專利名稱：節(jié)能玻璃和制造節(jié)能玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的前序部分中定義的節(jié)能玻璃 (energy saving glass)。此外，本發(fā)明涉及權(quán)利要求17的前序部分中定 義的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)太陽輻射能遇到玻璃表面時， 一些輻射被反射， 一些輻 射被吸收到玻璃中并且一些輻射穿透玻璃。在標(biāo)準(zhǔn)窗玻璃中，吸收是 不足的。穿透玻璃的太陽輻射被吸收到建筑物內(nèi)部的表面和物體中， 其溫暖所述內(nèi)部并進(jìn)一步釋放熱量到內(nèi)部中。在高度太陽輻射的區(qū)域， 熱導(dǎo)致需要冷卻室內(nèi)區(qū)域。建筑物是大的能量-消耗者，例如在北美， 建筑物的加熱、冷卻和照明構(gòu)成所有能量的30-40%。因此，減少冷卻 和加熱建筑物的需要的技術(shù)方案，以及帶入盡可能多的自然光到建筑 物中的窗在經(jīng)濟(jì)上是非常有價值的。僅僅大約一半的太陽輻射能在可 見波長范圍中，因此理想地，濾除紫外(uv)和(近)紅外范圍(IR)會除去 太陽提供的熱負(fù)荷的一半，而仍然不減少可見光的量。相當(dāng)更大量的太陽輻射被吸收到含有非鐵金屬氧化物如過 渡金屬氧化物的玻璃中。更典型地，這種玻璃是灰色的、青銅色的、 藍(lán)色的、綠色的或者這些顏色的組合?；疑Ａ缀醯攘康貍鲗?dǎo)可見 光和紅外輻射，青銅色玻璃比灰色玻璃傳導(dǎo)較少的可見光和更多的IR 輻射，以及藍(lán)色和綠色玻璃比灰色玻璃傳導(dǎo)更多的可見光和較少的IR 光。此外，吸收uv-輻射的試劑如二氧化鈦或者五氧化二釩可以被添加 到玻璃中，其吸收uv-輻射而不吸收可見波長范圍內(nèi)的任何大量的輻 射。但是，用非鐵金屬氧化物為玻璃物質(zhì)(glass mass)著色不是 生產(chǎn)能量玻璃的非常好的方法。在沒有太多太陽輻射能的區(qū)域(供熱主導(dǎo)地帶(heating-oriented climates)),玻璃應(yīng)當(dāng)盡可能地透明。類似地， 在窗戶具有兩個或者多個玻璃的方案中，僅僅外部玻璃應(yīng)當(dāng)是太陽輻 射吸收玻璃。如果整個玻璃物質(zhì)是著色的，則平板玻璃生產(chǎn)線的玻璃 熔爐中的玻璃物質(zhì)必須有規(guī)律地被轉(zhuǎn)變成透明的/著色的玻璃物質(zhì)，并 且改變顏色相當(dāng)大地增加了平板玻璃生產(chǎn)的費用。美國專利3，473，944公開了輻射-反射材料，其中玻璃板在 反面上涂布摻雜氧化銻的氧化錫，以致朝向外部的玻璃表面含有 25-35.5%的銻以及朝向內(nèi)部的玻璃表面含有2.2-6.4%的銻。在這種情況 下，窗的內(nèi)表面將來自室內(nèi)區(qū)域的熱輻射反射回室內(nèi)區(qū)域，并且窗的 外表面吸收太陽輻射。外涂層導(dǎo)致玻璃在顏色上是略灰的。該涂層通 過化學(xué)氣相沉積(CVD)在玻璃表面上產(chǎn)生。這種玻璃存在的問題是在平板玻璃生產(chǎn)速率下不能產(chǎn)生 足夠厚的吸收層。在平板玻璃生產(chǎn)工藝中，玻璃帶以10-20m/min的速 率前進(jìn)。由CVD工藝提供的生長速率一般小于100nm/s，因此從吸收 的觀點看來，可用于涂層單位的時間(l-2s)不允許足夠厚的涂層。這種 方案的另一問題是在厚吸收層的情況下，玻璃中可見光的傳導(dǎo)被相當(dāng) 大地減少。美國專利3，652，256公開了涂布熱玻璃帶的設(shè)備以及玻璃 制造方法。利用這種設(shè)備，可能在玻璃表面上產(chǎn)生太陽能吸收涂層或 者以一些其他方式改變光通過玻璃的傳導(dǎo)。在該設(shè)備中，涂布玻璃是 基于在玻璃表面上應(yīng)用噴霧熱解。這種設(shè)備和方法存在的問題是，由 噴霧熱解方法在玻璃表面上產(chǎn)生的金屬氧化物層溶解并十分緩慢地擴(kuò) 散到玻璃中。該專利公開陳述，著色層的厚度是大約50nm。為了對如 此短的距離提供足夠的吸收/顏色，在玻璃表面上必須存在單獨的摻雜 銻的氧化錫層，其僅僅部分溶解到玻璃中。這為涂層的長期耐久性、 耐沖洗性以及相應(yīng)的機(jī)械和化學(xué)磨損帶來問題。美國專利5,721,054公開了由熱解涂層(高溫CVD)實現(xiàn)的玻 璃結(jié)構(gòu)，其中包含鉻、鈷和鐵的太陽輻射吸收層，以及用于使玻璃外 觀更富吸引力的非吸附層在玻璃中產(chǎn)生。根據(jù)該方法，吸收層的厚度 最優(yōu)選地是40-75nm。
