(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱性ガラスユニットであって、
非露出表面及び外側表面を備える第１のガラスシート及び第２のガラスシートと、
前記第１のガラスシートの前記非露出表面に加えられる導電性コーティングであって、前記導電性コーティングが０．５０未満の半径放射率を有する、該導電性コーティングと、
前記ガラスシートを平行に、前記非露出表面が互いに離隔して対面するような位置関係を保持するように前記第１及び第２のガラスシートの周辺を固定するフレームと、
前記ガラスシートの前記周辺部において、前記第１のガラスシートと前記第２のガラスシートとの間に配置されるスペーサと、
前記第１のガラスシートの前記非露出表面上の対向縁部に沿って取着され、前記導電性コーティングに電気的に接続される一対の母線であって、前記母線がそれぞれ、前記母線を交流電源に接続し、前記導電性コーティングを通る回路を形成するための接続子を備える、該母線と、
前記フレーム又は前記第１及び第２のガラスシートの間に画定される空間内に位置するように前記ガラス、前記スペーサ及び／又は前記フレームに取着され、前記母線の１つと前記電源との間に直列に接続されるコンデンサであって、前記コンデンサが前記回路のインピーダンスを増加し、前記導電性コーティングを流れる電流及び前記導電性コーティングにより散逸される電力を低減する、該コンデンサとを備えることを特徴とする断熱性ガラスユニット。
【請求項２】
前記フレーム又は前記第１及び第２のガラスシートの間に画定される空間内に位置するように前記ガラス、前記スペーサ及び／又は前記フレームに取着され、前記電極の１つと前記電源との間に選択的に接続される１つ或いはそれ以上の追加のコンデンサを備え、また１つ或いはそれ以上の前記コンデンサの前記回路への接続を制御し、前記回路の前記インピーダンスを変更するためのコントロール装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項３】
前記ユニットが２つのコンデンサを備え、また前記コントロール装置が、前記回路において個別接続、並列接続及び直列接続を実現するための４ポジションスイッチであることを特徴とする請求項２に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項４】
前記導電性コーティングが０．１５〜０．４３の範囲の半球放射率を有することを特徴とする請求項１に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項５】
前記導電性コーティングが熱分解低放射率コーティングであることを特徴とする請求項１に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項６】
前記コンデンサが回路基板上に取着され、前記回路基板が前記フレーム内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項７】
前記第２のガラスシートの非露出表面に加えられる導電性コーティングを有し、前記導電性コーティングが０．５０未満の半球放射率を有し、また前記第２のガラスシートの前記非露出表面上の対向する縁部に沿って取着され、前記導電性コーティングに電気的に接続される一対の母線を備え、前記母線がそれぞれ、前記母線を交流電源に接続し、前記導電性コーティングを通る回路を形成するための接続子を備え、さらに前記第１のガラスシート上の前記母線と前記第２のガラスシート上の前記母線とが、前記コンデンサに接続されることを特徴とする請求項１に記載の断熱性ガラスユニット。
【請求項８】
冷蔵キャビネットに移動自在に取着されるように適合した冷蔵キャビネットドアであって、前記ドアが、
前記冷蔵キャビネットの周囲環境に隣接して配置されるように適合した第１のガラスシートと前記冷蔵キャビネットの内側に隣接して配置されるように適合した第２のガラスシートであって、各ガラスシートが非露出表面及び外側表面を備える、該ガラスシートと、
前記第１のガラスシートの前記非露出表面に加えられる導電性コーティングであって、前記導電性コーティングが０．５０未満の半球放射率を有する、該導電性コーティングと、
前記ガラスシートを平行に、前記非露出表面が互いに離隔して対面するような位置関係を保持するように前記第１及び第２のガラスシートの周辺に固定されるフレームと、
前記ガラスシートの前記周辺部において、前記第１のガラスシートと前記第２のガラスシートとの間に配置されるスペーサと、
