FR3092130A1 - Dispositif pour l’opacification variable d’un vitrage - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un vitrage (1) à opacification variable, comprenant au moins deux panneaux de verre (1a, 1b) délimitant une cellule intercalaire (10) occupée par un composé volatile et des moyens assurant la transition partielle dudit composé entre son état gazeux correspondant à la transparence du vitrage et son état liquide correspondant à l’opacification du vitrage par condensation sur au moins l’un des deux panneaux, caractérisé en ce que lesdits moyens de transition comprennent au moins un élément thermo-conducteur (2) disposé au contact de l’un desdits panneaux (1a, 1b) et raccordé à un circuit thermodynamique (3) destiné à faire varier sa température. Figure de l’abrégé : [Fig. 1]
Description
L’invention concerne un dispositif pour l’opacification variable d’un vitrage et un vitrage pourvu dudit dispositif.
Plus particulièrement, l’invention s’intéresse à un dispositif destiné à assurer l’opacification variable et réversible d’un vitrage de véhicule automobile.
Il est connu d’équiper des vitrages avec des moyens assurant une opacification réversible et permettant de passer d’un état de transparence dans lequel le vitrage transmet les rayons lumineux sans les dévier à un état diffusant dans lequel les rayons lumineux sont déviés simultanément dans des directions multiples.
L'état transparent permet ainsi à un observateur de voir distinctement à travers le vitrage tandis que l'état diffusant brouille la vision et crée ainsi un isolement visuel et/ou une protection solaire.
De tels vitrages sont utilisés, notamment, pour réaliser des pavillons de véhicules automobiles (dits «Cielo»).
Les moyens d’opacification peuvent, soit prendre la forme d’éléments d’occultation physique (store, volet ou velum) susceptibles d’être déplacés en translation entre deux panneaux de verre, soit comprendre une couche intercalaire d’un matériau dont la transparence est variable.
Ces derniers vitrages dits « actifs », qui s’affranchissent d’éléments physiques ou mécaniques rapportés, offrent un gain d’espace dans l’habitacle, une réduction de poids et de bruit et une plus grande clarté.
Les couches assurant l’opacification sont généralement réalisées à partir de films SPD («Suspended Particles Device») ou de films PDLC («Polymer Dispersed Liquid Crystal»), qui sont disposés entre deux couches d'électrodes.
Toutefois, avec ces films, le vitrage n’est transparent que lorsque le film est sous tension. En revanche, si le film n’est pas alimenté électriquement (situation par défaut), le vitrage laisse passer la lumière mais reste translucide et n’offre pas alors une nette visibilité.
En outre, de telles électrodes sont onéreuses car les films sont réalisés avec des oxydes de métaux rares et sont déposés sur les vitrages au moyen de techniques spécifiques. Enfin, le montage d'un vitrage actif à base de film PDLC sur un véhicule est complexe et n'est pas compatible avec les performances d'isolation thermique ou acoustique qui peuvent être requises par ailleurs.
Enfin, ces vitrages présentent une mauvaise tenue aux tests de vieillissement (test de Haze), une robustesse insuffisante et une trop grande sensibilité à la température.
Le FR3026426A1 décrit un vitrage actif comprenant un double vitrage délimitant un volume intermédiaire dans lequel est introduit un composé volatile et un dispositif de contrôle assurant la transition entre un état de vapeur sèche de ce composé correspondant à la transparence du vitrage et un état de vapeur sursaturée dudit composé qui se trouve alors condensé sous forme de gouttelettes produisant une diffusion lumineuse et réduisant ainsi la transparence du vitrage.
Cependant, ce vitrage nécessite de raccorder le volume intermédiaire à un générateur de vapeur et de l’équiper, en outre, d’un dispositif de contrôle comprenant, notamment, des moyens de réglage du débit et/ou de la pression du composé volatile ainsi que des organes d’injection et d’évacuation de ce composé.
Avec un tel équipement, ce vitrage se révèle lourd et très complexe ce qui rend son intégration et son montage dans un véhicule automobile impossible ou tout au moins inadapté, délicat et laborieux.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes techniques posés par l’art antérieur en proposant un vitrage à opacification réversible dont la pose sur un véhicule automobile est facile et son fonctionnement est simple, fiable et autonome.
