МНОГОСЛОЙНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ПРОЗРАЧНУЮ ОСНОВУ С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ СЛОЕМ, СОДЕРЖАЩИМ ЛИНИИ ТОКА С ПЕРЕМЕННОЙ ШИРИНОЙ Российский патент 2022 года по МПК B32B17/10 

[0001] Оконные стекла транспортных средств (таких как самолеты, поезда, вертолеты, корабли, автомашины и т.д.) и, в некоторых случаях, остекление зданий могут быть снабжены функциями обогрева, встроенными в остекление, чтобы предотвратить или устранить, в зависимости от ситуации, запотевание на внутренней стороне или обледенение на наружной стороне.

[0002] Нагрев характеризуется удельной мощностью (Вт/м²), которая адаптируется к конкретным потребностям каждого приложения.

[0003] Нагревательная система состоит, например, из нитей, нанесенных трафаретной печатью на однослойное остекление, или вставленных в промежуточный адгезивный слой многослойного остекления, или образована из прозрачных проводящих слоев (легированные оксиды: оксид индия, легированный оловом (ITO от английского Indium Tin Oxide), AZO (от английского Aluminum Zinc Oxide, оксид цинка, легированный алюминием), SnO₂:F, или из металлов, таких как серебро, или, возможно, из многослойного пакета с одинаковыми или разными слоями), что позволяет осуществить нагрев за счет эффекта Джоуля. В обоих случаях питание нагревательной системы обеспечивается электродами, питающимися от напряжения, доступными на транспортном средстве или в здании.

[0004] Стекла с нагревательными слоями получают путем резки и, возможно, формования стекла, уже содержащего такой слой, либо путем позднейшего (после резки) осаждения слоя на фасонное стекло. Под "стеклом" здесь понимается предпочтительно любое минеральное стекло, а также жесткая прозрачная основа из полимерного материала, типичным примером которого является полиметилметакрилат (PMMA).

Поскольку непрямоугольную форму невозможно нагреть однородно, в случае слоя, имеющего однородную электропроводность, реализуются две стратегии:

- градиент электропроводности, получаемый обычно за счет градиента толщины электропроводящего слоя, такого как проводящий оксид металла (обычно ITO); значительные изменения толщины слоя позволяют ограничить плотность тока в некоторых частях нагревательной поверхности; чем более сложной является форма, тем значительнее выражен градиент толщины и тем сложнее его реализовать с промышленной точки зрения;

- линии абляции в электропроводящем слое, называемые линиями разделения потока или, чаще, линиями тока, как описано в патенте EP1897412-B1, которые направляют течение электрического тока; это решение дает хорошие результаты с точки зрения однородности только в том случае, если токоподводы являются параллельными и имеют одинаковую длину (допустимы незначительные отклонения).

[0005] Эти две стратегии можно использовать в комбинации.

[0006] Средства, используемые для создания градиента толщины электропроводящего слоя, могут быть сложными в управлении, а полное электрическое сопротивление слоя по всей площади остекления может значительно варьироваться. Для всего оконного стекла при постоянном напряжении электрического тока U между токоподводами (шинами) номинальная общая мощность равна U²/R, где R означает полное сопротивление электропроводящего слоя; если полное сопротивление R будет слишком низким, это может привести к слишком высокой мощности (слишком много энергии потребляется нагревательной системой), и в предельном случае продукт будет забракован, так как он больше не отвечает требуемым допускам.

[0007] Кроме того, когда обогреваемое остекление имеет сложную форму и когда на электропроводящем слое создаются линии тока, чтобы направлять электрический ток и в некоторой степени выравнивать локальную плотность мощности нагрева, неоднородности плотности мощности все же могут сохраниться на всей площади остекления; в частности, в области острых углов поверхности остекления плотность мощности нагрева ниже и является недостаточно высокой. При постоянной силе электрического тока i на всей проводящей полосе между двумя линиями тока мощность P, рассеиваемая локально, равна R⋅i², а плотность мощности Ps равна P/S (например, в Вт/дм²), где S означает площадь между двумя линиями тока.

[0008] Таким образом, изобретение направлено на разработку обогреваемого остекления, у которого номинальная мощность не превышает определенного максимального значения, и плотность мощности которого контролируемо выравнивается по всей площади остекления, и, в частности, там, где плотности мощности минимальны, например, в некоторых угловых зонах, они повышаются.

[0009] Эта цель была достигнута благодаря настоящему изобретению, которое, таким образом, относится к многослойному остеклению, состоящему из нескольких жестких прозрачных основ, соединенных друг с другом попарно посредством промежуточного адгезивного слоя, причем по меньшей мере одна из этих основ покрыта электропроводящим слоем, при этом одна зона этой прозрачной основы имеет четыре попарно противоположных края, и первая и вторая токопроводящая шина расположены вдоль двух противоположных краев, электропроводящий слой имеет линии тока для проведения электрического тока между шинами, причем остекление отличается тем, что все линии тока имеют переменную ширину.

