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Vitrage chauffant pour véhicule
L'invention est relative aux vitrages, qui constituent une partie au moins du toit ou, pavillon, de véhicules.
Les constructeurs automobiles orientent leurs productions vers des véhicules qui comportent une surface croissante de parois vitrées. Cette tendance qui a touché d'abord les pare-brise et lunettes arrière des véhicules, s'est poursuivie par les parties constituant le toit de ceux-ci. Les toits ouvrants, ont été les premiers à bénéficier de cette évolution. Dans ce cas, le vitrage utilisé présentait des dimensions relativement limitées.
Les propriétés requises à ce stade de cette évolution, étaient essentiellement optiques. Le toit vitré devait offrir une transmission lumineuse suffisante pour produire l'impression d'ouverture lumineuse , mais cette même transmission devait rester dans certaines limites pour garder un caractère privé à l'habitacle.
Les constructeurs ont plus récemment entrepris de développer des modèles dont le toit est en majorité constitué par des vitrages. Ces vitrages sont soit d'une seule pièce soit composés de plusieurs éléments juxtaposés ou non. Certains de ces vitrages peuvent être mobiles pour dégager des ouvertures, d'autres sont fixes.
L'accroissement des parties vitrées des toits soulève des problèmes renouvelés. Parmi ceux-ci, se pose la question de leur résistance mécanique et la sécurité de ces parois. Cette question se pose d'autant plus que les premières réalisations dans ce domaine faisaient appel à des vitrages monolithiques trempés.
Pour améliorer la résistance mécanique il a été proposé de remplacer les vitrages trempés par des vitrages feuilletés, du type largement utilisé pour la composition des pare-brise, en modifiant cependant les caractéristiques de transmission lumineuse.
Les pare-brise doivent en effet présenter, selon les normes en vigueur, une transmission qui n'est pas inférieure à 75 ou 70% selon les pays considérés. Les toits, comme indiqué, doivent présenter une transmission beaucoup moins élevée.
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Mais l'accroissement des surfaces vitrées, surtout lorsque ces surfaces ne sont pas ouvrantes, pose le problème de l'échauffement de l'habitacle notamment sous l'effet du rayonnement solaire. La limitation de la transmission lumineuse, quelle que soit la manière d'y parvenir, s'accompagne automatiquement d'une limitation simultanée de la transmission énergétique. Néanmoins des mesures spécifiques sont le plus souvent nécessaires pour atteindre une réduction suffisante de cette transmission énergétique.
D'autres problèmes sont encore apparus, qui concernent la couleur du rayonnement transmis. Pour l'agrément des occupants du véhicule, il apparaît important que le passage du rayonnement solaire ou artificiel par les vitrages constituant le toit ne modifie pas de manière désagréable les couleurs à l'intérieur de l'habitacle, indépendamment des qualités en matière de transmission énergétique et lumineuse. La demande de brevet EP 1 200 256 propose en particulier des vitrages répondant à cet ensemble de caractéristiques.
Dans les développements antérieurs, l'essentiel des efforts s'est porté sur la sélectivité de la transmission, autrement dit sur le rapport existant entre la transmission lumineuse et la transmission énergétique, le plus intéressant étant de parvenir à une sélectivité la meilleure possible. Pour améliorer cette sélectivité deux paramètres ont été systématiquement considérés, la sélectivité intrinsèque des verres entrant dans la constitution de ces vitrages, notamment par un choix approprié de composés colorant ces verres, et l'introduction dans ces vitrages d'intercalaires ou de couches limitant, réfléchissant ou absorbant le rayonnement énergétique incident.
A l'expérience il est apparu que la présence de ces vitrages de toit, pose encore des problèmes de confort pour les passagers lorsque la température extérieure est sensiblement inférieure à celle de l'habitacle. Dans ce cas la présence de cette surface en partie au moins transparente au rayonnement issu de l'habitacle conduit à la sensation que l'on qualifie parfois d'épaule froide . Sans que le mécanisme qui conduit à ce désagrément soit parfaitement identifié, il est bien connu et devient d'autant plus gênant que la surface concernée est plus importante.