Ce but est atteint selon l’invention au moyen d’un vitrage à opacification variable, comprenant au moins deux panneaux de verre délimitant une cellule intercalaire occupée par un composé volatile et des moyens assurant la transition partielle dudit composé entre son état gazeux correspondant à la transparence du vitrage et son état liquide correspondant à l’opacification du vitrage par condensation sur au moins l’un des deux panneaux, caractérisé en ce que lesdits moyens de transition comprennent au moins un élément thermo-conducteur disposé au contact de l’un desdits panneaux et raccordé à un circuit thermodynamique destiné à faire varier sa température.
Selon un premier mode de réalisation du vitrage de l’invention, l’élément thermo-conducteur est constitué d’une plaque transparente disposée à l’intérieur de ladite cellule intercalaire et recouvrant la face interne de l’un des panneaux.
Selon un second mode de réalisation du vitrage de l’invention, l’élément thermo-conducteur est constitué d’une plaque transparente disposée à l’extérieur de ladite cellule intercalaire et recouvrant la face externe de l’un des panneaux.
Selon une variante spécifique à ce second mode, la plaque transparente est montée en sandwich entre la face externe de l’un des panneaux et un troisième panneau de verre.
De préférence, la plaque transparente est réalisée avec un matériau choisi parmi le verre ou la céramique et le composé volatile est de l’air atmosphérique.
Selon une caractéristique avantageuse du vitrage de l’invention, le circuit thermodynamique comprend au moins un circuit électrique à effet Peltier raccordé à au moins l’une des extrémités dudit élément thermo-conducteur.
Selon une autre caractéristique, la cellule intercalaire est fermée et étanche et renferme des capteurs de température et d’humidité.
Selon une autre caractéristique, la face interne d’au moins le panneau de verre au contact de l’élément thermo-conducteur présente des propriétés hydrophobes.
Selon encore une autre caractéristique, l’élément thermo-conducteur a une conductivité thermique d’au moins 500 Wm-1K-1et une diffusivité thermique d’au moins 10-6m2s-1.
Un autre objet de l’invention est une utilisation du vitrage selon l’une des revendications précédentes pour réaliser un pavillon de toit de véhicule automobiles.
Le vitrage actif de l’invention présente une structure feuilletée qui est simple, compacte et légère car elle s’affranchit d’équipements périphériques complexes.
En outre, le volume intercalaire situé entre les panneaux de verre est constitué d’une cellule fermée et étanche qui n’a aucun échange gazeux avec l’extérieur.
Le vitrage de l’invention autorise ainsi un montage rapide, notamment sur des carrosseries de véhicules automobiles, tout en apportant des propriétés d’opacification performantes et aisément réglables depuis l’habitacle.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
est un schéma illustrant un premier mode de réalisation du vitrage selon l’invention.
est un schéma illustrant un second mode de réalisation du vitrage selon l’invention.
est un schéma illustrant une variante du second mode de réalisation du vitrage selon l’invention.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.
De manière générale et comme illustré par les figures 1 à 3, l’invention concerne un vitrage 1 à opacification variable. Ce vitrage comprend au moins deux panneaux de verre 1a, 1b délimitant une cellule intercalaire 10 occupée par un composé volatile. Cette cellule 10 est pourvue de moyens destinés à assurer la transition partielle du composé volatile entre son état gazeux correspondant à la transparence du vitrage 1 et son état liquide ou semi-liquide correspondant à l’opacification du vitrage 1 par condensation sur au moins l’un des deux panneaux 1a, 1b.
Selon l’invention, les moyens de transition comprennent au moins un élément thermo-conducteur 2 disposé au contact de l’un des panneaux 1b et raccordé à un circuit thermodynamique 3 destiné à faire varier la température de l’élément thermo-conducteur 2 et donc du panneau 1b. Cette variation de température doit permettre d’atteindre une température correspondant à la condensation du composé volatile sous forme de gouttelettes G sur le panneau de verre 1b.