上面提到的專利中公開的方法存在的問題是，對于這些吸 收材料，沒有會本身在CVD沉積中作為絮凝源材料的源材料，因此必 須通過該專利中描述的高溫技術(shù)在大約60(TC的溫度下為該方法提供 源材料，其需要昂貴的儀器和昂貴的操作費用。該方法的進(jìn)一步問題 是，氧化物主要作為玻璃表面上的單獨涂層而出現(xiàn)。因此，材料的厚 度應(yīng)當(dāng)?shù)?，以致氧化物層不會吸收可見光達(dá)到干擾的程度。美國專利6，048，621公開一種能量玻璃，其包括連續(xù)的太陽 能吸收層和低輻射系數(shù)層。該結(jié)構(gòu)的問題是，太陽輻射能被吸收到室 內(nèi)區(qū)域附近的玻璃表面中，以致通過對流來自溫暖玻璃的熱傳導(dǎo)主要 被傳導(dǎo)到室內(nèi)，因此該結(jié)構(gòu)沒有提供任何相當(dāng)大的冷卻能的節(jié)省。吸收到玻璃中的太陽輻射能升高玻璃溫度。比其環(huán)境更溫 暖的玻璃導(dǎo)致空氣流動通過玻璃表面。熱從玻璃對流傳導(dǎo)到空氣流。 如果玻璃到處吸收輻射能，其均勻地變暖并且對流傳導(dǎo)到玻璃不同側(cè) 的熱量的比取決于環(huán)境溫度。換句話說，如果室內(nèi)區(qū)域被機(jī)械冷卻， 那么，相比進(jìn)入(更溫暖的)建筑物外部，更多的熱從玻璃傳導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)部， 在這種情況下，玻璃的大部分太陽能吸收作用喪失(考慮到冷卻需要)。 當(dāng)吸收發(fā)生在玻璃外表面上時， 一種更優(yōu)選的方案被獲得，在這種情 況下，對通過玻璃的熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的傳熱的抵抗大大減小了傳導(dǎo)進(jìn)入內(nèi) 部的熱負(fù)荷。玻璃外表面上的吸收層必須對環(huán)境條件的影響相當(dāng)有抵抗 力，所述環(huán)境條件如化學(xué)和機(jī)械磨損。吸收層在玻璃中提供溫差，因 此，吸收層應(yīng)當(dāng)最優(yōu)選是這樣的吸收作為玻璃厚度的函數(shù)逐漸降低， 以致任何急劇的溫差都不會在玻璃中形成。這種急劇的溫差在玻璃中 提供有害的張力。尤其是在玻璃表面未由于太陽輻射的作用而均勻地 暖化(歸因于例如由周圍建筑物或者樹木在玻璃表面上產(chǎn)生的陰影)的 位置使用玻璃時，同樣地，平行于表面的溫差可以出現(xiàn)在玻璃中。因此，需要一種節(jié)能玻璃，其中玻璃外表面上的玻璃組分 被如此改變，以致玻璃的外表面(不是玻璃表面上的單獨涂層)在玻璃表 層中的短距離內(nèi)吸收太陽輻射，最優(yōu)選地是太陽uv-和近-IR-輻射，并 且輻射的吸收隨著輻射在玻璃中穿透加深而減少。
此外，從能量效率的觀點看來，期望的是在一些應(yīng)用位 置，玻璃的對面用低輻射系數(shù)涂層涂布，并且對于工藝的成本效率而 言，實質(zhì)上這種涂層可以在與制造太陽輻射吸收層相同的工藝中完成。在其中冷卻和加熱都需要的區(qū)域，將低輻射系數(shù)表面與太
陽輻射吸收玻璃結(jié)合是重要的。在這些區(qū)域中，單層玻璃窗被普遍使 用，并且用雙層玻璃方案代替它們(單獨的吸收和低輻射系數(shù)玻璃)通常 是過于昂貴的方案。此外，對于盡可能有效地把吸收進(jìn)入玻璃表面的能量傳導(dǎo) 出玻璃存在需要，出于這個目的，玻璃表面可以被單獨制成親水的， 以致在表面上下雨/噴灑的可能的水有效地在玻璃表面上散布并且當(dāng)其 流下表面時從玻璃表面除去熱量。對于工藝的成本有效性，優(yōu)選親水 涂層可在與制造其他層相同的工藝中被制造。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是消除上面提到的缺點。本發(fā)明的一個具體目的是公開一種節(jié)能玻璃，其適于在其 中冷卻建筑物(空調(diào))導(dǎo)致相當(dāng)大的能量消耗的區(qū)域和在其中加熱和冷 卻都在建筑物中使用的區(qū)域中降低能量消耗。本發(fā)明的一個進(jìn)一步的目的是公開一種節(jié)能玻璃，其適合 在窗戶包括單一玻璃窗格的場所使用。本發(fā)明的一個進(jìn)一步的目的是公開一種用于制造節(jié)能玻璃 的方法，其中太陽能吸收到朝向室外空氣的玻璃表面上的盡可能薄的 層中。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明節(jié)能玻璃的特征是權(quán)利要求1中提出的特征。 根據(jù)本發(fā)明的方法的特征是權(quán)利要求17中提出的特征。根據(jù)本發(fā)明，節(jié)能玻璃在接近玻璃的第一表面的玻璃物質(zhì) 層中包含太陽輻射能吸收劑，在該層中，輻射能吸收劑的濃度在從第 一表面深入到玻璃物質(zhì)中時大大降低，以致在從玻璃的第一表面測量 時，吸收劑出現(xiàn)在至少0.1微米并且不大于100微米的深度。