Pour éviter ce désagrément, les inventeurs proposent de disposer sur ces vitrages constituant une partie au moins du toit du véhicule, des moyens
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permettant d'assurer leur chauffage. Pour éviter cette sensation désagréable, le chauffage du vitrage est de préférence tel, qu'il conduise la paroi du vitrage tournée vers l'intérieur de l'habitacle à une température voisine de celle de l'atmosphère de l'habitacle ou même légèrement supérieure, de telle sorte que le rayonnement énergétique émis par cette paroi vers l'intérieur du véhicule soit d'importance comparable à celui du rayonnement qui est émis depuis l'habitacle à l'extérieur du véhicule.
Dans la pratique, le chauffage des vitrages de toit est obtenu électriquement, par effet joule. Les moyens utilisés pour le chauffage de ces vitrages de toit, sont plus diversifiés que ceux mis en oeuvre notamment pour le chauffage des pare-brise, pour ces derniers, en effet, la nécessité de ne pas altérer de façon sensible le champ de vision du conducteur ou même celui des passagers, limite les moyens de chauffage à l'usage, soit de fils extrêmement ténus, soit de couches conductrices transparentes.
Les couches transparentes conservent au vitrage une parfaite uniformité de transmission, mais leur utilisation peut soulever des problèmes en terme de seuil de transmission lumineuse réglementaire. Pour une même tension appliquée, la puissance délivrée est d'autant plus forte que la résistance électrique de la couche est plus faible. Si la puissance doit être relativement élevée, il faut que la résistance soit faible. La résistance des couches dépend, entre autres, de leur épaisseur. Pour avoir une résistance faible, une solution consiste donc à accroître l'épaisseur de la couche. Même si l'on parle de couches transparentes , les couches conductrices ne présentent pas une transmission totale, et celle-ci est d'autant plus réduite que la couche est plus épaisse.
Le chauffage des vitrages latéraux des véhicules, pour des raisons analogues, est aussi soumis à des limitations, même si la transmission lumineuse peut être un peu moins importante que pour le pare-brise, notamment en ce qui concerne les vitrages latéraux correspondant aux sièges de l'arrière du véhicule.
Dans le cas des vitrages latéraux, les dimensions relativement limitées font que les résistances restent ordinairement dans des limites pour lesquelles, pour l'obtention d'une résistance suffisamment faible, l'épaisseur des couches ne pose pas
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de difficulté. Pour les pare-brise l'obtention d'une résistance suffisamment faible est plus délicate, particulièrement du fait de l'accroissement constant des dimensions sur les modèles les plus récents. Pour les toits, les dimensions sont de l'ordre de celles des pare-brise ou même supérieures. Les caractéristiques des éléments chauffant mis en oeuvre dans les toits, heureusement, ne sont pas conditionnés par des exigences de transmission lumineuse.
Les couches utilisées quelles que soient leurs épaisseurs ne sont pas telles que la transmission lumineuse en soit affectée de façon gênante.
La difficulté dans le cas des toits peut, le cas échéant, pour les couches minces chauffantes, venir des limites habituelles des techniques de dépôts.
Pour la constitution des couches conductrices des vitrages de toits chauffants, les techniques et matériaux habituels pour la formation de couches analogues sur les vitrages tels que les pare-brise, peuvent être utilisés. Il est également possible d'utiliser des couches habituellement destinées aux vitrages bâtiment. Des couches habituelles sont notamment les couches métalliques et particulièrement les couches d'argent. Il est aussi possible d'utiliser des couches de type oxyde d'étain dopé ou tout autre couche conductrice habituellement mise en oeuvre sur des vitrages.