[0010] Создание линий тока переменной ширины позволяет лучше управлять омическим сопротивлением слоя и лучше регулировать мощность, потребляемую слоем.

[0011] Использование лазера со сканером позволяет, например, изменять ширину линий тока, полученных абляцией.

[0012] Измерение омического сопротивления нагревательного слоя позволяет, когда оно ниже номинального значения, лучше подбирать ширину линий тока, чтобы получить надлежащее сопротивление, близкое к номинальному значению.

[0013] В зонах остекления, где плотность мощности слишком низкая, увеличение ширины линий тока соответственно уменьшает ширину электропроводящих полос, в результате чего повышается их сопротивление R и одновременно уменьшается их площадь S, что является двумя источниками локального повышения плотности мощности R⋅i²/S. Изобретение позволяет существенно уменьшить количество холодных пятен даже при отсутствии градиента толщины нагревательного слоя.

[0014] Несколько электропроводящих слоев могут одновременно иметься на разных уровнях толщины многослойного остекления.

[0015] Согласно конкретным вариантам осуществления:

[0016] - электропроводящий слой имеет в основе оксид металла, такой как оксид индия, легированный оловом (ITO), и/или оксид олова, легированный фтором SnO₂:F, и/или оксид цинка, легированный алюминием (AZO), и/или имеет в основе металл, такой как золото Au и/или серебро Ag, возможно в виде многослойного пакета, в частности, содержащей по меньшей мере один слой серебра;

[0017] - электропроводящий слой имеет толщину от 2 до 1600 нм;

[0018] - электропроводящий слой имеет градиент толщины, то есть изменение его толщины, которая не является постоянной;

[0019] - линии тока имеют ширину от 5 до 1000 мкм;

[0020] - расстояние между двумя соседними линиями тока больше или равно 8 мм, не превышает 40 мм и составляет в порядке возрастания предпочтения 30, 25 и 20 мм;

[0021] - электропроводящий слой имеет линии разделения фаз, состоящие из линий абляции шириной от 500 до 2000 мкм; в случае трехфазного тока эти линии разделения фаз разграничивают три зоны разных фаз;

[0022] - указанные жесткие прозрачные основы изготовлены из стекла, такого как известково-натриевое, алюмосиликатное, боросиликатное стекло, при необходимости химически упрочненного, термически полузакаленного или закаленного, или из полимерного материала, такого как полиметилметакрилат (PMMA), поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET) или полиуретан (PU);

[0023] - электропроводящий слой находится на обращенной внутрь многослойного остекления стороне по меньшей мере одной из двух жестких прозрачных основ, из которых образованы две внешние поверхности многослойного остекления;

[0024] - промежуточный адгезивный слой выбран из поливинилбутираля (PVB), полиуретана (PU), полиэтиленвинилацетата (EVA), иономеров, используемых по отдельности или в смеси из ножества из них;

[0025] - по меньшей мере одна линия тока (92; 93) имеет локально увеличенную ширину, чтобы локально повысить электрическое сопротивление, локально уменьшить площадь проводящей зоны и локально повысить плотность мощности нагрева, чтобы исключить образование холодных пятен; это имеет место, в частности, в угловой зоне сложной формы, отклоняющейся от прямого угла, где плотность мощности нагрева недостаточна.

[0026] Объектом изобретения является также способ изготовления описанного выше многослойного остекления, включающий образование на электропроводящем слое линий тока контролируемой переменной ширины путем абляции с помощью импульсного лазера в комбинации со сканером для смещения лазерного пятна, и/или путем локализованного химического травления электропроводящего слоя, и/или путем осаждения первого покрытия, например, краски по рисунку, соответствующему линиям тока, осаждения электропроводящего слоя в качестве второго покрытия, а затем удаления, например, путем растворения, указанного первого покрытия и части покрывающего его электропроводящего слоя. Эта последняя операция известна под английским термином "lift-off" (обратная литография).

[0027] Другой объект изобретения относится к применению описанного выше многослойного остекления в качестве обогреваемого остекления в воздушном, наземном, в частности, железнодорожном, водном, в частности, морском, бронированном транспортном средстве.

[0028] Согласно первому варианту осуществления настоящей заявки, стороны указанных жестких прозрачных основ пронумерованы, начиная со стороны, обозначенной как сторона 1, находящейся в контакте с наружной атмосферой, и электропроводящий слой покрывает сторону n многослойного остекления, где n больше или равно 2, предпочтительно равно 2, для применения в качестве остекления, устраняющего/предотвращающего обледенение.

