RU2026839C1

RU2026839C1 - Electrically heated article of structural optics

Info

Publication number: RU2026839C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Варга; С.Я. Ключ; В.Н. Сорокин; В.М. Шпекторов; И.В. Толстова
Original assignee: Научно-исследовательский институт технического стекла
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: electrically heated article has heating element put on internal side of one of glasses with conductive wires, two-layer package with additional electrical heating element with conductive wires, temperature sensor placed on external surface of outer layer of package. Electrical heating element is provided with additional conductive wire and conductive wires of additional electrical heating element connected to are wires of basic electrical heating element. EFFECT: simplified design, enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки и эксплуатации электрообогреваемых изделий кострукционной оптики (ИКО), представляющих собой прозрачные элементы кабин транспортных средств, а также их противообледенительных систем. The invention relates to the field of development and operation of electrically heated products of structural optics (IKO), which are transparent elements of the cabs of vehicles, as well as their anti-icing systems.

ИКО представляет собой композицию из нескольких стекол (силикатных или органических), соединенных органическим склеивающим слоем. ИКО является частью остекленения фонаря 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 на последнем. IKO is a composition of several glasses (silicate or organic) connected by an organic bonding layer. IKO is part of the glazing of a vehicle lamp. To ensure the transparency of the PPI under bad weather conditions, they are equipped with an anti-icing system (PIC), which includes a temperature controller, a switching device, a transparent electric heating element and a temperature sensor located on the latter.

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 обогреватель, расположенный на внутренней поверхности внешнего стекла композиции ИКО. At a signal from the temperature sensor, the controller turns on or off the switching device, which supplies or disconnects power to the electric heating element of the IRF. As a rule, the electric heating element is a grid or film heater located on the inner surface of the outer glass of the PPI composition.

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 25-30^оС и перепад на поверхности стекла может при этом достигнуть 80^оС и более. В результате этого в ИКО возникают опасные термомеханические напряжения, которые могут привести к разрушению стекла.The setting of the temperature controller (30-38 ^о С) is designed to ensure a positive temperature (2-5 ^о С) on the outer surface of the IRF at the maximum design heat removal. At low heat removal, resulting in that the temperature sensor is electrically heated element on the outer surface temperature can be increased up to 25-30 ^{° C} and drop on the glass surface can thus reach 80 ^{° C} or more. As a result of this, hazardous thermomechanical stresses arise in the PPI, which can lead to the destruction of glass.

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 напряжений в стекле. Таким образом, повышение надежности ИКО в эксплуатации связано в значительной мере со снижением обеих этих составляющих термомеханических напряжений. These stresses are supplemented with thermomechanical stresses arising due to changes in the temperature field in the PPI by its thickness during heating. The latter increase significantly with increasing specific heating power and temperature setting of the controller. They can increase the overall stress level in the glass. Thus, an increase in the reliability of IKO in operation is associated largely with a decrease in both of these components of thermomechanical stresses.

Напряжения 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, не повредив последнее, этот датчик будет сорван набегающим потоком воздуха или будет мешать стеклоочистителю. Если его утопить в толщу стекла, то стекло в этом месте изменит прочностные характеристики, что приведет к его разрушению. Stresses and high temperatures could be reduced if the temperature sensor was placed on the surface of the glass. However, this is not possible, since if the sensor is placed on the surface without damaging the latter, this sensor will be disrupted by the oncoming air flow or will interfere with the wiper. If it is drowned in the thickness of the glass, then the glass in this place will change the strength characteristics, which will lead to its destruction.

