NO313220B1 - Oppvarmet vindusenhet med en kontrollkrets for et elektrisk oppvarmingselement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en oppvarmet vindusenhet og en kontrollkrets for et elektrisk oppvarmingselement for vindusenheten.

Det er et stadig økende behov for oppvarmede vindusplater. Disse oppvarmede vindusplater benyttes for eksempel som oppvarmede frontruter i kjøretøy, lokomotiver, metrotog, fly og så videre, eller som oppvarmede bakvinduer i kjøretøyer eller som oppvarmede vindusenheter i bygninger. De kan særlig benyttes for å fjerne damp, fuktighet eller frost som hindrer fritt gjennomsyn gjennom platen. De kan også benyttes som ytterligere varmekilde eller for å fjerne koldveggeffekter og for å forbedre komforten for beboerne.

Foreliggende oppfinnelse angår oppvarmede vindusenheter som omfatter en glassplate på hvis ene overflate det er anordnet et tynt belegg av ledende, transparent materiale som utgjør et oppvarmingselement for platen når belegget forbindes med en kilde for elektrisk energi.

Belegget består for eksempel av ITO (indium-/tinnoksyd) eller av SnOg som er dopet med fluor, avsatt for eksempel ved pyrolyse, eller av et sjikt bestående av sølv eller gull som for eksempel er avsatt ved katodisk vakuumsputring (for eksempel Bi203/Bi203- eller Sn02/Ag/Ti/Sn02-belegg).

Det er fra GB 1.420.150 i navnet Glaverbel-Mecaniver kjent å tilveiebringe en kontrollkrets for et oppvarmingselement som er innarbeidet i en hul vindusenhet der kontrollkretsen inkluderer en justerbar resistor som innstilles for å styre temperaturkontrollområdet for platen, fortrinnsvis som respons på en temperatursensor. En slik krets er imidlertid ikke i stand til tilpasning for elektriske energikilder av forskjellig art. Hvis energitilførselen skiller seg fra den for hvilken kontrollkretsen spesielt var konstruert kan oppvarmingsenergiutgangen fra vindusenheten være util-str ekkel ig og man kan risikere ikke å nå det ønskede temperatur området.

Avhengig av dimensjonene for enheten og spenning og arten av elektrisk energitilførsel er det nødvendig å tilpasse den totale elektriske motstand for oppvarmingselementet for å oppnå den ønskede elektriske energi som tilsvarer den krevede effekt.

Det er ikke økonomisk gunstig å tilpasse konstruksjonen for modifisering av den spesifikke motstand eller tykkelsen av belegget i henhold til de spesifikke behov for hver anvendelse og for hver form av enhet, for eksempel dennes dimensjoner. Videre er det i enkelte tilfeller vanskelig å finne et kompromiss mellom de ønskede optiske egenskaper for enheten og den spesifikke, elektriske motstand i belegget.

Det er foreslått at man for å tilpasse oppvarmingsutgangen fra en gitt vindusenhet til arten av elektrisk energitil-førsel hvortil den er forbundet, å kutte belegget i henhold til et på forhånd bestemt skjema for derved å endre beleggets elektriske motstand.

Det er imidlertid vanskelig å fjerne belegget og å kutte dette på en måte som gir et tilstrekkelig avbrudd for elektrisk å isolere to deler av belegget uten risiko for at isolasjonen med tiden skal svikte og uten at den utskårede del er synlig. Generelt fører denne prosess til et fint bånd av noe annen farve og som kan befinne seg i gjennomsynssonen for kjøretøyets fører og som derved kan forstyrre hans oppmerksomhet. I ethvert tilfelle er dette en lite attraktiv løsning. Den bortskårede del av belegget nødvendiggjør også en ytterligere omkostning med henblikk på konstruksjon av enheten.

En gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en oppvarmet vindusenhet der de ovenfor angitte mangler er minimalisert eller unngått ved å tilveiebringe en enhet som lett kan tilpasses den elektriske energikildes karakteristika .

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en vindusenhet omfattende minst en plate av et vitrøst materiale med et ledende, transparent belegg som er fremskaffet på en av platens sider og utgjør et oppvarmingselement for vindusenheten når den er forbundet med en elektrisk energikilde, og vindusenheten karakteriseres ved at den omfatter en kontrollkrets for å regulere vindusenhetens oppvarmingsenergiutgang, idet kontrollkretsen inkluderer justerbare innretninger for tilpasning til et ønsket nivå av oppvarmingsenergiutgangen som en funksjon av spenningen for den elektriske energikilden og den elektriske motstanden i oppvarmingselementet.

Arrangementet ifølge oppfinnelsen tillater justering av den elektriske spenning som legges på oppvarmingsenheten ved å gå ut fra den lokale spenningskilde (for eksempel 220V for enkelte tog) i henhold til de elektriske karakteristika for den innstallerte oppvarmede enhet.

