СВЕТОПРОЗРАЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ПОДОГРЕВОМ
LIGHT-TRANSPARENT STRUCTURE WITH HEATING FUNCTION

Изобретение относится к электротермии, а более конкретно к изделиям из многослойных электрообогреваемых стекол, и предназначено как для использования в качестве плоских стеклянных электронагревателей, так и в качестве стеклянных крыш, стеклопакетов, подогревателей различных сред и др.
Известно многослойное стекло (патент Франции №2540096), содержащее наружное полузакаленное стекло толщиной 4,5:6,5 мм; внутреннее отожженое, полузакаленное или закаленное стекло толщиной 1÷5 мм; тыльное отожженое стекло толщиной 1÷2 мм; склеивающий слой из поливинилбутираля толщиной 6÷10 мм, расположенный между наружным и внутренним стеклами; склеивающий слой из полиуретана толщиной 1÷4 мм, расположенный между внутренним и тыльным стеклами; на поверхность наружного стекла, обращенную к внутреннему стеклу, нанесено токопроводящее покрытие.
Недостатком этого многослойного стекла является наличие большой толщины поливинилбутирального склеивающего слоя - это существенно снижает устойчивость стекла при резких перепадах температур из-за наличия высоких термоупругих напряжений, возникающих при отрицательных температурах, что может привести к расслоению многослойного стекла или разрушению наружного или внутреннего стекол.
3
Наиболее близким к предлагаемому решению является многослойное стекло (патент RU №2204535, МПК: C03C 27/12, B32B 17/10, опубликован 20.05.2003), содержащее три параллельно расположенных стекла и промежуточные склеивающие слои, имеет наружное стекло толщиной 6÷8 мм, внутреннее 5,5÷6,5 мм и тыльное - 2÷3 мм; тыльное стекло упрочнено ионным обменом; склеивающий слой, расположенный между наружным и внутренним стеклами, имеет толщину 0,38÷1,2 мм; склеивающий слой, расположенный между внутренним и тыльным стеклами, имеет толщину 3÷5 мм и выполнен из поливинилбутираля; на поверхности внутреннего стекла, обращенной к наружному стеклу, нанесено токопроводящее покрытие; наружное стекло может быть упрочнено ионным обменом; упрочнение наружного и тыльного стекол проводят в расплаве KNO при (440±10)°C в течение 6÷18 ч.
Использование более толстого наружного полузакаленного стекла по сравнению повышает сопротивление контактным нагрузкам при ударах как небольшими, так и массивными твердыми телами.
С другой стороны, чем толще наружное стекло, тем менее эффективно оно нагревается при работе токопроводящего покрытия, расположенного на внутреннем стекле, и, следовательно, менее эффективен обогрев внутреннего помещения.
Задачей изобретения является создание светопрозрачной конструкции с подогревом, у которой была бы повышена эффективность работы при одновременном расширении функциональных возможностей, т.к. светопрозрачная конструкция с подогревом может быть использована и в качестве плоского стеклянного электронагревателя, и в качестве инфракрасных обогревателей, стеклянных крыш, стеклопакетов, автомобильных стекол и стекол для железнодорожных составов, подогревателей различных сред и др.
Технический результат достигается тем, что в светопрозрачной конструкции с подогревом, содержащей параллельно расположенные n стекол, где n - 2, 3…, с нанесенным токопроводящим покрытием на внутреннюю поверхность одного из внешних стекол, в отличие от прототипа, стекла установлены посредством дистанционных рамок и изолирующих, и склеивающих прокладок и образуют герметичную газовую камеру, при этом на внутреннюю поверхность другого внешнего стекла и на поверхность(и) каждого из внутренних стекол нанесено низкоэмиссионное покрытие, на поверхности с токопроводящим покрытием у противоположных кромок внешнего стекла выполнены методом напыления токоведущие дорожки, нанесенные в два этапа из сплава цинк-алюминий и сплава медь-цинк и размещенные в зонах изолирующих и склеивающих прокладок, а к токоведущим дорожкам подведены провода электропитания.
При прохождении электрического тока через невидимый токопроводящий слой выделяется тепловая энергия в инфракрасном диапазоне спектра излучения, на этот диапазон приходится до 95% выделяемой тепловой энергии, распределяемой по всему электрообогревателю.
Суть изобретения поясняется графическими материалами, на которых приведены:
на фиг.1 - светопрозрачная конструкция с подогревом, которая содержит два параллельно расположенных стекла;
на фиг.2 - светопрозрачная конструкция с подогревом, которая содержит три параллельно расположенных стекла.
