(57)【要約】本発明は、窓ガラス部材（２）及びガス供給装置（４）を備えたシステム（１）であって、窓ガラス部材（２）が、中間空隙部（３）を取り囲む少なくとも２つの基板（１８、１９）と、空隙部（３）内に入れられた所定組成の少なくとも１種類のガスとを有するシステムに関する。ガスの組成に従って変化することができる物理的特性、特に光学及び／又は電気特性を有するコーティングが、少なくとも基板（１８、１９）の、空隙部（３）に面する表面に塗布されている。ガス供給装置（４）は、作用電極（９）、対電極（１０）及び少なくとも１つの電解液（１７）を有してガスを発生する少なくとも１つの電解装置を備えている。窓ガラス部材（２）及びガス供給装置（４）が互いに接続され、それにより、閉鎖回路（６）内のガスを窓ガラス部材（２）及びガス供給装置（４）間で案内することができる。また、ガスの含水率に影響を与える手段が、システムの内部に設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓ガラス部材（２）及びガス供給装置（４）を備えたシステム（１）であって、
前記窓ガラス部材（２）は、中間空隙部（３）を取り囲む少なくとも２つの基板（１８、１９）と、前記中間空隙部（３）内に入れられた所定組成の少なくとも１種類のガスとを有しており、ガスの組成に従って変化することができる物理的特性、特に光学及び／又は電気特性を有するコーティングが、少なくとも基板（１８、１９）の、前記中間空隙部（３）に面する一面に塗布されており、
前記ガス供給装置（４）は、作用電極（９）、対電極（１０）及び少なくとも１つの電解液（１７）を有してガスを発生する少なくとも１つの電解装置を備えており、
前記窓ガラス部材（２）及び前記ガス供給装置（４）は互いに接続され、それにより、ガスを閉鎖循環路（６）で前記窓ガラス部材（２）及び前記ガス供給装置（４）間に案内することができ、また、
ガスの含水率に影響を与える手段をシステムの内部に備えているシステム。
【請求項２】
前記コーティングは、少なくとも１つのエレクトロクロミック層を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのエレクトロクロミック層は、遷移金属の酸化物、特に酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化クロム、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニオビウム、酸化ニッケル及び／又はそれらの混合物又は化合物、及び／又はエレクトロクロミックポリマーを有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コーティングは、転換可能な金属水素化物を含有する少なくとも１つの層を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
転換可能な金属水素化物を含有する前記層は、希土類及び／又は遷移金属酸化物を有することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
接続可能な金属水素化物は、Ｌａ１−ｚＭｇｚＨｘ、ＹＨｘ、ＬａＨｘ、Ｇｄ１−ｚＭｇｚＨｘ、ＮｉＭｇｚＨｘ、ＣｏＭｇｚＨｘ、ＳｍＨｘ、Ｙ１−ｚＭｇｚＨｘ及びそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記コーティングは、添加物として、及び／又は個別層として触媒を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記触媒は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｒｕ及びそれらの混合物のうちの成分を含有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
ガスの発生は、１０ｍｌ／分〜５００ｍｌ／分、好ましくは２０ｍｌ／分〜２００ｍｌ／分のガス発生速度で行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガス供給装置（４）内で発生可能なガスは、不活性ガス、好ましくは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン又はそれらの混合物で希釈することができることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記ガス供給装置（４）内で発生可能なガスの濃度は、不活性ガスを供給することによって混合ガス総量に対して５％未満、好ましくは３％未満に調節することができることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電解装置は、電解液（１７）から水素及び酸素を発生し、該水素及び酸素は、前記窓ガラス部材（２）内へ移送可能であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記電解装置は、極性を逆転させることができることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記窓ガラス部材（２）内に存在するか、発生した水分は、前記電解装置の前記電解液（１７）内へ移送することができることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
弁を用いないで動作することができることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
