ОСТЕКЛЕНИЕ С ПОДОГРЕВОМ
GLAZING WITH PRE-HEATING

Настоящее изобретение относится к остеклениям с подогревом и, в частности, к остеклениям с подогревом, для которых отчасти есть необходимость в быстром нагреве.
Остекления, которые нагреваются за счет пропускания электрического тока через резистивный нагревательный элемент, расположенный на окне, часто обеспечивают в целях восстановления или поддержания обзора через окно, где видимость была ранее, или, может быть, была снижена за счет конденсации, мороза, льда или снега. Такие термины, как «туманоулавливание», «устранение запотевания» или «удаление льда», часто используются для описания действия нагревательного элемента, и такие окна нашли конкретное применение в транспортных средствах, особенно в дорожных транспортных средствах, хотя их использование не ограничено ими. Существуют также применения в дверях витрин рефрижераторов и, например, в окнах кораблей, поездов и самолетов.
Очевидно, поверхность окна, обогреваемого нагревательным элементом («обогреваемую зону»), необходимо покрывать областью, посредством которой является желательным восстанавливать или поддерживать видимость («область обзора»). Она обычно включает в себя существенную часть окна, а в некоторых применениях она может содержать всю прозрачную часть окна (некоторые окна имеют непрозрачную часть, по эстетическим или другим причинам). Резистивные нагревательные элементы также используют для обеспечения обогреваемой зоны, где стеклоочиститель может оставаться в покое, когда он не используется, для предотвращения замораживания стеклоочистителя, если окно находится в условиях холода. Такую зону обычно называют обогреваемой зоной покоя стеклоочистителя (или обогреваемой зоной стоянки стеклоочистителя), и ее можно добавлять к зоне, обогреваемой в целях поддержания обзора; в качестве альтернативы, обогреваемая зона покоя стеклоочистителя может быть обеспечена сама по себе - в том случае, когда обогреваемая зона меньше.
Резистивный нагревательный элемент может содержать тонкий прозрачный электропроводящий слой (например, покрытие) на окне, или он может содержать сеть тонких электрических проводников, которые простираются через окно. Проводники могут представлять собой тонкие провода или чередующиеся линии, отпечатанные электропроводящими чернилами. Электрическую связь с нагревательным элементом обычно создают за счет более широких проводников, известных как шины, которые приспособлены для переноса основных токов. Широко распространенное требование безопасности состоит в том, что никакая используемая открытая часть цепи не может превышать температуру 60-70єC. В частности, часть шины, обладающая высоким сопротивлением, которая переносит значительный ток, вероятно, будет перегреваться и представлять опасность, например, для пассажиров транспортного средства, а также потреблять энергию, которая могла бы быть более полезно рассеяна где-нибудь в другом месте, например в зоне обзора. По этой причине и для повышения электрического кпд шины с высоким сопротивлением не используются.
В своем самом простом воплощении электрически обогреваемое окно может содержать нагревательный элемент и пару пространственно разделенных шин, обычно по одной на каждой из двух противоположных сторон поверхности окна, с нагревательным элементом, простирающимся между ними через зону обзора. Электрическое соединение с внешним источником электропитания, например оплетка проводов автомобиля, может быть выполнено в виде штепсельных соединений известного типа, штепсельная часть которых, как правило, припаяна или иным способом приклеена к шине.
EP-A-0876 083 относится к обогреваемому окну, где нагревательный элемент (элементы) и связанные с ним соединения электрически обогреваемых окон сконфигурированы таким образом, чтобы оставлять выбранную область окна свободной, например, для обеспечения дополнительной единицы оборудования, при обеспечении, кроме того, окна, приемлемого как эстетически, так и технически. Это достигается путем использования частей шины различной толщины при подходящих комбинациях.
Известны более сложные цепи, содержащие множество резистивных нагревательных элементов. Например, в патенте США 5182431 раскрыто электрически обогреваемое окно, имеющее, по меньшей мере, три нагревательных элемента, по меньшей мере, один из которых может нагреваться быстрее и до более высокой температуры, чем остальные. Три различных нагревательных элемента соединены последовательно шинами. В патенте США 4513196 раскрыто обогреваемое ветровое стекло, которое имеет одну обогреваемую зону, которую можно нагревать быстрее, чем другие.