Des empilages de couches préférés sont par exemple ceux à double couche d'argent présentant une structure du type : diélectrique/argent/diélectrique/argent/diélectrique
Les couches métalliques conductrices sont habituellement formées par des techniques de dépôt sous vide. Ces couches sont relativement fragiles et, pour cette raison, de préférence, sont situées sur les faces des feuilles de verre qui ne sont pas exposées, autrement dit, elles sont de préférence sur les faces tournées vers l'intercalaire du feuilleté. Si des couches de ce type sont utilisées sur des vitrages monolithiques, elles sont placées sur la face tournée vers l'habitacle et, de préférence, sont protégées par une couche diélectrique résistante à l'abrasion.
Les filaments très fins sont une autre manière de constituer les éléments chauffants des toits. La pratique de l'utilisation de ces fils conduit à les introduire dans des vitrages feuilletés, de préférence au contact direct d'une des feuilles de verre et incrustés dans la feuille intercalaire polymère. Comme pour l'utilisation dans
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d'autres vitrages, il s'agit de fils, par exemple de tungstène, de très faible diamètre, de l'ordre d'une dizaine de micromètres. Les fils sont espacés de quelques millimètres.
De préférence ils sont ondulés.
Il va de soi que les fils qui peuvent être intégrés dans les pare-brise, peuvent aussi servir dans des vitrages de toits sans causer de problèmes de vision.
D'autres types de moyens chauffants sont usuellement utilisés sur des vitrages comme les lunettes arrière. Il s'agit des réseaux de fils obtenus par cuisson d'émaux de pâte conductrice, appliqués par sérigraphie. Ces moyens ont pour avantage de présenter une bonne résistance mécanique. Pour cette raison les fils ainsi constitués sont souvent exposés sur la face du vitrage tournée vers l'habitacle, sans interposition d'une protection supplémentaire. Il s'agit donc d'une solution qui peut être avantageuse dans le cas des vitrages monolithiques. Dans tous les cas les fils formés d'émaux conducteurs présentent vis-à-vis des fils fins métalliques l'inconvénient d'être beaucoup plus apparents. La largeur habituelle de ces fils sérigraphiés est habituellement de l'ordre de 0,5 à 0,8mm. Ces dimensions sont acceptables sur les lunettes arrière des véhicules.
Néanmoins, même pour cet usage, les constructeurs souhaitent que ces fils soient aussi discrets que possible. Des fils aussi fins que 0,3mm ou moins, sont maintenant proposés.
Pour les toits des véhicules automobiles les vitrages feuilletés proposés précédemment, sont notamment ceux qui font l'objet de la publication WO 01/02167. Ces vitrages présentent des assemblages de verre qui comportent des agents colorants divers destinés à favoriser, d'une part un abaissement de la transmission énergétique TE, et, d'autre part, un contrôle de la transmission lumineuse en conservant une maîtrise de la couleur de la lumière transmise dans l'habitacle. La transmission énergétique est maintenue aussi faible que 15% ou moins et la transmission lumineuse reste pour les exemples donnés inférieure à 25%.
Par ailleurs, il est prévu dans ce brevet que le vitrage constituant le toit peut aussi comporter des couches minces sur l'une ou l'autre des feuilles de verre, afin encore de mieux en maîtriser les caractéristiques opto-énergétiques. A titre d'exemple figure l'utilisation de couches anti-solaires notamment à base de métaux tels que l'argent, ou, de matériaux tels que l'oxyde d'étain dopé au fluor ou à l'antimoine. Ces
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couches qui permettent de contrôler la transmission énergétique et lumineuse dans l'habitacle, offrent encore l'avantage de pouvoir servir de couche chauffante pour les vitrages considérés dans la mesure où elles sont également conductrices.
Répondant aux problèmes les plus délicats attachés à ces vitrages, à savoir, d'une part la maîtrise de l'apport énergétique solaire, et d'autre part le maintien du confort en période hivernale, elles constituent donc des solutions particulièrement satisfaisantes.