ガスの含水率に影響を与える前記手段は、前記ガス供給装置（４）内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記電解液（１７）は、前記ガスから水分を除去する少なくとも１つの助剤を含有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記助剤は、酸、苛性アルカリ溶液、塩及びそれらの混合物のうちから選択されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記助剤は、塩化水素酸、硫酸、リン酸、ＮａＣｌ、Ｋ３ＰＯ４、ＮａＯＨ、ＫＯＨ及びそれらの混合物のうちから選択されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記閉鎖循環路（６）内に有向ガス流（８、１４）を発生する少なくとも１つの手段、好ましくはポンプ（５）が、前記システム（４）内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
前記電解装置の前記電極（９、１０）は、膜（１１）に直接的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
前記膜（１１）は、イオン伝導プラスチック材料製フィルムか、又は電解液（１７）を充填した多孔質固形物を有することを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電極（９、１０）は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｎｉ又はそれらの混合物を含有することを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
前記電解装置内には、前記電極（９、１０）に直接的に設けられた電流供給線（１２、１３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記電流供給線（１２、１３）は、ガスを案内するためのチャネルを有することを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電流供給線（１２、１３）は、Ｔｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ又はそれらの混合物を含有するか、或いは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、導電性金属酸化物、特にドープ酸化タングステン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム又はそれらの混合物からなる保護層を有する高反応性金属を含むことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記対電極側（１０）の前記電解液（１７）は、前記電解装置（４）に電圧を印加した時に酸化還元反応を起こす追加酸化還元対を含むことを特徴とする請求項１乃至２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
水素、酸素、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｉ、Ｃｕ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｂｉイオン又はそれらの酸化物、錯体又は混合物を含む塩が、前記対電極側（１０）の電解液（１７）に溶解していることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｉ、Ｃｕ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖイオン又はそれらの酸化物、錯体又は混合物を含む固形物が、前記対電極側（１０）の電解液（１７）に含有されていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
水素、酸素、塩素、臭素、ヨウ素又はそれらの混合物を有するガスが、前記対電極側（１０）の電解液（１７）に含有されていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記基板（１８、１９）は、ガラス又は透明ポリマー材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ガス供給装置（４）は、互いに直列及び／並列に接続された複数の電解装置を有することを特徴とする請求項１乃至３１のいずれかに記載のシステム。
【請求項３３】
前記窓ガラス部材の１つ又は複数の物理的パラメータを検出する手段と、検出されたパラメータを評価すると共に、その物理的パラメータの規定値を設定する制御ユニット（７）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれかに記載のシステム。
【請求項３４】
特にガス組成を検出するために前記ガス供給システム又は前記ガス循環路内に組み込まれているセンサ部材の１つ又は複数の物理的パラメータを検出する手段と、前記電解装置を制御する時に該パラメータを考慮に入れる制御ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１乃至３３のいずれかに記載のシステム。
【請求項３５】
特に前記窓ガラス部材（２）の内側又は外側でシステム内及び／又はシステム上の温度、放射強度、湿度などの物理的パラメータを検出する手段と、検出されたパラメータを評価してシステムを制御する制御ユニット（７）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３４のいずれかに記載のシステム。
