Электрообогревное изделие конструкционной оптики

 

Использование: разработка и эксплуатация электрообогревных изделий конструкционной оптики. Сущность: электрообогревное изделие содержит электронагревательный элемент, расположенный на внутренней стороне одного из стекол с токопроводящими шинками, двухслойный пакет, имеющий дополнительный электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, датчик температуры, установленный на внешней поверхности внешнего слоя пакета, причем электронагревательный элемент снабжен дополнительной токопроводящей шинкой, а токопроводящие шинки дополнительного электронагревательного элемента соединены с одной и с дополнительной токопроводящими шинками электронагревательного элемента. 3 ил.

Изобретение относится к области разработки и эксплуатации электрообогреваемых изделий кострукционной оптики (ИКО), представляющих собой прозрачные элементы кабин транспортных средств, а также их противообледенительных систем.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Целью изобретения является повышение надежности изделия.

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.

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.

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.

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.

При расчете параметров нагревателя исходят из равенства удельных мощностей нагревателя и электрообогревающего элемента изделия.

Пакет дополнительного устройства для уменьшения оттока тепла в плоскости пакета снабжен теплоизоляцией 11. Все дополнительное устройство обрамлено в корпус 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.

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.

Устройство работает следующим образом.

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.

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).

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.

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.

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).

Формула изобретения

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 температуры, выход которого соединен с коммутатором, силовая цепь которого включена последовательно с электронагревательным элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности изделия, оно снабжено двухслойным пакетом, имеющим размещенный на внутренней поверхности внешнего его слоя дополнительный электронагревательный элемент с токопроводящими шинками, а датчик температуры установлен на внешней поверхности внешнего слоя пакета, причем электронагревательный элемент снабжен дополнительной токопроводящей шинкой, токопроводящие шинки дополнительного электронагревательного элемента соединены с одной и дополнительной токопроводящими шинками электронагревательного элемента, размещенными друг относительно друга на расстоянии, вычисляемом по формуле где U_доп - напряжение питания дополнительного электронагревательного элемента;
L - расстояние между токопроводящими шинками электронагревательного элемента;
U - напряжение питания электронагревательного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3