Plus précisément, l’invention utilise le principe de condensation d’un composé volatile (gaz) au contact d’une surface froide (température de rosée). Lorsque le volume intérieur de la cellule 10 et, en particulier, la surface des panneaux de verre est à température ambiante, le composé volatile est à l’état gazeux et le vitrage est transparent.
Lorsque la température d’au moins l’un des panneaux baisse et atteint la température de rosée du composé volatile, la condensation se produit et des gouttelettes G se déposent alors sur le panneau de verre en opacifiant le vitrage 1.
Ce phénomène physique bien connu permet l’opacification et la diffusion de la lumière par les gouttelettes G du composé volatile ainsi formées. En effet, les rayons lumineux incidents vont être diffusés dans toutes les directions en réduisant ainsi l’intensité des rayons qui vont traverser le vitrage 1.
Si le vitrage 1 est disposé dans un plan sensiblement horizontal, comme c’est le cas s’il est intégré, par exemple, dans le pavillon d’un véhicule (dit en « Cielo »), il peut s’avérer suffisant de refroidir le panneau inférieur 1b pour obtenir l’opacité recherchée et réduire la clarté dans l’habitacle.
Dans le vitrage 1 de l’invention, la cellule intercalaire 10 est fermée et étanche et est remplie avec de l’air utilisé ici comme composé volatile. Ce volume d’air occlus peut, le cas échéant, être enrichi par une fraction complémentaire de gaz inerte. La cellule 10 du vitrage 1 n’a aucun échange d’air avec l’extérieur.
Cet air qui est présent à la pression atmosphérique dans la cellule 10 est naturellement chargé d’humidité. La condensation à basse température de l’air occlus produit ainsi de la buée constituée de gouttelettes d’eau G qui se déposent (par exemple, par gravité ou adsorption), sur les panneaux de verre du vitrage 1.
De préférence, la cellule intercalaire 10 est pourvue de capteurs internes de température et d’humidité (non représentés) couplés aux moyens thermodynamiques 3 en vue d’optimiser le réglage de la température de la cellule 10 ou tout au moins du panneau de verre 1b auquel est associé l’élément thermo-conducteur 2.
Selon un premier mode de réalisation du vitrage de l’invention illustré par la figure 1 (à l’état opaque), l’élément thermo-conducteur 2 est constitué d’une plaque transparente, en verre ou en céramique, disposée à l’intérieur de la cellule intercalaire 10 et recouvrant la face interne de l’un des panneaux, et ici le panneau inférieur 1b, du double-vitrage 1 feuilleté.
La conductivité thermique limite du matériau thermo-conducteur utilisé est fortement dépendante du temps nécessaire pour obtenir l’opacification du vitrage. Par exemple, si l’on souhaite obtenir cet effet au terme d’une durée d’environ 30 s, les matériaux ayant une grande conductivité et une grande diffusivité thermique seront alors privilégiés. De préférence, l’élément thermo-conducteur 2 aura une conductivité thermique d’au moins 500 Wm-1K-1et une diffusivité thermique d’au moins 10-6m2s-1.
Il est prévu que cet élément thermo-conducteur 2 ait une transparence à la lumière qui soit au moins équivalente à celle du verre constituant les panneaux 1a, 1b.
Dans un second mode de réalisation du vitrage de l’invention tel qu’illustré par la figure 2 (toujours à l’état opaque), la plaque transparente thermo-conductrice 2 est disposée à l’extérieur de la cellule intercalaire 10 et recouvre ici la face externe du panneau inférieur 1b.
Selon une variante propre à ce second mode, la plaque transparente thermo-conductrice 2 est montée en sandwich entre la face externe du panneau inférieur 1b et un troisième panneau de verre 1c également transparent. Le panneau 1c permet de protéger et d’isoler la plaque 2 pour éviter un refroidissement intempestif de l’espace (par exemple l’habitacle du véhicule) situé sous le vitrage.