根據(jù)本發(fā)明，在該方法中，微粒層在玻璃的第一表面上生 長，所述微粒含有至少一種元素或者元素化合物并且擴(kuò)散和/或溶解到 玻璃的表層中，以致至少一種從微粒溶解的元素改變玻璃的表層以致 太陽輻射能吸收層在表面上形成，在該太陽輻射能吸收層中，所述至 少一種元素的濃度從玻璃表面深入到玻璃中而大大降低，以致在從玻 璃表面測量時，該元素出現(xiàn)在至少0.1微米并且不超過10微米的深度。換句話說，該節(jié)能玻璃通過在其制造或者加工過程中在平 板玻璃表面生長微粒材料而提供，該材料基本上包括金屬或者它們的 化合物，特別是金屬氧化物，其在它們?nèi)芙膺M(jìn)入玻璃的過程中在玻璃 中提供改性，以致玻璃會吸收太陽輻射。以此方式，玻璃的表面被改 性成為不同類型的玻璃，在表面上基本不存在任何涂層。在相同或者 不同的微粒中，納米微?？梢园鞣N不同的金屬或者它們的化合物， 當(dāng)它們?nèi)芙獾讲Ａе袝r，其產(chǎn)生吸收特定波長范圍的太陽輻射的玻璃 材料。納米微粒擴(kuò)散或者溶解到玻璃中，以致更大量的該金屬在玻璃 表面上溶解，并且溶解金屬的濃度在玻璃深度方向上降低。節(jié)能玻璃 中太陽輻射吸收金屬的濃度因此在玻璃深度方向上降低?？偠灾?， 取決于玻璃的工藝溫度和時間，玻璃包括深度范圍可以是從0.1微米到 100微米的太陽輻射吸收金屬。作為建筑物的窗玻璃，節(jié)能玻璃減少其中冷卻(空調(diào))建筑物 導(dǎo)致相當(dāng)大的能量消耗的區(qū)域和其中加熱和冷卻在建筑物中都被使用 的區(qū)域中的建筑物的能量消耗。節(jié)能玻璃特別優(yōu)選地在窗戶包括單一 玻璃窗格的場所使用。提供有效的節(jié)能玻璃要求太陽能吸收到朝向外部的玻璃表 面上盡可能薄的層中。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，提供了平板玻璃連同 其制造或者加工，表面——其中太陽能吸收劑優(yōu)選地作為納米尺寸微 粒在玻璃表面上生長，這些試劑從該微粒中溶解和/或擴(kuò)散到玻璃的表 層中。根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)一步允許在同一工藝中在玻璃的對面上產(chǎn) 生低輻射系數(shù)涂層。為了使包含在納米微粒中的金屬逐漸溶解到玻璃中，艮口， 以致溶解金屬的濃度在玻璃深度方向上降低，實質(zhì)上是暖化玻璃以致 玻璃表面比玻璃內(nèi)部更溫暖。以此方式，玻璃會在玻璃表面上具有低粘度，并且粘度在玻璃深度方向上增加，在玻璃表面上提供比玻璃深 處更大的金屬擴(kuò)散。在這種情況中，玻璃的暖化優(yōu)選地對流進(jìn)行，因 為由輻射通過傳熱方式暖化玻璃將提供在整個玻璃深度上相對均勻的 熱能吸收，在這種情況下，整個玻璃物體將基本上以相同的方式暖化。 在本發(fā)明中已經(jīng)觀察到的是，優(yōu)選使在納米微粒生產(chǎn)中使用的液體火 焰噴槍的火焰暖化玻璃表面，以致同一工藝提供兩種優(yōu)選的效果，艮口， 生產(chǎn)納米微粒和對流加熱玻璃表面。在同一工藝中，在節(jié)能玻璃中與太陽輻射吸收表面相對的
表面上生長低輻射系數(shù)涂層是可能的，所述涂層可以典型地是具有
200-900nm厚度的涂層，并且其中材料可以是摻雜氟的氧化錫或者慘雜 鋁的氧化鋅?？赡茉诠?jié)能玻璃的太陽輻射吸收表面上生長將表面改性成 親水的涂層，例如，納米厚度(100nm以下)二氧化鈦涂層——其覆蓋至 少部分表面，并且最優(yōu)選其中晶型是銳鈦礦的二氧化鈦涂層。由于紫 外輻射的影響，該涂層將表面改性成親水的，以致帶到表面上的水以 均勻?qū)釉诒砻嫔仙⒉?。以此方式，玻璃中的熱有效地傳?dǎo)到水中。優(yōu) 選地，二氧化鈦涂層也作為太陽紫外輻射吸收材料起作用而不相當(dāng)大 程度地吸收可見光。因此，根據(jù)本發(fā)明可存在節(jié)能玻璃的不同變型
-節(jié)能玻璃，其中朝向外部的表面包括逐漸改變的玻璃組成，以致 太陽輻射的吸收在玻璃表面上最強，并且所述吸收在0.1-100微米距離 內(nèi)逐漸減少到基礎(chǔ)玻璃(basic glass)的吸收程度。
-上述玻璃，其中太陽輻射吸收表面的對面用低輻射系數(shù)涂層涂布， 典型地以致其在與輻射吸收表面相同的工藝中產(chǎn)生。
-上述玻璃，其中太陽輻射吸收表面被如此涂布，以致該表面本身 是親水的或者通過紫外輻射的作用而成為親水的。