前記第１のガラスシートの前記非露出表面上の対向する縁部に沿って取着され、前記導電性コーティングに電気的に接続される一対の母線であって、前記母線がそれぞれ、前記母線を交流電源に接続し、前記導電性コーティングを通る回路を形成するための接続子を備える、該母線と、
前記フレーム又は前記第１及び第２のガラスシートの間に画定される空間内に位置するように前記ガラス、前記スペーサ及び／又は前記フレームに取着され、前記母線の１つと前記電源との間に直列に接続されるコンデンサであって、前記コンデンサが前記回路のインピーダンスを増加し、前記導電性コーティングを流れる電流及び前記導電性コーティングにより散逸される電源を低減する、該コンデンサとを備えることを特徴とする冷蔵キャビネットドア。
【請求項９】
前記フレーム又は前記第１及び第２のガラスシートの間に画定される空間内に位置するように前記ガラス、前記スペーサ及び／又は前記フレームに取着され、前記電極の１つと前記電源との間に電気的に接続される１つ或いはそれ以上の追加のコンデンサを備え、また１つ或いはそれ以上の前記コンデンサの前記回路への接続を制御し、前記回路の前記インピーダンスを変更するためのコントロール装置を備えることを特徴とする請求項８に記載の冷蔵キャビネットドア。
【請求項１０】
前記導電性コーティングが０．１５〜０．４３の範囲の半球放射率を有することを特徴とする請求項８に記載の冷蔵キャビネットドア。
【請求項１１】
前記第２のガラスシートの前記非露出表面に加えられる導電性コーティングを有し、前記導電性コーティングが０．５０未満の半球放射率を有し、また前記第２のガラスシートの非露出表面上の対向する縁部に沿って取着され、前記導電性コーティングに電気的に接続される一対の母線を備え、前記母線がそれぞれ、前記母線を交流電源に接続し、前記導電性コーティングを通る回路を形成するための接続子を備え、また前記第１のガラスシート上の前記母線と前記第２のガラスシート上の前記母線とが前記コンデンサに接続されることを特徴とする請求項８に記載の冷蔵キャビネットドア。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、加熱式ガラスシステム及び断熱性ガラスユニットに関連し、詳細には電源に接続される抵抗性コーティングを有する低放射率のガラスシートに関連する。コンデンサが抵抗性コーティングに接続され、インピーダンスを増加し、コーティングガラスにより散逸される電力を制御する。商用の冷凍装置及び冷蔵装置ドア用の断熱性ガラスユニットに用いる場合、加熱式ガラスによりドアに凝結が生じるのを防ぐ。
従来技術の説明
電気的加熱式ガラスを有する断熱性ガラスユニットは、商用の冷凍装置及び冷蔵装置ドアに用いられ、ドアに霜及び凝結が生じるのを防ぎ、使用者が冷凍装置或いは冷蔵装置内の商品を見ることができるようにする。その透明ガラスドアにより売行きが好転し、霜及び凝結が商品及び冷却装置に損傷を与えるのを防ぐ。
二重断熱性ガラスユニットでは、ガラスシートの一方或いは両方の非露出表面が、フッ素ドープした酸化すずのような導電性材料でコーティングされる。導電性コーティングは、そのガラスの対向する縁部上に取着される二本の母線或いは他の電気的接続子により交流電源に接続される。電流がそのコーティングを通って流れる場合、ガラスの表面が加熱され、表面に凝結が生じないようにする。熱が冷凍装置或いは冷蔵装置キャビネットに拡散しないようにするために、ドアは一般に冷凍装置の場合三重ユニット、冷凍冷蔵庫の場合二重ユニットとして構成される。
また加熱式ガラスは自動販売機、浴室ミラー或いはスカイライトのような凝結を防ぐための他の応用例においても用いられる場合がある。さらに加熱式ガラスは建築用途の窓ガラスのように、包囲する空間を暖めるためにも用いられる。別の応用例としては、透明な視認表面を保持すると共に熱が生成される定温器がある。
加熱する応用例に適したガラスシートは、一方の表面上に透明な導電性コーティングを施される。典型的な透明導電性コーティングは酸化すず、酸化インジウム及び酸化亜鉛などがある。ガラスシート上のコーティングは典型的には「Ω／□」において測定される抵抗を有し、それがガラスの方形片の抵抗値である。
Ω／□のシート抵抗は当分野では周知の用語であり、そのような意味で用いられる。既知のシート抵抗値を有するコーティングガラスの方形片の場合、コーティングガラスの方形片の対向辺間の抵抗は、任意の大きさの方形に対して一定である。その抵抗は、４探針オーム計或いは他の類似の測定装置を用いて測定することができる。
上記応用例において用いられるコーティングガラスは角形をなす場合が多い。コーティングガラス角形片の対向辺間の抵抗は、ガラスの寸法により変化する。しかしながらコーティングされたガラスシートの固有のタイプのΩ／□のシート抵抗が一度分かれば、任意のガラスの角形片の対向辺間の対向は、ガラスの角形シートの実際の寸法に基づいて以下の式から計算することができる。