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 отключают питание, а затем выравнивания температуру 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 датчиков температуры, что усложняет их технологию и замена которых при отказе невозможна.A device that provides output method for PPI treatment, in order to prevent destruction of the product, it is heated to achieve a temperature difference of ^about 0.5-15 seal layer C / mm, and then cut off the power, then the alignment operation is repeated until the temperature of the output products to the mode [1]. The disadvantage of this design is the need to provide significantly greater (2-3 times) heating power, which in case of failure of the automatic control system will inevitably lead to the destruction of the product and, in addition, requires the placement of additional temperature sensors inside the PPI, which complicates their technology and whose replacement at failure is not possible.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство - электрообогревное окно, включающее в себя резистивное сопротивление и токопроводящие шинки с расположенным на них термочувствительным 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] . 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 токоподводящих 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 стекла. Closest to the invention in technical essence is a device - an electric heating window, including resistive resistance and conductive busbars with a thermosensitive sensor-switch located on them. In it, the problem of installing the sensor (switch) is solved by placing the sensor on a conductive bus, in its area outside the window. The effect is enhanced by narrowing the cross-section of the busbar at the installation site of the sensor or increasing its resistance, the sensor has thermal contact with both the conductive busbar and the "thermal gateway" - a heat conductor that impedes or increases the selection of heat from the installation site of the sensor switch [2]. This device does not provide a reduction in thermomechanical stresses and either allows you to adjust the temperature close to the temperature of the heater, and then does not allow you to obtain the required surface temperature, or to regulate the latter, but then, in the case of large heat removal, overheating and bubbling of the adhesive layer is possible. In addition, the location of the temperature sensor on the current-carrying busbars limits the choice of its installation location to areas of possible busbar output from the IKO. The development of the exit from laminated glass of tires enclosed in plastic significantly complicates the design and technology of glass.

Целью изобретения является повышение надежности изделия. The aim of the invention is to increase the reliability of the product.

Поставленная цель достигается тем, что электрообогревное изделие конструкционной оптики, содержащее, по крайней мере, два стекла, соединенных склеивающим слоем, и расположенный на внутренней стороне одного из них электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, датчик температуры, подключенный к входу регулятора, выход которого соединен с коммутатором, силовая цепь которого включена последовательно с электронагревательным элементом, снабжено двухслойным пакетом, имеющим размещенный на внутренней поверхности внешнего его слоя дополнительный электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, датчик температуры установлен на внешней поверхности внешнего слоя пакета, а электронагревательный элемент снабжен дополнительной токопроводящей шинкой, причем токопроводящие шинки дополнительного электронагревательного элемента соединены с одной и дополнительной токопроводящими шинками электронагревательного элемента, размещенными друг относительно друга на расстоянии, вычисляемом по формуле
l =

(мм) где U_доп - напряжение питания дополнительного электронагревательного элемента;
L - расстояние между токопроводящими шинками электронагревательного элемента;
U - напряжение питания электронагревательного элемента.This goal is achieved by the fact that the electric heating product of structural optics, containing at least two glasses connected by a gluing layer, and an electric heating element with conductive busbars located on the inside of one of them, a temperature sensor connected to the input of the controller, the output of which is connected to the switch, the power circuit of which is connected in series with the electric heating element, is equipped with a two-layer package having placed on its inner surface an additional electric heating element with conductive busbars, a temperature sensor is mounted on the outer surface of the outer layer of the package, and the electric heating element is equipped with an additional conductive busbar, and the conductive busbars of the additional electric heating element are connected to one and additional conductive busbars of the electric heating element, located relative to each other at a distance calculated according to the formula
l =

(mm) where U _add - supply voltage of an additional electric heating element;
L is the distance between the conductive busbars of the electric heating element;
U is the supply voltage of the electric heating element.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема изделия с пакетом; на фиг.2 - изделие и пакет в плане; на фиг.3 - график разогрева изделия при работе с традиционной и предлагаемой системами обогрева. In FIG. 1 shows a general block diagram of a product with a package; figure 2 - product and package in plan; figure 3 is a graph of the heating of the product when working with traditional and proposed heating systems.

Электрообогревное изделие конструкционной оптики включает в себя внешнее стекло 1, склеенное с внутренним стеклом 2 и склеивающим слоем 3. На внутренней поверхности внешнего стекла 1 расположен электронагревательный элемент 4, на противоположные стороны которого нанесены токоподводящие шинки 5. На поле электрообогревающего элемента расположена дополнительная шинка 6. Кроме того, изделие снабжено двухслойным пакетом с внешним 7 и внутренним 8 слоями. An electrically heated product of structural optics includes an outer glass 1 glued to the inner glass 2 and an adhesive layer 3. On the inner surface of the outer glass 1 there is an electric heating element 4, on the opposite sides of which there are current-carrying bars 5. An additional bus 6 is located on the field of the electric heating element. In addition, the product is equipped with a two-layer package with an outer 7 and an inner 8 layers.