К сожалению, известные способы обеспечения остеклений с подогревом являются сложными, особенно если один участок зоны остекления можно нагреть быстрее, чем большинство других участков остекления. Это приводит к удорожанию, что может привести к менее эффективному изготовлению остеклений, и это приводит к сложностям в обеспечении надежности остеклений с подогревом.
Задача настоящего изобретения состоит в обращении к этим проблемам и в обеспечении простого средства для подогрева остекления.
Настоящее изобретение соответственно обеспечивает остекление с подогревом, содержащее оконное стекло из материала для остекления, и, по меньшей мере, одну шину высокого сопротивления, расположенную на оконном стекле.
Является предпочтительным, чтобы шина высокого сопротивления была расположена в первой части передней панели, нуждающейся в быстром обогреве. Первая часть может представлять собой, как правило, любую область оконного стекла. В транспортных средствах (особенно дорожных транспортных средствах, таких как автомобили) первая часть может успешно представлять собой зону покоя стеклоочистителя.
Как правило, и в основном, если это зона покоя стеклоочистителя, то первая часть может находиться в нижней (т.е. будучи установленной) части оконного стекла.
Является предпочтительным, чтобы шина высокого сопротивления простиралась через нижнюю часть оконного стекла в зоне покоя стеклоочистителя таким образом, чтобы она могла действовать как нагревающий элемент для быстрого и эффективного нагрева зоны покоя, когда это необходимо.
Шина высокого сопротивления может быть создана из проводящих чернил (например, серебряных частиц в стеклянном припое, особенно там, где оконное стекло сделано из стекла) или металлической ленты (например, луженой медной ленты).
Является предпочтительным, чтобы шина высокого сопротивления обладала заданным сопротивлением на единичную длину 0,25-0,04 Ом/м, более предпочтительно 0,2-0,041 Ом/м, а наиболее предпочтительно 0,17-0,0425 Ом/м. Типичное сопротивление на единичную длину составляет 0,08-0,045 Ом/м, например 0,0680 Ом/м. Заданное сопротивление шины определяется по мощности, подаваемой из источника электропитания, а также по скорости нагрева и требуемой температуре. Как правило, заданное сопротивление можно регулировать, изменяя удельное сопротивление материала, используемого для изготовления шины высокого сопротивления, путем изменения толщины, высоты и длины шины, а также ее формы.
Является предпочтительным, чтобы шина высокого сопротивления была в основном удлиненной, простирающейся через оконное стекло. Если шина изготовлена из проводящих чернил (с типичным удельным сопротивлением 4 мОм на квадратный фут), то она должна иметь, как правило, менее 100 мм в ширину, предпочтительно 20-90 мм в ширину. Шина высокого сопротивления должна, как правило, иметь 20-200 см в длину, предпочтительно 50-100 см в длину.
Где это желательно для получения остекления с различными зонами подогрева, то является желательным, чтобы остекление с подогревом дополнительно содержало, по меньшей мере, дополнительную шину. Является предпочтительным, чтобы дополнительная шина представляла собой шину низкого сопротивления.
Обычно шины высокого сопротивления и дополнительные шины располагают на оконном стекле близко друг к другу, предпочтительно на одной и той же стороне оконного стекла.
Шина низкого сопротивления обычно обладает сопротивлением менее 0,03 Ом/м, предпочтительно менее 0,025 Ом/м, а наиболее предпочтительно - менее 0,0213 Ом/м. Если она изготовлена в виде медной полоски, это может означать, что шина низкого сопротивления может, как правило, обладать шириной приблизительно 6-10 мм, предпочтительно 7-9 мм и наиболее предпочтительно примерно 8 мм (является предпочтительным, чтобы глубина составляла 50-200 микрон, предпочтительно 70-150 микрон, и чтобы длина составляла предпочтительно 50-100 см).
Является предпочтительным, чтобы шина низкого сопротивления содержала металлическую полоску, предпочтительно медную полоску, а также является предпочтительным, чтобы шина высокого сопротивления содержала проводящие чернила.