ＲG＝（ｄ／ｗ）ＲS
ここでＲGは母線が載置される対向辺間で測定した場合のコーティングガラスの角形片の抵抗である。ｄは母線を有する２辺間の距離であり、ｗは母線が載置される２辺の長さであり、さらにＲSはコーティングガラスの方形片のΩ／□で表した表面抵抗である。比ｄ／ｗは、アスペクト比と呼ばれることもある。
コーティングが一様な厚さで施されると仮定すると、抵抗はコーティングガラスに渡って一様になるであろう。またコーティングガラスの抵抗はガラス上に施されるコーティングの厚さを変更することにより変化させることができる。電源に直結されるコーティングガラスの場合、電力の散逸はコーティングガラスの抵抗を変更することにより制御することができる。
冷凍装置ドアの共通の大きさは６フィート×２フィートである。１００Ω／□の抵抗を有するコーティングを施された冷凍装置ドアの場合、冷凍装置ドアの抵抗は、２フィート辺間で測定した場合３００Ω、６フィート辺間で測定した場合３３．３３Ωとなるであろう。
湿潤環境における冷凍装置ドアの場合の好ましい電力散逸密度は典型的には、４〜１０Ｗ／ｆｔ2の範囲にある。電力散逸密度は湿潤環境でない応用例では低減され、その好ましい範囲は一般に１〜１０Ｗ／ｆｔ2である。１０Ｗ／ｆｔ2より大きい電力散逸密度でも概ねコーティングガラスに不適当な熱応力をかけることはないが、全冷却システムの熱効率が低下するようになるであろう。ドアを加熱するために６Ｗ／ｆｔ2の所望の電力散逸を有する２×６冷凍装置ドアの場合、そのドアに対する全電力散逸は７２Ｗである。ドアにより散逸される電力は、ドアを加熱するために用いられるシステムの電圧、電流並びにまた抵抗を設定することにより制御することができる（電力＝ＶＩ＝Ｉ2ＲG）。
冷凍装置或いは冷蔵装置ドアにより散逸される電力の制御は重要な問題である。電力が低くすぎる場合、ガラス上に凝結及び霜が生じるであう。電力散逸が高すぎる場合、コストが増大することになろう。ドアを加熱するために必要とされる追加エネルギーはわずかなコストではあるが、所望の温度に冷凍装置或いは冷蔵装置を保持するために冷却システムにおいてかかる動作コストは著しく大きくなる。全般に本発明の目的はユニットが低い電力散逸密度を有すると共に霜及び凝結の発生を防ぐことである。従って所望の電力レベルでコーティングガラスシートからの電力散逸密度を保持するための低コストのシステムが必要とされる。
加熱式ガラスからの電力散逸を制御するために用いられる１つの方法は、１１５Ｖ電源に直接母線を接続し、コーティングの抵抗を変化させることであった。６Ｗ／ｆｔ2の散逸密度を有すると共に、１１５ボルト電源に接続される母線を備える２×６ドアの場合、ガラスドア上のコーティングの抵抗は所望の散逸を生成するために１８３．７Ωである必要がある。母線が短辺上に配置される場合、必要とされる抵抗は６１．２Ω／□でなければならない。母線がドアの長辺上に配置される場合、コーティングの抵抗は５５１Ω／□でなければならない。
電源に直結するための冷凍装置ドア及び冷蔵装置ドアの製造において、ドア用に製造されるガラスに対して単一のコーティングを設定することは概ね不可能である。ガラスドアの大きさの違い、電力散逸要件、ライン電圧及び取付け形状により、異なるΩ／□抵抗を有する幾つかの異なるコーティングが必要とされる。ドアが必要とするシート抵抗が変更されるため、ドア用ガラスの大部分は、抵抗整合要件を実現するためにオフラインの特別な製造プロセスにおいてコーティングされる。
オフラインの製造作業では、酸化すずからなる導電性コーティングが従来通りに、再熱炉において熱分解噴霧バッチ処理を用いてガラスに加えられる。シート抵抗を選択し、ドアの大きさに応じた適当な電力散逸及びライン電圧を実現する。熱分解プロセスは、電力線に直結するために必要とされる比較的高いシート抵抗を達成するのに非常に適している。オフラインプロセスにおいてガラスを酸化すずでコーティングすることにより、コストが高くなり、一様性が劣化し、コーティングガラスの外観を劣化させる干渉色が生じ、さらに反対表面への過剰噴霧が生じることになる。
一方、大量のオンライン製造作業において酸化すずをコーティングされたガラスは、低コスト並びに透明度、一様性及び熱伝達特性を改善され、容易に利用可能な製品を実現する。低放射率ガラス用の量産製造ラインを備えるガラス製造業者は、常圧化学気相成長（ＡＣＶＤ）から構成されるコーティングプロセスを用いて、建築用窓ガラスを製造する場合が多い。そのようなガラスは、ガラスの断熱特性を改善する低半球放射率を有する。また低放射率ガラス（低Ｅガラスと呼ばれる場合もある）は、オフラインバッチ噴霧処理及びオフライン真空コーティングにより製造されることもできる。オンラインプロセスにおいて製造される熱分解低放射率ガラスは、噴霧された酸化すずの不要な色を抑制するために１つ或いは２つの色抑制層を備える場合が多い。あるオンライン製造プロセスでは、ガラスが製造されている間にコーティングが行われる。コーティング装置はフロートガラスプロセスのすず槽内に配置され、そこではガラスが、残余のガラス熱を用いて、コーティングプロセスのための化学反応を容易にするように形成される。
