ЭЛЕКТРООБОГРЕВНОЕ ИЗДЕЛИЕ КОНСТРУКЦИОННОЙ ОПТИКИ Российский патент 1995 года по МПК C03C27/12 

Изобретение относится к области разработки и эксплуатации электрообогреваемых изделий конструкционной оптики (ИКО), представляющих собой прозрачные элементы кабины транспортных средств, а также их противообледенительных систем.

ИКО представляет собой композицию из нескольких стекол (силикатных или органических), соединенных органическим склеивающим слоем. ИКО является частью остекления фонаpя транспортного средства. Для обеспечения прозрачности ИКО при плохих метеоусловиях их снабжают противообледенительной системой (ПОС), включающей в себя регулятор температуры, коммутирующее устройство, прозрачный электрообогревающий элемент и датчик температуры, расположенный в склеивающем слое на последнем.

По сигналу от датчика температуры регулятор включает или отключает коммутирующее устройство, которое подает или отключает питание на электрообогревающий элемент ИКО. Как правило, электрообогревающий элемент представляет собой сеточный или пленочный нагреватель, расположенный на внутренней поверхности внешнего стекла композиции ИКО.

Настройка регулятора температуры (30-38^оС) рассчитана на обеспечение положительной температуры (2-5^оС) на внешней поверхности ИКО при максимальном расчетном теплосъеме. При малом теплосъеме в результате того, что датчик температуры находится на электрообогревающем элементе, температура на внешней поверхности может увеличиваться до 25-35^оС, а перепад на поверхности стекла (необогреваемые - обогреваемые зоны) при этом может достигнуть 80^оС и более. В результате этого в ИКО возникают опасные термомеханические напряжения, которые могут привести к разрушению стекла.

К этим напряжениям добавляются термомеханические напряжения, возникающие из-за изменения температурного поля в ИКО по его толщине в процессе разогрева. Последние существенно возрастают при увеличении удельной мощности обогрева и температуры настройки регулятора. Они могут повысить общий уровень термомеханических напряжений в стекле. Таким образом, повышение надежности ИКО в эксплуатации связано в значительной мере со снижением обоих этих составляющих термомеханических напряжений.

Напряжение и высокие температуры можно было бы снизить, если бы датчик температуры был размещен на поверхности стекла. Однако это невозможно, так как если датчик разместить на поверхности стекла, не повредив последнее, этот датчик будет сорван набегающим потоком воздуха или будет мешать стеклоочистителю. Если же его утопить в толщу стекла, то стекло в этом месте изменит прочностные характеристики, что приведет к его разрушению.

Известно устройство, обеспечивающее способ вывода на режим ИКО, с целью предотвращения разрушения изделия оно ведет нагрев до достижения перепада температур по склеивающему слою 0,5-15^оС/мм, после чего отключает питание, а затем после выравнивания температур эти операции повторяет многократно до вывода изделия на режим [1].

Недостатком этой конструкции является необходимость обеспечить значительно большую (в 2-3 раза) мощность обогрева, что при отказе системы автоматического регулирования неминуемо приводит к разрушению изделия и, кроме того, требует размещения внутри ИКО добавочных датчиком температуры, что усложняет их технологию и замена которых при отказе невозможна.

Наиболее близким по технической сущности решением к изобретению является устройство - электрообогреваемое окно, содержащее в себе резистивное сопротивление и токоподводящие шинки с расположенным на них датчиком-выключателем. В нем проблема установки датчика (выключателя) решается размещением датчика на токопроводящей шинке, на ее участке, находящемся вне окна. Эффект усиливается за счет сужения сечения шинки в месте установки датчика или увеличения ее сопротивления; датчик имеет термический контакт как с токопроводящей шинкой, так и с "тепловым шлюзом" - теплопроводником, затрудняющим или увеличивающим отбор тепла от места установки датчика-выключателя [2] . Однако это устройство не обеспечивает снижение термомеханических напряжений и позволяет либо регулировать температуру, близкую к температуре нагревателя, и тогда не позволяет получить необходимую температуру поверхности, либо регулировать последнюю, но тогда, в случае большого теплосъема, возможен перегрев и пузырение склеивающего слоя. Кроме того, расположение датчика температуры на подводящих шинках ограничивает выбор его места установки участками возможного вывода шинок из ИКО. Разработка выхода из многослойного стекла шинок, заключенных в пластик, существенно усложняет конструкцию и технологию изготовления стекла.

Целью устройства является повышение надежности изделия.

Поставленная цель достигается тем, что электрообогревное изделие конструкционной оптики, включающее, по крайней мере, два стекла, соединенные склеивающим слоем, электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, датчик температуры, подключенный к входу регулятора, и первый коммутатор, силовая цепь которого включена последовательно в цепь питания электронагревательного элемента, снабжено теплоизоляционным слоем, на внешней поверхности которого расположен датчик температуры, дополнительным электронагревательным элементом с шинками, размещенным на контактирующей со стеклом стороне теплоизоляционного слоя, интегратором, модулятором и вторым коммутатором, силовая цепь которого включена последовательно в цепь питания дополнительного электронагревательного элемента, выход регулятора подключен к входу второго коммутатора и через последовательно соединенные интегратор и модулятор - к входу первого коммутатора.

На фиг.1 представлена общая блок-схема изделия; на фиг.2-4 - диаграмма регулирования температуры на ИКО.