【請求項３６】
水分を吸収及び／又は貯蔵するさらなる部材を内部に設けていることを特徴とする先行する請求項１乃至３５のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窓ガラス部材及びガス供給装置を備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変透過率の窓ガラス部材は、独国特許第４４  ４０  ５７２  Ｃ２号明細書から既知である。この窓ガラス部材は、ガスを充填した中間空隙部を密閉する少なくとも２枚の板ガラスを有する。ガスは特に水素及び酸素を含み、ガス雰囲気内の水素及び酸素の含有率を可変調節することができる。２枚の板ガラスの、中間空隙部に面する表面に、反応性層が塗布され、更に、その上に触媒層が塗布されている。反応性層及び触媒層の協働により、ガス雰囲気内の水素及び酸素の含有量に応じて、反応性層の光学特性が可逆的に変化する。
【０００３】
反応性層及び触媒層を有する上記層構造は、ガスクロミック層又はコーティングとも呼ばれる。
【０００４】
ガスクロミック層を使用して形成された窓ガラス部材、例えば、二重窓ガラスのガス供給には、少量の、即ち、好ましくは可燃性限度を下回る低濃度の水素及び酸素が必要である。水素及び酸素などの反応性ガスを不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンなどで希釈する。
【０００５】
ガスクロミック層の着色又は消色プロセスの間、水素及び酸素から再び水が発生し、そのままでは結露が発生する可能性があるので、２枚の板ガラスで囲まれたガス雰囲気から水を除去しなければならない。窓ガラス部材、例えば、二重窓ガラス内での結露は、透明度及び光学的現象全体の低下及び／又はガスクロミック層の欠陥を招くため、望ましくない。
【０００６】
窓ガラス部材の中間空隙部内のガス雰囲気への水素及び酸素の供給は、基本的にはガスボトルから与えられるガス、周囲空気からの酸素、金属水素化物貯蔵部からの水素、又は電気分解によって与えられる水素及び酸素によって行われる。
【０００７】
ガスボトルからガスを供給する場合、ボトルを定期的に交換しなければならないので、不都合にも複雑なメンテナンスが必要である。窒素内に例えば、２％の水素を含む希釈ガスは、可燃性でないため、使用できるであろう。しかし、この場合には消費量が大きく、ガスボトルを頻繁に交換しなければないことから、不都合である。
【０００８】
もっと高濃度か、又は純粋酸素を使用して、後で窒素と混合する場合、それに対応して一方ではガスボトルを、また他方ではガス供給管を防爆形に設計しなければならない。これは、複雑であると共にコストを増加させる。
【０００９】
周囲空気からの酸素を使用する時、ガス状及び／又は粒子状不純物が必然的にシステムに入り込んで、長期的には、例えば、システムの汚染の形態の故障を招く。
【００１０】
水素の供給は、基本的には水素化物貯蔵部を使用して行うことができるであろう。しかし、これは基本的に、ガスボトルを使用する時と同じ問題を招く。基本的に、水素の供給及び除去用には金属水素化物系が非常に適切であろう。金属水素化物系を加熱することによって、水素を放出し、冷却によって水素を金属水素化物系内に再び注入することができる。しかし、ガスクロミック層を使用した窓ガラス部材の制御動作には、水素の供給だけでは十分でない。更に、ガスクロミック層の消色用に酸素も必要である。
【００１１】
主にアルカリ範囲内で動作する従来型電解セルを使用する場合、ガスクロミック層がアルカリ成分によって腐食する危険性が存在する。ＷＯ３層の場合、この危険性が特に高い。更に、窓ガラス部材内に結露が生じる可能性がある。これは特に、例えば、着色状態で日差しが強い時に窓ガラス部材及びガスが加熱された後、例えば、日没後に窓ガラス部材が冷却される時に発生するであろう。その結果、窓ガラス部材内の相対湿度が急速に１００％まで上昇して、結露が始まるであろう。
【００１２】
従来型電解装置のさらなる欠点は、水が消費されてしまい、電解装置に再送されないことである。この点で、水を外部からシステムに供給する必要があり、即ち、メンテナンスの複雑さが増すことを意味する。
【００１３】
理論的には、従来型電解セルを使用する時、ガスを乾燥させることが考えられる。例えば、乾燥剤を使用することができるが、付着した水を排除するために、時々交換するか、又は加熱しなければならない。更に、ガスを露点より低く冷却することもできるであろう。水だけを透過することができる半透過性膜によってガスを圧縮することも考えられる。
【００１４】
しかし、上記乾燥方法は、器具の費用、必要空間、設置及び／又はメンテナンスのいずれかを必要とする。更に、理論的に考え得るこれらの解決方法の場合、窓ガラス部材の表エリアに供給する供給装置は、それに対応して異なった構造にしなければならない。即ち、異なった寸法の、即ち、窓表面の窓ガラス部材用には、それに対応した構造の供給装置を設けなければならないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ガスクロミック層を有する窓ガラス部材を、例えば、ガラス張りの建物用、或いは、自動車、飛行機又は船の窓部材用に提供することができ、ガス雰囲気の組成を簡単な方法で確実に制御することができるシステムの提供、及びガス雰囲気内の水分の割合を制限することができるシステムの提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の根底をなす目的は、特許請求の範囲第１項の特徴を有するシステムによって達成される。
