Результат интеллектуальной деятельности: НАГРЕВАЕМОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ С УТОНЕННЫМ НАРУЖНЫМ СТЕКЛЯННЫМ ЛИСТОМ И С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ СЛОЕМ С ЛИНИЯМИ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКА

Настоящее изобретение относится к нагреваемым остеклениям (с противообледенительной функцией) с применением проводящего слоя, в частности, предназначенным для использования в авиации (самолет и вертолет).

Нагреваемые остекления в авиации являются многослойными остеклениями из двух или трех стеклянных или органических слоев. Предупреждение появления наледи на авиационных окнах можно обеспечивать за счет нагрева от эффекта Джоуля при помощи прозрачного и электропроводящего слоя. Нагревательный слой наносят с неоднородностью поверхностной прочности, чтобы ограничить неоднородность поверхностной мощности (равномерно можно нагревать только прямоугольники). Как правило, нагревательный слой наносят на стекло толщиной 3 мм. Нагрев регулируют при помощи температурного датчика, показывающего среднюю температуру нагревательного слоя.

В настоящее время используют подложки нагревательного слоя, как правило, толщиной 3 мм, так как, будучи выполненными из наполовину закаленного стекла (термическую закалку очень тонких стекол осуществлять невозможно), они часто требуют чрезмерного нагрева, поскольку толщина стекла сильно искажает информацию о реальной температуре наружного слоя остекления, которую необходимо поддерживать выше 0°С. Кроме того, зоной, наиболее подверженной обледенению, является зона, имеющая самую низкую удельную мощность (при одинаковом потоке капель воды, замерзающих при контакте со стеклом при температуре ниже 0°С), и именно по этой зоне необходимо определять параметры системы обогрева. Следовательно, в зонах, нагреваемых в наибольшей степени, расход энергии является чрезмерным.

Главной задачей изобретения является уменьшение достаточной мощности нагревательного остекления для обеспечения предупреждения образования наледи на всей его поверхности.

В связи с этим объектом изобретения является многослойное остекление, содержащее первый структурный слой, соединенный с первым стеклянным листом толщиной 05-1,5 мм через первый промежуточный адгезивный слой, отличающееся тем, что упомянутый первый стеклянный лист образует первую наружную сторону многослойного остекления, тем, что сторона упомянутого первого стеклянного листа, обращенная к упомянутому первому промежуточному адгезивному слою, покрыта первым нагревательным проводящим слоем толщиной от 2 ангстрем до 500 нм, и тем, что упомянутый первый нагревательный проводящий слой имеет линии разделения потока толщиной 0,05-0,2 мм, разделенные промежутком от 8 до 20 мм, выполненные посредством травления, для направления тока между двумя полосами подвода тока, расположенными вдоль двух противоположных краев остекления.

В рамках изобретения под «структурным слоем» следует понимать прозрачный лист достаточной толщины, чтобы обеспечивать требуемую механическую прочность, и он будет подробнее описан ниже. Заявленное многослойное остекление содержит один или несколько, в частности, не более трех таких слоев.

Для выполнения упомянутого первого стеклянного листа на рынке существуют стеклянные листы с алюмосиликатной матрицей с низкими значениями толщины менее 1 мм, причем это стекло может быть усилено химически (но не термически) и образовать, таким образом, механически прочные нагревательные слои, в частности, на передних сторонах остеклений. Использование тонкого стекла позволяет понизить температуру уставки (заданное значение температуры), что дает ряд преимуществ:

- уменьшение электрического потребления в фазах полета, не приводящих к обледенению, а также на земле, когда имеющаяся мощность является ограниченной,

- уменьшение термомеханических напряжений и, следовательно, повышение надежности,

- сокращение времени удаления наледи на земле,

- существенное снижение рисков локального перегрева во время переходных периодов запуска на земле в холодных условиях.

Использование остекления с линиями разделения потока (называемыми также линиями потока) обеспечивает лучшую равномерность нагрева, что позволяет:

- снизить общую электрическую мощность при одинаковой удельной мощности в самой холодной точке,

- снизить мощность электрических генераторов,

- понизить температуру самых горячих зон, которые могут привести к старению остекления,

- легче позиционировать температурные датчики,

- существенно снизить риски локального перегрева во время переходных периодов запуска на земле в холодных условиях.

