CN110099466A - 具有层的加热元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加热元件,其包括配备薄层堆叠的衬底(1),该薄层堆叠包括具有20到200欧姆每平方单位之间的电气薄层电阻的适于加热的层(3),以及位于适于加热的层(3)两侧的两个非金属介电层(4,5),加热元件还包括适于接纳电压的两个导电集电器,适于加热的层(3)是完整的,由金属制成并且被电气连接到两个导电集电器上。本发明允许具有适于加热的层的加热元件被轻易地安装在电动车辆上或轻易地连接至市电,该适于加热的层容易制造。
Description
本申请为2013年8月1日进入中国国家阶段的PCT申请“具有层的加热元件”(申请号:201280007324.7,申请人:法国圣戈班玻璃厂)的分案申请。
技术领域
本发明涉及包括配备薄层堆叠的衬底的加热元件,该薄层堆叠包括适于加热的层。
背景技术
已知使用这样的加热元件作为机动车辆的加热风挡,以便给风挡除雾和/或除冰。当玻璃窗安装在车辆上并电气连接到电气系统上时,该适于加热的层变热。
加热风挡所耗散的功率P等于供应至该风挡的电压U的平方除以加热层的电阻R(P=U2/R)。耗散的功率必须高于500 W/m2以便有效地给风挡除雾和/或除冰。在内燃机驱动的车辆中,车载电压为大约12或42伏。所使用的加热层由银制成。它们分别具有大约1或4欧姆每平方单位的电气薄层电阻。
需要给电动车辆装备加热窗。但是,电动车辆的车载电压比用内燃机驱动的车辆的车载电压高得多:其为大约100伏或更高,并且甚至可能高达几百伏。因此,如果试图将用于由内燃机驱动的车辆的加热风挡安装在电动车辆中,由风挡所耗散的功率将非常高。当前,常规的电气系统,如由内燃机驱动的车辆车载的那些电气系统,如果其安装在电动车辆上,将不能承受可能由此类加热风挡所产生的极高的耗散热功率。然而,提供特定的电气系统将会非常昂贵且复杂。
此外,也已知使用包括银加热层的加热元件作为用于建筑物的电暖气。这些加热元件具有上述相同的高电压问题,因为建筑物中可提供的电压是市电电压,即在欧洲为220或230伏,或在美国是120伏,即,远高于12或42伏。为了降低耗散功率(以便避免暖气过热),通过蚀刻加热层来增加加热层的电阻,以便增加电子行经的距离。但是该过程是复杂且昂贵的。
因此对于包括配备薄层堆叠的衬底的加热元件存在需求,该薄层堆叠包括适于加热的层,该加热元件可以轻易地安装在电动车辆中或连接至市电,并且其制造简单。
发明内容
为此,本发明提供了一种加热元件,其包括配备薄层堆叠的衬底,该薄层堆叠包括具有20到200欧姆每平方单位之间的电气薄层电阻的适于加热的层,以及位于该适于加热的层两侧的两个非金属介电层,加热元件还包括适于接纳电压的两个导电集电器,该适于加热的层不进行机械加工并且被电气连接到两个导电集电器上。
根据另一个特征,适于加热的层由金属制成,所述金属属于包括铌、钼、镍、铬、锡、锌、钽、铪、钛、钨、铝、铜以及它们的合金的组。
根据另一个特征,非金属介电层例如由Si3N4、SnZnO、SnO2或ZnO制成。
根据另一个特征,堆叠包括位于适于加热的层和至少其中一个非金属介电层之间的阻挡层。
根据另一个特征,适于加热的层的厚度在2到30nm之间。
根据另一个特征,适于加热的层的厚度在2到8nm之间,以便加热元件的透光率为至少70%,优选为至少75%。
根据另一个特征,导电集电器置于加热元件的两个相对边缘附近。
根据另一个特征,配备薄层堆叠的衬底由有机或无机玻璃制成。
根据另一个特征,配备薄层堆叠的衬底是透明的。
根据另一个特征,加热元件还包括中间层和第二衬底,中间层置于两个衬底之间,以便形成叠层,该适于加热的层放置成面向中间层。
根据另一个特征,加热元件还包括与叠层通过气体薄片隔开的第三衬底。
根据另一个特征,加热元件还至少包括第二衬底,这些衬底由气体薄片成对隔开,以便形成隔热的多重玻璃窗,适于加热的层放置成面向气体薄片。
根据另一个特征,第二衬底由有机或无机玻璃制成。
根据另一个特征,第二衬底是透明的。
本发明还涉及包括如上所述的加热元件的建筑玻璃窗。
本发明也涉及用于电动汽车的玻璃窗,该玻璃窗包括如上所述的加热元件。
本发明也涉及包括如上所述玻璃窗的电动汽车,尤其是风挡、前侧窗、后侧窗、后窗或天窗。
本发明还涉及用于建筑物的电暖气,电暖气包括如上所述的加热元件。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的其他特征和优点,其中:
