Vitrage chauffant
L'invention concerne un vitrage chauffant électrique.
Dans le cas de vitrages chauffants comprenant une couche conductrice de courant électrique, le courant électrique est amené au vitrage au moyen de collecteurs de courant disposés, de préférence parallèlement, de part et d'autre du vitrage. Lorsqu'une tension donnée est appliquée au vitrage via ces collecteurs de courant, une puissance de chauffe est dissipée au travers du vitrage. Celle-ci permet, par exemple, de dégivrer ou de désembuer un tel vitrage.
La puissance de chauffe dissipée (P) exprimée en watts/m2 est égale au rapport entre le carré de la tension appliquée au vitrage (V) exprimée en volts et la résistance (R) de la surface du vitrage qui est chauffée exprimée en ohms multipliée par la surface (S) du vitrage qui est chauffée exprimée en m2:
P = V2 / (R X S)
En vertu de cette formule, pour une tension et une surface donnée, la puissance de chauffe dissipée au travers du vitrage sera d'autant plus élevée que la résistance de la surface du vitrage considéré sera faible. Cette résistance est fonction de plusieurs facteurs comme, par exemple, la résistivité de surface (R de la couche conductrice de courant électrique exprimée en ohms/carré ou la distance (D) entre les collecteurs de courant exprimée en mètre. Ceci peut être déduit de la formule suivante où L est la longueur des clinquants métalliques exprimée en mètre:
R - (Rs X D)/ L
Rs est égale au rapport entre p qui est la résistivité spécifique de la couche conductrice de courant (exprimée en ohms X mètre) et T qui est l'épaisseur de la couche conductrice de courant (exprimée en mètre).
La puissance de chauffe dissipée par un vitrage chauffant pour une tension appliquée au vitrage donnée peut ainsi être modulée en fonction de l'application désirée en variant D, p ou T.
La puissance de chauffe dissipée peut également être exprimée en fonction de la résistivité de surface (Rs) et de la distance entre les collecteurs si on considère une surface de vitrage chauffée délimitée par D et L:
P = V2/RS X D2
Les vitrages chauffants peuvent être utilisés comme vitrages automobiles tels que lunette arrière, vitrage latéral ou encore pare-brise de véhicule. Lorsque de tels vitrages doivent être dégivrés ou désembués en raison des conditions atmosphériques, il est important que la puissance de chauffe dissipée sur toute la surface du vitrage qui est chauffée soit uniforme. En effet, si ce n'est pas le cas, certaines parties du vitrage sont dégivrées ou désembuées avant d'autres, ce qui peut créer des problèmes de visibilité pour un observateur regardant à travers le vitrage. Ceci est particulièrement dangereux lorsque le vitrage est un pare-brise de véhicule.
Depuis quelques années, le marché automobile semble évoluer vers une surface croissante de vitrages présents dans un véhicule. Les vitrages utilisés comme pare-brise, vitrage latéral, lunette arrière ou encore pavillon deviennent de plus en plus grands et avec ces nouvelles dimensions certains problèmes peuvent se poser lorsqu'on désire les chauffer. En effet, sur de tels vitrages, la distance entre les collecteurs de courant placés de part et d'autre du vitrage s'accroît. Ceci crée une résistance au courant électrique (R) plus grande et la puissance de chauffe dissipée (P) lorsqu'une tension donnée (V) est appliquée au vitrage est plus faible. De tels vitrages ne sont, par exemple, dégivrés que très lentement. Pour remédier à ce problème différentes solutions ont été proposées telles que: i) l'augmentation de la tension appliquée au vitrage (V) ou ii) l'augmentation de l'épaisseur (T) de la couche conductrice de courant électrique.
La première solution est parfois incompatible avec certaines applications, et particulièrement avec les applications automobiles, puisque dans ce cas la tension maximum que l'on peut appliquer au vitrage est souvent définie par le constructeur. En outre, lorsqu'on augmente la tension appliquée au vitrage des zones de surchauffes à certains endroits du vitrage peuvent être plus importantes, ce qui en
cas de dégivrage, peut causer des problèmes de visibilité pour un observateur regardant à travers ce vitrage.
La deuxième solution se fait au détriment des propriétés optiques de la couche conductrice de courant électrique et particulièrement au détriment de la transmission lumineuse totale de la couche conductrice. Ainsi, si la puissance de chauffe dissipée (P) peut dans certains cas être suffisante, la transmission lumineuse du vitrage pourrait ne plus l'être assez, par exemple, pour utiliser le vitrage chauffant comme pare -brise de véhicule.
La présente invention fournit un vitrage chauffant ayant les caractéristiques définies à la revendication 1.