[0029] Согласно второму варианту осуществления настоящей заявки, стороны указанных жестких прозрачных основ пронумерованы как было определено выше, и электропроводящий слой покрывает сторону n многослойного остекления, где n больше или равно 3, предпочтительно обращенную внутрь многослойного остекления сторону жесткой прозрачной основы, контактирующей с внутренним объемом транспортного средства, для применения в качестве остекления, устраняющего/предотвращающего запотевание.

[0030] Изобретение проиллюстрировано на прилагаемых чертежах, на которых:

[0031] Фиг. 1 показывает жесткую прозрачную основу (подложку), покрытую противообледенительным нагревательным слоем, предусмотренную в качестве части многослойного остекления сложной формы в кабине самолета; вид спереди.

[0032] Фиг. 2 представляет собой частичный схематический вид спереди противообледенительного нагревательного слоя, такого как слой с фиг.1, содержащего линии тока согласно изобретению.

[0033] Согласно фиг. 1, прозрачная основа (подложка) из алюмосиликатного стекла покрыта электропроводящим слоем 2 из оксида индия, легированного оловом (ITO), по существу однородной толщины, зона 1 которого имеет четыре попарно противоположных края (3, 5), (4, 6), и при этом первая и вторая шины 7, 8 расположены вдоль двух противоположных краев 3,5.

[0034] Линии абляции электропроводящего слоя 2 образуют линии тока 9 для проведения электрического тока между шинами 7, 8.

[0035] Если эти линии тока 9 имеют постоянную ширину, угловая зона, обведенная кружком на фиг. 1, является областью с более низкой плотностью мощности нагрева, чем центральные зоны противообледенительного нагревательного слоя 2. В этой угловой зоне плотность мощности недостаточна.

[0036] Чтобы исправить это, линии тока 9 имеют, согласно изобретению, изменяемую ширину, как показано на фиг.2. Например, линия тока 91 имеет постоянную ширину 200 мкм, линия тока 92 - постоянную ширину 600 мкм, а линия тока 93 - ширину, изменяющуюся от 200 до 600 мкм. Таким образом, расширение линий тока 92, 93 локально повышает электрическое сопротивление, при этом площадь проводящей зоны уменьшается, а плотность мощности нагрева локально увеличивается, чтобы исключить появление холодных точек даже в отсутствие градиента толщины нагревательного слоя 2.

[0037] В следующих таблицах 1, 2 и 3 приводятся примеры увеличения сопротивления (полное сопротивление) Ra между подводами (шинами) электропроводящего слоя ITO толщиной 200 нм, снабженного 60 эквидистантными линиями тока между токоподводами, находящимися на расстоянии 100 мм, в зависимости от ширины нагревательного слоя и ширины линий тока.

Таблица 1

удельное сопротивление слоя 2∙10^-6 Ом∙м ширина слоя 1000 мм расстояние между подводами 100 мм ширина линий 100 мкм число линий 60 толщина слоя 200 нм Ra без линий 1 Ом Ra с линиями 1,01 Ом ΔR 0,60 %

Таблица 2

удельное сопротивление слоя 2∙10^-6 Ом∙м ширина слоя 1000 мм расстояние между подводами 100 мм ширина линий 600 мкм число линий 60 толщина слоя 200 нм Ra без линий 1 Ом Ra с линиями 1,04 Ом ΔR 3,73 %

Таблица 3

удельное сопротивление слоя 2∙10^-6 Ом∙м ширина слоя 800 мм расстояние между подводами 100 мм ширина линий 600 мкм число линий 60 толщина слоя 200 нм Ra без линий 1,25 Ом Ra с линиями 1,31 Ом ΔR 4,71 %

[0038] Из сравнения таблицы 1 и таблицы 2 следует, что при ширине нагревательного слоя 1000 мм, увеличение ширины линий тока с 100 до 600 мкм приводит к повышению сопротивления между токоподводами Ra на 3,73% вместо 0,60% в отсутствие линий тока.

[0039] Из таблицы 3 можно видеть, что при ширине электропроводящего слоя 800 мм линии тока шириной 600 мкм приводят к увеличению сопротивления на 4,71% в сравнении с отсутствием линий тока.

