DK141869B - Transparent varmeisolerende skærm. - Google Patents

Description

141869

Opfindelsen angår en transparent varmeisolerende skærm, som er beregnet til at udgøre en del af en afgrænsning af en ovn.

Glasplader har potentiel værdi ved konstruktion af varmeisolerende skærme til forskellige former for genstande og Isolationer. Et eksempel 5 er anvendelsen af sådanne plader ved fremstilling af inspektionsvinduer eller døre i forskellige typer ovne.

Imidlertid er ikke-behandlede glaspaneler ikke egnede til anvendelse i varmeisolerende skærme, som skal indarbejdes i væggene i forskellige typer ovne, når disse opvarmes til høje temperaturer, da sådanne 10 plader ikke er i stand til at opfylde minimale styrkekrav. Det er ikke kun mekanisk styrke eller med andre ord modstandsevnen overfor brud under eksternt påtrykte mekaniske kræfter, som er vigtig, men også skærmens evne til at modstå termiske chok. En anden meget vigtig faktor er forholdet mellem styrken og vægten af pladen eller pladerne, 15 som udgør skærmen.

Den foreliggende opfindelse muliggør, at der kan fremstilles varmeisolerende skærme med plader af glas eller vitro krystallinsk materiale, som opfylder forskellige tekniske krav, som ikke kan opfyldes af de tidligere foreslåede glasskærme.

20 Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en transpa rent varmeisolerende skærm, som er beregnet til at udgøre en del af en ovn, og med to plader af glas- eller vitrokrystallinsk materiale, der er anbragt parallelt med hinanden, og hvor mindst en af pladerne er kemisk hærdet, og skærmen er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at 25 pladen, som vender mod ovnens yderside, er kemisk hærdet, og at pladen, som vender mod det indre af ovnen, bærer en belægning, som reflekterer infrarød stråling, hvilken belægning omfatter mindst et oxid valgt blandt tinoxid og indiumoxid.

Opfindelsen medfører en kombination af vigtige fordele. Ved anven-30 delse af en kemisk hærdet plade af glas eller vitrokrystallinsk materiale er det muligt at fremstille en skærm med stor mekanisk styrke og modstandsevne overfor termiske chok, medens der samtidig kan anvendes en plade, som er væsentligt tyndere end en ikke-hærdet plade med sammenlignelig styrke. Endvidere vil en hærdet plade sædvanligvis 35 opretholde sin mekaniske styrke over et større temperaturområde end en tilsvarende men ikke hærdet plade. Da en kemisk hærdet plade kan være forholdsvis tynd, kan den have forholdsvis lille vægt, og dette har betydelig værdi i praksis ved ovnfremstilling, hvor vægthensyn er væsentlige, bl.a. fordi vægten af installationen stiger, hvis der benyttes en tung skærm, og også på grund af nødvendigheden af at benytte 2 141869 tunge understøtninger for skærmen. Dette er spild af råstoffer og er økonomisk ugunstigt, navnlig nir det drejer sig om masseproducerede kogeovne. Opfindelsen medfører endvidere den fordel, at en kemisk hærdet plade har specielle fordelagtige egenskaber, selv ved meget høje 5 temperaturer, således som disse opstår, f.eks. når pladen udgør en del af en skærm, som indgår i en ovn væg.

Pladerne af glas eller vitrokrystallinsk materiale, som indgår i skærmen, kan være plane eller krumme, og når det gælder krumme plader, kan krumningen være en sådan, at overfladerne af pladerne er 10 udfoldelige eller ikke-udfoldelige. Endvidere kan de plader, som anvendes til skærmen, have samme tykkelse overalt, eller de kan variere i tykkelse fra en del til en anden, f.eks. på samme måde som i en linse.

De vitrokrystallinske plader, som indgår i en skærm, kan være transparente. En sådan skærm kan anvendes som et observationsvindue 15 i en ovn.

Den ene plade eller hver af pladerne kan udgøres af en plade af sodakalkglas. Sodakalkglas er forholdsvis billigt.