-節(jié)能玻璃，其中朝向外部的表面包括逐漸改變的玻璃組成，以致 太陽輻射吸收在玻璃表面上最強，并且該吸收在0.1-100微米的距離內(nèi) 逐漸降低到基礎(chǔ)玻璃的吸收程度，并且其中太陽輻射吸收表面被如此 涂布以致該表面本身是親水的或者通過紫外輻射的作用而成為親水 的。
根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃因此不是基于玻璃表面上的單獨金
屬氧化物層，而是基于改性玻璃表層以致表層會吸收太陽輻射。在測 試中已觀察到，這種改性玻璃可以在傳統(tǒng)的玻璃鋼化工藝中被鋼化。 這種類型的鋼化玻璃——將太陽輻射吸收到表層中的玻璃，可以優(yōu)選 地在玻璃表面上發(fā)生平行于表面的溫差的位置應(yīng)用，所述溫差例如歸 因于落在玻璃表面上的陰影。在這些位置，玻璃的鋼化可以大大降低 由玻璃中的溫差而導(dǎo)致的碎裂的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃可以最優(yōu)選這樣產(chǎn)生通過液體火
焰噴射方法或者激光燒蝕方法，或者通過將這些方法結(jié)合在一起或者 通過將它們中的兩種或者一種與化學(xué)氣相沉積結(jié)合。
附圖簡述在下面的部分中，本發(fā)明將通過示例性實施方式并參考附
圖詳細(xì)描述，在附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃的一種實施方式的橫截
面，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃的一種實施方式中的熱傳
導(dǎo)，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一種節(jié)能玻璃中，作為玻璃深度的 函數(shù)的太陽輻射吸收金屬的濃度，圖4示出根據(jù)本發(fā)明制造節(jié)能玻璃的方法，圖5示出根據(jù)本發(fā)明制造節(jié)能玻璃的方法，該玻璃包括低 輻射系數(shù)涂層；以及圖6示出根據(jù)本發(fā)明制造節(jié)能玻璃的方法，該玻璃包括使 玻璃表面親水的涂層。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及節(jié)能玻璃，其中玻璃的表層被改性，以致輻射 能吸收劑的濃度在0.1-100微米距離內(nèi)在玻璃表層中大大降低。該玻璃 層不是玻璃表面上的單獨涂層，而是通過改變玻璃組成而提供的層， 所述組成逐漸改變，以致在0.1-100微米距離內(nèi)表層的組成變成基礎(chǔ)玻璃組成。這種類型的層吸收太陽輻射，以致表面吸收輻射最多并且吸 收隨著輻射穿透更深入玻璃而逐漸減少。這產(chǎn)生一種情形其中玻璃 表層暖化最多，以致熱從玻璃表層通過對流(到空氣中)或者傳導(dǎo)(到水 中)而傳導(dǎo)。逐漸暖化使表層和基礎(chǔ)玻璃之間的溫差均勻化，以致在表 面和基礎(chǔ)玻璃之間不形成由溫差引起的明顯張力。通過將至少一種下列元素?fù)诫s到玻璃中來提供太陽輻射的
吸收Al、 Se、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ge、 Sr、 Zr、 Nb、 Mo、 Te、 Ag、 Sn、 Sb、 Au、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 U。根據(jù)本發(fā)明節(jié)能玻璃可以這樣實現(xiàn)從上面提到的金屬中 的至少一種的可溶化合物制備溶液，例如通過芬蘭專利FI98832中提 到的液體火焰噴射裝置供應(yīng)該溶液，以致所述金屬的納米微粒或者金 屬氧化物的納米微粒由液體源材料形成。這些微粒被引導(dǎo)到玻璃表面， 該玻璃表面處于50(TC以上的溫度下，以致微粒擴(kuò)散和/或溶解到玻璃 中，以致金屬濃度在玻璃表面是最高的并且隨著深入到玻璃中而逐漸 降低。金屬典型地溶解和/或擴(kuò)散至達(dá)0.1-100微米的深度。該制造方 法可以整合到玻璃生產(chǎn)線(浮法玻璃生產(chǎn)線(float line))中，以致節(jié)能玻 璃可以在平板玻璃生產(chǎn)速率下生產(chǎn)。該制造方法也可以整合到其中玻 璃被加熱的玻璃加工線中，例如整合到玻璃鋼化線或者玻璃彎曲線中。 節(jié)能玻璃也可以在單獨的離線裝置中生產(chǎn)，其中玻璃被單獨加熱以致 以上述方式改性玻璃表面成為可能。根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃的太陽輻射吸收表面的對面可以用 導(dǎo)電氧化物涂層涂布，例如，摻雜氟的氧化錫(Sn02:F)或者摻雜鋁的氧 化鋅(ZnO:Al)，以致玻璃的節(jié)能特征可以被改進(jìn)以致來自建筑物內(nèi)部的 熱輻射將不能通過窗戶輻射出去(低輻射系數(shù)，即，低-E涂層)。