【００１７】
更なる発展が、特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【００１８】
窓ガラス部材及びガス供給装置を有する本発明によるシステムは、特にガラス張りの建物の分野や、自動車、飛行機又は船の窓部材用に使用することができる。ガラス張りの建物の分野では、窓ガラス部材を、２枚、３枚又はそれ以上の板ガラスを有する窓システムとして構成することができる。
【００１９】
窓ガラス部材の基板、例えば、ガラスや、ポリメタクリレート又はポリカーボネートなどの透明ポリマー材料からなる板ガラスは、中間空隙部に面する少なくとも一面に、ガスの組成に応じて変化することができる物理的特性を備えたコーティングを有する。
【００２０】
このコーティングは、複数の層で構成することができる。例えば、反応性層を直接的に基板上に設けることができ、この反応性層の上に触媒層を設けることができる。
【００２１】
反応性層及び触媒層の協働により、ガスの組成に応じて、それらの物理的特性、特に光学及び／又は電気特性が変化する。
【００２２】
例えば、いわゆるエレクトロクロミック層を反応性層として使用することができる。更に、金属水素化物層を反応性層として使用することもできる。
【００２３】
エレクトロクロミック層とは、水素イオンなどの陽イオン及び／又は電子の注入で、物理的特性、特に層の色などの光学特性を可逆的に変化させることができる層であると理解されている。
【００２４】
物理的特性、特に光学特性の変化は、層内で酸化物を水素と反応させて水を発生し、酸素を離脱させることによって行うこともできる。エレクトロクロミック層は、金属酸化物、例えば、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化クロム、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化イリジウム、酸化ニオビウム、酸化ニッケル又はそれらの混合物又は化合物を有することができる。
【００２５】
更に、エレクトロクロミックポリマー、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール又はそれらの混合物を使用することができる。
【００２６】
エレクトロクロミック層は、層厚さを約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、好ましくは約２００ｎｍ〜約６００ｎｍにすることができる。
【００２７】
エレクトロクロミック層及び触媒層を有する構造は、ガスクロミック層又はコーティングとも呼ばれる。同様に、１つ又は複数のガスクロミック層を使用して形成された窓ガラス部材は、ガスクロミック窓ガラス部材として、例えば、ガスクロミック窓として記載されている。
【００２８】
触媒層は、エレクトロクロミック層の上又はその内部で起きる反応の反応速度を加速する。
【００２９】
例えば、プラチナ、イリジウム、パラジウム、ロジウム、オスミウム、レニウム、ニッケル及び／又はルテニウムの薄い層を触媒層としてエレクトロクロミック層の上に設けることができる。触媒層は、層厚さを約０．５ｎｍ〜約１０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜約３ｎｍにすることができる。
【００３０】
しかし、触媒層を個別層として塗布する必要はなく、一種又は二種の触媒をエレクトロクロミック層内の添加物として含有することもできる。
【００３１】
金属水素化物からなる１層又は複数層を反応性層として使用することもできる。これらの金属水素化物の層は、例えば、層に対する水素の注入又は除去によって光学特性を反射性から吸収性に変化させることができる。この目的には、特に希土類及び遷移金属酸化物の金属水素化物が適している。例えば、金属水素化物は、Ｌａ１−ｚＭｇｚＨｘ、Ｇｄ１−ｚＭｇｚＨｘ、Ｙ１−ｚＭｇｚＨｘ、ＹＨｂ、ＬａＨｂ、ＳｍＨｂ、ＮｉＭｇ２Ｈｘ、ＣｏＭｇ２Ｈｘ、及びそれらの混合物から選択することができ、但し、ｚには０〜１未満の値を、ｘには０〜５の値を、ｂは０〜３の値を採択することができる。
【００３２】
金属水素化物は、層厚さを約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、好ましくは約２０ｎｍ〜５０ｎｍにすることができる。
【００３３】
金属水素化物上又はその内部で起きる反応の反応速度を加速するために、触媒層を金属水素化物上に設けることもできる。例えば、プラチナ、イリジウム、パラジウム、ロジウム、オスミウム、レニウム及び／又はルテニウムの薄い層を触媒層として金属水素化物層上に設けることができる。触媒層は、個別層として設ける必要はなく、一種又は二種の触媒を金属水素化物層内の添加物として含有することもできる。
【００３４】
触媒層は、金属水素化物上に個別層として設ける場合、酸素及び／又は水にある程度敏感である金属水素化物層用の保護層としての非常に好都合な効果も同時に有することができる。
【００３５】
触媒層は、同時に保護層としても機能することを意図する限り、層厚さを約０．５ｎｍ〜約５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜約３０ｎｍにすることができる。触媒層を保護層としも機能することを意図しない場合、層厚さを更に、薄くすることができる。好適な実施形態によれば、この場合の触媒層は、例えば、約１ｎｍ〜約３ｎｍの層厚さにすることができる。
【００３６】