Den kemiske hærdning af en glas eller vitrokrystallinsk plade, således som det er i og for sig kendt, medfører diffusion af ioner ind i 20 pladens overfladelag fra et kontaktmedium, medens pladen er opvarmet, og under sådanne betingelser, at overfladekompressionspåvirkninger opbygges f de nævnte lag, efterhånden som en sådan diffusion optræder, eller senere, når pladerne afkøles. Det foretrækkes, at en kemisk hærdningsbehandling af en plade, som anvendes til en skærm ifølge 25 opfindelsen, er en, hvori diffusionen af ioner ind i pladens overfladelag har fundet sted på begge sider af pladen og over hele arealet eller i det væsentlige hele arealet. I enkelte tilfælde er det imidlertid hensigtsmæssigt at benytte en plade, som er blevet hærdet ved diffusion af ioner, kun ind i den ene af fladerne.

30 Den kemisk hærdede plade kan være en plade, som har været underkastet kemisk hærdningsbehandling af en type, som medfører bytning af aikalimetalioner mellem pladen og et behandlingsmedium. Sådanne behandlinger kan gennemføres let og billigt, og de tillader, at meget store overfladekompressionspåvirkninger opbygges, således at 35 pladen har et meget stort forhold mellem styrke og vægt. Behandlinger, som medfører en sådan bytning af aikalimetalioner, kan klassificeres som højtemperatur-og lavtemperaturbehandlinger. Ved ionbytningsbehandlinger ved høj temperatur erstattes ioner i overfladelagene af en glasplade med ioner, som på de nævnte overfladelag giver en lavere termisk udvidelseskoefficient, medens glasset har en temperatur over 141869 3 udglødningstemperaturen. Ved ionbehandlinger ved lav temperatur bliver ioner i glassets overfladelag erstattet med større ioner, medens glasset har en temperatur under udglødningstemperaturen.

Ved fremstilling af de mest foretrukne udførelsesformer for skærme 5 ifølge opfindelsen anvendes der en behandling i henhold til den anden type kemiske hærdningsbehandling, og den nævnte skærm omfatter mindst en glas- eller vitrokrystallinsk plade, som er blevet underkastet en kemisk hærdningsbehandling, som medfører diffusion af kaliumioner ind i pladen som erstatning for natriumioner. En plade, som er blevet 10 kemisk hærdet ved en sådan proces, beholder overfladekompressionspåvirkningerne op til forholdsvis høje temperaturniveauer.

Der foreligger andre former for kemisk hærdningsbehandling, som kan anvendes ved fremstilling af en plade af glas- eller vitrokrystallinsk materiale til anvendelse i en skærm ifølge opfindelsen. F.eks. kan 15 overfladekompressionspåvirkninger opbygges i overfladelagene i glasset ved at forårsage, at ioner diffunderer ind i lagene fra et kontaktmedium under påvirkning fra et elektrisk felt, således at denne behandling ikke ledsages af en diffusion af ioner til det pågældende medium fra glasset eller det vitrokrystallinske materiale.

20 En udførelsesform for skærmen er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at pladerne holdes fra hinanden i en afstand, som mindst er lig med tykkelsen af pladerne eller tykkelsen af den tyndeste af disse, hvis de har forskellig tykkelse. Hvis denne betingelse opfyldes, understøttes opnåelsen af en effektiv termisk isolation. Sædvanligvis vil 25 effektiviteten være større, hvis afstanden mellem pladerne er større.

Ved et omhyggeligt valg af denne afstand er det muligt at sikre, at temperaturen i en af de ydre flader af skærmen vil være lavere end temperaturen i den anden af disse flader, i det mindste en vis minimumsværdi mindre, når den nævnte anden flade direkte bestråles fra det 30 indre af en ovn ved en given arbejdstemperatur. Temperaturforskellen kan f.eks. være således, at den formindsker eller eliminerer risikoen for forbrændinger, hvis personer skal berøre ydersiden af skærmen.

Denne sikkerhedsfaktor er særlig vigtig, når det drejer sig om skærme til husholdningsovne, som benyttes, hvor børn færdes.