這種玻 璃結(jié)構(gòu)可用于這樣的區(qū)域，其中建筑物需要被冷卻和加熱并且其中窗 戶結(jié)構(gòu)是單層的。根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃的太陽輻射吸收表面可以進(jìn)一步完 全或者部分地用納米尺寸二氧化鈦微粒涂布，其通過陽光的作用將玻 璃表面改變成親水的。在這種情況中，碰到玻璃表面的水在玻璃表面 上散布成均勻的水層并流下表面，以致有效的熱傳導(dǎo)從玻璃表面提供到水中。在下面的部分中，本發(fā)明將用實施例更詳細(xì)地予以描述。實施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能玻璃。材料層104已經(jīng)在玻璃的外表面1上通過納米微粒的方式生長，材料從該層擴(kuò)散和/或溶解到玻璃物質(zhì)101中，提供區(qū)域103，其是0.1-100微米深并且其中當(dāng)從表面1深入到玻璃中時玻璃的金屬氧化物濃度逐漸降低，這在圖1中圖示為從暗色轉(zhuǎn)為白色的區(qū)域。這種漸變層103提供太陽能向玻璃表層中的至少部分吸收?？赡艿氖窃诓Ａ?01的內(nèi)表面2上生長低輻射系數(shù)涂層105，或者在生長吸收層之前用該涂層涂布玻璃，其可以是例如由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)制成的涂層。圖2示出圖1的節(jié)能玻璃的行為。來自太陽的能量106至少部分地被吸收到玻璃的表層103和104中。表層的材料優(yōu)選地被選擇以致輻射的吸收在輻射的紫外(uv)和近紅外(NIR)范圍高于可見光范圍。吸收到玻璃表面中的能量提供玻璃表層107的玻璃暖化。表面的暖化產(chǎn)生從玻璃進(jìn)入空氣的對流性熱傳導(dǎo)109。該對流性熱傳導(dǎo)109優(yōu)選地具有至少與通過玻璃的傳導(dǎo)性熱傳導(dǎo)108相同的等級。傳導(dǎo)到建筑物內(nèi)部中的輻射能IIO提供內(nèi)部的暖化，以致內(nèi)部向玻璃發(fā)射熱輻射111。該熱輻射111的波長大大高于輻射能110的波長，以致玻璃內(nèi)表面上的低輻射系數(shù)涂層105提供返回內(nèi)部中的熱輻射的反射112。玻璃的表層104可以是親水的或者是超親水的，以致冷凝或者以其他方式在表面上聚集的水蒸汽或者水滴113在表面上形成均勻的水膜114，當(dāng)該膜由于重力作用流下時，其冷卻玻璃的外表面l。圖4示出根據(jù)本發(fā)明制造節(jié)能玻璃的方法。玻璃115在傳動輥116上傳送，例如在玻璃生產(chǎn)線上(浮法玻璃生產(chǎn)線)或者在玻璃加工如玻璃鋼化中。氫-氧火焰118通過從管道119供給氫和從管道120供給氧到噴槍117中由火焰噴槍117產(chǎn)生。加壓氣體被進(jìn)一步從管道121引導(dǎo)到容器122中，影響容器中金屬硝酸鹽和醇的混合物123沿著進(jìn)料管道124行進(jìn)到噴槍117。金屬硝酸鹽與醇的混合物123在氫-氧火焰118中反應(yīng)以致其形成微粒125。微粒125的空氣動力學(xué)直徑可以在0.01-10微米的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地1微米以下并且最優(yōu)選地0.1微
米以下。氫-氧火焰118對流地暖化玻璃表面115。微粒125漂流到玻璃115表面，形成層104，微粒材料從層104進(jìn)一步至少部分?jǐn)U散和/或溶解到玻璃115中，形成作為節(jié)能玻璃101的輻射能吸收層起作用的漸變層103。圖5示出根據(jù)本發(fā)明制備節(jié)能玻璃的方法，其中低輻射系數(shù)層128同時在玻璃的另一表面上被提供。玻璃115在傳動輥116上傳送，例如在玻璃生產(chǎn)線上(浮法玻璃生產(chǎn)線)或者在玻璃加工如玻璃鋼化中。氫-氧火焰118通過從管道119供給氫和從管道120供給氧到噴槍117中由火焰噴槍117提供。加壓氣體被進(jìn)一步從管道121引導(dǎo)到容器122中，影響容器中金屬硝酸鹽和醇的混合物123沿著進(jìn)料管道124行進(jìn)到噴槍117。金屬硝酸鹽與醇的混合物123在氫-氧火焰118中反應(yīng)以致其形成微粒125。微粒125的空氣動力學(xué)直徑可以在0.01-10微米的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選1微米以下并且最優(yōu)選0.1微米以下。