Светопрозрачная конструкция с подогревом содержит параллельно расположенные стекла 1 и 2 - внешние стекла, 3 - внутреннее стекло, на внутреннюю поверхность одного из внешних стекол 1 нанесено токопроводящее покрытие 4, на внутреннюю поверхность другого внешнего стекла 2 и на поверхность(и) каждого из внутренних стекол 3 нанесено низкоэмиссионное покрытие 5, на поверхности с токопроводящим покрытием 4 у противоположных кромок внешнего стекла выполнены методом напыления токоведущие дорожки 6, размещенные в зонах изолирующих и склеивающих прокладок. Целесообразно нанесение токоведущих дорожек 6 в два этапа, в первый из которых наносят сплав цинк-алюминий для лучшей адгезии и во второй - сплав медь-цинк для улучшения подпайки проводов. К токоведущим дорожкам 6 подведены провода электропитания 7 светопрозрачной конструкции (на чертеже не показан), при этом провода электропитания 7 закреплены на токоведущих дорожках 6 посредством, например, пайки. Стекла установлены посредством дистанционных рамок 8 и изолирующих и склеивающих прокладок 9 и образуют герметичную газовую камеру 10, заполненную воздухом или аргоном (для понижения теплопроводности). Изолирующие и склеивающие прокладки 9 могут быть выполнены из силикона, например, изобутила благодаря его склеивающих и изолирующих свойств, препятствующих проникновению влаги и окислению сплавов используемых металлов.
Газовая камера 10 может быть заполнена воздухом, но лучше заполнять аргоном (для понижения теплопроводности). Изолирующие и склеивающие прокладки 9 могут быть выполнены из силикона, например, изобутила благодаря его склеивающим и изолирующим свойствам, препятствующим проникновению влаги и окислению сплавов используемых металлов.
Стрелками показаны инфракрасные лучи, излучаемые токопроводящим покрытием 4 и стеклом 1, инфракрасные лучи, излучаемые токопроводящим покрытием 4, отраженные инфракрасные лучи; а также инфракрасные лучи, излучаемые из помещения и широкими стрелками солнечные; изогнутыми стрелками показано направление теплопередачи за счет конвекции.
Для светопрозрачной конструкции с подогревом выбирается стекло толщиной от 4 мм, нарезается на пластины, необходимые для того или иного плоского стеклянного электронагревателя или светопрозрачной панели стеклянной крыши.
Пластину помещают в камеру для вакуумного напыления. Толщина и материал покрытия зависит от необходимого сопротивления резистивного слоя согласно техническому заданию. Также можно изменять мощность одной и той же светопрозрачной конструкции, меняя расстояние между токоведущими дорожками, или объединять резистивные дорожки нескольких пластин параллельно или последовательно. Возможно изменять мощность светопрозрачной конструкции, изменяя напряжение.
Следующий шаг обработки светопрозрачной конструкции это обработка фасок стекла для дальнейшего снятия точек напряжения при закалке стекла. Закаленное стекло, нагретое до температуры закалки (650-680°C) с последующим быстрым равномерным охлаждением воздухом. В результате такой обработки в поверхностных слоях стекла образуются остаточные напряжения сжатия, обеспечивающие его повышенную механическую прочность, термостойкость и безопасность при разрушении. Разбиваясь, такое стекло разрушается на множество мелких осколков с тупыми гранями, которые не способны причинить серьезные травмы. Закаленное стекло обладает тремя основными полезными свойствами, каждое из которых обеспечивает отличные технические свойства для применения в данной обогреваемой светопрозрачной конструкции.
После закалки на пластину наносят токоподводящие дорожки из сплавов металлов в последовательности: цинк-алюминий и медь-цинк. Дорожки напыляют толщиной от 0,01 мм до 1 мм и шириной от 5 мм в зависимости от силы тока. После этого к токоведущим дорожкам припаивают провод, для подключения к элементу питания.
При прохождении электрического тока через невидимый токопроводящий слой 4 выделяется тепловая энергия в инфракрасном диапазоне спектра излучения, распределяемая по всему электрообогревателю.
При использовании предлагаемой конструкции в качестве светопрозрачных панелей для стеклянных крыш, автомобильных стекол и стекол для железнодорожных составов стекло 1, на поверхность которого нанесено токопроводящее покрытие 4 и у противоположных кромок которого выполнены методом напыления токоведущие дорожки 6, должно быть обращено наружу. А при использовании предлагаемой конструкции, например, в качестве потолочного обогревателя стекло 1, на поверхность которого нанесено токопроводящее покрытие 4 и у противоположных кромок которого выполнены методом напыления токоведущие дорожки 6, должно быть обращено внутрь помещения.
Предлагаемая светопрозрачная конструкция, используемая в качестве обогревателя, способна выдерживать перепады напряжения, нагрев до 400 град Цельсия (если позволяет конструкция) и термошок.
Таким образом, применение предлагаемой обогреваемой светопрозрачной конструкции возможно во многих отраслях: и в качестве плоского стеклянного электронагревателя, и в качестве инфракрасных обогревателей, стеклянных крыш, стеклопакетов, автомобильных стекол и стекол для железнодорожных составов, подогревателей различных сред и др. Благодаря прозрачности стекла светопрозрачная конструкция с подогревом, применяемая в качестве плоского стеклянного электронагревателя, будет гармонично сочетаться с любым интерьером.