反応性層及び触媒層の協働により、ガス又はガス雰囲気の組成に応じて、反応性層の物理的特性、好ましくは光学特性を、例えば、それの色を、したがってそれの透過率及び／又は反射率を可逆的に変化させることができる。
【００３７】
例えば、電気特性もそれによって変化させることができる。例えば、酸化タングステンの場合、エレクトロクロミック層及び触媒層と接触しているガスの組成を変化させることによって、導電率が何桁も増す。
【００３８】
金属水素化物の金属−絶縁体転移の場合の導電率も、それに対応して変化する。
【００３９】
窓ガラス部材内の一又は複数の反応性層と反応し、ガス供給装置内で発生することができるガス又は混合ガスとして、酸化ガス及び還元ガス、或いは、それぞれ酸化及び還元混合ガスが使用される。例えば、そのようなガスとして、ハロゲン、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素又はそれらの混合物を使用することができる。本発明の好適な発展によれば、水素及び酸素がそのようなガスとして使用される。これらのガス又はこれらの混合ガスは、好ましくは反応性層と反応しないさらなるガス（不活性ガス）で希釈することができる。
【００４０】
ガス供給装置内で発生したガスをシステム内にある不活性ガスと混合することによって、システム全体における反応性ガス濃度に影響を与えることができる。好ましくは、５％未満、特に好ましくは３％未満の濃度を設定することができる。
【００４１】
少なくとも２つの基板によって囲まれた中間空隙部内にあるガス雰囲気は、特に好ましくは、少量の、好ましくは可燃性限度を下回る低濃度の水素及び酸素を含有している。特に、ＷＯ３又はＭｏＯ３層又はＷ１−ｙＭｏｙＯ３混合酸化物層（０≦ｙ≦１、好ましくは０＜ｙ＜０．４、特に好ましくは０＜ｙ＜０．２５）を、例えば、プラチナ、ロジウム及び／又はイリジウム製の薄い触媒層と共に使用する時、水素又は酸素濃度に応じて、塗装基板の着色又は消色が生じる。
【００４２】
着色即ち、暗色化及び消色プロセスを制御するために、例えば、ＷＯ３層を使用する時、水素又は酸素が供給される。水素又は酸素の濃度は、ガス組成物の体積に対して一般的に３％未満であり、従って、可燃性限界より低い。中間空隙部を満たすキャリヤガスとして、任意の不活性ガス又は任意の不活性混合ガスを使用することができる。例えば、窒素及び／又は希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどや、それらの混合物を使用することができる。
【００４３】
本発明によるシステムの場合、ほんの少量の水素及び酸素が必要なだけである。各制御プロセスに対して、一般的に基板の表面積１平方メートル当たり約５０ｍｌの純粋ガスで十分である。この点で、低いガス発生速度が必要なだけである。例えば、１分間の制御時間でガス６０ｍｌの場合、基板表面積１ｍ２に対してガス１ｍｌ／秒になる。
【００４４】
同様に、ガス０．２ｍｌ／秒で５分間、ガス０．１ｍｌ／秒で１０分間、ガス６ｍｌ／秒で１０秒間、発生する。基板の表面積が小さい場合、必要なガス消費量もそれに対応して少なくなる、即ち、０．１ｍ２で６０秒間の制御時間ではガス約０．１ｍｌ／秒、同様に０．０１ｍ２ではガス０．０１ｍｌ／秒であり、１０ｍ２で６０秒間の制御時間ではガス約１０ｍｌ／秒である。制御時間、基板表面積及び／又はガス発生速度の他の値も同様に計算することができる。
【００４５】
このような低ガス発生速度の場合、ガス供給装置のエネルギ消費量、即ち、ガスを発生するための電気分解用のエネルギ消費量は、より重要度が低い。
【００４６】
本発明によるシステムでは、１ｍ２当たりの発生ガス５０ｍｌで２５，０００サイクル、即ち、合計ガス１，２５０ｌ／ｍ２を容易に提供することができる。この場合、動作時間は、例えば、２５，０００ｘ２分、即ち、合計で３５日である。もちろん、もっと長い動作時間を持続するか、或いは、それぞれもっと大量の生成ガスを使用可能にすることができる。
【００４７】
したがって、本発明によるシステムは特に好ましいことに、ずば抜けた長時間安定性を有する。それゆえに、本発明によるシステムは、耐用寿命が約２５年である建物分野に使用するのに非常に適している。
【００４８】
更に、本発明によるシステムをコンパクトかつ小型に構成することができる。したがって、本発明によるシステムは、建物、自動車、飛行機又は船の前面に容易に組み込むことができる。
【００４９】
本発明によるシステムには、ガスの含水率に影響を与えるように配置された手段が設けられている。その結果、ガスの含水率の制限を行うことができ、基板間に形成される中間空隙部内の結露を回避することができる。
【００５０】
同様に、望まれるのであれば、低すぎる含水率に関しても、湿度を制限することができる。
【００５１】
ガスの含水率に影響を与えるこれらの手段は、特に好ましくは、ガス供給装置内に設けられる。これらの手段は、更に、好ましくは、電解装置の電解液内に設けられる。
【００５２】
好適な実施形態によれば、これらの手段は、電解液への１つ又は複数の助剤、例えば、塩、酸及び／又は苛性アルカリ溶液でもよい。ガスに含まれる水分は、電解液内の助剤によって移送され、助剤がこの水分をガスから電解液に引き込む。これにより、ガスの乾燥、及びガスから電解装置、即ち、電解液への水のリサイクルが行われる。ガスを乾燥させる程度は、電解液内の助剤の濃度及び種類によって決まる。
【００５３】
このように、水分がシステムから、好ましくはシステム内を循環するガス流を介して必要な程度に除去される。即ち、本発明によるシステムの場合、窓ガラス部材内に結露が生じないことを意味する。更に、水分は、好ましくは電解液内に移送される、即ち、水分の点で本質的に安定した循環システムが提供される。
【００５４】