La combinaison des caractéristiques de résistivité de surface et d'épaisseur totale de la ou des couche (s) de matériau conducteur telle (s) que définies dans la revendication 1 permet d'obtenir un vitrage chauffant possédant une puissance de chauffe dissipée (P) suffisamment élevée, pour une tension donnée appliquée au vitrage, pour assurer, par exemple, une vitesse de dégivrage ou de désembuage élevée ainsi qu'un dégivrage et désembuage uniforme du vitrage sans que ce soit au détriment des propriétés opto-énergétiques dudit vitrage.
La résistivité de surface de la couche conductrice (R,) est de préférence inférieure ou égale à 3 ohms/carré, plus préférablement inférieure ou égale à 2,5 ohms/carré, avantageusement inférieure ou égale à 2,0 ohms/carré. En effet, plus la résisitivité de surface sera faible, plus la puissance de chauffe dissipée et la vitesse de chauffe seront élevées pour une tension de courant (V) appliquée au vitrage et une distance entre collecteurs (D) données.
De préférence la puissance de chauffe dissipée du vitrage chauffant selon l'invention est comprise entre 500 et 1500 watts/m2, préférablement comprise entre 800 et 1500 watts/m2, avantageusement comprise entre 1000 et 1500 watts/m2.
L'épaisseur totale de la ou des couche (s) de matériau conducteur présent(es) dans la couche conductrice de courant électrique varie en fonction du nombre de couches du matériau conducteur. Elle est de préférence inférieure ou égale à 300 A, plus préférablement inférieure ou égale à 250 Â, avantageusement
inférieure ou égale à 200 Â. Lorsqu'une seule couche de matériau conducteur est présente, son épaisseur peut être, par exemple, de l'ordre de 150 Â.
De telles épaisseurs sont compatibles avec une transmission lumineuse totale du vitrage suffisamment élevée pour être, par exemple, utilisé comme pare- brise de véhicule. En outre, les quantités de matériau conducteur à déposer sont réduites ce qui peut diminuer les coûts de fabrication d'un tel vitrage.
Le matériau conducteur est de préférence un métal noble, par exemple de l'argent. Avantageusement l'argent est dopé par un autre métal tel que le palladium, le platine, le cuivre ou l'or.
Le vitrage chauffant selon l'invention a de préférence une réflexion énergétique (RE) supérieure ou égale à 20%, plus préférablement supérieure ou égale à 25%, avantageusement supérieure ou égale à 30%. Une telle réflexion permet, par exemple, d'éviter en période d'ensoleillement échauffement d'un volume délimité par un ou plusieurs vitrages selon l'invention. La réflexion énergétique peut être exprimée comme le rapport du flux solaire réfléchi au flux solaire incident, quasi perpendiculaire à la surface du vitrage (angle de préférence inférieur à 10°) et peut être calculée selon la norme ISO DIS 9050.
La couche conductrice de courant électrique selon la présente invention comprend de préférence la séquence de couches suivante: diélectrique/argent/diélectrique/argent/diélectrique. Cette séquence permet une combinaison avantageuse de faible résistivité de surface (Rs) et de propriétés opto- énergétiques particulièrement adaptées pour un vitrage de véhicule. Avantageusement, le diélectrique comprend au moins un matériau sélectionné du groupe constitué par l'oxyde d'étain, l'oxyde de zinc, le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde de titane, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de nickel-chrome ou un mélange d'un ou plusieurs de ces matériaux.
La couche conductrice de courant électrique peut être déposée par un dispositif de pulvérisation cathodique sous pression réduite, par exemple de type magnétron. Alternativement, la couche peut être déposée pyrolytiquement, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La couche conductrice est de
préférence transparente et peut être déposée sur toute la surface du substrat ou du moins sur une majorité de la surface du substrat.
Le vitrage chauffant selon la présente invention possède de préférence une transmission lumineuse totale pour l'illuminant A, mesurée pour une épaisseur de verre de 4 mm sous un angle d'observation solide de 2° (TLA4) d'au moins 70%, plus préférablement d'au moins 75%. Une telle transmission lumineuse est particulièrement adaptée à l'utilisation du vitrage chauffant selon l'invention comme pare-brise de véhicule automobile.
La vitesse d'échauffement (S) d'un vitrage chauffant selon l'invention peut être mesurée. Par exemple, le vitrage seul, non monté sur un véhicule, est incliné sous un angle d' approximativement 40° et mis sous tension de courant via les collecteurs de courant pendant une période d' approximativement 5 minutes dans une enceinte isotherme où seule la convection naturelle intervient. L'échauffement du vitrage est ensuite mesuré à l'aide d'une caméra de thermographie. La température enregistrée est portée sur un graphique en fonction du temps écoulé en minute. La vitesse en °C/minute est obtenue par régression linéaire de la courbe obtenue.