冷凍装置ドアのような多重断熱ガラスユニットの場合、断熱性ガラスユニットのガラスを加熱し、凝結を排除しなければならないが、さらに良好な断熱特性を有し、冷凍装置キャビネットへの熱伝達を最小限にしなければならない。その目標は、低半球放射率及び高断熱値（Ｒ値）を有するコーティングをガラス上で実現することである。無コーティングガラスは０．８４の半球放射率を有し、冷凍装置キャビネットへの熱伝達を最小限にするために冷凍装置ドアは典型的には３重ユニットにしなければならない。厚さに応じて、オフラインプロセスにおいてコーティングされたガラスは典型的には０．４〜０．８の半球放射率を有し、一方低放射率コーティングガラスは０．０５〜０．４５の範囲の改善された放射率を達成することができる。
放射率は、所与の波長における光の吸収及び反射両方の測定値である。放射率は通常、｛放射率＝１−コーティング反射率｝の式により表される。用語放射率は、ＡＳＴＭ標準規格により赤外線範囲内で測定される放射率値を示すために用いられる。放射率は放射定量測定計（radiometric measurement）を用いて測定され、半球放射率及び標準放射率として報告される。
コーティングガラスにより構成される三重断熱性ガラスドアは、２．９４の断熱Ｒ値を有するであろう。約０．４５の半球放射率を有するコーティングガラスを用いる三重ドアは、３．７０の改善されたＲ値を有するであろう。０．１５放射率の低放射率ガラスを用いる場合、冷凍装置ドアに低コスト二重ユニットを用いることができるほどに熱的性能が改善されるあろう。そのような二重ユニット（０．１５放射率、０．５インチ空隙）は３．３３のＲ値を有するであろう。そのガラス間にアルゴンガスを加えることによりＲ値は４．０まで上昇する。
冷凍装置及び冷蔵装置ドア製造業者は、ガラスのコストを削減するために、かつ熱的性能を改善するために、全ての応用分野において一枚の低放射率コーティングガラスを用いることを望む。しかしながら低放射率ガラスは低抵抗であり、電源をガラスに直結することにより、非常に大きな電力密度が生じるであろう。さらに抵抗整合要件はそのような応用への妨げとなっている。
低放射率ガラスを加熱式ガラス応用例に用いることができるように、従来種々の解決策が提案されてきた。Stromquist等による米国特許第４，２４８，０１５号に示されるように、変圧器を用いて加熱式ガラスへのライン電圧を低減している。変圧器は大きく高価であるため、許容できない解決法である。外部安定抵抗（これも’０１５に示される）が用いられているが、それらは大きく、不要な熱を生成する。Heaneyによる米国特許第４，１２７，７６５号は、数枚のドアが直列に結線されることができることを開示する。しかしながらこれは冷凍装置ドア組立体の結線を複雑にし、全ドアの枚数がいくつかの整数であるということを要求する。米国特許第３，８５９，５０２号、第３，９０２，０４０号、第３，９６８，３４２号、第４，３５０，９７８号及び第４，８２７，７２９号において他の制御システムが開示される。
また変圧器を用いて、電源に直結される固定抵抗を有するコーティングガラスを用いる場合に頻繁に発生する問題を解決している。設置時の湿度が、おそらく季節変動により、システムが設計された時点の予測より高くなる場合、ドアの電力密度は凝結の発生を防ぐには不十分となる場合もある。電力密度がガラスの固定シート抵抗により設定されたため、高価な昇圧器が設置され、凝結問題を構成するために電圧を上昇させている。
トライアックを用いて、ガラスからなる加熱式シートに加えられる電圧を変更しており、その例がHochheiserによる米国特許第４，２６０，８７６号に示される。しかしながら、トライアック位相コントロール回路は高ピーク電流及び高高調波成分を有する電力線に負荷を与える。スーパーマーケットでは１００枚を超える加熱式冷凍装置ドアを有することが珍しくない。これらのドアがそれぞれ低Ｅガラスから製造され、トライアック回路に接続される場合、結果として電力線に与えられる高調波ひずみにより、店舗の線路変圧器に過熱が生じるようになる。さらにトライアック回路により、大量の電磁干渉（ＥＭＩ）が生じる。高調波ひずみ及びＥＭＩを低減するトライアック回路は、例えばCallahan等による米国特許第５，３１９，３０１号に開示されている。しかしながらそのような回路は複雑で、高価で、しかもピーク電流を低減する際に熱交換率が制限される。