Таким образом, за счет технических мер в соответствии с изобретением можно снизить общее энергопотребление остекления с обеспечением предупреждение обледенения на всей его поверхности, и одновременно значительно улучшить равномерность нагрева.

Согласно другим предпочтительным признакам заявленного многослойного остекления:

- оно содержит второй структурный слой, соединенный с первым через второй промежуточный адгезивный слой;

- оно содержит второй стеклянный лист толщиной 0,5-1,5 мм, соединенный с упомянутым первым или вторым структурным слоем через третий промежуточный адгезивный слой;

- упомянутый второй стеклянный лист образует вторую наружную сторону многослойного остекления, и сторона упомянутого второго стеклянного листа, обращенная к упомянутому третьему промежуточному адгезивному слою, покрыта вторым нагревательным проводящим слоем толщиной от 2 ангстрем до 500 нм;

- упомянутый второй нагревательный проводящий слой имеет линии разделения потока толщиной 0,05-0,2 мм, разделенные промежутком от 8 до 20 мм;

- упомянутые первый и второй структурные слои представляют собой, каждый, независимо друг от друга стеклянный лист толщиной от 4 до 10 мм или лист полимерного материала толщиной от 5 до 20мм; следует ограничивать вес многослойного остекления, в частности, если оно предназначено для транспортного средства: если все структурные слои выполнены, например, из полимерного материала, сумма значений толщины всех структурных слоев не превышает 30мм;

- упомянутые первый и второй структурные слои представляют собой, каждый, независимо друг от друга лист из стекла, наполовину закаленного или усиленного химически, или из полиметилметакрилата (ПММА) или поликарбоната (ПК);

- упомянутые первый и второй стеклянные листы толщиной 0,5-1,5 мм усилены химически;

- упомянутые первый, второй и третий промежуточные адгезивные слои представляют собой независимо друг от друга слой поливинилбутираля (ПВБ), полиуретана (ПУ) или полиэтиленвинилацетата (ЭВА) толщиной от 0,5 до 20, предпочтительно от 1 до 16 мм;

- упомянутые первый и второй нагревательные проводящие слои представляют собой независимо друг от друга слой проводящего оксида, такого как оксид индия, легированный оловом (ITO), оксид олова, легированный фтором (SnO₂:F), или оксид цинка, легированный алюминием (AZO), толщиной от 20 до 500 нм, или металлический слой, такой как золото, толщиной от 2 до 100 ангстрем;

- линии разделения потока расположены вдоль по существу параллельных линий, которые соединяются ортогонально со своими двумя соответствующими полосами подвода тока и которые имеют кривизну или изгибы, когда упомянутые две полосы или находящиеся друг против друга части упомянутых двух полос образуют между собой угол; эта конфигурация повышает степень однородности температур на всей поверхности нагреваемого многослойного остекления: это позволяет избегать холодной точки или холодных точек и/или уменьшить разность между холодной и горячей точками;

- упомянутый первый или второй нагревательный проводящий слой имеет градиент толщины; речь идет о получении разностей электрического сопротивления на всей поверхности нагревательного проводящего слоя тоже с целью повышения однородности температур на всей поверхности нагреваемого остекления в холодных условиях.

Другим объектом изобретения является:

- применение описанного выше многослойного остекления в качестве окна кабины экипажа самолета или вертолета;

- такое применение в качестве противообледенительного остекления; термин «противообледенительный» обозначает функцию предупреждения образования наледи на наружной стороне многослойного остекления, обращенной к наружной атмосфере; в этом случае на стеклянный лист, образующий эту сторону, нанесен нагревательный проводящий слой в соответствии с изобретением;

- такое применение в качестве антизапотевающего остекления; в данном случае имеется в виду как предупреждение запотевания (собственно антизапотевающая функция), так и устранение запотевания (функция устранения запотевания) наружной стороны многослойного остекления, обращенной внутрь транспортного средства; в этом случае на стеклянный лист, образующий эту сторону, нанесен нагревательный проводящий слой в соответствии с изобретением.

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

Фиг. 1 - кривые оптимальной температуры уставки в зависимости от отношения К_с мощности нагрева в холодной точке к мощности нагрева в точке уставки для разных значений толщины стеклянного листа, входящего в контакт с наружной атмосферой и образующего многослойное остекление.