L'analyse des facteurs qui déterminent le confort thermique dans l'habitacle quand la température extérieure est sensiblement plus basse que dans l'habitacle, montre que le flux thermique échangé, que ce soit par rayonnement, convection ou conduction, est fondamental, et que ce flux peut être régulé au moyen d'un toit qui est chauffé électriquement, que le chauffage soit réalisé au moyen de fils fins ou au moyen de couches conductrices minces.
En pratique, en première approximation on peut estimer que le maintien du vitrage constituant le toit du véhicule à une température voisine de celle établie dans l'habitacle par les moyens de climatisation ou de simple chauffage, permet d'écarter la sensation de paroi froide que l'on peut éprouver en l'absence du contrôle de cette température.
Dans la pratique on s'efforce de faire en sorte que la température de la face interne du vitrage ne soit pas inférieure de plus de 10 C à la température moyenne de l'atmosphère dans l'habitacle, et de préférence ne soit pas inférieure de plus de 5 C.
Divers facteurs interviennent qui déterminent la température du vitrage du toit, parmi ceux-ci figurent principalement l'écart existant entre la température dans l'habitacle et la température extérieure, et de façon également significative la vitesse de circulation du véhicule qui accroît bien évidemment les échanges par convection.
D'autres facteurs interviennent encore comme l'exposition au rayonnement solaire qui joue, par le biais de l'effet de serre, de manière indépendante de la température atmosphérique.
Pour obtenir un confort permanent, il est nécessaire d'adapter l'apport thermique résultant du chauffage du vitrage du toit, aux variations des conditions
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d'utilisation du véhicule. Un mode simple de régulation consiste à imposer une température de la face interne du vitrage de toit, qui soit sensiblement égale à la température moyenne dans l'habitacle. Des capteurs déterminent dans ce cas les deux températures. Les signaux reçus sont ensuite comparés et sont utilisés par un circuit de commande de l'alimentation du circuit de chauffage du toit jusqu'à ramener la température du toit à une température plus proche de celle de l'habitacle.
La régulation peut être ajustée de manière plus élaborée pour tenir compte le cas échéant de l'ensoleillement. Dans ce cas, les capteurs déterminent encore l'influence du rayonnement solaire à l'intérieur du véhicule, pour établir les consignes de commande de la régulation du chauffage du toit.
Il va de soi que la puissance disponible pour le chauffage du toit doit être suffisante pour permettre la régulation envisagée dans toutes les conditions usuelles d'utilisation. La puissance dépend non seulement de la surface chauffée, mais aussi des conditions climatiques dans lesquelles se situe l'utilisation du véhicule.
Compte tenu des utilisations envisagées, dans des climats tempérés, la puissance délivrée est avantageusement comprise entre 400 et 1500w/m2.
L'invention est décrite de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de mise en oeuvre de toits chauffants.
La figure unique jointe illustre les comportements thermiques de divers types de toits, dans des conditions d'utilisation variées.
Un véhicule automobile est équipé d'un toit dont la surface est d'environ 1,2m2. Pour déterminer l'influence des diverses natures de toits successivement essayées, le véhicule est placé dans une enceinte thermostatée à la température de -18 C. La soufflerie associée à l'enceinte permet de recréer les conditions de circulation du véhicule. Les conditions sont réglées à l'aide d'un dynamomètre induisant une résistance au roulage correspondant à la vitesse choisie.
Les essais rapportés sont effectués pour des conditions correspondant à des vitesses de 50km/h pendant les 30 premières minutes, et 80km/h pour la suite des essais.
Dans les conditions des essais, on mesure la balance des flux thermiques de l'intérieur du véhicule vers l'extérieur, et inversement. On considère
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dans ces conditions les écarts existant dans l'équilibre des flux suivant la nature des toits soumis à ces essais.