特に好ましくは、塩化水素酸、硫酸、リン酸、ＮａＣｌ、Ｋ３ＰＯ４、ＮａＯＨ、ＫＯＨ及びそれらの混合物が電解液に添加される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
次に図１乃至図３を参照しながら、本発明を更に、説明する。
【００５６】
図１乃至図３には、保護範囲を制限することはない実施形態が例示として示されている。
【００５７】
図１は、一例として挙げられた本発明によるシステム１の実施形態を示す。中間空隙部３を有する二重ガラス窓（窓ガラス部材２）が、ガス供給装置４及びポンプ５と共に閉鎖循環路６内に配置されている。二重ガラス窓２の板ガラス１８及び１９はそれぞれ、中間空隙部３に面する表面にガスクロミックコーティング（図示せず）を有する。しかし、ガスクロミックコーティングは、一方の板ガラス１８又は１９の、中間空隙部３に面する表面だけに塗布することもできる。制御装置７が、窓（窓ガラス部材２）、ガス供給装置４及びポンプ５に接続されている。ガス供給装置４及びポンプ５への電圧印加は、制御装置７を介して行われる。矢印は、ガス流８の方向を表す。
【００５８】
二重ガラスの代わりに、多重ガラス、例えば、三重ガラスを使用することもできる。
【００５９】
ガス供給装置４内において、電解装置内の電解液から水素及び酸素が生成される。水素及び酸素はガス流に送られて、ガス流は、ポンプ５を使用して圧送されて閉鎖循環路６を巡る。少なくともポンプによる制御プロセスの間、ガス流は圧送されて閉鎖循環システム内を巡る、即ち、循環する。おそらくはシステム内の漏れによって窓（窓ガラス部材２）の中間空隙部３内に、又は制御プロセスによって中間空隙部３内に貫入した水分又は水が、ガス流８によって閉鎖循環路６を経てガス供給装置４に移送される。ガス供給装置４内の電解装置の電解液内の助剤には、ガス流８内の同伴水又は同伴水分を電解液によって吸収するという効果がある。
【００６０】
結露を避けるには、ガス供給装置４の温度が窓（窓ガラス部材２）の温度に対して低いか、同一か、又はさほど高くなければ好都合である。
【００６１】
ガス供給装置４内の相対空気湿度が窓２の相対空気湿度と一致するように、好ましくはガス供給装置４又は電解装置が、窓（窓ガラス部材２）と、即ち、例えば、建物前面の外側温度と熱接触状態にある。そうでなければ、ガス供給装置４が窓（窓ガラス部材２）より高温になる可能性がある。この場合、ガス供給装置４内の相対空気湿度が１００％より相当に低くなるのに対して、窓温度が低いために窓（窓ガラス部材２）内の相対空気湿度が１００％に達する可能性が生じる結果となり、窓（窓ガラス部材２）内に結露が生じる可能性がある。
【００６２】
図１において、ポンプ５は、窓（窓ガラス部材２）とガス供給装置４との間に配置されている。もちろん、ポンプ５をガス供給装置４と窓（窓ガラス部材２）との間に配置することもできる。
【００６３】
ガス供給装置４及びポンプ５は、制御装置７によって制御することができる。制御装置７への入力値は、窓の物理的パラメータの測定信号にすることができる。窓で測定された物理的パラメータは、例えば、ガスクロミック層の電気抵抗、窓（窓ガラス部材２）の透過率又は反射率、窓（窓ガラス部材２）の中間空隙部３内の温度、外側温度、内側温度、中間空隙部３又は窓（窓ガラス部材２）の外側の放射強度、窓（窓ガラス部材２）内のガス雰囲気の含水率など、及びこれらのパラメータの組み合わせにすることができる。パラメータは、窓（窓ガラス部材２）の前方（例えば、建物や自動車などの外側）、内部及び／又は背後（例えば、建物や自動車などの内側）で決定することができる。
【００６４】
窓ガラス部材２上又はその内部の物理的パラメータの検出に従来型センサを使用することができる。その場合、センサの初期値を制御装置７に送って、例えば、そこでマイクロプロセッサを使用して処理する。例えば、温度の検出には熱電対や温度センサなどを使用することができる。ガスクロミック層の着色又は消色、即ち、透過率及び／又は反射率の変化を決定するために、光センサを使用することができる。導電率は、例えば、従来型抵抗測定によって決定することができる。
【００６５】
追加的又は代替として、ガス組成を検出するために、１つ又は複数のセンサ部材をガス循環路及び／又はガス供給システムに組み込むことができる。これらは、例えば、流れていくガスの濃度を検出することができる。
【００６６】
ガス供給装置４に対しては、限圧式電流制御か、電圧制御か、又は、制御プロセスの開始時の電流又は電圧の連続増加に関する一時的分布の、測定信号を考慮する場合、或いは、しない場合の概要を選択することができる。ポンプ５の作動に対しては、ガス供給装置４でのガス発生の開始前及び／又は終了後にガス８が圧送される、即ち、循環する運転前及び／又は運転後時間を定めることができる。
【００６７】
ガスの水分に影響するか、それを緩和するのに適したさらなる乾燥部材を、窓（窓ガラス部材２）の中間空隙部３内に配置することができる。これらの乾燥部材、例えば、化学的乾燥剤は、窓（窓ガラス部材２）の中間空隙部３のフレームの内部か、又は任意の位置に、好ましくは縁部領域に配置することができる。追加乾燥剤を使用することには、乾燥させるためにガスをガス供給装置４又は電解装置内へ案内又は圧送しなければならない頻度が低くなるという効果がある。好ましくは、乾燥剤として、吸収した水又は吸収した水分を動作状態で再び放出するものが使用される。もちろん、これらの追加乾燥剤は、窓（窓ガラス部材２）の中間空隙部３の外側で、例えば、閉鎖循環路６内に配置することもできる。窓（窓ガラス部材２）の外側に乾燥剤を配置する場合、乾燥剤を外部循環路６内に、例えば、カートリッジの形で配置すれば、必要に応じて簡単に交換することができる。