微粒125漂流到玻璃115表面，形成層104，微粒材料從層104進(jìn)一步至少部分?jǐn)U散和/或溶解到玻璃115中，形成作為節(jié)能玻璃101的輻射能吸收層起作用的漸變層103。氫和氧被進(jìn)一步導(dǎo)入放置在玻璃115的另一側(cè)以提供氫-氧火焰的另一噴槍117中，并且包含錫和氟的化合物也被導(dǎo)入噴槍，該化合物是例如單丁基氯化錫、氟氫酸、水以及醇的混合物127，其生產(chǎn)含有摻雜氟的氧化錫的微粒125并且被用于在玻璃115的下表面上生長低輻射系數(shù)涂層128。圖6示出根據(jù)本發(fā)明制造節(jié)能玻璃的方法，其中在同一工藝中親水表面被提供在玻璃表面上。玻璃115在傳動輥116上傳送，例如在玻璃生產(chǎn)線上(浮法玻璃生產(chǎn)線)或者在玻璃加工如玻璃鋼化中。氫-氧火焰118通過從管道119供給氫和從管道120供給氧到噴槍117中由火焰噴槍117提供。加壓氣體被進(jìn)一步從管道121引導(dǎo)到容器122中，影響容器中金屬硝酸鹽和醇的混合物123沿著進(jìn)料管道124行進(jìn)到噴槍117。金屬硝酸鹽與醇的混合物123在氫-氧火焰118中反應(yīng)以致其形成微粒125。微粒125的空氣動力學(xué)直徑可以在0.01-10微米的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選1微米以下并且最優(yōu)選O.l微米以下。微粒125漂流到玻璃115表面，形成層104，微粒材料從層104進(jìn)一步至少部分?jǐn)U散和/或溶解到玻璃115中，形成作為節(jié)能玻璃101的輻射能吸收層起作
用的漸變層103。除了氫和氧120/121的混合物，鈦化合物130被進(jìn)一步導(dǎo)入另一噴槍117，結(jié)果是在氫-氧火焰118中產(chǎn)生的微粒也包括二氧化鈦，以致含二氧化鈦的涂層131被提供在玻璃表面上，當(dāng)暴露于紫外輻射時其在節(jié)能玻璃101的表面上形成親水的涂層。歸功于親水涂層，玻璃表面將其可碰到的任何水散布成均勻的水膜，以致吸收到玻璃表面中的熱被有效地傳導(dǎo)到水中?？梢源嬖谂c圖中列出的實施方式不同的實施方式來制造節(jié)能玻璃。類似地，本發(fā)明示例性實施方式的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)本發(fā)明的精神而改變。因此，噴槍的數(shù)目和等級可以與上面提到的實施方式不同，并且替代火焰噴槍，用于生產(chǎn)微粒的方法可以是例如CVD工藝、激光燒蝕工藝或者類似工藝。因此，本文列出的本發(fā)明實施方式不被解釋為限制本發(fā)明的意義，相反，在所附權(quán)利要求中列出的發(fā)明特征范圍內(nèi)，許多改變是可能的。
權(quán)利要求
1.節(jié)能玻璃，其包括基本上相互平行的第一表面(1)和第二表面(2)，在所述節(jié)能玻璃中，玻璃物質(zhì)(101)含有太陽輻射能吸收劑，其特征在于所述太陽輻射能吸收劑存在于接近所述第一表面(1)的所述玻璃物質(zhì)(101)的層(103)中，當(dāng)從所述第一表面(1)深入到所述玻璃物質(zhì)中時，在所述層中所述輻射能吸收劑的濃度大大降低，以致在從所述玻璃的所述第一表面(1)測量時，所述吸收劑存在于至少0.1微米并且不大于100微米的深度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述太陽輻射吸收劑通過將一種或者更多種下列元素和/或這些元素的化合物摻雜到靠近所述第一表面(1)的所述玻璃物質(zhì)(101)的所述層(103)中而形成Al、 Se、Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ge、 Sr、 Zr、 Nb、 Mo、 Te、Ag、 Sn、 Sb、 Au、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、Tm、 Yb、 Lu、 U。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述太陽輻射吸收劑被選擇以便主要吸收太陽紫外和近紅外輻射。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述太陽輻射能吸收劑被擴(kuò)散和/或溶解到所述玻璃物質(zhì)(101)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于當(dāng)所述玻璃表面被加熱到50(TC以上的溫度時，所述太陽輻射能吸收劑作為微粒被提供到所述玻璃物質(zhì)(101)中，優(yōu)選納米微粒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述第一表面(l)用親水的或者由于太陽紫外輻射的作用變?yōu)橛H水的涂層(131)涂布。