固定抵抗性負荷への電力を変更するために種々の制御システムが開発されている。Havasによる米国特許第４，１３９，７２３号では、抵抗性負荷への電力を制御するために、一連のコンデンサ、整流器及びＳＣＲを備える抵抗性炉内ヒータを開示する。Apelbeckによる米国特許第４，４３４，３５８号は、いくつかの容量値から選択するトライアックのアレイを備えるコントロールシステムを開示する。選択された容量値のインピーダンスを用いて、抵抗性加熱式の航空機窓に結合される電力を変更する。加熱素子に供給される電力は、回路内の直列容量値を変更することにより制御される。抵抗性負荷に供給される電力を変更するさらに別のコントロールシステムの例は、米国特許第４，３５６，４４０号、第４，４０８，１５０号、第４，７３０，０９７号、第５，０７２，０９８号、第５，１７０，０４０号、第５，３６５，１４８号及び第５，４２４，６１８号などがある。放電ランプ及び光ファイバのような応用例の場合に導電性薄膜への容量性結合が、米国特許第４，８２５，１２８号及び５，３８６，１９５号に開示される。
従って電力変換回路の大きさ、コスト、複雑さ及び他の問題が、冷凍装置ドア及び他の応用例のために加熱式断熱性ガラスに低放射率ガラスを幅広く用いることを妨げている。
発明の概要
本発明に従えば、低放射率コーティングガラスシート、及び電源にコーティングガラスを容量性結合するためのコンデンサを備えるガラス加熱式システムが実現される。低放射率ガラスは経済的に製造することができ、優れた熱特性を実現する。しかしながら低放射率ガラスは低シート抵抗を有し、標準的な１１５Ｖ電源にコーティングガラスを直結することにより、冷凍装置ドアのようなほとんどの断熱性ガラス応用例に対して過剰な熱を生成するであろう。その回路内にコンデンサを結合することにより、コーティングガラスへの電力が軽減される。コーティングガラスに供給される電力の厳密な量は、コンデンサの大きさを変更することにより変化させることができ、コンデンサの変更は、ガラスシート上の抵抗を変更することに比べて非常に効率的で経済的である。
低放射率ガラスは熱特性を改善し、さらに加熱式ガラスシステムを備える冷凍装置或いは冷蔵装置断熱性ガラスユニットの効率を改善する。熱特性が改善されることにより、断熱性ガラスユニットに対する多くの応用例において、三重ドアの代わりに二重ドアを用いることができる。
冷凍装置ドア用の二重断熱性ガラスユニットでは、コンデンサは便宜上、ドアフレーム或いは２枚のガラス間の空間内に取り付けられることができる。コンデンサは小さな回路基板上に取着され、製造及びドア内への設置を非常に安価にすることができる。
加熱式ガラスに供給される電力を現場で調整するために、二つ或いはそれ以上のコンデンサを回路基板上に取着することができる。コンデンサはドア内に取り付けられた手動スイッチにより制御することができ、個別のコンデンサが電源回路に接続されるか、或いは並列又は直列接続をなす多数のコンデンサが接続され、ガラス上のコーティングへの電力を変更することができる。電力を制御するために単一のコンデンサ回路を用いることにより、小さく、効率が良く、しかもＥＭＩ或いは誘導される高調波歪みがなく、信頼性が高い電力コントロール装置が実現される。
本発明の目的は、断熱性ガラスユニットに対して低放射率ガラスを用いることである。そのようなガラスは、断熱性ガラス応用例において低抵抗及び良好な熱特性を有する。低放射率ガラスは、比較的低コストにするために製造ラインにおいて製造することができる。
本発明の別の目的は、加熱式ガラスのために所望の電力散逸を実現する低コストコントロール回路を開発することである。電源にガラスのコーティングされた表面を直結することにより非常に大きな電力散逸が生ずる。各応用例においてコーティングの抵抗を変更することは、ガラス及び断熱性ガラスユニットの両方の製造において非常にコストがかかる。コーティングに１つ或いはそれ以上のコンデンサを結合することにより回路のインピーダンスが増加し、ガラスシートの表面上のコーティングを流れる電流が減少する。
本発明の別の目的は、断熱性ガラスユニットにおいてコンデンサを適切に取り付けることである。小さな回路基板が、断熱性ガラスユニットのフレーム内に取り付けられることができる。コンデンサ及び切替制御部が回路基板上に取り付けられる。
本発明のさらに別の目的は、トライアックコントロール回路において生じる電磁干渉及び高調波ひずみの問題をなくすことである。本発明のコンデンサコントロール回路は、誘導される高調波ひずみ或いは電磁干渉が一切生じない。
