ВАКУУМНЫЙ СТЕКЛОПАКЕТ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при разработке и производстве стеклопакетов для обеспечения окон производственных зданий, жилых домов и т.п.
Наиболее перспективными стеклопакетами, обеспечивающими самый низкий коэффициент теплопередачи, являются вакуумные стеклопакеты.
Вакуумные стеклопакеты представляют собой две стеклопластины, расположенные на расстоянии друг от друга, герметично соединенные по периметру для образования замкнутого объема, из которого откачивается атмосфера до необходимого вакуума. Зазор между стеклопластинами фиксируется системой прокладок, обеспечивающих механическую прочность стеклопакета.
В связи с этим при изготовлении стеклопакетов возникает ряд конструктивных и технологических проблем, связанных с герметизацией, расположением прокладок, возникающими в месте контакта прокладок со стеклом механическими напряжениями.
В процессе эксплуатации стеклопакеты подвергаются серьезным температурным и климатическим воздействиям. Так, наружные температуры зимой могут быть -30°С и ниже, в то время как обычная температура внутри помещений составляет +20°С. Кроме того, стеклопакеты подвергаются также дополнительным воздействиям в виде дождя, града, снега и т.д. Поэтому даже незначительные механические напряжения, возникающие в конструкции стеклопакетов при их изготовлении, могут привести к разгерметизации и треску, как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации.
Известен стеклоблок для окон, содержащий два листа оконного стекла, расположенных на расстоянии друг от друга, и герметично соединенных по периметру посредством высокотемпературного вакуумно-плотного материала. В замкнутом объеме стеклопакета размещены разделительные элементы, выполненные в виде прокладок из стекла толщиной 0,3 мм.
Недостатком такой конструкции является сложность установки и ориентировки прокладок, увеличение теплопроводности стеклопакета через прокладки, снижение прозрачности (патент РФ №11252, кл. Е06В 3/66, опубл. 1999 г.).
Известен вакуумный стеклопакет, содержащий два стекла, герметично запаянных по периметру, зазор между которыми фиксируется множеством распорок, представляющих собой в основе корундовое ядро в виде шарика (патент Бельгии №2382163, Е06В 3/663, опубл. 2010 г.).
Использование шариков позволяет упростить технологию изготовления стеклопакетов, так как нет необходимости их ориентировать. Кроме того, использование шариков снижает теплопроводность стеклопакетов и увеличивает их прозрачность
Недостатком такой конструкции являются локальные механические напряжения, возникающие в точках контакта шарообразного корундового ядра со стеклопластинами, существенно возрастающими вследствие имеющегося технологического разброса диаметра ядра.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вакуумный стеклопакет, включающий, по крайней мере, две герметично соединенные лазерной пайкой стеклопластины, между которыми размещены разделительные элементы в виде шариков, закрепленных по крайней мере на одной из стеклопластин (патент США №4683154, Е06В 3/663, опубл. 1987 - прототип).
Недостатком такой конструкции также являются локальные механические напряжения, возникающие в точках контакта шариков со стеклопластинами, что может привести к возникновению микротрещин в стекле, а при температурных перепадах и к треску. Особенно велико механическое напряжение в местах контакта шариков, имеющих больший диаметр вследствие технологического разброса.
Задачей полезной модели является создание вакуумного стеклопакета с высокой механической прочностью за счет исключения механических напряжений в стеклопакете, возникающих в местах контактов шариков со стеклопластиной, которые особенно сильно проявляются при наличии больших разбросов в диаметрах шариков.
Указанный технический эффект достигается тем, что в известном вакуумном стеклопакете, включающем, по крайней мере, две образующие замкнутый объем стеклопластины, между которыми размещены разделительные элементы в виде стеклянных шариков, закрепленных, по крайней мере, на одной из стеклопластин, стеклянные шарики закреплены на стеклопластине посредством контактных площадок, выполненных из диэлектрического материала с температурой плавления ниже, чем температура плавления материала стеклянных шариков, при этом в замкнутом объеме при закреплении стеклянных шариков на одной из стеклопластин толщина контактных площадок равна или более величины разброса диаметров шариков, а при закреплении стеклянных шариков на двух стеклопластинах суммарная толщина контактных площадок на стеклопластинах равна или более величины разброса диаметров шариков.
Так как контактные площадки выполнены из диэлектрического материала, имеющего температуру плавления ниже, чем у шариков, при герметизации стеклопакета шарики погружаются в материал контактных площадок на глубину, которая зависит от диаметра конкретного шарика, выравнивая, таким образом, высоту всех разделительных элементов, включающих шарики и контактные площадки.