35 I en skærm, som omfatter i afstand fra hinanden anbragte plader, således som nævnt i det foregående, er det ifølge opfindelsen fordelagtigt, såfremt en af de nævnte plader består af borsilikatglas, som har en termisk udvidelseskoefficient på mindre end 5 x 10 ® pr. °C, En borsilikatglasplade er meget modstandsdygtig overfor termiske chok, og en sådan skærm har således fordelagtige egenskaber, når den monteres 4 141869 med barsi I i katgi asset på den side af skærmen, som vender mod det indre af ovnen.

I skærmen ifølge opfindelsen findes der en første glas- eller vitro-krystallinsk plade, som er bfevet kemisk hærdet, og som udgør en af de 5 ydre flader af skærmen, samt mindst en anden glas- eller vitrokrystal-linsk plade, som har en belægning, der reflekterer infrarød stråling.

Nar en sidan skærm monteres i en ovnvæg med den nævnte første plade som ydersiden af ovnen, holdes den eller de hærdede plader på en lavere temperatur end hvad der ville være tilfældet, hvis der ikke 10 fandtes en på denne måde belagt plade. Dette muliggør, at pladen eller pladerne på ydersiden af en sådan eller sådanne belagte plader kan opretholde tilstrækkelig mekanisk styrke, også over et større arbejds-temperaturområde i ovnen, og dette muliggør også, at der til samme arbejdstemperaturområde kan benyttes yderplader, som er tyndere, og 15 som alligevel har den samme mekaniske styrke.

En sådan belægning kan bestå af et enkelt lag eller den kan bestå af flere lag, som omfatter et antal lag af ens eller forskellig tykkelse.

De forskellige lag i belægningen kan være af samme belægningsmateriale eller af forskellige materialer.

20 Ifølge en anden foretrukken udførelsesform foreslås det, at pladen, som bærer belægningen, som reflekterer infrarød stråling, er kemisk hærdet. Også her . kan en sådan belagt plade gøres tyndere for at opnå den samme mekaniske styrke, men med reduceret totalvægt af skærmen. Sådanne udførelsesformer medfører også den specielle fordel, at begge 25 ydersiderne af skærmen kan gøres meget modstandsdygtige overfor mekaniske chok, og dette har stor praktisk betydning, hvor begge sider af skærmen fra tid til anden udsættes for stråling, således som tilfældet er, når skærmen indgår i en kogeovnsdør.

Fortrinsvis er mindst en af de nævnte glas- eller vitro krysta 11 in ske 30 plader forsynet med en sådan afskærmningsbelægning, som reflekterer infrarød stråling, og som giver pladen en lille energitransmission og en høj energi refleksion, i det mindste inden for en del af bølgelængdeområdet fra 0,8-15 mikron. Dette er det vigtigste af bølgelængdeområderne for infrarød stråling fra det indvendige af en ovn, hvilken stråling bør 35 afskærmes. Flere oxidbelægninger er meget effektive som skærme til refleksion af infrarød stråling, medens de samtidig tillader godt gennemsyn gennem skærmen.

Ifølge opfindelsen er mindst et oxid valgt blandt følgende grupper: tinoxid og indiumoxid. Disse oxider er de mest effektive, og de er også hårde og slidmodstandsdygtige.

141869 5

Ifølge opfindelsen kan mindst en af de nævnte oxidbelægninger indeholde et tilsætningsstof, hvorved refleksionsegenskaberne overfor infrarød stråling for belægningen kan forøges væsentligt.

Ifølge udførelsesformer for opfindelsen, hvor mindst en af de 5 nævnte belægninger består af tinoxid, er det fordelagtigt, at tilsætningsstoffet er ioner eller atomer af antimon og/eller fluor og/eiler chlor, og i de udførelsesformer, hvor mindst en af de nævnte belægninger består af indiumoxid, foretrækkes det, at tilsætningsstoffet er ioner eller atomer af tin og/eller fluor og/eller chlor. Sådanne tilsætningsstof-10 fer er de mest effektive til anvendelse i forbindelse med de tilhørende oxider.