低放射率ガラスと単一コンデンサコントロール回路の組み合わせは、冷凍装置及び冷蔵装置ドアのような断熱性ガラスユニット及び他の加熱式ガラスの応用例において使用する場合に、低コスト及び効率的な加熱式ガラスユニットを実現する。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記利点及び他の利点は、添付の図面に照らして考慮される好適な実施例の以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。
第１図は本発明の加熱式ガラスシステムの回路図である。
第２図は、２つのコンデンサ及び４ポジションスイッチを備える加熱式ガラスシステムの回路図である。
第３図は、フレーム及び２枚のガラスシートを備える断熱性ガラスユニットの斜視図である。
第４図は、断熱性ガラスユニットのフレームの回路基板上にコンデンサを取り付けた、概ね第３図の線４−４に沿って見た断面図である。
第５図は、両方のガラスシート上に設けられた、コーティングを有するスペーサ内に取り付ける別のコンデンサの断面図である。
第６図は、２枚のガラス間の空間内のスペーサ上に取り付ける別のコンデンサの断面図である。
第７図は、回路の電圧及びインピーダンスのベクトル図である。
好適な実施例の説明
ここで第１図を参照すると、本発明の加熱式ガラスシステム１０が模式図において示される。シートガラス１２は、透明で導電性の材料１４からなる非常に薄いコーティングで被膜される。コーティング材料１４は酸化すず、酸化インジウムすず、酸化亜鉛或いは他の類似のコーティングであることができる。そのコーティングは、常圧化学気相成長或いはいくつかの他の別のプロセスのような熱分解プロセスを用いて製造ライン内で加工されることができる。またガラス１２は同様にして設けられる色抑制層（図示せず）も備える。
コーティング１４は、ガラス１２の放射率を約０．８４から０．５０未満まで低減する。半球放射率に対する好ましい範囲は、熱分解低放射率ガラスの場合０．１５〜０．４３である。他のプロセスを用いて低放射率ガラスに低い０．０１の半球放射率を与えることができる。低放射率ガラスを実現するためのそのような導電性コーティングのシート抵抗は典型的には２０Ω／□未満である。低放射率ガラスは、量産製造ラインにおいて効率よく安価に製造され、改善された熱特性を実現することができる。
しかしながらシート抵抗が低いことにより、電源１６への低放射率ガラス１２の直結が妨げられる。電源１６は単相電源であり、米国では６０Ｈｚ及び１１５Ｖで定格される。例えば１１Ω／□のシート抵抗では、３３Ωの最大抵抗の場合に接続される２×６ドアへの直結により、４００Ｗの電力或いは３３．３Ｗ／ｆｔ2が与えられる。そのような電源散逸密度は冷凍装置、冷蔵装置ドアに応用するには高すぎる。
電力は、電源１６からリード線１８を介して母線２０に供給される。母線２０はコーティング１４に取着され、母線２０とコーティング１４との間の電気的接触を確保する。母線２０は、ストリップ電極と呼ばれることも多く、ガラス１２の対向辺に沿って配置され、電流が母線２０間のコーティング１４に渡って流れるようにし、熱の形で所望の電力散逸を実現することが好ましい。
ガラス１２上のコーティング１４の電力散逸を低減するために、コンデンサ２２が母線２０と直列に接続される。ブリードダウン抵抗２４がコンデンサ２２と並列に接続され、コンデンサ間に電圧が蓄積されるのを防ぐ。ブリードダウン抵抗２４の値は、コンデンサのリアクタンス及びガラス１２のシート抵抗に比べて著しく大きい。
ベクトル解析を用いて、回路のインピーダンス（Ｚ）に基づく電流（ｉ）の値及び電源電圧と電流との位相角（θ）を確定する。抵抗性負荷では、電流及び電圧は同相である。コンデンサ間にかかる電圧は９０度だけ電流に遅れる。ガラス１２上のコーティング１４の抵抗性負荷（ＲG）間の電圧降下（ＶG）及びコンデンサ（Ｃ）２２の容量性負荷（ＸC＝容量性リアクタンス）間の電圧降下（ＶC）は以下の式で与えられる。
ＶG＝（ｉ）ＲG
ＶC＝（ｉ）ＸC＝（ｉ）÷（ωＣ）＝（ｉ）÷（２πｆｃ）
上記式ではωは電源電圧の角速度であり、ｆは電源電圧の周波数である。第７図は、回路の電圧ベクトル及びインピーダンスベクトルに対するベクトル値を示しており、ピタゴラスの定理を用いて、回路の電源電圧（ＶS）、インピーダンス（Ｚ）及び電流（ｉ）を以下の式を用いて計算することができる。
ＶS2＝ＶG2＋ＶC2
Ｚ2＝ＲG2＋ＸC2＝ＲG2＋（−１÷ωＣ）2
ＶS＝（ｉ）Ｚ＝（ｉ）（ＲG2＋（−１÷ωＣ）2）0.5
（ｉ）＝ＶS÷（ＲG2＋（−１÷ωＣ）2）0.5
位相角に対する計算は以下の式で与えられる。