Ut fra en serie belagte enheter tillater dette arrangement for hver enhet å oppnå en spesifikk elektrisk oppvarmingsutgangsenergi som er spesifisert av den krevede spesifikasjon ved å ta i betraktning typen belegg og dimensjonen for belegget. Dette tillater også eventuelt å modifisere den spesifikke oppvarmingsutgangsenergi for den oppvarmede plate under innstallasjonen hvis man for eksempel finner at oppvarmingsutgangsenergien som angitt i spesifikasjonen ikke er korrekt eller ikke tar i betraktning de spesifikke energikrav på innstallasjonstedet. Videre kan visse midler-tidige betingelser som øyeblikkelig økning av energibehovet, tilpasses.

Fortrinnsvis inkluderer vindusenheten ifølge oppfinnelsen i tillegg en temperaturkontroll. Således inkluderer kretsen fortrinnsvis en temperatursensor som er anordnet for å avføle temperaturen i enheten og temperaturkontrollmidler som svarer på signalet fra sensoren for å opprettholde temperaturen i enheten på et på forhånd bestemt nivå. Sensoren kan være i termisk kontakt med minst en plate av vitrøst materiale i enheten.

Temperaturkontrollmidlene inkluderer fortrinnsvis midler for å avbryte strømmen av elektrisk strøm til oppvarmingselementet når en på forhånd bestemt temperaturterskel er nådd, for derved å unngå skade på enheten, noe som kan forårsakes hvis det oppstår en for høy temperatur.

For en oppvarmet plate ligger det spesifikke energibehov generelt mellom 400 og 1500 W/m2 . En spesifikk energi på 750 W/m<2> fører generelt til en temperatur på ca. 60°C. Med en energi på 1000 W/m<2> kan man oppnå 85 til 90° C. Når det gjelder en laminert plate med et mellomliggende sjikt av termoplastisk adhesiv (generelt PVB, det vil si polyvinyl-butyral ) , er det nødvendig å ta i betraktning det faktum at PVB blir fluid fra 80° C og at det kan skje en utvikling av blære som kan føre til en delaminering av den laminerte enhet. Med en spesifikk energi på mer enn 750 W/m<2> er det derfor tilrådelig å tilveiebringe midler for termostatisk avstenging av strømmen eller en regulering av temperaturen for å unngå at 80°C overskrides.

Disse utførelsesformer av oppfinnelsen tillater at man regulerer temperaturen i den oppvarmede enhet.

Fortrinnsvis inkluderer kontrollkretsen et element som modulerer strømtilførselen til oppvarmingselementet i henhold til styringsspenningen ved inngangsporten. Det kan her brukes en triac som er en bidireksjonell triodetyristor. Denne triac har den unike kapasitet at den aktiveres av enten et positivt eller et negativt portsignal uavhengig av spenningspolari-teten over innretningens hovedterminaler.

Fortrinnsvis befinner kontrollkretsen seg i en boks som er festet til platen av vitrøst materiale i enheten. Boksen kan bestå av et termisk ledende materiale, fortrinnsvis aluminium. For eksempel er kretsen satt sammen i en liten aluminiumboks med dimensjoner 5 cm x 5 cm x 25 mm, forbundet med platen ved hjelp av et egnet adhesiv over flere cm av kanten.

Enheten kan konstrueres i et antall forskjellige former. Av spesiell interesse er laminerte enheter omfattende minst to plater av vitrøst materiale, avskilt av en film av termoplastisk materiale.

Enheten kan foreligge i form av en frontrute for et kjøretøy men kan også benyttes i side- og bakvinduer i kjøretøyer eller også i bygninger.

I en foretrukken utførelsesform omfatter belegget dopet Sn02. Selv om den elektriske motstand for dopede tinnoksydbelegg, avsatt ved pyrrolyse, generelt varierer i henhold til f remstillingsmetoden og på tross av det faktum at det er meget vanskelig å fjerne deler av belegg som er avsatt ved pyrrolyse, tillater foreliggende oppfinnelse at man lett kan anvende slike pyrrolytisk avsatte belegg.

I en annen foretrukken utførelsesform er belegget et flersjiktsbelegg omfattende minst et belegg bestående av et materiale valgt blant sølv og gull.

