АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ СТЕКЛО С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ МОЩНОСТЬЮ НАГРЕВА НА ВСЕЙ СВОЕЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2022 года по МПК H05B3/84 

Изобретение относится к антиобледенительному стеклу, используемому в авиации, на морских судах или на железнодорожном транспорте.

Воздушные, водные или наземные транспортные средства, работающие в условиях обледенения, оснащены системами нагрева, встроенными в стекла и позволяющими предупреждать появление наледи при скоплении и затем замерзании капель переохлажденной воды. Нагрев позволяет поддерживать температуру наружного слоя стекла выше 0°С и поддерживать воду в жидком состоянии. Затем вода либо удаляется воздушным потоком, либо испаряется. Нагрев получают за счет эффекта Джоуля при прохождении электрического тока либо в прозрачном проводящем слое, либо в нитях, достаточно тонких, чтобы не мешать обзору. Резистивные элементы расположены на внутреннем слое многослойных стекол, находящемся ближе всего к наружной поверхности, то есть на стороне, обращенной внутрь многослойной структуры, стеклянного листа многослойного стекла, который входит в контакт с наружной атмосферой.

Например, регламентные нормы в области авиации (в частности, CS25: на английском языке “Certification Specification for large airplanes”, установленные Европейским агентством авиационной безопасности EASA для больших коммерческих самолетов, бизнес-джетов, лайнеров и являющиеся эквивалентом документа FAR 25, выпущенного агентством FAA Соединенных Штатов Америки) указывают, что удельная мощность нагрева 7 кВт/м² позволяет обеспечивать ясный обзор в любую погоду. Таким образом, эту мощность обычно применяют на практике с целью обеспечения максимальной однородности.

Существует тенденция в увеличении размеров лобовых стекол самолетов, водных или наземных транспортных средств, в частности, высокоскоростных транспортных средств, с учетом сокращения количества окон и улучшения аэродинамических характеристик, при этом окна становятся все менее вертикальными. Поскольку требуется угловой обзор, это приводит к увеличению площади окон. Следовательно, электрическая мощность, предназначенная для окон, все больше возрастает и в некоторых условиях полета может стать первым пунктом расхода электричества.

Снижение потребления электрической мощности стеклами должно позволить уменьшить массу систем генерирования электрической энергии или электрических систем безопасности, а также снизить расход керосина или любого другого топлива.

В этой связи объектом изобретения является антиобледенительное стекло или его часть, полностью находящееся(аяся) в установленном положении с одной стороны плоскости симметрии корпуса воздушного, водного или наземного транспортного средства, отличающееся тем, что мощность нагрева является дифференцированной на всей его поверхности, чтобы направлять максимальную мощность на часть поверхности, где потери тепла являются максимальными. Это стекло обеспечивает намеренный разнородный нагрев и, следовательно, дает возможность уменьшить энергию для борьбы с наледью и уменьшить вес средств генерирования электричества.

Для упрощения в рамках изобретения рассмотрено стекло или его часть только с одной стороны плоскости симметрии транспортного средства. Разумеется, изобретение касается всех его антиобледенительных стекол. Стекла транспортного средства могут быть расположены не симметрично, то есть могут не быть зеркальным отображением друг друга относительно плоскости симметрии корпуса, хотя, как правило, они именно такими являются. Так, в данном случае симметричного расположения стекол, например, кабина экипажа самолета может иметь одно, два или три стекла с антиобледенительной функцией. Поэтому с учетом симметрии общее определение изобретения относится только к половине лобового стекла, соответственно только к одному из двух боковых стекол, соответственно только к половине лобового стекла и к тому из двух боковых стекол, которое расположено с той же стороны симметрии корпуса.