图1显示了根据本发明的一个实施例的加热元件的横截面视图。
具体实施方式
本发明涉及包括配备薄层堆叠的至少一个衬底的加热元件,该薄层堆叠包括适于加热的层。该适于加热的层具有20到200欧姆每平方单位之间的电气薄层电阻。适于加热的层允许玻璃窗被除雾/除冰或者房间被加热。该堆叠还包括位于适于加热的层两侧的两个非金属介电层。这些非金属介电层具有防反射功能。加热元件还包括适于接纳电压的两个导电集电器,适于加热的层被电气地连接到两个导电集电器以便被加热。适于加热的层是完整的,即其没有通过蚀刻而被加工。因此,从该层没有去除任何区域,并且在该适于加热的层中没有蚀刻几何特征,蚀刻几何特征会使得玻璃窗的有效电阻增加。
因此,适于加热的层的电气薄层电阻处于20到200欧姆每平方单位之间,不需要对其进行蚀刻。这简化了加热元件的制造。此外,现在耗散的功率受到控制并与常规电气系统相兼容。本发明因而使得易于将根据本发明的加热元件安装在电动车辆中或将其连接至市电。
图1显示了根据本发明的一个实施例的加热元件的横截面视图。
该加热元件包括衬底1,衬底1上沉积了包括适于加热的层3的薄层堆叠。该薄层堆叠例如通过溅射,尤其是借助磁场(磁控溅射)沉积。
衬底1例如由有机或无机玻璃制成。其例如是透明的,尤其是当其用于需要看透的应用时,例如用于汽车或建筑玻璃窗。衬底1优选但并非限制为玻璃板。
适于加热的层3由金属制成,例如铌、钼、镍、铬、锡、锌、钽、铪、钛、钨、铝或铜或它们的其中一种的合金。
薄层堆叠还包括两个非金属介电层4、5。适于加热的层3位于两个非金属介电层4、5之间。这些非金属介电层4、5例如由Si3N4,SnZnO,SnO2或ZnO制成。这些层4、5具有防反射功能,这改善了穿过配备适于加热的层3的加热元件的可视性,尤其是当衬底由玻璃制成时。非金属介质层4、5例如通过溅射尤其是借助磁场沉积。
薄层堆叠可选地包括位于适于加热的层3和至少其中一个非金属介质层4、5之间的至少一个阻挡层(未示出)。因此该阻挡层可为适于加热的层3的下层,从而位于衬底和适于加热的层3之间,和/或为适于加热的层3的上层。该一个或更多阻挡层非常薄。如果需要的话,它们保护适于加热的层3免受在非金属介质层5沉积在用于适于加热的层3的上层上期间可能的劣化。它们也在高温热处理期间保护适于加热的层3,诸如弯曲和/或回火期间,例如为了防止所述层3的氧化。 该一个或更多阻挡层例如由NiCr、钛或铝制成。该一个或更多阻挡层例如通过溅射尤其是借助磁场沉积。
适于加热的层3的厚度在2到30 nm之间。此厚度范围在技术上是容易制造的,并且允许在玻璃板的整个面积上获得具有受控厚度的层。当加热元件用于具有透光率必须为至少70%且甚至至少75%的限制的玻璃窗应用时,即尤其用于风挡和前侧窗,适于加热的层3的厚度在2到8 nm之间。
为了获得至少75%的透光率,铌和钼是完全适用于适于加热的层3的材料,以便具有在2到8 nm之间厚度的层3具有20到200 欧姆每平方单位之间的对于适于加热的层的电气薄层电阻。
当加热元件不用于具有透光率限制的应用中时,处于包括铌、钼、镍、铬、锡、锌、钽、铪、钛、钨、铝、铜及它们的合金的组中的该组材料对于适于加热的层3是合适的材料,以便具有在2到30 nm之间厚度的层具有20到200欧姆每平方单位之间的对于适于加热的层的电气薄膜电阻。
加热元件也包括置于加热元件的两个相对边缘附近的两个导电集电器(未示出)。适于加热的层3电气连接到这些导电集电器上。 导电集电器是用于向适于加热的层3供应电压的端子。在加热风挡的情况下,导电集电器例如置于风挡的顶部和底部。
在第一变型中,加热元件优选地包括第二衬底2和中间层6,中间层放置在两个衬底1、2之间,以便形成叠层。在此构造中,适于加热的层3和非金属介电层4、5优选地沉积在面向中间层6且不定向成朝向加热元件外部的衬底1的侧面上,以便保护薄层堆叠免受外部破坏。中间层例如由标准PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或适用于声学阻尼的任何材料制成。适于声学阻尼的该材料则优选地置于两个标准PVB层之间。
在此第一变型中,第二衬底2例如由有机或无机玻璃制成。其例如是透明的,尤其是当其用于需要看透的应用时,例如用于汽车或建筑玻璃窗。衬底2优选但并非限制为玻璃板。
根据此第一变型的加热元件可用作用于汽车尤其是电动车辆的玻璃窗。当玻璃窗是风挡或前侧窗时,其面临可视性限制。事实上,透光率必须为至少70%,甚至至少75%,以满足强制标准。此透光率通过如上所限定的加热玻璃窗而实现。相反,当玻璃窗是后侧窗、后窗或者天窗时,其不受任何透光率限制。