Des mesures sont faites successivement pour un toit métallique garni d'un parement fibreux (courbe 1), un toit en verre feuilleté constitué de deux feuilles de verre respectivement de 2,1 et 2,lmm d'épaisseur, assemblées au moyen d'une feuille intercalaire en poly-vinyl butyral (PVB) de 0,76mm d'épaisseur (courbe 2), et du même toit constitué d'un vitrage feuilleté comportant en plus une couche conductrice chauffante délivrant deux puissances constantes (765 courbe 3, et 920w courbe 4). La couche conductrice chauffante est constituée d'un empilage de couches tel que : diélectrique/argent/diélectrique/argent/diélectrique Ce type d'empilage est utilisé en particulier pour constituer des pare-brise chauffants.
La comparaison entre le toit métallique et le toit en verre feuilleté simple montre à l'évidence une différence qui correspond à une déperdition significativement plus élevée dans le cas du vitrage. Ceci explique la sensation de froid ressentie par les occupants.
A l'inverse le toit chauffant permet de retrouver les mêmes caractéristiques que pour le toit métallique pour une puissance de 765w. Pour une puissance délivrée de 920w, compte tenu de la surface du toit, la balance des flux est même légèrement plus élevée pour le vitrage chauffant par rapport au toit métallique, pour les conditions de vitesse simulées. Cette puissance est donc susceptible de maintenir les mêmes conditions de confort pour des vitesses encore plus élevées.
Le chauffage des vitrages de toit selon l'invention permet donc bien, tout en gardant aux vitrages de toits les propriétés qui les font choisir au lieu des toits traditionnels, d'éviter l'inconfort thermique qui était lié à l'utilisation de ces toits vitrés.
Une détermination du confort thermique perçu par des passagers est menée dans l'habitacle du véhicule expérimental. La détermination est faite en suivant le protocole de la norme ISO 10551. Il s'agit d'évaluations subjectives menées sur un échantillon diversifié d'individus. Les essais sont faits d'une part avec le véhicule équipé du vitrage de toit non chauffant, d'autre part avec le même
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véhicule équipé du toit chauffant délivrant une puissance de 765w. L'appréciation est faite pour le véhicule à l'arrêt et en mouvement.
On constate une différence significative dans les appréciations portées.
Le vitrage chauffant, par rapport au vitrage non chauffant, présente un écart positif variant de 0,5 à 2 points, suivant les conditions de circulation, sur l'échelle de confort qui est établie de 0 à 9. La différence la plus sensible est relevée pour le véhicule à l'arrêt. L'appréciation subjective confirme donc l'avantage conféré par l'utilisation des vitrages de toit chauffants selon l'invention.
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Heated glass for vehicle
The invention relates to glazing, which constitutes at least part of the roof or, roof, of vehicles.
Car manufacturers are directing their production towards vehicles which have an increasing surface area of glass walls. This trend, which first affected the windshields and rear windows of vehicles, was continued by the parts constituting the roof of these. Opening roofs were the first to benefit from this development. In this case, the glazing used had relatively limited dimensions.
The properties required at this stage of this evolution were essentially optical. The glass roof had to offer sufficient light transmission to produce the impression of light opening, but this same transmission had to remain within certain limits to keep the interior private.
Builders have more recently undertaken to develop models whose roof is mainly made up of glazing. These glazings are either in one piece or composed of several elements juxtaposed or not. Some of these glazings can be movable to release openings, others are fixed.
The increase in the glass parts of the roofs raises new problems. Among these, there is the question of their mechanical strength and the safety of these walls. This question arises all the more since the first achievements in this area called for tempered monolithic glazing.
To improve the mechanical resistance, it has been proposed to replace the toughened glazing with laminated glazing, of the type widely used for the composition of windshields, while however modifying the characteristics of light transmission.
According to the standards in force, windshields must have a transmission that is not less than 75 or 70% depending on the countries considered. Roofs, as shown, should have a much lower transmission.