Ｔａｎ（θ）＝ｖC÷ｖG＝ＸC÷ＲG＝（−１÷ωＣ）÷ＲG
電流（ｉ）がガラス１２上のコーティング１４を介して流れる場合、電力散逸は以下の式に等しい。
ＰG＝ＶG（ｉ）＝（ｉ）2ＲG
米国において最も多い店舗の応用例の場合、典型的な電源は６０Ｈｚ、１１５Ｖである。ＲGに対して３３Ω抵抗を与えるように接続される母線を有する１１Ω／□のシート抵抗及び３７μＦのコンデンサを有する低放射率ガラスの２×６シートの場合、システムの電流は、６５°の位相角において１．４６Ａである。この例において散逸される電力は１２ｆｔ2の表面領域に渡って７０．３Ｗである。その結果電力密度は５．８Ｗ／ｆｔ2であり、それは湿潤環境の応用例の場合の４〜８Ｗ／ｆｔ2の好ましい電力密度範囲内にある。ガラス１２上のコーティング１４間の電圧降下は４８Ｖであり、コンデンサ２２間の電圧降下は６５°の位相角で１０４である。
また本システム１０の容量性リアクタンスは力率の観点からも利点をもたらす。スーパーマーケットのような加熱式ガラスシステムが用いられるほとんどの場所では、コンプレッサ及びファンを動作させるために用いられる誘導電動機などの電力システムの負荷は大きな誘導性リアクタンスを有するであろう。電力会社は一定の力率要件を有しており、より高いレートで課金するか、或いは使用者が力率補正用コンデンサを設置することを要求することにより、大きな誘導性負荷を用いる使用者に罰金を適用する場合が多い。本発明の容量性負荷は誘導性負荷の影響を相殺する点で有利である。本発明の容量性の性質が望まれない場所では、容量性による影響を相殺するためにコンデンサ２２と並列にインダクタが配置されてもよい。
本発明の回路において複数のコンデンサを使用することは電力密度の調整及び別の電源の使用を容易にする。第２図は、２つのコンデンサＣ１及びＣ２を備える４ポジション電源スイッチ２８を備える調整用システム２６を示す。電力スイッチ２８が位置Ａに設定される場合、コンデンサＣ１及びＣ２は直列に接続される。位置Ｂにする場合Ｃ２のみが回路内に接続され、位置ＣではＣ１のみが回路内に接続される。電力スイッチ２８が位置Ｂにある場合、コンデンサＣ１及びＣ２は直列に接続される。
第２図に示すような２つのコンデンサ（Ｃ１＝１５μＦ、Ｃ＝２２μＦ）及び電力スイッチ２８を組み合わせた上記２×６コーティングガラス１２を備える回路（３３Ω抵抗）では、ほとんど共通の２つの電源の場合の電力密度は以下のようになる。
0003911032.tif 000002
第２図の調整用システム２６により、冷凍装置及び冷蔵装置ドアの製造業者は、米国及び欧州における電源に対する所望の範囲で動作する単一ドアを製造することができる。各電源に対して異なる電力密度レベルを与えることができるため、乾燥、通常及び湿潤条件下でのドアの動作を容易にする。両方の電源に対して１つのシステムを構築できることにより、棚卸し及び製造の観点から著しくコストを節約することができる。
製造コストを削減することに加えて、調整用システム２６による設置後に現場において変更を行うことができるようになる。調整用システム２６のスイッチ２８の設定により、季節変動或いは店舗環境の変動に適応させるために変更することができる。
結合コンデンサの構成及びスイッチの設定はさらに拡張され、さらなる設定をもたらすことができる。種々の結合コンデンサを外部スイッチ或いはコントロール回路により選択して、回路の容量及びその結果生じる電力密度を変更してもよい。切替えは相対湿度、温度及び他のセンサ入力に対応する自動コントロールシステムにより動作させてもよい。
本発明の加熱式ガラスシステム１０、２６は種々の応用例に用いることができる。好ましい応用例の１つは、第３図−第６図に示すような冷凍装置ドア及び冷蔵装置ドアに対する断熱性ガラスユニット３０である。断熱性ガラスユニット３０はフレーム３２及び２枚のガラスシート、無コーティング部分３４及び上記のような導電性コーティング３８を有するコーティング部分３６を備える。ガラスシート３４、３６は断熱性ガラスドアの場合、既存の方法によりフレーム３２に取り付けられる。フレーム３２は、押出し成形されたアルミニウム或いは他の類似のフレーム材料から形成される。
ガラスシート３４、３６はスペーサ４０により離隔して保持され、断熱性ガラスユニット３０を形成するために封止される。２枚のガラスシート間の空間５２はアルゴンガス或いは他の透明ガスを充填され、そのユニットの断熱値を増加することができる。
断熱性ガラスユニット３０が冷凍装置ドア応用例に用いられる場合、無コーティングガラス３４は内側（冷凍装置に面する側）に存在し、コーティングガラス３６は外側表面（店舗に面する側）を形成するであろう。コーティング３８は、コーティングガラス３６の非露出表面４２に塗布されるであろう。