Для получения наилучших результатов при закреплении стеклянных шариков на одной из стеклопластин толщина контактных площадок должна быть равна или более величины разброса диаметров шариков, а в случае закрепления стеклянных шариков на обеих стеклопластинах суммарная толщина контактных площадок на верхней и нижней пластинах должна быть равна или более величины разброса диаметров шариков.
Такая конструкция разделительного элемента обеспечивает в месте контакта шарика со стеклом одинаковое давление для всех шариков независимо от диаметра конкретного шарика. В области контакта шарика с контактной площадкой возникновение механических напряжений полностью исключено, так как контакт происходит не в точке, а в области сектора сферы, возникающей при погружении шарика в материал контактной площадки.
При использовании контактных площадок на обоих стеклопластинах точечный контакт шариков со стеклом полностью исключен.
Если толщины контактных площадок не будут соответствовать указанным выше величинам, то в стеклопакете будут возникать локальные механические напряжения в точках контакта шариков со стеклопластинами.
В качестве материала контактных площадок может быть использован материал, применяемый для герметизации вакуумных стеклопакетов, а, именно, либо легкоплавкое стекло, либо стеклокристаллический цемент.
Таким образом, предлагаемая конструкция разделительного элемента позволяет исключить возникновение механических напряжений в конструкции стеклопакета, а, следовательно, исключить треск и разгерметизацию стеклопакетов при их эксплуатации.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.
Предлагаемая конструкция стеклопакета поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция стеклопакета с расположением контактных площадок на одной стеклопластине.
На фиг.2 представлена конструкция стеклопакета с расположением контактных площадок на двух стеклопластинах.
Конструкции стеклопакетов (фиг.1, фиг.2) содержат две стеклопластины 1 и 2, загерметизированные по периметру швом 3, состоящим из вакуумноплотного материала, например, легкоплавкого стекла или стеклоцемента. Зазор между стеклопластинами 1 и 2 формируется системой разделительных элементов, состоящих из стеклянных шариков 4 с выполненными из того же материала, что и шов герметизации, контактными площадками 5, сформированными на нижней пластине (фиг.1), и 5', сформированными на верхней пластине (фиг.2). В процессе пайки стеклопакетов при температуре размягчения материала герметизирующего шва 3 и контактных площадок 5, 5' под действием грузов шарики 4 погружаются в материал контактных площадок 5, 5' на глубину, которая зависит от диаметра конкретного шарика 4, обеспечивая тем самым одинаковую высоту всех разделительных элементов. Таким образом, обеспечивается одинаковое давление на все разделительные элементы независимо от диаметра конкретного шарика в стеклопакете. Для обеспечения этого условия при нанесении контактных площадок на одну стеклопластину (фиг.1) толщина контактной площадки 5 должна быть равной или более технологического разброса диаметров шариков, а при нанесении контактных площадок на обе стеклопластины (фиг.2) суммарная толщина нижних 5 и верхних 5' контактных площадок должна быть равной или более технологического разброса диаметров шариков.
Вариант с нанесением контактных площадок на обе стеклопластины позволяет полностью исключить механические напряжения в стеклопакете, однако он более трудоемок.
Примеры конкретного исполнения.
Пример 1. Две стеклопластины размером 500x500 мм соединены между собой по периметру герметизирующим швом из легкоплавкого стекла. Зазор между стеклопластинами составляет 0,77 мм и сформирован разделительными элементами, состоящими из шариков и расположенными на обеих стеклопластинах контактными площадками.
Контактные площадки изготовлены из легкоплавкого стекла и имеют форму круглых площадок диаметром 0,75 мм и толщиной 0,1 мм.
-6
Герметичный объем между стеклопластинами откачан до вакуума при давлении 1-10 мм рт.ст.
Пример 2. Две стеклопластины размером 865×865 мм соединены между собой по периметру герметизирующим швом из легкоплавкого стекла. Зазор между стеклопластинами составляет 0,77 мм и сформирован разделительными элементами, состоящими из шариков и расположенными на одной стеклопластине контактными площадками.
Контактные площадки изготовлены из легкоплавкого стекла и имеют форму круглых площадок диаметром 0,75 мм и толщиной 0,2 мм. Шаг между разделительными элементами 20 мм.
-6
Герметичный объем между стеклопластинами откачан до вакуума при давлении 1·10 мм рт.ст.
2
Стеклопакеты подвергались климатическим испытаниям с перепадом температур от +25°С для внутреннего стекла до -60°С для наружного стекла. Механическим испытаниям с воздействием ветрового давления 100 кг/м. Микротрески и натекания стеклопакетов отсутствуют.
Сохраняемость таких конструкций составляет не менее 50 лет.
Приведенные примеры показывают, что заявленная полезная модель соответствует требованию "промышленная применяемость" по действующему законодательству.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет создать вакуумный стеклопакет с высокой механической прочностью.