，氧化物主要作为玻璃表面上的单独涂层而出现。因此，材料的厚度应当低，以致氧化物层不会吸收可见光达到干扰的程度。 

美国专利6,048,621公开一种能量玻璃，其包括连续的太阳能吸收层和低辐射系数层。该结构的问题是，太阳辐射能被吸收到室内区域附近的玻璃表面中，以致通过对流来自温暖玻璃的热传导主要被传导到室内，因此该结构没有提供任何相当大的冷却能的节省。