Для обеспечения электрически эффективной системы, которая может нагревать две или более зон, шину высокого сопротивления и дополнительную шину (предпочтительно шину низкого сопротивления) можно электрически подключать к резистивному нагревательному элементу для нагрева остекления. Является предпочтительным, чтобы шину высокого сопротивления и дополнительную шину (предпочтительно шина низкого сопротивления) можно было независимо друг от друга электрически подключать к резистивному нагревательному элементу для нагрева остеклением. Возможность независимого подключения является выгодной, поскольку она позволяет нагревать часть остекления, в которой расположена шина высокого сопротивления (при подключении шины высокого сопротивления). При подключении шины низкого сопротивления (или шин как высокого, так и низкого сопротивления) это позволяет нагревать другие части оконного стекла, по поверхности которого простирается резистивный нагревательный элемент.
Является предпочтительным, чтобы там, где остекление содержит резистивный нагревательный элемент, оно содержало сеть тонких электрических проводников, простирающихся через оконное стекло. Проводники могут представлять собой линии, отпечатанные в виде проводящих чернил (таких, как чернила на основе серебряных частиц в стеклокерамическом припое), которые накаливаются на стеклянной поверхности, или они могут представлять собой тонкие провода, например, вольфрама. Обычно отпечатанные линии в виде проводящих чернил являются предпочтительными для остекления, содержащего оконное стекло, полностью изготовленное из закаленного стекла. Предпочтительной технологией печати является трафаретная печать, хотя можно, по желанию, использовать и другие технологии печати.
Провода обычно являются более предпочтительными там, где оконное стекло содержит ламинат, поскольку провода можно размещать между двумя тонкими пластами, образующими ламинат, и, таким образом, закреплять в определенном местоположении.
Проводники могут простираться по поверхности оконного стекла от края и до края, или они могут простираться сверху вниз, в зависимости от того, как это лучше соответствует форме оконного стекла.
Толщину проводников можно варьировать для изменения их сопротивления. Например, проводники, если они отпечатаны, могут быть отпечатаны с различной шириной, обычно в диапазоне 0,4-1,0 мм. Там где проводники представляют собой провода, можно использовать различную толщину проводов, обычно в диапазоне 15-50 микрон. Сопротивление проводников можно изменять для осуществления предпочтительного нагрева определенных областей окна или для уравновешивания комбинированного сопротивления различных групп из неодинакового количества проводников для достижения более равномерного эффекта нагрева.
Резистивный нагревательный элемент обычно должен иметь, по меньшей мере, одну дополнительную шину на стороне элемента, удаленной от шин низкого и высокого сопротивления.
Шину или каждую из шин (шину высокого либо низкого сопротивления) можно отпечатать посредством проводящих чернил, что является предпочтительным, если проводники создаются одинаковым способом. В качестве альтернативы, когда проводники представляют собой тонкие металлические провода, шины можно печатать проводящими чернилами или получать в виде металлической полосы, например полосы луженой меди.
Шины (особенно отпечатанные шины) могут быть сужающимися или ступенчатыми, особенно по направлению к их концам. Следовательно, сделанные в этом описании ссылки на ширину шины до тех пор, пока из контекста не следует иное, относятся к ширине части шины (или участка шины), которая имеет постоянную ширину. Локальные изменения в ширине, особенно локальное расширение, следует игнорировать. При отсутствии каких-либо значительных участков шины с постоянной шириной ссылка, которая приводится, относится к средней ширине части шины (или участка шины). Очевидно, ширины относительно широких и относительно узких участков шины следует рассматривать по отдельности.
Шины, изготавливаемые из металлической полосы, например полосы луженой меди, не должны быть столь широкими, как шины, изготавливаемые из проводящих чернил, поскольку материалы металлической полосы по своей природе обладают большей проводимостью.
Оконное стекло может представлять собой любой листовой материал для остекления, например стекло, или пластмассу, или композит из каждого или обоих материалов. Оконное стекло, кроме того, может быть плоским или искривленным и/или окрашенным или покрытым; оно также может представлять собой ламинат из нескольких слоев стекла или пластмассы. Оконное стекло может, в частности, представлять собой закаленное стекло.
-2
Как правило, плотность мощности шины высокого сопротивления в ходе нагрева должна находиться в диапазоне 400-4000 Вт·м.