На поверхности внешнего слоя размещен датчик 9 температуры, а на внутренней поверхности этого слоя размещен дополнительный нагреватель 10, подключенный к токоподводящей шинке 5 (на фиг.1 или 2 верхняя) и дополнительной шинке 6. Напряжение, необходимое для питания нагревателя 10, получают за счет фиксированного размещения дополнительной шинки 6 на поле электрообогревающего элемента. Расстояние l дополнительной шинки 6 от токоподводящей шинки 5 (верхней на фиг.1 или 2), рассчитывается по формуле
l =

(мм) где U_доп - напряжение питания нагревателя дополнительного устройства, В,
L - расстояние между токоподводящими шинками изделия, мм,
U - напряжение питания электрообогревающего элемента, В.On the surface of the outer layer there is a temperature sensor 9, and on the inner surface of this layer there is an additional heater 10 connected to the current-supply bus 5 (top 1 in Fig. 1 or 2) and the additional bus 6. The voltage required to power the heater 10 is obtained by fixed placement of the additional bus 6 on the field of the electric heating element. The distance l of the additional bus 6 from the current-carrying bus 5 (the upper one in FIG. 1 or 2) is calculated by the formula
l =

(mm) where U _ext - voltage of the heater of the auxiliary device, V,
L is the distance between the supply busbars of the product, mm,
U is the supply voltage of the electric heating element, V.

При расчете параметров нагревателя исходят из равенства удельных мощностей нагревателя и электрообогревающего элемента изделия. When calculating the parameters of the heater proceed from the equality of the specific power of the heater and the electric heating element of the product.

Пакет дополнительного устройства для уменьшения оттока тепла в плоскости пакета снабжен теплоизоляцией 11. Все дополнительное устройство обрамлено в корпус 12. The package of the additional device for reducing the outflow of heat in the plane of the package is equipped with thermal insulation 11. The entire additional device is framed in the housing 12.

Датчик 9 температуры подключен к регулятору 13 температуры, который соединен с коммутатором 14, включенным последовательно с электрообогревающим элементом 4 изделия и соответственно за счет связи с токоподводящей 5 и дополнительной 6 шинками. The temperature sensor 9 is connected to a temperature controller 13, which is connected to a switch 14 connected in series with the electric heating element 4 of the product and, accordingly, due to communication with the power supply 5 and an additional 6 buses.

Слой 7 пакета выбирается из материала с таким коэффициентом теплопередачи, чтобы перепад по его толщине соответствовал перепаду по толщине внешнего стекла (при равенстве удельных мощностей). Соответственно слой 8 должен обеспечивать перепад температур, равный падению температуры по сумме склеивающего слоя и внутреннего стекла. При этом материалы этих слоев могут быть непрозрачными. The layer 7 of the package is selected from a material with a heat transfer coefficient such that the difference in its thickness corresponds to the difference in the thickness of the outer glass (with equal specific powers). Accordingly, the layer 8 should provide a temperature difference equal to the temperature drop in the sum of the bonding layer and the inner glass. Moreover, the materials of these layers may be opaque.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении обогрева, если температура в месте установки датчика 9 ниже температуры настройки, регулятор 13 температуры включает коммутатор 14 и соответственно электрообогревающий элемент 4 и нагреватель 10. Так как удельная мощность (Вт/см²) устройства и изделия равны, также как равны теплосъемы с их соответственно внешних и внутренних поверхностей, то перепады температур по толщине изделия и устройства при разогреве и при дальнейшей работе обогрева будут соответственно равными, и, регулируя температуру на поверхности дополнительного устройства, регулятор будет регулировать ту же (с учетом допусков) температуру поверхности изделия.When the heating is turned on, if the temperature at the installation site of the sensor 9 is lower than the setting temperature, the temperature controller 13 includes a switch 14 and, accordingly, an electric heating element 4 and a heater 10. Since the specific power (W / cm ² ) of the device and the product are the same, the heat sinks with their respective external and internal surfaces, the temperature differences across the thickness of the product and device during heating and during further heating will be equal, and by adjusting the temperature on the surface of the additional device, the regulator will regulate the same (subject to tolerances) the surface temperature of the product.