For en plate der belegget har kvadratisk form og med en spesifikk elektrisk energi på 750 W/m2 , matet ved 220 V, er det nødvendig med en spesifikk motstand på ca. 70 ohm/p for å oppnå den nominelle energi for platen, det vil si at så lenge overflaten av belegget er et kvadrat er motstanden 70 ohm uansett dimensjonene for kvadratet. Gull, generelt lagt på som et Bi203/Au/Bi203-belegg (Raybel - varemerke), gir en spesifikk motstand fra 12 til 22 ohm/a og et konvensjonelt belegg basert på sølv, avsatt ved katodisk vakuumsputring, gir en spesifikk motstand på 7 til 8 ohm/Q . Med et pålagt potensiale under 220 V er disse belegg i stand til å gi for mye varme for platen, slik at man kan nå en for høy temperatur. Arrangementet ifølge oppfinnelsen gir en løsning på dette problem ved å tilpasse spenningen som legges på til belegget. Når enheten har et rektangulært belegningsareal avhenger den totale motstand for oppvarmingskretsen av beleggets dimensjoner.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av eksempler under henvisning til de ledsagende tegninger der: figur la viser et frontriss av en vindusenhet ifølge

oppfinnelsen;

figur lb viser et diagrammatisk tverrsnitt gjennom

vindusenheten i figur la; og

figur 2 viser et diagram over kontrollkretsen som benyttes

med vindusenheten som vist i figurene la og b.

Under henvisning til tegningene vises det en vindusenhet 10 som for eksempel utgjør frontruten på et kjøretøy. Enheten har en laminert konstruksjon omfattende to plater 12, 14 av glass, adskilt av en film 16 av et termoplastisk materiale. En glassplate 12 bærer et belegg 18 av dopet SnOg som utgjør et oppvarmingselement for enhetene når belegget er forbundet til en elektrisk energikilde 20. En kontrollkrets 22 er tilveiebragt for å kontrollere oppvarmingsenergiutgangen fra vindusenheten og kontrollkretsen 22 er forbundet med belegget 18 ved hjelp av strømkollektorer 17. Tilgang til strømkollek-torene 17 skjer ved hjelp av utskårede kantdeler av glassplaten 14 som derefter er fylt med epoksyharpiks.

Kontrollkretsen befinner seg i en boks 21 som er laget av aluminium og festet til glassplaten 14 i vindusenheten. Kontrollkretsen 22 inkluderer en triac 24 som modulerer strømtilmatningen til oppvarmingselementet 18 i henhold til styringsspenningen i porten 26. Kontrollkretsen inkluderer en justerbar resistor 28 for tilpasning av oppvarmingsenergiutgangen fra vindusenheten i forhold til den elektriske energikilde, til et ønsket nivå.

Kontrollkretsen inkluderer også temperaturkontrollmidler 38 som inkluderer en ikke-vist temperatursensor i termisk kontakt med glassplaten 12 i enheten for å avføle temperaturen i enheten. Temperaturkontrollmidlene 38 svarer på utgangen fra sensoren for å opprettholde temperaturen i enheten på en på forhånd bestemt verdi. Den ønskede temperatur fastlegges på forhånd ved hjelp av en justerbar resistor 32. Temperaturkontrollmidlene 38 inkluderer også midler for å avbryte den elektriske strøm til oppvarmingselementet 18 når en på forhånd bestemt temperaturterskel er nådd, for derved å unngå skade på enheten, noe som kan oppstå hvis for høy temperatur tillates.

En triac 24 (for eksempel en 50A triac) modulerer den elektriske strøm som passerer gjennom i henhold til styringsspenningen i porten 26, og kontrollerer derved spenningen som legges på oppvarmingselementet 18. Denne kontroll oppnås ved anvendelse av en styringsspenning fra en triggerdiode 36 som er tilstrekkelig for triac porten 26.

Når spenningen nåes mellom terminalene på triac 24 nåes det et punkt, kalt kippspenningen Vg0 > ved hvilket triacen kobler fra en høy-impedans-tilstand til en lav-impedans-tilstand. Strømmen kan så økes gjennom triacen 24 med kun en liten økning i spenning over hele innretningen. Triacen 24 forblir i PÅ-tilstand inntil strømmen gjennom hovedterminalene synker under en verdi som kalles holdestrømmen og som ikke kan opprettholde kippti1 standen. Triacen 24 vender så tilbake igjen til høyimpetanse- eller AV-tilstand. Hvis spenningen mellom hovedterminalene på triacen 24 reverseres skjer den samme omkobling. Således kan denne triac 24 koble fra AV-tilstand til PÅ-tilstand for en hvilken som helst polaritet av spenning som legges på hovedpolene. Når en triggerstrøm fra triggerdioden 26 legges på portpolen 26 i triacen 24 reduseres kippspenningen. Efter at triacen 24 er trigget er strømmen som går gjennom hovedterminalene uavhengig av polsignalet og triacen forblir i PÅ-tilstand inntil hovedstrømmen er redusert til under holdestrøm-nivået.

Triggerdioden 36 kontrolleres av den elektroniske krets 34 inkludert reguleringspotensiometeret 28 som tillater justering av den effektive utgangsspenning av triacen 24 i henhold til typen belegg, i henhold til dimensjonene for belegget og i henhold til den ønskede spesifikke energi, ved å være aktiv på triacporten 26.