7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述涂層(131)是二氧化鈦，并且所述涂層的厚度是100nm以下的等級。
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9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述涂層(131)中所述二氧化鈦的晶型是銳鈦礦。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述第二表面(2)用低輻射系數(shù)涂層(105、 128)(低-E涂層)涂布。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(105、 128)是由透明導(dǎo)電氧化物形成的涂層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(105、 128)是摻雜氟的氧化錫(Sn02: F)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(105、 128)是摻雜鋁的氧化鋅(ZnO:Al)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到13的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述節(jié)能玻璃是建筑物的單層窗戶中的玻璃，在所述玻璃中，所述第一表面(1)是朝向敞開的外部的外表面以及所述第二表面(2)是朝向所述建筑物內(nèi)部的內(nèi)表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1到14的任一項所述的節(jié)能玻璃，其特征在于所述玻璃被鋼化。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1到15的任一項所述的節(jié)能玻璃作為建筑物窗玻璃的應(yīng)用。
17. 用于制造節(jié)能玻璃的方法，在所述方法中，太陽輻射能吸收劑在升高的玻璃物質(zhì)溫度下被安置到所述玻璃物質(zhì)中，其特征在于微粒層(104)生長在所述玻璃的第一表面(1)上，所述微粒包括至少一種元素或者所述元素的化合物并且擴(kuò)散和/或溶解到所述玻璃的表層中，以致至少一種從所述微粒溶解的元素改性所述玻璃的所述表層，以致太陽輻射能吸收層(103)在所述表面上形成，在所述太陽輻射能吸收層中，所述至少一種元素的濃度從所述玻璃表面深入到所述玻璃中而大大減少，以致在從所述玻璃的所述表面測量時，所述元素存在于至少0.1微米并且不大于100微米的深度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述微粒層(104)生長在所述玻璃的所述第一表面(l)上，所述微粒包括至少一種下列元素和/或這些元素的化合物Al、 Se、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、Zn、 Ge、 Sr、 Zr、 Nb、 Mo、 Te、 Ag、 Sn、 Sb、 Au、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 U。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于生長在所述玻璃的所述第一表面(l)上的所述微粒的空氣動力學(xué)直徑在0.01-10微米的范圍，優(yōu)選l微米以下，最優(yōu)選0.1微米以下。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17到19的任一項所述的方法，其特征在于在所述方法中，所述玻璃的所述第一表面(l)被加熱到50(TC以上的溫度，以致所述玻璃的所述第一表面比所述玻璃的內(nèi)部溫暖。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17到20的任一項所述的方法，其特征在于所述玻璃的所述第一表面(l)被對流地加熱。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17到21的任一項所述的方法，其特征在于所述微粒用火焰噴射方法、激光燒蝕方法和/或化學(xué)氣相沉積生長在所述玻璃的所述第一表面(l)上。