На фиг. 3 представлены кривые распределения температур по традиционной схеме (кривые 1 и 2) и по предлагаемой схеме (кривая 3). Кривая 1 соответствует расчетному теплосъему. В этом случае на поверхности стекла будет температура 2-5^оС, а на электрообогревающем элементе 38^оС (т.е. температура настройки регулятора при традиционном размещении датчика температуры в склеивающем слое).In FIG. Figure 3 shows the temperature distribution curves according to the traditional scheme (curves 1 and 2) and according to the proposed scheme (curve 3). Curve 1 corresponds to the calculated heat removal. In this case, the glass surface temperature is 2-5 ^{° C,} and electrowarmed element 38 ^o C (i.e., temperature controller settings if placed in conventional gluing layer temperature sensor).

В случае, если теплосъем с внешней поверхности изделия уменьшится - условия стоянки при безветрии, температура поверхности изделия (при датчике внутри изделия) повысится практически до температуры настройки. Соответственно повысятся и напряжения в необогреваемой зоне вокруг обогреваемой поверхности изделия. В данном случае температура на поверхности регулируется и не возрастет выше заданной (для кривой 3 - это 5^оС). Соответственно уровень термомеханических напряжений, пропорциональный температуре поверхности, будет ниже. При изменении (увеличении) теплосъема температура электрообогревающего элемента (точка 4 на фиг.3) будет расти при сохранении температуры на внешней поверхности изделия и при достижении расчетного теплосъема достигнет 38^оС. Выше она практически не поднимется, так как перепад в 35^оС - расчетный при максимальном расчетном теплосъеме.If the heat removal from the outer surface of the product decreases, the parking conditions will be calm, the surface temperature of the product (with the sensor inside the product) will increase almost to the setting temperature. Accordingly, the stresses in the unheated zone around the heated surface of the product will also increase. In this case, the surface temperature is controlled not to rise above a predetermined (for curve 3 - a 5 ° ^C). Accordingly, the level of thermomechanical stresses, proportional to the surface temperature, will be lower. When changing (increasing) the temperature of the heat removal electrowarmed member (point 4 in Figure 3) will rise while maintaining the temperature at the outer surface of the product and when the calculated heat removal reaches ^about 38 C. Above it practically does not rise, as the difference in the 35 ^{° C} - design at maximum design heat removal.

В связи с тем, что дополнительное устройство для своей работы требует лишь нанесения на электрообогревающем элементе дополнительной шинки, технология, а также стоимость изделия практически не изменяются. Отсутствие датчика температуры даже упростит технологию. Due to the fact that the additional device for its operation only requires the application of an additional splint on the electric heating element, the technology, as well as the cost of the product, are practically unchanged. The absence of a temperature sensor will even simplify the technology.

Дополнительное устройство связано с системой лишь четырьмя проводами сечением 0,12-0,2 мм², поэтому его можно легко устанавливать в любом месте вокруг изделия (не выводя из потока, омывающего изделие).An additional device is connected to the system with only four wires with a cross section of 0.12-0.2 mm ² , so it can be easily installed anywhere around the product (without removing it from the stream washing the product).

Claims

ELECTRIC HEATING PRODUCT OF STRUCTURAL OPTICS, containing at least two glasses connected by a gluing layer, and located on the inside of one of them an electric heating element with conductive busbars, a temperature sensor connected to the input of the temperature controller, the output of which is connected to a switch, the power circuit of which is connected in series with an electric heating element, characterized in that, in order to increase the reliability of the product, it is equipped with a two-layer package having the surface of its outer layer has an additional electric heating element with conductive busbars, and the temperature sensor is mounted on the outer surface of the outer layer of the package, the electric heating element is equipped with an additional conductive bus, the conductive busbars of the additional electric heating element are connected to one and additional conductive busbars of the electric heating element, located relative to each other at a distance calculated by the formula

where U _d _about _p - the voltage of the additional electric heating element;
L is the distance between the conductive busbars of the electric heating element;
U is the supply voltage of the electric heating element.