Styringsspenningen for triacporten påvirkes også av den elektriske krets 28 inkludert temperatursensoren i termisk kontakt med enheten og som kontrollerer temperaturen i denne. Denne temperatursensor, for eksempel i form av en tyristor, kan være i direkte kontakt med glassplaten 12 gjennom en åpning som tildannes i aluminiumboksen 21 som inneholder kontrollkretsen 22. Den kan også være i kontakt med alumini-umet i det indre av boksen 21 for å sikre god termisk kontakt mellom enheten og tyristoren. Den elektroniske krets 38 påvirker porten 26 for triacen 24 for å regulere temperaturen i enheten til det ønskede nivå. Potensiometeret 32 tillater justering av den ønskede temperatur.

En rektifiseringskrets 40 mater til den energi som er nødvendig for kontrollkretsene 34 og 38.

Arten av tilmatning av lokal elektrisitetsfordeling kan variere betydelig i henhold til anvendelse. Vekselstrømtil-matning er ikke nødvendigvis av sinusoidbølgeform, bølgetyp-en kan for eksempel være en kvadratbølge. En bølge med høyere frekvens kan også legges over en sinusbølge med en base på 50 Hz. Frekvensen kan være 50 eller 60 Hz. Man kan derfor tilveiebringe et element utenfor boksen 21 (for eksempel en ikke vist kondensator eller en motstand) for å tilpasse arrangementet til arten av strømkilde.

Hvis det tilmåtes likestrøm, for eksempel for bilanvendelser, kan man aller først tildanne et høyfrekvensvekselstrøm-alternativ for arrangementet som beskrevet ovenfor eller benytte en multivibrator for å tildanne en pulset strøm for hvilken konduksjons- og ikke-konduksjonstidene kan justeres.

For bilanvendelser er motstanden noen ganger for høy for likestrømstilmatning som har meget lav spenning. I dette tilfellet tillater omdanning til vekselstrøm gjennomgang å øke spenningen som legges på kontrollkretsen.

Hvis ønskelig kan boksen 21 være tildannet i to deler. En liten boksdel inneholder den elektriske krets 22 bortsett fra triacen 24 og den andre boksdel inneholder triacen 24 som avgir energi og blir varm. Avkjølingen av denne triac oppnås ved at varme fordeles ved hjelp av enheten 10.

Claims (11)

1. Vindusenhet (10) omfattende minst en plate (12) av et vitrøst materiale med et ledende, transparent belegg som utgjør et oppvarmingselement (18) for vindusenheten (10) når den er forbundet med en elektrisk energikilde (20), karakterisert ved at vindusenheten (10) omfatter en kontrollkrets (22) for å regulere vindusenhetens (10) oppvarmingsenergiutgang idet kontrollkretsen (22) inkluderer justerbare innretninger for tilpasning til et ønsket nivå av oppvarmingsenergiutgangen som en funksjon av spenningen for den elektriske energikilden og den elektriske motstanden i oppvarmingselementet (18).

2. Vindusenhet (10) ifølge krav 1, karakterisert ved at kontrollkretsen (22) befinner seg i en boks (21) som er festet til en annen plate (14) av vitrøst materiale i vindusenheten (10).

3. Vindusenhet (10) ifølge krav 2, karakterisert ved at boksen (21) er tildannet av et termisk ledende materiale, fortrinnsvis aluminium.

4 . Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at kontrollkretsen (22) inkluderer en triac (24) som modulerer matestrømmen til oppvarmingselementet i henhold til styringsspenningen i porten.

5. Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at kontrollkretsen (22) inkluderer temperaturkontrollmidler (38) med en temperatursensor som er anordnet for å avføle temperaturen i vindusenheten (10) og videre temperaturkontrollmidler som svarer på utgangen fra temperatursensoren for å holde temperaturen i vindusenheten (10) på en på forhånd bestemt verdi.

6. Vindusenhet (10) ifølge krav 5, karakterisert ved at temperatursensoren er i termisk kontakt med minst én plate av vitrøst materiale i vindusenheten (10).

7. Vindusenhet (10) ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at temperaturkontrollinnretningen (38) inkluderer midler for å avbryte den elektriske strøm til oppvarmingselementet (18) når en på forhånd bestemt temperaturterskel er nådd.

8. Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vindusenheten (10) foreligger i form av en laminert enhet omfattende minst to plater (12, 14) av et vitrøst materiale, adskilt av en film (16) av et termoplastisk materiale.

9. Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vindusenheten (10) foreligger i form av en frontrute for et kjøretøy.

10. Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at belegget omfatter dopet SnOg.

11. Vindusenhet (10) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 9, karakterisert ved at belegget er et flersjiktsbelegg omfattende minst et belegg tildannet av et materiale valgt blant sølv og gull.