Согласно предпочтительным признакам заявленного антиобледенительного стекла или его части:

- упомянутая часть поверхности, где потери тепла являются максимальными, является нижней частью стекла, на которой происходит большее скопление воды, чем на остальной части стекла; это большее скопление обуславливает более значительную потребность в мощности для нагрева воды выше нуля градусов Цельсия и более значительную мощность для ее испарения;

- огибающая антиобледенительного стекла или его части образована четырехугольником ABCD, при этом АВ является касательной к середине верхней стойки стекла или его части, ВС является касательной к середине его задней стойки, CD является касательной к середине его нижней стойки, и DA является касательной к середине его передней стойки, возможно включенной в плоскость симметрии корпуса транспортного средства, Е и G являются серединами сегментов DA, соответственно ВС, F является любой точкой на сегменте EG, при этом средние значения удельной мощности нагрева составляют 7, соответственно 4, соответственно 4, каждое из них с допуском +/-1 кВт/м², на поверхностях, ограниченных точками CDEF, соответственно ABGE, соответственно CFG; таким образом, можно добиться снижения мощности примерно до 30% по отношению к стеклу, полностью нагреваемому при 7 кВт/м²; не нагреваемые поверхности (краевой эффект) при вычислении средней мощности не учитываются; это определение не исключает возможной кривизны антиобледенительного стекла: если касательные не являются компланарными-секущими, они должны проецироваться ортогонально на плоскость, перпендикулярную к нормали к стеклу (или к его части - половине) в его барицентре;

- дифференцированную мощность нагрева получают посредством нанесения прозрачного электропроводящего слоя разнородной толщины, позволяющего модулировать рассеиваемую мощность;

- антиобледенительное стекло или его часть содержит прозрачный электропроводящий слой, из которого посредством абляции были удалены тонкие линии разделения потока, чтобы способствовать контролю распределения дифференцированной мощности нагрева; эти линии разделения потока часто называют линиями потока и их получают в основном путем лазерной абляции; они описаны в заявках WO 2017/001792 A1, FR 2 888 082 A1, ЕР 0 893 938 А1 и WO 2018/109364 А1 и предназначены для направления электрического тока и даже в некоторых случаях для изоляции некоторых не проводящих зон при помощи замкнутых линий;

- прозрачный электропроводящий слой содержит по меньшей мере один прозрачный проводящий оксид, такой как оксид индия, легированный оловом (на английском языке Indium Tin Oxide - ITO), оксид олова, легированный фтором, SnO₂:F, и/или по меньшей мере один металл, такой как серебро, в частности, в виде многослойной структуры, содержащей серебро;

- антиобледенительное стекло или его часть представляет собой многослойное стекло, в котором на стороне, обращенной внутрь многословной структуры, стеклянного листа многослойного стекла, который в установленном положении входит в контакт с наружной атмосферой, расположены резистивные электропроводящие элементы; речь может идти о прозрачном электропроводящем слое и/или о сети нагревательных нитей; листы, образующие многослойное стекло, могут быть выполнены из минерального стекла, такого как натрий-кальциевое стекло, возможно подвергнутое термической закалке, алюмосиликатное стекло, возможно подвергнутое химической закалке, или другое стекло, или органическое стекло, например, типа полиметилметакрилата (ПММА), поликарбоната (ПК), полиуретана (ПУ), этиленвинилацетата (ЭВА); многослойное стекло может иметь структуру, обеспечивающую пуленепробиваемость, может иметь функции защитного экрана по отношению к электромагнитным излучениям, антистатические функции рассеяния/удаления электростатических зарядов, при этом его поверхности могут быть гидрофильными, гидрофобными, фотокаталитическими с функцией очистки от грязи.

Объектом изобретения является также применение описанного выше антиобледенительного стекла или его части в авиации, на морском транспорте или на железнодорожном транспорте, например, в качестве лобового или бокового стекла кабины экипажа самолета, лобового стекла судна, поезда, в частности, высокоскоростного поезда.

Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг. 1 - характерный четырехугольник половины антиобледенительного стекла и ограничение зон согласно частному варианту выполнения изобретения.

Фиг. 2 - четырехугольник, аналогичный показанному на фиг. 1, на который наложены зоны с разными значениями средней удельной мощности нагрева.

Показанное на фиг. 1 лобовое стекло кабины экипажа самолета центровано по отношению к фонарю кабины самолета, то есть по отношению к его плоскости симметрии. С учетом симметрии для нас достаточно показать только правую половину лобового стекла, видимую спереди самолета в установленном положении и расположенную только с правой стороны плоскости симметрии фонаря кабины. Эта кабина экипажа может содержать, например, два боковых стекла с двух сторон от лобового стекла.