Фиг. 2а и 2b - схематичные виды известного и, соответственно, заявленного нагревательного многослойного остекления.

Фиг. 3а и 3b - кривые мощности нагрева и, соответственно, понижения мощности нагрева для разных конфигураций многослойного остекления.

На фиг. 1 показано, что для каждого из значений толщины наружного стеклянного листа: чем однороднее температура на всей его поверхности, то есть чем ближе к 1 соотношение мощностей нагрева в холодной точке/на датчике, тем ниже оптимальная температура уставки (применяемая к датчику).

По сути, чем меньше толщина наружного стеклянного листа, тем ниже оптимальная температура уставки. При соотношении К_с мощностей нагрева в холодной точке/на датчике 0,7, происходит переход от оптимальной температуры уставки 31°С для наружного стеклянного листа толщиной 3 мм к оптимальной температуре уставки 17°С для наружного стеклянного листа толщиной 0,8 мм.

Кривые на фиг. 1 построены на основании вычислений, которые зависят от предположений конвекции и сбора воды на окне, и эти предположения, разумеется, являются одними и теми же для всех трех кривых на фигуре.

На фиг. 2а и 2b в разрезе представлены две конфигурации окон типа лобового окна самолета, соответственно, классического и «тонкого стекла».

Каждое из двух многослойных окон 1 содержит первый и второй структурные слои 4, 6, каждый из которых представляет собой лист из натрий-кальций-силикатного стекла, полностью закаленного (поверхностное напряжение сжатия около 150 МПа) или химически усиленного, толщиной 8 мм. Стекло не обязательно должно быть натрий-кальций-силикатным и может быть алюмосиликатным или литийсодержащим стеклом. Слои 4, 6 склеены при помощи слоя 5 поливинилбутираля толщиной 2 мм. Слой 6 образует наружную сторону 22 многослойного остекления 1, обращенную внутрь кабины.

Наполовину закаленный или химически усиленный стеклянный лист 2 толщиной 3 мм, показанный на фиг. 2а, и химически усиленный стеклянный лист толщиной 0,8 мм, показанный на фиг.2b, склеен с первым структурным слоем 4 при помощи слоя 3 поливинилбутираля толщиной 8 мм. Стеклянный лист 2 образует наружную сторону 21 многослойного остекления 1, обращенную наружу кабины. Сторона стеклянного листа 2, обращенная внутрь многослойного остекления, покрыта нагревательным проводящим слоем 11 оксида индия, легированного оловом (ITO), толщиной 200 нм, имеющим или нет, в зависимости от образцов, линии разделения потока толщиной 0,08мм, отстоящие друг от друга на 10 мм и выполненные посредством лазерного травления.

Присутствие или отсутствие линий разделения потока или просто линий потока позволяют получить разную однородность мощности нагрева при соотношениях между удельной мощностью в самой холодной зоне остекления и на уровне датчика регулирования: 0,6 без линий потока и 0,8 с линиями потока в данном случае.

При этом в сухих конвективных условиях полета (150 Вт/м²/°С) вычисляют электрическое потребление остекления в зависимости от окружающей температуры. В данном случае предполагается, что датчик характеризует среднюю мощность остекления.

Для этого вычислений считают, что температура уставки адаптирована к окну.

Результаты представлены в виде эквивалентных кривых на фиг.3а и 3b, где показано, что по сравнению с остеклением с относительно толстым стеклом, показанным на фиг. 2а, без линий потока, уменьшение средней удельной мощности в Вт/м² идет по нарастающей для соответствующих решений:

- стекло 0,8 мм (фиг. 2b) без линий потока,

- стекло 3 мм (фиг. 2а) с линиями потока,

- стекло 0,8 мм с линиями потока.

Выигрыш является особенно важным для вертолетов, которые часто летают в условиях полета от -10°С до 30°С.

Постоянную часть двух конфигураций сборки, представленных на фиг. 2а и 2b, можно заменить одним слоем или двумя слоями из ПММА или ПК, как правило, общей типовой толщины от 5 до 30 мм. Низкие значения толщины соответствуют применению для вертолета. Два структурных слоя из полимерного материала можно склеить друг с другом при помощи слоя полиуретана.