Изобретение относится к многослойному остеклению, состоящему из нескольких жестких прозрачных основ, склеенных друг с другом попарно посредством промежуточного адгезивного слоя. По меньшей мере одна из этих основ покрыта электропроводящим слоем. Зона этой прозрачной основы имеет четыре попарно противоположных края. Первая и вторая токопроводящие шины расположены вдоль двух противоположных краев. Электропроводящий слой имеет линии тока для проведения электрического тока между шинами. Все линии тока имеют переменную ширину. Изобретение относится также к способу изготовления такого остекления и его применению, в частности, в авиации. Группа изобретений обеспечивает равномерный обогрев остекления. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Многослойное остекление, состоящее из множества жестких прозрачных основ, соединенных друг с другом попарно посредством промежуточного адгезивного слоя, причем по меньшей мере одна из этих прозрачных основ покрыта электропроводящим слоем (2), при этом зона (1) этой прозрачной основы имеет четыре попарно противоположных края (3, 5), (4, 6) и первая и вторая шины (7, 8) расположены вдоль двух противоположных краев (3,5), электропроводящий слой (2) имеет линии тока (9; 91; 92; 93) для проведения электрического тока между шинами (7, 8), отличающееся тем, что набор линий тока (9; 91; 92; 93) имеет переменную ширину.

2. Многослойное остекление по п. 1, отличающееся тем, что электропроводящий слой (2) имеет в основе легированный оксид металла, такой как оксид индия, легированный оловом (ITO), и/или оксид олова, легированный фтором SnO₂:F, и/или оксид цинка, легированный алюминием (AZO), и/или металл, такой как золото Au и/или серебро Ag, опционно в виде многослойного пакета, в частности, содержащего по меньшей мере один слой серебра.

3. Многослойное остекление по п. 1 или 2, отличающееся тем, что электропроводящий слой (2) имеет толщину от 2 до 1600 нм.

4. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что электропроводящий слой (2) имеет градиент толщины.

5. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что ширина линий тока (9; 91; 92; 93) составляет от 5 до 1000 мкм.

6. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что расстояние между двумя соседними линиями тока по меньшей мере равно 8 мм, самое большое 40 мм и составляет в порядке возрастания предпочтения 30, 25 и 20 мм.

7. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что электропроводящий слой (2) имеет линии разделения фаз, состоящие из линий абляции шириной от 500 до 2000 мкм.

8. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанные жесткие прозрачные основы изготовлены из стекла, такого как известково-натриевое, алюмосиликатное, боросиликатное стекло, при необходимости химически упрочненного, термически полузакаленного или закаленного, или из полимерного материала, такого как полиметилметакрилат (PMMA), поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET) или полиуретан (PU).

9. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что электропроводящий слой (2) находится на обращенной внутрь многослойного остекления стороне по меньшей мере одной из двух жестких прозрачных основ, образующих две внешние поверхности многослойного остекления.

10. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что промежуточный адгезивный слой выбран из поливинилбутираля (PVB), полиуретана (PU), полиэтиленвинилацетата (EVA), иономеров, используемых по отдельности или в смеси из множества из них.

11. Многослойное остекление по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что линия тока (92; 93) по меньшей мере имеет локально увеличенную ширину, чтобы локально повысить электрическое сопротивление, локально уменьшить площадь проводящей зоны и локально повысить плотность мощности нагрева, чтобы исключить образование холодных пятен.

12. Способ изготовления многослойного остекления по одному из предыдущих пунктов, включающий образование на электропроводящем слое (2) линий тока (9; 91; 92; 93) контролируемой переменной ширины путем абляции с помощью импульсного лазера в комбинации со сканером для смещения лазерного пятна, путем локализованного химического травления электропроводящего слоя (2) и/или путем осаждения первого покрытия, например краски по рисунку, соответствующему линиям тока (9; 91; 92; 93), осаждения электропроводящего слоя (2) в качестве второго покрытия, а затем удаления, таким как растворение, указанного первого покрытия и части покрывающего его электропроводящего слоя (2).

13. Применение многослойного остекления по одному из пп. 1-11 в качестве обогреваемого остекления в воздушном, наземном, в частности железнодорожном, водном, в частности морском, бронированном транспортном средстве.

14. Применение по п. 13, в котором стороны указанных жестких прозрачных основ пронумерованы, начиная со стороны, находящейся в контакте с наружной атмосферой и обозначенной как сторона 1, и электропроводящий слой (2) покрывает сторону n многослойного остекления, где n больше или равно 2, предпочтительно равно 2, для применения в качестве остекления, устраняющего/предотвращающего обледенение.

15. Применение по п. 13, в котором стороны указанных жестких прозрачных основ пронумерованы, начиная со стороны, находящейся в контакте с наружной атмосферой и обозначенной как сторона 1, и электропроводящий слой (2) покрывает сторону n многослойного остекления, где n больше или равно 3, предпочтительно упомянутая сторона ориентирована к внутренней части многослойного остекления жесткой прозрачной основы, контактирующей с внутренним объемом транспортного средства, для применения в качестве остекления устраняющего/предотвращающего запотевание.