ある場合には第５図に示されるように、２枚のガラスシート３４、３６の非露出表面４２、４４の両方を加熱することが好ましい。２つの非露出表面４２、４４上のコーティング３８の抵抗は典型的には、２つの表面を並列に接続するために結線され、コーティング１４を流れる電流及びその結果生じる電力散逸に対する計算は、並列抵抗ＲG1及びＲG2に基づくであろう。また二つのコーティング表面は既存の方法において直列に接続されることもできる。
グランド付き電力コード４６を用いて、電力を断熱性ガラスユニット３０に供給する。電力コード４６からの２本の絶縁リード線４８は、ガラス３６の対向縁部において母線５０に接続される。母線５０はコーティング３８に取着され、母線５０とコーティング３８との間の電気的接触を確保する。電力コード４６は、既存の方法においてフレーム３２の一方の端部で断熱性ガラスユニット３０に接続される。フレーム３２の反対側端部において母線５０に電気的に接続されるリード線４８はフレーム３２内に固定され、ガラスシート３４、３６の縁部に沿って延在する。
第４図では、１つ或いはそれ以上のコンデンサ５４が回路基板上に取り付けられ、その回路基板がフレーム３２に固定される。またスイッチ或いは他の構成要素が回路基板５６に取り付けられる場合もある。電力コード４６からのリード線４８は、電力を回路基板５６上に取り付けられるコンデンサ及び他の構成要素に供給する。短いリード線５８が、回路基板５６から母線５０の端子まで延在する。回路基板５６及びコンデンサは断熱性ガラスユニット３０のいずれかの端部において取り付けられることができる。
別の取付けでは、第５図に示されるようにコンデンサは断熱性ガラスユニット３０のスペーサ４０内に取り付けられてもよい。そのような構成によりユニットの全長が削減される。さらに１つ或いはそれ以上のコンデンサ５６が、ガラスシート３４と３６との間の空間５２内に取り付けられることもできる。
所望の断熱特性を達成するために、ガラスシート３４と３６との間の空間５２内にアルゴン或いは他のガスを用いてもよい。スペーサ４０内及びその周囲の空隙６０は、断熱性ガラスユニット３０内の内部空間５０を適切に封止するための封止材で覆われる。
コーティングガラス３６の半球放射率が低くなるに従って、断熱性ガラスユニット３０の断熱値（Ｒ値）が向上する。低放射率ガラスは、良好な断熱特性をもたらすという利点がある。好ましい半球放射率は０．５０未満である。熱分解低放射率ガラスは、オンライン製造に適しており、０．１０〜０．２０の範囲の半球放射率を達成することができる。熱分解低放射率ガラスは製造コストが安いため好ましい。スパッタコーティング多層ガラスのような他の低放射率ガラスを用いて、０．１０未満の半球放射率を達成することもできる。任意の低放射率ガラスを本発明の断熱性ガラスユニット３０に用いることができる。低放射率及びその結果として断熱能力が改善されるために、二重断熱性ガラスユニット３０は、低放射率ガラスを用いない三重ドアに匹敵する断熱値を達成することができる。本発明の二重ドアは典型的には、三重ドアに比べて著しくコスト及び重量が削減されるであろう。
低放射率ガラスが直接電源に接続される場合、シート抵抗は許容できないほど低い。シート抵抗が低いことにより、コーティング表面３８の電流レベル及び熱散逸が結果として、冷凍装置或いは冷蔵装置に用いるには高すぎる。容量性リアクタンスを加え回路の全インピーダンスを増加することにより、コーティング３８を流れる電流及びその結果生じる電力散逸は許容可能なレベルまで低減される。冷凍装置及び冷蔵装置ドアに対して好ましい電力散逸密度は１〜１０Ｗ／ｆｔ2の範囲内にある。
本発明の加熱式ガラスシステム１０、２６及び断熱ガラスユニット３０は、熱分解低放射率ガラスを含む低放射率ガラスを使用できるようにする。そのようなガラスを用いることにより、低コスト、熱的性能の改善、コーティング一様性の改善及び良好な製品外観を含むいくつかの利点がもたらされる。１つ或いはそれ以上のコンデンサを回路に加えて回路のインピーダンスを増加することにより、種々の電源及び種々の電力散逸要件に対して加熱式ガラスシステム及び耐熱性ガラスを適合させ、かつ調整する、低コストで効率のよい手段を実現することができる。回路に容量性リアクタンスを加えることにより、冷却動作において誘導導電機及び装置を使用することにより生じる不要な力率の影響が相殺される。電力コストの削減は、本発明の電源回路にコンデンサを加えて力率を改善することにより実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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