Антиобледенительная функция придана лобовому стеклу при помощи прозрачного электропроводящего слоя, нанесенного на сторону, ориентированную внутрь многослойной структуры, стеклянного листа, входящего в контакт с наружной атмосферой.

Огибающая этой правой половины лобового стекла образована четырехугольником ABCD, при этом АВ является касательной к середине верхней стойки правой половины стекла, ВС является касательной к середине его задней стойки, CD является касательной к середине его нижней стойки, и DA является касательной к середине его передней стойки, которая в данном случае включена в плоскость симметрии фонаря кабины. Е и G являются серединами сегментов DA, соответственно ВС, и F является любой точкой на сегменте EG.

Как показано на фиг. 2, согласно изобретению, средние значения удельной мощности нагрева составляют 7, соответственно 4, соответственно 4, каждая из них с допуском +/- 1 кВт/м², на поверхностях, ограниченных точками CDEF, соответственно ABGE, соответственно CFG.

Изобретение относится к антиобледенительному стеклу, используемому в авиации, на морских судах или на железнодорожном транспорте. Технический результат - обеспечение возможности уменьшения энергии для борьбы с наледью и уменьшение веса средства генерирования электричества за счет обеспечения намеренного разнородного нагрева стекла. Технический результат достигается тем, что в антиобледенительном стекле или его части, полностью находящемся(ейся) в установленном положении с одной стороны плоскости симметрии корпуса воздушного, водного или наземного транспортного средства, содержится прозрачный электропроводящий слой разнородной толщины, обеспечивающий дифференцированную мощность нагрева на всей поверхности многослойного стекла, чтобы направлять максимальную мощность на часть поверхности, где потери тепла являются максимальными. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Антиобледенительное стекло или его часть, полностью находящееся(аяся) в установленном положении с одной стороны плоскости симметрии корпуса воздушного, водного или наземного транспортного средства, отличающееся тем, что содержит резистивные электропроводящие элементы на стороне, ориентированной внутрь многослойной структуры стеклянного листа многослойного стекла, который в установленном положении входит в контакт с наружной атмосферой, а также содержит прозрачный электропроводящий слой разнородной толщины, обеспечивающий дифференцированную мощность нагрева на всей поверхности многослойного стекла, чтобы направлять максимальную мощность на часть поверхности, где потери тепла являются максимальными.

2. Антиобледенительное стекло или его часть по п. 1, отличающееся тем, что упомянутая часть поверхности, где потери тепла являются максимальными, является нижней частью стекла, на которой скапливается больше воды, чем на остальной части стекла.

3. Антиобледенительное стекло или его часть по одному из предыдущих пунктов, в котором огибающая антиобледенительного стекла или его части образована четырехугольником ABCD, при этом АВ является касательной к середине верхней стойки стекла или его части, ВС является касательной к середине его задней стойки, CD является касательной к середине его нижней стойки и DA является касательной к середине его передней стойки, возможно включенной в плоскость симметрии корпуса транспортного средства, Е и G являются серединами сегментов DA, соответственно ВС, F является любой точкой на сегменте EG, отличающееся тем, что средние значения удельной мощности нагрева составляют 7, соответственно 4, соответственно 4, каждое из них с допуском +/-1 кВт/м², на поверхностях, ограниченных точками CDEF, соответственно ABGE, соответственно CFG.

4. Антиобледенительное стекло или его часть по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит прозрачный электропроводящий слой, из которого посредством абляции были удалены тонкие линии разделения потока, чтобы способствовать контролю распределения дифференцированной мощности нагрева.

5. Антиобледенительное стекло или его часть по п. 1 или 4, отличающееся тем, что прозрачный электропроводящий слой содержит по меньшей мере один прозрачный проводящий оксид, такой как оксид индия, легированный оловом (Indium Tin Oxide - ITO), оксид олова, легированный фтором, SnO₂:F, и/или по меньшей мере один металл, такой как серебро.

6. Применение антиобледенительного стекла или его части по одному из предыдущих пунктов в качестве стекла в авиации, на морском транспорте или на железнодорожном транспорте.