Электрообогревное изделие конструкционной оптики включает в себя внешнее стекло 1, соединенное склеивающим слоем 2 с внутренним стеклом 3. На внутренней поверхности внешнего стекла 1 расположен электронагревательный элемент 4 с токопроводящими шинками 5. Изделие снабжено теплоизоляционным слоем 6, на внешней поверхности которого размещен датчик 7 температуры, а на внутренней его стороне, прилегающей к внутреннему стеклу 3 - дополнительный электронагревательный элемент 8. Дополнительный элемент для сохранения аэродинамики изделия и сокращения утечек тепла в плоскости изделия имеет обмазку из герметика 9. Датчик 7 температур связан с регулятором 10 температуры, который соединен с коммутатором 11 нагревателя 8 и через интегратор 12 и модулятор 13 с коммутатором 14 электронагревательного элемента 4. Регулятор 10 температуры, интегратор 12 и модулятор 13 получают питание от источника питания 15. Нагреватель 8 имеет свой источник питания 16, а электронагревательный элемент - источник питания 17.

Устройство работает следующим образом.

При температуре на датчике 7 температуры ниже заданной (5^оС) регулятор 10 включает коммутатор 11, который подает питание на нагреватель 8. Нагреватель разогревает теплоизоляционный слой и область внутреннего стекла напротив него. Одновременно сигнал регулятора 10 температуры подается на интегратор 12 и с него через модулятор 13 - на коммутатор 14 электрообогревающего устройства. Коммутатор включает обогрев изделия.

Как только слой прогреется и датчик температуры разогреется до заданной температуры (Т_настр.), регулятор отключает обогрев дополнительного устройства и включает его после охлаждения этого устройства (на Δ Т) (кривая 1, 2 фиг.3).

Кривая 3 на фиг. 3 соответствует интегральной величине, подводимой к нагревателю мощности или действительному теплосъему. Это величина может меняться в пределах от 0 до Р_н - полной номинальной мощности нагревателя дополнительного устройства.

В нерасчетных условиях, когда теплосъем больше номинальной мощности и регулятор не отключает электрообо- гревающий элемент, сигнал, пропорциональный величине теплосъема (кривая 3, фиг.3), из интегратора поступает в мультивибратор, который управляет коэффициентом скважности импульсов, идущих к коммутирующему устройству электрообогревающего элемента.

В зависимости от величины теплосъема (кривая 3, фиг.3), при заданной частоте мультивибратора λ, изменяется время цикла включения обогрева К или K/λ - коэффициент заполнения. В результате на электрообогревающий элемент изделия поступает мощность (кривая 4, фиг.4) интегральное значение которой изменяется соответственно по кривой 5. С учетом допусков она идентична кривой 3. Если нагреватель и электрообогревающий элемент имеют одинаковую удельную мощность, то вследствие этого будет равенство температур внешних поверхностей. Если же удельные мощности различны - величина их соотношений вводится при настройке системы в управляющий мультивибратор в виде коэффициента усиления и соответственно корректируется коэффициентом заполнения.

Чтобы исключить перегрев изделия в то время, когда обогрев включен полностью (коэффициент заполнения равен 1,0), номинальная удельная мощность нагревателя дополнительного элемента должна быть равна или несколько выше номинальной удельной мощности электрообогревающего элемента изделия.

Использование изобретения позволяет регулировать температуру на внешней поверхности изделия в пределах 2-15^оС во всех заданных диапазонах изменения величины теплосъема, в то время как с традиционным расположением датчика температуры на внешней поверхности внешнего стекла (над электрообогревающим элементом) при малых теплосъемах эта температура достигается и превышает температуру настройки регулятора 38^оС.

Устройство за счет введения упомянутых элементов обеспечивает более высокое качество регулирования, поэтому может быть использовано в более широком диапазоне изменения величин параметров среды (температура, влажность), скорости движения как среды, так и объекта.

Не исключена возможность ремонта изделия при отказе датчика температуры или всего дополнительного устройства, что ранее было невозможным.

Реализация устройства дает снижение термомеханических напряжений в изделиях.

Использование: разработка и эксплуатация электрообогревных изделий конструкционной оптики. Сущность: изделие снабжено теплоизоляционным слоем, на внешней поверхности которого расположен датчик температуры, и дополнительным электронагревательным элементом с шинками, размещенным на контактирующей с внутренним стеклом стороне теплоизоляционного слоя. 4 ил.

ЭЛЕКТРООБОГРЕВНОЕ ИЗДЕЛИЕ КОНСТРУКЦИОННОЙ ОПТИКИ, включающее по крайней мере два стекла, соединенных склеивающим слоем, электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, датчик температуры, подключенный к входу регулятора температуры, и первый коммутатор, силовая цепь которого включена последовательно в цепь питания электронагревательного элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности изделия, оно снабжено теплоизоляционным слоем, на внешней поверхности которого расположен датчик температуры, дополнительным электронагревательным элементом с токопроводящими шинками, размещенным на контактирующей с внутренним стеклом стороне теплоизоляционного слоя, интегратором, модулятором и вторым коммутатором, силовая цепь которого включена последовательно в цепь питания дополнительного электронагревательного элемента, причем выход регулятора подключен к входу второго коммутатора и через последовательно соединенные интегратор и модулятор подключен к входу первого коммутатора.