Hensigtsmæssigt har mindst en af de nævnte oxidbelægninger ifølge opfindelsen en minimumstykkelse på 1000Å, idet denne tykkelse i mange tilfælde anses for at være det i praksis nødvendige minimum for at opnå 15 tilstrækkelig refleksion af infrarød bestråling.

Ved siden af den eller i det mindste en af de nævnte belægninger findes der hensigtsmæssigt ifølge opfindelsen et grundingslag af et stof, som er kemisk inaktivt i forhold til belægningen og til materialet i den belagte flade af den belagte plade. Dette træk er specielt vigtigt, når 20 der er risiko for en reaktion mellem belægningsmaterialet og pladen, og som kan forringe belægningens strålingsafskærmningsvirkning eller, i det tilfælde, hvor belægningen påføres en kemisk hærdet plade, når ioner fra belægningsmaterialet kan diffundere ind i overfladelag af pladen og således formindske overfladekompressionspåvirkningerne, som 25 er opbygget i pladen ved den kemiske hærdningsproces.

En specielt fordelagtig udførelsesform er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at mindst en af de nævnte belægninger består af indiumoxid, ved siden af hvilken der findes et grundingslag af siliciumoxid.

På denne måde forhindres en reaktion mellem indiumoxidbeiægningen og 30 kaliumioner i den belagte plade.

Hensigtsmæssigt er transmissionen af synligt lys gennem skærmen større end eller lig med 20%. Det er ønskeligt at opnå dette niveau for transmission af synligt lys, hvis der skal opnås tilstrækkeligt gennemsyn gennem skærmen.

35 Forskellige foretrukne udførelsesformer for opfindelsen skal heref ter beskrives nærmere under henvisning til ikke-begrænsende eksempler og mere detaljeret under henvisning til den ledsagende tegning, hvor fig. 1 og 2 viser snit gennem udførelsesformer for den varmeisolerende skærm ifølge opfindelsen med to plader af glas, og fig. 3 et snit gennem en anden form for plade til indarbejdelse i en skærm ifølge opfindelsen.

6 141869

Eksempel 1

Fig. 2 viser i snit et observationsvindue tii en ovn til kogning af madvarer.

Observationsvinduet har form som en dobbelt glasenhed bestående 5 af to plader 16,17 af transparent glas med en afstand fra hinanden på 30 mm. Pladerne 16 og 17 er 2 mm tykke og består af transparent soda-kalkglas med sædvanlig sammensætning (72% SiC>2; 12,5% Na^O; 0,09% K20; 9,4% CaO; 3% MgO; 3% AI2C>3; 0,01% Fe203, alt i vægtprocenter), og pladerne er kemisk hærdede og således forstærket mekanisk ved 10 iondiffusionsbehandling, som forårsager kompressionspåvirkninger i pladernes overfladelag. Den kemiske hærdningsbehandling, som blev gennemført, var en diffusionsbehandling ved lav temperatur, som bestod i neddypning af pladerne i et bad af smeltet kaliumnitrat ved en temperatur på 470°C. Under behandlingen blev natriumioner i pladernes 15 overfladelag byttet med kaliumioner i badet af smeltet kaliumnitrat. Da diameteren af kaliumionerne er større end diameteren af natriumionerne, vil en sådan behandling medføre opbygning af kompressionspåvirkninger i pladernes overfladelag, hvilke kompressionspåvirkninger udligner trækpivirkninger, som opbygges i pladernes midte.

20 Pladen 17, som vendte mod det indvendige af ovnen, var belagt med et lag 18 af SnC>2, indeholdende 1,5 atomer antimon pr. 100 atomer tin, med en tykkelse på 2000Å. Antimonet udgjorde et tilsætningsstof for Sn02, som betydelig forøger belægningens evne til at reflektere infrarød bestråling.

25 Pladen 16 og pladen 17 med belægningen 18 blev holdt i afstand fra hinanden ved hjælp af en aluminiumsramme 13.

Berøringen mellem rammen 13 og en stålplade 14 i ovnvæggen blev forhindret ved anbringelse af et asbestmel lemlæg 15 mellem rammen 13 og stål pladen 14.