【００６８】
図１からわかるように、本発明によるシステムは、弁を用いないで非常に好都合に動作することができる。このことは特に、例えば、建物分野では約２５年間、自動車分野では約１０年間という長い使用期間の点で、非常に好都合である。
【００６９】
本実施形態では、弁の不良によるシステムの故障が起こり得ない。ガス供給装置４内の電解装置でガスの発生（酸素又は水素）を開始することによって、制御プロセスが開始される。
【００７０】
ガス供給装置４内の電解装置の極性を逆転させることによって、循環路６に接続されている、ここでは作用電極と呼ぶ電極に水素又は酸素が発生して、循環路６に送り込まれる。水素又は酸素の導入によって、ガスクロミック窓（窓ガラス部材２）の着色又は消色が生じる。ガス供給装置４内の電解装置、即ち、循環路６に接続される電極の極性を逆転させることによって、例えば、水素の代わりに酸素が発生して、ガスクロミック窓（窓ガラス部材２）の着色プロセスの逆転が開始される。
【００７１】
もちろん、本発明によるシステムに弁を使用することも可能である。この場合、電解装置の対電極側に発生するガスを一緒に使用するか、後に使用することができる。この場合、対電極に発生するガスを、次の制御プロセスまでガスアキュムレータ内に貯蔵することができる。
【００７２】
本発明によるシステムでは特に好都合なやり方で、ガス量及びガス発生速度の要件に対してガス供給装置をモジュール式に適応させることが可能である。ガス供給装置内で、複数の電解装置を互いに直列又は並列に接続することができる。したがって、外的要件、例えば、制御すべきガスクロミック窓（窓ガラス部材２）の数に応じて、それに対応して電解装置を接続することができるという適応性のあるシステムが得られる。ガス供給装置４の電流供給も同様に、直列又は並列接続で行うことができる。
【００７３】
本発明によるシステム１は更に、不活性ガスアキュムレータを、例えば、交換式ガスカートリッジの形で有することができる。この不活性ガスアキュムレータは、図１に示されていないが、循環システム内の任意の適当な位置に配置することができる。もちろん、混合ガス内の不活性ガスの濃度は、例えば、ガスセンサによって適当に測定することができ、その測定値を制御装置７に送ることができる。本発明によるシステム１内において、不活性ガスアキュムレータからガス循環路内の混合ガスへのさらなる不活性ガスの供給を、制御装置７によって制御することができる。
【００７４】
図２（ａ）は、本発明によるシステム１に使用することができる、一例として挙げられた電解装置４の構造を示す。
【００７５】
電解装置４は、膜１１で互いに分離された電極９及び１０を有する。電流供給線１２又は１３が、電極９及び１０上に配置されている。電流供給線１２及び１３は、接続導線１６を介して電圧供給源（図示せず）に接続されている。
【００７６】
電極９は、本図面では示されていない循環路６内に配置されている。電極９（作用電極）で発生するガス、例えば、水素又は酸素は、本発明によるシステムによって閉鎖循環路６内を循環することができるガス流１４内へ進む。対電極１０に発生するガスは、ガス出口１５を経て環境へ拡散させるか、或いは、貯蔵することができる。好適な実施形態では、好ましくは電極の表面でガスの発生、即ち、酸化還元反応が起きるように材料が選択されるので、電極９又は１０は本明細書では触媒電極とも記載されている。電極は、例えば、パラジウム、プラチナ、イリジウム、オスミウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、ニッケル又はこれらの金属の混合物を含むか、又はそれらから形成することができる。電極は好ましくは、多孔質である。
【００７７】
電流供給線１２及び１３は、電極９及び１０での電流伝導を向上させるために配置されている。電流供給線は、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、ニッケル、チタン、炭素、ステンレス鋼又はそれらの混合物を含むか、それらから形成されるか、或いは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスニウム、イリジウム、プラチナ、金などの高不活性の金属、又はドープ酸化タングステン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム又はそれらの混合物などの導電性金属酸化物からなる保護層を有する高反応性金属で形成される。
【００７８】
電流供給線１２及び１３は、すでに十分な触媒特性を有することができる。触媒電極９及び１０は、例えば、十分な導電性も有することができる。電流供給線を電極に置き換えるか、電極を電流供給線に置き換えることができる、即ち、電流供給線又は電極のいずれかを省略することができる。
【００７９】
膜１１は、電極９及び１０間の分離部材である。膜１１は、例えば、イオン伝導性、例えば、光子伝導性ポリマーフィルムにすることができ、例えば、独国バッド・ホンブルグのデュ・ポン社製のナフィオン（登録商標）である。しかし、膜１１は、電解液を充填した多孔質固体でもよい。ガス供給装置４内の電解装置は、例えば、電極９及び１０を直接的に膜１１に当てるように構成することができる。更に、電流供給線１２及び１３を直接的に電極９又は１０に当てることができる。
【００８０】
発生した水素又は酸素ガスを取り出すために、本例ではガスチャネルが設けられている。例えば、ガスチャネルを電流供給線１２及び電極９間に設けることができる。発生ガスを取り出すためのこれらのチャネル（ガスチャネル）は図２ａに示されていない。膜１１に加えて、これらのガスチャネルにも電解液を充填することができる。しかし、図示しないガスチャネルを主にガスで満たす、即ち、電解液を充填しないこともできる。後者の場合、膜１１だけに電解液が充填されるであろう。