De préférence la vitesse d'échauffement du vitrage selon l'invention possède les caractéristiques définies par la revendication 14. De préférence la vitesse d'échauffement du vitrage chauffant selon la présente invention est d'au moins 3°C/minute, plus préférablement d'au moins 4°C /minute, avantageusement d'au moins 5°C/minute. De telles vitesses permettent d'obtenir un dégivrage et/ou un désembuage rapide de toute la surface du vitrage chauffant.
La tension de courant appliquée au vitrage chauffant est de préférence comprise entre 20 et 50 volts, et est par exemple de 36, 42 ou 48 volts.
La distance entre les collecteurs de courant varie suivant le type de vitrage et son application. La distance entre les collecteurs de courant du vitrage chauffant selon la présente invention est de préférence d'au moins 0,75 m, plus préférablement d'au moins 0,80 m, avantageusement d'au moins 0,90 m, encore plus avantageusement d'au moins 1 m. Cette distance est celle qu'on rencontre, par
exemple, dans des vitrages de grande dimension tels que des pare-brise, des lunettes arrière voire des pavillons de véhicule.
Les collecteurs de courant sont de préférence formés par dépôt d'une pâte comprenant un métal conducteur de courant, par exemple de l'argent, ou par dépôt d'un ruban métallique, par exemple un ruban de cuivre, ou par toute autre méthode. Avantageusement les collecteurs de courant sont disposés substantiellement parallèlement de part et d'autre du vitrage.
La résistance (R) mesurée le long d'un collecteur de courant est de préférence inférieure ou égale à 0,15 ohms, préférablement inférieure ou égale à 0,10 ohms, avantageusement inférieure ou égale à 0,05 ohms.
De préférence le rapport tension appliquée/distance entre collecteurs (V/D) est inférieur à 75 volts/m, plus préférablement inférieur à 65 volts/m, avantageusement inférieur à 55 volts/m. Ces valeurs permettent d'obtenir une vitesse d'échauffement élevée pour un vitrage chauffant de grande dimension tout en appliquant une tension de courant pas trop élevée.
Dans les vitrages selon l'invention, le substrat est de préférence du verre, par exemple une feuille de verre, pouvant être incorporée dans un vitrage architectural ou automobile. Le substrat peut subir un traitement de trempe thermique ou de bombage avant ou après que la couche conductrice ait été déposée sur au moins une partie de sa surface. Alternativement, le substrat peut être une feuille de plastique rigide ou flexible pouvant également être incorporée au sein d'un vitrage architectural ou automobile.
Exemples
Les exemples suivants illustrent la présente invention mais ne peuvent en aucun cas être considérés comme limitant la portée de l'invention.
Exemple I
Dans un dispositif de pulvérisation cathodique à pression réduite de type magnétron, on dépose, sur une feuille de verre de 2 mm d'épaisseur, une couche conductrice de courant électrique ayant la séquence suivante : diélectrique/
argent diélectrique/ argent/ diélectrique. La couche conductrice de courant électrique ainsi formée a une résistivité de surface (Rs) de 2.2 ohms/carré.
Le vitrage revêtu est soumis à une opération de bombage de 14 minutes à 645°C pour lui imposer la forme que doit avoir un pare-brise. Cette opération est effectuée dans un four statique mais les paramètres de temps et de température peuvent être adaptés en fonction du procédé industriel. Le vitrage revêtu et bombé est ensuite assemblé en vitrage feuilleté avec une feuille de verre clair de 2 mm d'épaisseur à l'aide d'un film de PVB de 0,76 mm. Le vitrage ainsi obtenu est incliné sous un angle d' approximativement 40° et est mis sous tension à l'aide de collecteurs métalliques parallèles obtenus par dépôt d'une pâte comprenant de l'argent. Le vitrage est soumis à un cycle de chauffe d'approximativement 5 minutes dans une enceinte isotherme maintenue à une température d'approximativement 22°C où seule la convection naturelle intervient. La température est mesurée à l'aide d'une caméra de thermographie en fonction du temps d'échauffement. La vitesse est déterminée par régression linéaire de la courbe obtenue. Les résultats sont repris dans le tableau I.
Tableau I
Exemple 2
La puissance de chauffe dissipée a été calculée à deux tensions de courant différentes appliquées à un vitrage analogue à celui de l'exemple I. Les résultats obtenus avec une tension de courant de 39 volts sont repris dans le tableau II et les résultats obtenus avec une tension de courant de 42 volts sont repris dans le tableau III.
Tableau II
Tableau III