Остекления с подогревом согласно настоящему изобретению применяются во всех областях, где остекление необходимо; они нашли конкретное применение в транспортных средствах, особенно в дорожных транспортных средствах, хотя их использование не ограничено ими. Также существуют применения, например, в дверях прилавков-витрин холодильников и в окнах для кораблей, поездов и самолетов.
Во всех вариантах воплощения изобретения остекление связано с источником электропитания, обеспечивающим напряжение в сети. Шина высокого сопротивления имеет такое значение сопротивления, при котором шина пригодна для нагрева остекления при применении этого напряжения, точнее говоря, для нагрева остекления до уровня, обеспечивающего удаления запотевания или льда с поверхности остекления.
Варианты воплощения согласно настоящему изобретению далее будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
Фигура 1 схематически иллюстрирует первую конфигурацию остекления с подогревом согласно изобретению.
Фигура 2 схематически иллюстрирует вторую конфигурацию остекления с подогревом согласно изобретению.
Фигура 3 схематически иллюстрирует детали шины высокого сопротивления согласно изобретению в конфигурации, проиллюстрированной на Фигуре 2.
Первая конфигурация 3 остекления с подогревом показана на Фигуре 1. Остекление представляет собой ламинированное ветровое стекло 4 для транспортного средства, например для автомобиля. Два резистивных нагревательных элемента 6a, 6b простираются через центр ветрового стекла 4. Каждый из резистивных нагревательных элементов 6a, 6b содержит проводящие полосы 8, которые нагревают ветровое стекло 4 при пропускании тока через них. Проводящие полосы 8 могут быть отпечатаны на ветровом стекле (обычно на поверхности 4 ламината, т.е. поверхности, обращенной вовнутрь транспортного средства) с использованием проводящих чернил (например, на основе серебряных частиц в стеклокерамическом припое). В качестве альтернативы, проводящие полосы 8 могут представлять собой металлические провода, расположенные внутри ламината (рядом с пластмассовым промежуточным слоем).
Наверху ветрового стекла 4 имеются две верхние шины 10a, 10b, которые соединяют два резистивных нагревательных элемента соответственно 6a, 6b с землей.
Две шины высокого сопротивления 12a, 12b, соединенные соответственно с двумя резистивными нагревательными элементами 6a, 6b, направлены к низу ветрового стекла 4 в зонах покоя стеклоочистителя 14. Также к низу ветрового стекла направлены и ниже шины высокого сопротивления 12a, 12b расположены две шины низкого сопротивления 16a, 16b, также соединенные соответственно с двумя резистивными нагревательными элементами 6a, 6b. Шины высокого сопротивления 12a, 12b и шины низкого сопротивления 16a, 16b можно независимо друг от друга подключать к источнику электроэнергии (мощности) транспортного средства (не показанного) соответственно через контакты 1, 1a и 2, 2a.
Для нагрева зоны покоя стеклоочистителя 14 шины высокого сопротивления 12a, 12b электрически соединяют с использованием контактов 1, 1a. Это также приводит к нагреву резистивных нагревательных элементов 6a, 6b, что способствует полному устранению обледенения данной области.
Лишь для полного устранения обледенения области можно либо все контакты 1, 1a, и 2, 2a подключать к источнику электропитания, либо только контакты 2 и 2a подключать к шинам низкого сопротивления 16a, 16b.
Вторая конфигурация ламинированного ветрового стекла 20 с подогревом показана на Фигуре 2. Это аналогично первой конфигурации 3 согласно Фигуре 1, за исключением того, что шины высокого сопротивления 12a, 12b расположены ниже шин низкого сопротивления 16a, 16b, по направлению к низу ветрового стекла 20. Опять-таки, шины высокого сопротивления 12a, 12b расположены в зонах покоя стеклоочистителя 14.
Фигура 3 показывает детали шин высокого 12a и низкого 16a сопротивления одного из резистивных нагревательных элементов 6a с проводящими полосами 8 остекления с подогревом 18, проиллюстрированного на Фигуре 2. Шина высокого сопротивления 12a является более узкой (шириной 4 мм, толщиной 50 микрон), чем шина низкого сопротивления 16a (шириной 8 мм, толщиной 100 микрон). Обе шины сформированы в виде медных полос, и поскольку шина высокого сопротивления 12a является более тонкой, она обладает значительно более высоким сопротивлением, чем шина низкого сопротивления 16a.