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于在所述火焰噴射方法中，所述玻璃的所述第一表面(l)的對流加熱用液體火焰噴槍的火焰來提供。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17到23的任一項所述的方法，其特征在于在接近所述第一表面(1)的所述玻璃的層(103)被改性成吸收太陽輻射能之后，所述第一表面(l)用親水的或者由于太陽紫外輻射的作用而成為親水的涂層(131)涂布。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于二氧化鈦被選擇作為所述涂層(131)中的試劑；并且所述涂層的厚度被形成為100nm以下的等級。
26. 根據(jù)權(quán)利要求17到25的任一項所述的方法，其特征在于所述玻璃的第二表面(2)用低輻射系數(shù)涂層(105、 128)(低-E涂層)涂布。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于在所述第一表面(l)被改性成吸收太陽輻射能的同時，所述低輻射系數(shù)涂層(105、 128)在所述第二表面C2)上形成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26或者27所述的方法，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(105、 128)由透明導(dǎo)電氧化物形成。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26到28的任一項所述的方法，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(l 05 、 128)由摻雜氟的氧化錫(Sn02:F)形成。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26到28的任一項所述的方法，其特征在于所述低輻射系數(shù)涂層(l 05 、 128)由摻雜鋁的氧化鋅(ZnO: Al)形成。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23到30的任一項所述的方法，其特征在于親水的或者由于太陽紫外輻射的作用而成為親水的所述涂層(131)用火焰噴射方法、激光燒蝕方法和/或化學(xué)氣相沉積由所述第一表面(l)上的所述微粒形成。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26到31的任一項所述的方法，其特征在于所述低 輻射系數(shù)涂層(105、 128)用火焰噴射方法、激光燒蝕方法和/或化學(xué)氣 相沉積由所述第二表面(2)上的所述微粒形成。
33. 根據(jù)權(quán)利要求17到32的任一項所述的方法，其特征在于在接近 所述第一表面(1)的所述玻璃的層(103)被改性成吸收太陽輻射能之后， 所述玻璃被鋼化。
34. 根據(jù)權(quán)利要求17到33的任一項所述的方法在下列中的應(yīng)用 -在玻璃生產(chǎn)線(浮法玻璃生產(chǎn)線)中，-在其中所述玻璃被加熱的玻璃加工線中，如鋼化線或者彎曲線中， -在相對于玻璃生產(chǎn)線是單獨的并且其中所述玻璃被加熱的線中。
全文摘要
節(jié)能玻璃，其包括基本上相互平行的第一表面(1)和第二表面(2)，并且所述節(jié)能玻璃的玻璃物質(zhì)含有太陽輻射能吸收劑。所述太陽輻射能吸收劑存在于接近所述第一表面(1)的玻璃物質(zhì)的層(103)中，當(dāng)從所述第一表面(1)深入到所述玻璃物質(zhì)中時，在所述層中所述輻射能吸收劑的濃度大大降低，以致在從所述玻璃的所述第一表面(1)測量時，所述吸收劑存在于至少0.1微米并且不大于100微米的深度。在方法中，微粒層(104)生長在所述玻璃的第一表面(1)上，所述微粒包括至少一種元素或者所述元素的化合物并且擴(kuò)散和/或溶解到所述玻璃的表層中。至少一種從所述微粒溶解的元素改性所述玻璃的所述表層，以致太陽輻射能吸收層(103)在所述表面上形成，在所述太陽輻射能吸收層中，所述至少一種元素的濃度從所述玻璃表面深入到所述玻璃中而大大減少，以致在從所述玻璃的所述表面測量時，所述元素存在于至少0.1微米并且不大于100微米的深度。
文檔編號C03C21/00GK101679113SQ200880013331
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者D·德克魯皮特, J·皮緬諾夫, M·拉亞拉 申請人:貝尼科公司