30 Ved en temperatur inde i ovnen på 220°C måltes der en temperatur på 75°C i centrum af den ydre flade af pladen 16.

Som en variant blev pladen 17 dækket med en belægning 18 af SnC>2 med en tykkelse på 1500Å.

Pladen havde en transmission af synligt lys på 65% og en refleksion 35 på 36% for infrarød bestråling med bølgelængder svarende til 2,5 mikron. Skærmen var meget modstandsdygtig overfor brud på grund af termisk chok.

Dette observationsvindue muliggør en effektiv refleksion af infrarød bestråling. Det kan derfor benyttes til observation af varmekilder, som f.eks. det indvendige af ovne, medens intens gennemfaldende in- 141869 7 frarød bestråling samtidig forhindres.

Som en yderligere variant kan en belægning 18 af indiumoxid med en tykkelse på 1500Å anvendes, og dette giver pladen 17 en transmission for synligt lys på 70% og en refleksion på 42% for infrarøde stråler 5 med en bølgelængde svarende til 2,5 mikron.

Når en varmekilde, som skal undersøges, befinder sig ved meget høj temperatur, er den synlige stråling fra kilden meget intens, i hvilket tilfælde der med fordel kan benyttes en glasplade 17, som er farvet, f.eks. med koboltoxid, for at beskytte øjnene.

Hensigtsmæssigt er belægningen 18 anbragt mod varmekilden for at forhindre overopvarmning af den farvede plade 17.

Som en variant kan glaspladen 17 forsynes med en belægning af tinoxid vendt mod det indre af ovnen og et ikke vist lag af koboltoxid mod ydersiden.

15 Eksempel 2

Observationsvinduer og varmeisolerende skærme kan let tilpasses for opfyldelse af specielle krav. F.eks. kan pladen 17 i eksempel 1 erstattes med den plade, som er vist i fig. 3.

Pladen 33 i fig. 3 er identisk med den plade, som er nævnt i ek-20 sempel 1, bortset fra, at den er belagt med et siliciumoxidlag 34 med en tykkelse på 100Å og en belægning 35 af Ir^Og med en tykkelse på 2000Å og indeholdende 2,2 atomprocent tin, der virker som tilsætningsstof. Formålet med siliciumoxidlaget 35 er at forhindre enhver kemisk reaktion mellem kaliumioner i overfladelaget af den kemisk hærdede pla-25 de 33 og indiumoxidbelægningen 35 under dannelsen af dette.

Eksempel 3

Der blev konstrueret en skærm som vist i fig. 1 ved anvendelse af en dobbelt glasenhed bestående af to plader 10 og 11 af transparent glas, anbragt 30 mm fra hinanden.

30 Pladerne, som havde følgende sammensætning på vægtbasis: 64%

SiOg, 11% Na20, 6% CaO, 6% MgO, 8% BgOg, ^ Al2°3 °9 spor aF Fe2°3 blev tildelt en iondiffusionsbehandling ved høj temperatur.

Lithiumioner blev diffunderet ind i overfladelagene af glasset ved en temperatur på 590°C. Ionerne stammede fra et smeltet salt, som 35 bestod · af en blanding af 10 vægtprocent UNO^ og 90 vægtprocent NaNOg. Behandlingen varede i 25 minutter, og der blev opnået en stor modstandsdygtighed overfor termiske chok.

Efter afkøling blev pladerne af glas skyllet i 1 minut i en vandig opløsning, som indeholdt 9% flussyre.

Efter at pladen 11 var skyllet og tørret, blev den belagt med en 8 141869 belægning 12 af tinoxid med en tilsætning af fluor og chlorioner som tilsætningsstof. Belægningen havde en tykkelse pi omtrent 2000Å og blev påført ved sprøjtning pi glaspladen ved en egnet temperatur af én opløsning bestående af: 46 cm3 SnCL, 6 cm3 HCI, 0,7 cm3 HF, 11 cm3 3 3 ^ 5 metanol, 35 cm vand og 2 cm organisk reduktionsmiddel (i dette specielle tilfælde blev der anvendt phenylhydrazin). Transmissionen for synligt lys gennem skærmen viste sig at være 80%, og den infrarøde refleksion var 30% for en bølgelængde på 2 mi kron og omtrent 60% for bølgelængder over 5 mi kron. Med en ovntemperatur pi 220°C viste 10 temperaturen i centrum af den ydre flade af den ydre plade 10 sig at være 75°C.