根据此第一变型的加热元件也可用作建筑物玻璃窗,例如在两个房间之间的隔墙,或者用于建筑物的外幕墙,其结合通过气体薄片与加热元件隔开的第三衬底。第三衬底例如由有机或无机玻璃制成。该第三衬底例如是透明的。
根据此第一变型的加热元件也可用作用于建筑物的电暖气。
在第二变型中,加热元件包括至少第二衬底2。衬底1、2通过气体薄片成对地隔开,以便形成隔热的多重玻璃窗。适于加热的层3优选地放置成面向该气体薄片,并且不定向成朝向加热元件的外部,以便保护薄层堆叠免受外部破坏。
根据此第二变型的加热元件也可用作建筑物玻璃窗。
本发明因而也涉及用于电动汽车的玻璃窗,尤其是风挡或前侧窗,其必须具有至少70%或者甚至至少75%的透光率,或者甚至后侧窗、后窗或者甚至天窗,它们不受任何透光率限制。本发明也涉及具有此类玻璃窗的电动汽车。本发明还涉及建筑物玻璃窗或者用于建筑物的电暖气。
在用于车辆或建筑物的玻璃窗的情况下,或者用于建筑物的电暖气的情况下,导电集电器以已知方式连接到电气系统上并通过此电气系统接受电压。当向适于加热的层施加电压时其被加热。通过本发明,可以使用常规电气系统。
在汽车或建筑物玻璃窗的情况下,适于加热的层的目的是给玻璃窗除雾和/或除冰。
在暖气的情况下,适于加热的层的目的实质上是家用采暖,但它也可用于除雾目的,尤其是当其用于浴室时。
根据本发明的加热元件包括以下多层:
玻璃/Si3N4/Nb/Si3N4/PVB/玻璃
并按顺序具有以下厚度:
材料 | 玻璃 | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | Nb | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | PVB | 玻璃 |
厚度 | 2 mm | 45 nm | 3 nm | 65 nm | 0.76 mm | 2 mm |
具有150 欧姆每平方单位的电气薄层电阻。在此示例中,适于加热的层是铌制层并且没有阻挡层。75 cm高的加热元件,其用220V电压供应,则发散出575 W/m2的每单位面积功率,并具有70%的透光率。这样的加热元件可用作电动车辆的风挡或前侧窗。
同样,根据本发明的加热元件包括以下多层:
玻璃/ Si3N4/Al/Cu/Al/Si3N4/PVB /玻璃
并按顺序具有以下厚度:
材料 | 玻璃 | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | Al | Cu | Al | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | PVB | 玻璃 |
厚度 | 2 mm | 33 nm | 1.3 nm | 5.6 nm | 1.3 nm | 33 nm | 0.76 mm | 2 mm |
具有40 欧姆每平方单位的电气薄层电阻。在此示例中,适于加热的层是铜制层并且铝制层是阻挡层。75 cm高的加热元件,其用220V电压供应,则发散出2150 W/m2的每单位面积功率,并具有70%的透光率。这样的加热元件可用作电动车辆的风挡或前侧窗。
同样,根据本发明的加热元件包括以下多层:
玻璃/ Si3N4/Ti/Nb/Ti/Si3N4/PVB/玻璃
并按顺序具有以下厚度:
材料 | 玻璃 | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | Ti | Nb | Ti | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | PVB | 玻璃 |
厚度 | 2 mm | 42 nm | 0.5 nm | 15 nm | 0.5 nm | 54 nm | 0.76 mm | 2 mm |
具有23 欧姆每平方单位的电气薄层电阻。在此示例中,适于加热的层是铌制层并且钛制层是阻挡层。1 m高的加热元件,其用220V电压供应,则发散出2100 W/m2的每单位面积功率,并具有27%的透光率。这样的加热元件可用作电动车辆的后侧窗、天窗或后窗,或者甚至用作建筑物玻璃窗,或用作用于建筑物的电暖气。
同样,根据本发明的加热元件包括以下多层:
玻璃/ Si3N4/NiCr/Al/NiCr/Si3N4/PVB /玻璃
并按顺序具有以下厚度:
材料 | 玻璃 | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | NiCr | Al | NiCr | Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> | PVB | 玻璃 |
厚度 | 2 mm | 50 nm | 1 nm | 5.5 nm | 1 nm | 50 nm | 0.76 mm | 2 mm |
具有80 欧姆每平方单位的电气薄层电阻。在此示例中,适于加热的层是铝制层并且NiCr制层是阻挡层。1 m高的加热元件,其用220V电压供应,则发散出605 W/m2的每单位面积功率,并具有50%的透光率。这样的加热元件可用作电动车辆的后侧窗、天窗或后窗,或者甚至用作建筑物玻璃窗,或用作用于建筑物的电暖气。
Claims (18)
1.一种加热元件,其包括配备薄层堆叠的衬底(1),所述薄层堆叠包括具有20到200欧姆每平方单位之间的电气薄层电阻的适于加热的层(3),以及位于所述适于加热的层(3)两侧的两个非金属介电层(4, 5),所述加热元件还包括适于接纳电压的两个导电集电器,所述适于加热的层(3)是完整的,由金属制成并且被电气连接到所述两个导电集电器上。
2.根据权利要求1所述的加热元件,其特征在于,所述适于加热的层的金属属于包括铌、钼、镍、铬、锡、锌、钽、铪、钛、钨、铝、铜以及它们的其中一种的合金的组。
3.根据权利要求1或2所述的加热元件,其特征在于,所述非金属介电层(4, 5)例如由Si3N4, SnZnO, SnO2或ZnO制成。
4.根据权利要求1到3的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述堆叠包括位于所述适于加热的层(3)和至少其中一个所述非金属介电层(4,5)之间的至少一个阻挡层。
5.根据权利要求1到4的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述适于加热的层(3)具有2到30 nm之间的厚度。
6.根据权利要求5所述的加热元件,其特征在于,所述适于加热的层(3)具有2到8 nm之间的厚度,以便所述加热元件的透光率为至少70%,优选为至少75%。
7.根据权利要求1到6的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述导电集电器置于所述加热元件的两个相对边缘附近。
8.根据权利要求1到7的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述衬底(1)配备由有机或无机玻璃制成的薄层堆叠。
9.根据权利要求1到8的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述衬底(1)配备透明的薄层堆叠。
10.根据权利要求1到9的任一项所述的加热元件,其特征在于,还包括中间层(6)和第二衬底(2),所述中间层(6)置于两个衬底(1,2)之间,以便形成叠层,所述适于加热的层(3)放置成面向所述中间层(6)。
11.根据权利要求10所述的加热元件,其特征在于,还包括通过气体薄片与所述叠层隔开的第三衬底。
12.根据权利要求1到9的任一项所述的加热元件,其特征在于,还包括至少一个第二衬底(2),所述衬底(1,2)通过气体薄片成对地隔开,以便形成隔热的多重玻璃窗,所述适于加热的层(3)放置成面向所述气体薄片。
13.根据权利要求10到12的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述第二衬底(2)由有机或无机玻璃制成。
14.根据权利要求10到13的任一项所述的加热元件,其特征在于,所述第二衬底(2)是透明的。
15.一种建筑物玻璃窗,包括如权利要求1到14的任一项所述的加热元件。
16.一种电动汽车的玻璃窗,所述玻璃窗包括如权利要求1到10的任一项以及当权利要求13或14从属于权利要求10时如权利要求13或14所述的加热元件。
17.一种电动汽车,其包括如权利要求16所述的玻璃窗,尤其是风挡、前侧窗、后侧窗、后窗或天窗。
18.一种用于建筑物的电暖气,所述电暖气包括如权利要求1到10的任一项以及当权利要求13或14从属于权利要求10时如权利要求13或14所述的加热元件。
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