【００８１】
図２（ｂ）は、電解装置が水平型に構成されている実施形態の一例を示す。参照番号は、図２（ａ）のものに対応する。この場合、電極９で発生した水素又は酸素は、閉鎖循環路６内を循環することができるガス流１４に送られる。対電極１０で発生したガスは、ガス出口１５を介して取り出して、例えば、環境へ排出するか、貯蔵部材に貯蔵することができる。膜１１が短くなっている点を除いて、この図面は、図２（ａ）に図示されたものに対応する。
【００８２】
図３は、縦型の電解装置のさらなる実施形態を示す。本実施形態では、電極９及び１０が、それぞれ電流供給線１２及び１３に当てられている。図２（ａ）及び図２（ｂ）とは異なって、電極９又は１０が膜１１に当たっていない。膜１１を越えて電極９及び１０間に延在する中間空隙部に、少なくとも部分的に電解液１７が充填されている。膜１１は、電極９及び１０で発生した水素又は酸素ガスを分離する機能を有する。それ以外では、この図面は図２（ａ）に示されたものに対応する。
【００８３】
本発明の図示しないさらなる実施形態では、電解装置が、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３に示されているように対電極にガス出口１５を有していない。この場合、対電極側で水素及び酸素を水にすることを狙った逆反応が行われる。この逆反応は、（触媒）対電極だけで、又は追加触媒によって加速することができる。
【００８４】
変更例として、対電極側の電解液に塩又は固形物又は液体を添加することによる逆反応も可能であり、この場合、電圧を印加することによって、塩、固形物又は液体が酸化還元反応の作用を受け、それにより、ガス発生の代わりに酸化還元反応が行われる。その結果、対電極側での水素又は酸素のガス発生が避けられる一方、作用電極側の水素（又は酸素）のガス発生反応の電圧差を、対電極側の酸素又は水素のガス発生用ではなく、対電極側での塩の酸化還元反応の酸化還元電位（例えば、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋）にすればよいので、電極間に必要な電圧差が減少する。例えば、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋などの適当な酸化還元対でのこの電圧差は、水素及び酸素間の電圧差より小さい。そのような塩の例は、鉄、マンガン、錫、タングステン、モリブデン、水銀、銀、ヨウ素、銅、臭素、塩素及びビスマスイオン又はそれらの酸化物又は錯体又は混合物の塩である。
【００８５】
さらなる好適な実施形態では、対電極側の電極には、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｇ、Ａｇ、Ｉ、Ｃｕ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖイオン又はそれらの酸化物又は錯体又は混合物を含む固形物が含有されている。
【００８６】
更に、対電極側の電解液内に、水素、酸素、塩素、臭素、ヨウ素又はそれらのイオン或いは、混合物などのガスが含まれることが好ましい。
【００８７】
しかし、ガス供給装置４内の電解装置の分極中に対電極側に発生するガス物質、例えば、水素又は酸素を使用することも可能であり、その場合、逆分極中にそれを再利用して、作用電極側でのガス発生を熱力学的に開始させ、それにより、低電圧化が可能になる。
【００８８】
例えば、陽子の形で膜１１を通過する水素ガスを対電極側に発生することが可能であり、電子は、電圧供給源を経て作用電極に戻る。作用電極では、陽子が再び水素に還元される。これは、対電極側での溶解塩酸化還元対のガス類似物を表す。
【００８９】
対電極側の貯蔵部材として、固形物も可能である。例えば、好ましくは多孔質の固形酸化タングステンを対電極側に当てることができ、孔に電解液を浸透させる。作用電極側に酸素を発生する時、陽子及び電子が酸化タングステン内に取り込まれる。極性を逆にすると、陽子が酸化タングステンから離脱して、膜を通過して作用電極側に水素ガスを発生する。さらなる使用可能な材料は、遷移金属酸化物、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｅ又はそれらの混合物（混合酸化物）である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明によるシステムの、例示として挙げられた実施形態の概略図
【図２】（ａ）本発明によるシステムに使用することができる、例示として挙げられた電解装置の１つの実施形態を示す図（ｂ）本発明によるシステムに使用することができる、例示として挙げられた電解装置のさらなる実施形態を示す図
【図３】本発明によるシステムに使用することができる、例示として挙げられた電解装置のさらなる実施形態を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１    システム
３    中間空隙部
４    ガス供給装置
５    ポンプ
６    閉鎖循環路
７    制御装置
８    ガス流
１８    板ガラス
１９    板硝子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2005525484.tif 000007
2005525484.tif 000008
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