Différentes méthodes sont possibles pour fixer la plaque thermo-conductrice 2 sur le panneau de verre 1b, par exemple, par un laminage sur la plaque en verre ou au moyen d’un film auto-adhésif. Dans tous les cas, l’objectif est de pouvoir fixer la plaque thermo-conductrice 2 grâce à des moyens de solidarisation transparents.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le circuit thermodynamique 3 comprend, par exemple, au moins un système électrique 30 à effet Peltier raccordé à l’une des extrémités de l’élément thermo-conducteur 2. Toutefois, en fonction de la température de rosée recherchée à la surface du panneau 1b, il peut s’avérer nécessaire de munir chacune des deux extrémités de la plaque thermo-conductrice 2 d’un circuit thermodynamique 3.
Le système à effet Peltier doit être positionné directement en contact de la plaque thermo-conductrice 2 et est fixé au moyen d’une colle/pâte thermique afin de combler les trous d’air et d’améliorer le contact thermique.
Un logement est prévu en périphérie du vitrage, de préférence, dans une zone non visible, afin de loger ce circuit thermodynamique 3 de refroidissement.
Pour garantir la durabilité de l’effet de condensation, la face interne d’au moins le panneau de verre 1b au contact de l’élément thermo-conducteur 2 (c’est-à-dire la face tournée vers l’intérieur de la cellule 10), est traitée pour acquérir des propriétés hydrophobes.
La mise en œuvre du procédé d’opacification du vitrage actif de l’invention s’effectue de la manière suivante.
La température et le taux d’humidité du composé volatile présent dans la cellule intercalaire 10 sont d’abord mesurés par les capteurs afin de déterminer sa température de rosée.
Cette valeur de température est transmise au circuit thermodynamique 3 qui est alors activé pour alimenter l’élément thermo-conducteur 2 et refroidir, par conduction, la température du panneau de verre 1b auquel il est raccordé jusqu’à ce que ce panneau soit à la température de rosée. A cette température, le composé volatile se condense et des gouttelettes G se déposent sur le panneau de verre 1b du vitrage 1 en l’opacifiant.
Pour revenir à l’aspect transparent initial du vitrage 1, on commande au circuit thermodynamique 3 une remontée progressive de la température du panneau 1b pour obtenir un nouveau changement d’état du composé volatil et l’évaporation des gouttelettes G à l’intérieur de la cellule 10.
Claims (10)
- Vitrage (1) à opacification variable, comprenant au moins deux panneaux de verre (1a, 1b) délimitant une cellule intercalaire (10) occupée par un composé volatile et des moyens assurant la transition partielle dudit composé entre son état gazeux correspondant à la transparence du vitrage et son état liquide correspondant à l’opacification du vitrage par condensation sur au moins l’un des deux panneaux, caractérisé en ce que lesdits moyens de transition comprennent au moins un élément thermo-conducteur (2) disposé au contact de l’un desdits panneaux (1a, 1b) et raccordé à un circuit thermodynamique (3) destiné à faire varier sa température.
- Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément thermo-conducteur (2) est constitué d’une plaque transparente disposée à l’intérieur de ladite cellule intercalaire (10) et recouvrant la face interne de l’un des panneaux (1b).
- Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément thermo-conducteur (2) est constitué d’une plaque transparente disposée à l’extérieur de ladite cellule intercalaire (10) et recouvrant la face externe de l’un des panneaux (1b).
- Vitrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite plaque transparente est montée en sandwich entre la face externe de l’un des panneaux (1b) et un troisième panneau de verre (1c).
- Vitrage selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite plaque transparente est réalisée avec un matériau choisi parmi le verre ou la céramique et le composé volatile est de l’air atmosphérique.
- Vitrage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit thermodynamique (3) comprend au moins un circuit électrique (30) à effet Peltier raccordé à au moins l’une des extrémités dudit élément thermo-conducteur (2).
- Vitrage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite cellule intercalaire (10) est fermée et étanche et renferme des capteurs de température et d’humidité.
- Vitrage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face interne d’au moins le panneau de verre (1b) au contact de l’élément thermo-conducteur (2) présente des propriétés hydrophobes.
- Vitrage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément thermo-conducteur (2) a une conductivité thermique d’au moins 500 Wm-1K-1et une diffusivité thermique d’au moins 10-6m2s-1.
- Utilisation du vitrage (1) selon l’une des revendications précédentes pour réaliser un pavillon de toit de véhicule automobile.
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