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However, the increase in glazed surfaces, especially when these surfaces are not opening, poses the problem of the heating of the passenger compartment, in particular under the effect of solar radiation. The limitation of light transmission, however it is achieved, is automatically accompanied by a simultaneous limitation of energy transmission. However, specific measures are most often necessary to achieve a sufficient reduction in this energy transmission.
Other problems have also arisen which relate to the color of the transmitted radiation. For the approval of the occupants of the vehicle, it seems important that the passage of solar or artificial radiation through the glazing constituting the roof does not unpleasantly change the colors inside the passenger compartment, regardless of the qualities of transmission energetic and bright. Patent application EP 1 200 256 proposes in particular glazing units meeting this set of characteristics.
In the previous developments, most of the efforts have focused on the selectivity of the transmission, in other words on the relationship between light transmission and energy transmission, the most interesting being to achieve the best possible selectivity. To improve this selectivity, two parameters have been systematically considered, the intrinsic selectivity of the glasses forming part of these glazings, in particular by an appropriate choice of compounds coloring these glasses, and the introduction into these glazings of dividers or limiting layers, reflecting or absorbing incident energy radiation.
Experience has shown that the presence of these roof glazing still poses comfort problems for passengers when the outside temperature is significantly lower than that of the passenger compartment. In this case, the presence of this surface which is at least partially transparent to the radiation emanating from the passenger compartment leads to the sensation which is sometimes described as a cold shoulder. Without the mechanism which leads to this inconvenience being perfectly identified, it is well known and becomes all the more troublesome the larger the area concerned.
To avoid this inconvenience, the inventors propose to have on these glazings constituting at least part of the vehicle roof, means
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to ensure their heating. To avoid this unpleasant feeling, the heating of the glazing is preferably such that it leads the wall of the glazing facing the interior of the passenger compartment to a temperature close to that of the atmosphere of the passenger compartment or even slightly higher , so that the energy radiation emitted by this wall towards the interior of the vehicle is of comparable importance to that of the radiation that is emitted from the passenger compartment outside the vehicle.
In practice, the heating of the roof glazing is obtained electrically, by the Joule effect. The means used for heating these roof glazing are more diverse than those used in particular for heating the windshields, for the latter, in fact, the need not to significantly alter the field of vision of the conductor or even that of the passengers, limits the heating means to the use, either of extremely thin wires, or of transparent conductive layers.
The transparent layers maintain perfect uniformity of transmission in the glazing, but their use can raise problems in terms of regulatory light transmission threshold. For the same applied voltage, the power delivered is higher the lower the electrical resistance of the layer. If the power must be relatively high, the resistance must be low. The resistance of the layers depends, among other things, on their thickness. To have a low resistance, a solution therefore consists in increasing the thickness of the layer. Even if we are talking about transparent layers, the conductive layers do not exhibit total transmission, and this is all the more reduced as the layer is thicker.
The heating of the side windows of vehicles, for similar reasons, is also subject to limitations, even if the light transmission may be slightly less than for the windshield, in particular as regards the side windows corresponding to the seats of the rear of the vehicle.
In the case of side glazing, the relatively limited dimensions mean that the resistances ordinarily remain within limits for which, to obtain a sufficiently low resistance, the thickness of the layers does not pose
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of difficulty. For windshields obtaining a sufficiently low resistance is more difficult, particularly due to the constant increase in dimensions on the most recent models. For roofs, the dimensions are of the order of those of windshields or even greater. The characteristics of the heating elements used in roofs, fortunately, are not conditioned by light transmission requirements.
The layers used, whatever their thicknesses, are not such that the light transmission is adversely affected.
The difficulty in the case of roofs can, where appropriate, for thin heating layers, come from the usual limits of deposition techniques.
For the constitution of the conductive layers of glazing for heated roofs, the usual techniques and materials for the formation of similar layers on glazing such as windshields can be used. It is also possible to use layers usually intended for building glazing. Common layers are especially metallic layers and particularly silver layers. It is also possible to use layers of doped tin oxide type or any other conductive layer usually used on glazing.