Eksempel 4

En plade af kemisk hærdet glas blev belagt med indiumoxid ved påsprøjtning af en opløsning af indiumchlorid (vandfrit eller hydratise-15 ret) opløst i butylacetat eller dimethylformamid på pladen efter opvarmning. Belægningen havde en tykkelse på 2000Å til 2500Å, og den belagte plade blev indarbejdet i en skærm som vist i fig. 1. Begge pladerne af glas havde samme sammensætning som den plade, der er beskrevet i eksempel 1, og pladen 10, som vendte mod det ydre af ovnen, var 20 tildelt en kemisk hærdningsbehandling ved lav temperatur for at give en høj mekanisk styrke, hvorimod pladen 11 med indiumoxidbelægningen 12, som vendte mod det indre af ovnen, var tildelt en kemisk hærdningsbehandling ved høj temperatur for at opnå stor modstandsdygtighed overfor termiske chok. Konstruktionen var som beskrevet i eksempel 3.

25 Skærmens lystransmission viste sig at være 85%, og brøkdelen af infrarød bestråling, som blev reflekteret, var for en bølgelængde på 2,5 mi kron 40%, og for bølgelængder over 5 mi kron 80-90%.

Claims (10)

141863 Patentkrav.

1. Transparent varmeisolerende skærm, som er beregnet til at udgøre en del af en ovn, og med to plader af glas eller vitrokrystallinsk materiale, der er anbragt parallelt med hinanden, og hvor mindst en af pladerne er kemisk hærdet, kendetegnet ved, at pladen som 5 vender mod ovnens yderside, er kemisk hærdet, og at pladen, som vender mod det indre af ovnen, bærer en belægning, som reflekterer infrarød stråling, hvilken belægning omfatter mindst et oxid, valgt blandt tinoxid og indiumoxid.

2. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at pladerne 10 holdes fra hinanden i en afstand, som mindst er lig med tykkelsen af pladerne eller tykkelsen af den tyndeste af disse, hvis de har forskellig tykkelse.

3. Skærm ifølge krav 2, kendetegnet ved, at en af de nævnte plader består af et borsilikatglas, som har en termisk udvidelses- 15 koefficient på mindre end 5 x TO-6 pr. °C.

4. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at pladen, som bærer belægningen, som reflekterer den infrarøde stråling, er kemisk hærdet.

5. Varmeisolerende skærm ifølge et hvilket som helst af de foregå- 20 ende krav, kendetegnet ved, at mindst en af de nævnte oxidbelægninger indeholder et tilsætningsstof.

6. Varmeisolerende skærm ifølge krav 5, kendetegnet ved, at mindst en af de nævnte belægninger består af tinoxid og ioner eller atomer af antimon og/eiler fluor og/eller chlor som tilsætningsstof.

7. Varmeisolerende skærm ifølge krav 5, kendetegnet ved, at mindst en af de nævnte belægninger består indiumoxid og ioner eller atomer af tin og/eller fluor og/elier chlor som tilsætningsstof.

8. Varmeisolerende skærm ifølge et hvilket som helst af kravene 5-7, kendetegnet ved, at mindst en af de nævnte oxidbe- 30 lægninger har en minimumstykkelse på 1000Å.

9. Varmeisolerende skærm ifølge krav 7 og 8, kendetegnet ved, at der ved siden af den eller i det mindste en af de nævnte belægninger findes et grundingslag af et stof, som er kemisk inaktivt i forhold til belægningen og til materialet i den belagte flade af den be- 35 lagte plade.

10. Varmeisolerende skærm ifølge et hvilket som helst af kravene 5-7 og ifølge krav 9, kendetegnet ved, at mindst en af de nævnte belægninger består af indiumoxid, ved siden af hvilken der fin-