Preferred layer stacks are for example those with a double layer of silver having a structure of the type: dielectric / silver / dielectric / silver / dielectric
The conductive metal layers are usually formed by vacuum deposition techniques. These layers are relatively fragile and, for this reason, preferably, are located on the faces of the glass sheets which are not exposed, in other words, they are preferably on the faces turned towards the interlayer of the laminate. If layers of this type are used on monolithic glazing, they are placed on the side facing the passenger compartment and, preferably, are protected by a dielectric layer resistant to abrasion.
Very fine filaments are another way of forming the heating elements of roofs. The practice of using these threads leads to introducing them into laminated glazing, preferably in direct contact with one of the glass sheets and embedded in the polymer interlayer sheet. As for use in
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other glazing, these are wires, for example tungsten, of very small diameter, of the order of ten micrometers. The wires are spaced a few millimeters apart.
Preferably they are wavy.
It goes without saying that the wires which can be integrated into the windshields can also be used in roof glazing without causing vision problems.
Other types of heating means are usually used on glazing such as rear glasses. These are networks of wires obtained by firing conductive paste enamels, applied by screen printing. These means have the advantage of having good mechanical strength. For this reason, the wires thus formed are often exposed on the face of the glazing facing the passenger compartment, without the interposition of additional protection. It is therefore a solution which can be advantageous in the case of monolithic glazing. In all cases, the wires formed from conductive enamels have the disadvantage of being much more apparent with respect to fine metal wires. The usual width of these screen-printed wires is usually of the order of 0.5 to 0.8 mm. These dimensions are acceptable on the rear glasses of vehicles.
However, even for this use, the manufacturers want these wires to be as discreet as possible. Wires as thin as 0.3mm or less are now available.
For the roofs of motor vehicles the laminated glazings previously proposed, are in particular those which are the subject of publication WO 01/02167. These glazings have assemblies of glass which comprise various coloring agents intended to favor, on the one hand a lowering of the energy transmission TE, and, on the other hand, a control of the light transmission while preserving a control of the color of the light transmitted in the passenger compartment. The energy transmission is kept as low as 15% or less and the light transmission for the examples given is less than 25%.
Furthermore, it is provided in this patent that the glazing constituting the roof may also include thin layers on one or the other of the glass sheets, so as to better control the opto-energetic characteristics thereof. By way of example, the use of sunscreen layers, in particular based on metals such as silver, or on materials such as tin oxide doped with fluorine or antimony. These
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layers which make it possible to control the energy and light transmission in the passenger compartment, also offer the advantage of being able to serve as a heating layer for the glazing considered in so far as they are also conductive.
Responding to the most delicate problems attached to these glazings, namely, on the one hand the control of the solar energy supply, and on the other hand the maintenance of comfort in winter, they therefore constitute particularly satisfactory solutions.
Analysis of the factors that determine thermal comfort in the passenger compartment when the outside temperature is significantly lower than in the passenger compartment, shows that the heat flux exchanged, whether by radiation, convection or conduction, is fundamental, and that this flow can be regulated by means of a roof which is electrically heated, whether the heating is carried out by means of fine wires or by means of thin conductive layers.
In practice, as a first approximation it can be estimated that maintaining the glazing constituting the roof of the vehicle at a temperature close to that established in the passenger compartment by means of air conditioning or simple heating, makes it possible to eliminate the feeling of cold wall that one can experience in the absence of control of this temperature.
In practice, efforts are made to ensure that the temperature of the internal face of the glazing is not more than 10 ° C. below the average temperature of the atmosphere in the passenger compartment, and preferably is not lower than more than 5 C.
Various factors intervene which determine the temperature of the roof glazing, among these are mainly the difference existing between the temperature in the passenger compartment and the outside temperature, and also significantly the speed of movement of the vehicle which obviously increases the convection exchanges.
Other factors also come into play, such as exposure to solar radiation, which acts, through the greenhouse effect, independently of atmospheric temperature.
To obtain permanent comfort, it is necessary to adapt the thermal contribution resulting from the heating of the glazing of the roof, to the variations of the conditions.
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use of the vehicle. A simple mode of regulation consists in imposing a temperature on the internal face of the roof glazing, which is substantially equal to the average temperature in the passenger compartment. In this case, sensors determine the two temperatures. The received signals are then compared and are used by a circuit for controlling the power supply to the roof heating circuit until the temperature of the roof is brought back to a temperature closer to that of the passenger compartment.
The regulation can be adjusted in a more elaborate way to take into account if necessary the sunshine. In this case, the sensors still determine the influence of solar radiation inside the vehicle, to establish the control instructions for the regulation of the roof heating.
It goes without saying that the power available for heating the roof must be sufficient to allow the regulation envisaged under all the usual conditions of use. The power depends not only on the heated surface, but also on the climatic conditions in which the use of the vehicle is located.
Given the intended uses, in temperate climates, the power delivered is advantageously between 400 and 1500w / m2.
The invention is described in more detail using examples of implementation of heated roofs.
The attached single figure illustrates the thermal behavior of various types of roofs, under various conditions of use.
A motor vehicle is equipped with a roof whose surface is approximately 1.2m2. To determine the influence of the various types of roof successively tested, the vehicle is placed in an enclosure thermostatically controlled at a temperature of -18 C. The blower associated with the enclosure allows the traffic conditions of the vehicle to be recreated. The conditions are set using a dynamometer inducing a rolling resistance corresponding to the chosen speed.
The reported tests are carried out for conditions corresponding to speeds of 50km / h for the first 30 minutes, and 80km / h for the rest of the tests.
Under the conditions of the tests, the balance of the heat fluxes from inside the vehicle to the outside is measured, and vice versa. We consider
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under these conditions the differences existing in the balance of flows according to the nature of the roofs subjected to these tests.
Measurements are made successively for a metal roof lined with a fibrous facing (curve 1), a laminated glass roof made up of two glass sheets of 2.1 and 2.1 mm thick, respectively, assembled by means of a interlayer sheet of polyvinyl butyral (PVB) 0.76mm thick (curve 2), and of the same roof consisting of laminated glazing additionally comprising a conductive heating layer delivering two constant powers (765 curve 3, and 920w curve 4). The heating conductive layer consists of a stack of layers such as: dielectric / silver / dielectric / silver / dielectric This type of stack is used in particular to form heated windshields.
The comparison between the metal roof and the simple laminated glass roof clearly shows a difference which corresponds to a significantly higher loss in the case of glazing. This explains the feeling of cold felt by the occupants.
Conversely, the heated roof allows to find the same characteristics as for the metal roof for a power of 765w. For a delivered power of 920w, taking into account the surface of the roof, the flux balance is even slightly higher for the heated glazing compared to the metal roof, for the simulated speed conditions. This power is therefore likely to maintain the same comfort conditions for even higher speeds.
Heating the roof glazing according to the invention therefore makes it possible, while retaining the glazing of roofs the properties which make them choose instead of traditional roofs, to avoid the thermal discomfort which was linked to the use of these roofs glazed.
A determination of the thermal comfort perceived by passengers is carried out in the cabin of the experimental vehicle. The determination is made according to the protocol of ISO standard 10551. These are subjective evaluations carried out on a diversified sample of individuals. The tests are carried out on the one hand with the vehicle equipped with non-heated roof glazing, on the other hand with the same
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vehicle equipped with the heated roof delivering a power of 765w. The appraisal is made for the stationary and moving vehicle.
There is a significant difference in the assessments made.
The heated glazing, compared to the non-heated glazing, has a positive difference varying from 0.5 to 2 points, depending on traffic conditions, on the comfort scale which is established from 0 to 9. The most significant difference is noted for the stationary vehicle. The subjective assessment therefore confirms the advantage conferred by the use of the heated roof glazings according to the invention.