窗玻璃系统和窗玻璃
阅读说明:本技术 窗玻璃系统和窗玻璃 (Window glass system and window glass ) 是由 野田和良 入江哲司 木村壮志 田中慎也 李相文 于 2020-03-06 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种防雾性能改善的窗玻璃系统。窗玻璃系统包括:安装在移动体上的窗玻璃;设置在所述窗玻璃的室内侧表面上的防雾膜;检测所述窗玻璃的室内侧表面的温度的温度传感器;检测所述移动体的室内温度和湿度的温湿度传感器;使附着在所述防雾膜上的水分气化的干燥装置;和具有电路的控制部,其基于由所述温度传感器检测到的玻璃温度及由所述温湿度传感器检测到的室内温度和湿度,推测出到所述防雾膜上起雾为止的时间Ts,基于所述时间Ts使所述干燥装置工作。(The present invention provides a glazing system with improved anti-fogging properties. A glazing system comprising: a window glass mounted on the moving body; an antifogging film provided on an indoor side surface of the window glass; a temperature sensor that detects a temperature of an indoor side surface of the window glass; a temperature/humidity sensor for detecting an indoor temperature and humidity of the moving body; a drying device for vaporizing the moisture attached to the antifogging film; and a control unit having an electric circuit for estimating a time Ts until the antifogging film is fogged based on the glass temperature detected by the temperature sensor and the indoor temperature and humidity detected by the temperature/humidity sensor, and operating the drying device based on the time Ts.)
技术领域
本发明涉及窗玻璃系统和窗玻璃。
背景技术
以往的车辆用防雾窗系统中,检测装置检测安装在车辆上的窗用板状体上附着的水分的情况,而控制装置根据该检测装置的输出来使干燥装置工作,从而使附着在所述窗用板状体上的水分气化,其特征在于,所述窗用板状体在车厢内侧表面具有防雾性被膜,所述检测装置为检测所述防雾性被膜上附着的水分量的水分检测传感器,所述控制装置在所述水分检测传感器检测到水分量超过阈值时发出使所述干燥装置工作的信号,所述干燥装置根据所述信号工作而使附着在所述防雾性被膜上的水分气化(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2006-264458号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
以往的车辆用防雾窗系统在水分检测传感器的检测值超过阈值时使干燥装置工作,但是防雾性被膜(防雾膜)的吸水性能达到饱和的饱和吸水量会因车辆的室内温度和湿度而变化。
因此,以往的系统中,在水分检测传感器的检测值超过阈值时,防雾膜上可能已经起雾。
因此,本发明的目的在于,提供一种防雾性能改善的窗玻璃系统和窗玻璃。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的实施方式的窗玻璃系统包括:安装在移动体上的窗玻璃;设置在所述窗玻璃的室内侧表面上的防雾膜;检测所述窗玻璃的室内侧表面的温度的温度传感器;检测所述移动体的室内温度和湿度的温湿度传感器;使附着在所述防雾膜上的水分气化的干燥装置;和具有电路的控制部,其基于由所述温度传感器检测到的玻璃温度及由所述温湿度传感器检测到的室内温度和湿度,推测出到所述防雾膜上起雾为止的时间Ts,基于所述时间Ts使所述干燥装置工作。
又,本发明的实施方式的窗玻璃包括:安装在移动体上的玻璃;设置在所述玻璃的室内侧表面上的防雾膜;检测所述玻璃的室内侧表面的温度的温度传感器;检测所述移动体的室内温度和湿度的温湿度传感器;和俯视下设置在与所述防雾膜所设置的区域重叠的区域的电热线或电热膜。
发明效果
本发明能够提供防雾性能改善的窗玻璃系统和窗玻璃。
附图说明
图1所示为装载有实施方式的窗玻璃系统100的车辆10的图。
图2所示为窗玻璃系统100的一个示例的图。
图3所示为窗玻璃系统100的另一个示例的图。
图4所示为控制部150C所执行的处理的流程图。
图5所示为控制部150C所执行的处理的变形例的流程图。
图6所示为将信息获取装置270安装在玻璃主体111的支架280和框体290的结构图。
图7所示为将信息获取装置270安装在玻璃主体111的支架280和框体290的结构图。
图8所示为将信息获取装置270安装在玻璃主体111的支架280和框体290的结构图。
图9所示为实施方式的变形例的支架280M的图。
具体实施方式
以下对适用本发明的窗玻璃系统和窗玻璃的实施方式进行说明。
<实施方式>
图1所示为装载有实施方式的窗玻璃系统100的车辆10的一个示例的图。作为一个示例,窗玻璃系统100作为挡风玻璃安装在车辆10上。窗玻璃系统100包括防雾膜120,并且具有使附着在防雾膜120上的水分气化的干燥装置。作为一个示例,干燥装置包括除雾器20。除雾器20在工作状态下向窗玻璃系统100输送经空调除湿的空气,从而除去雾。
这里,车辆10例如为EV(电动)车、PHV(插电式混合动力)车、HV(混合动力)车、汽油车或柴油车等机动车。此外,车辆10可也以是电动力火车(日文:電車)或常规动力火车(日文:汽車)。车辆10是运送乘客移动的移动体的一个示例。
另外,在此对于窗玻璃系统100安装在车辆10上的形态进行了说明,但是窗玻璃系统100也可以安装在车辆10以外的移动体(例如飞机或直升机等)上。
图2所示为窗玻璃系统100的一个示例的图。窗玻璃系统100包括窗玻璃110、防雾膜120、电热线130、开关140、控制单元150(温度传感器150A、温湿度传感器150B、控制部150C)。电热线130与电源160H连接,控制单元150与电源160L和ECU(Electronic ControlUnit:电子控制装置)170连接。电热线130为干燥装置的一个示例。
以下对于安装在车辆10上的状态下的窗玻璃系统100的上下关系进行说明。本发明中,玻璃主体111的上部、下部和侧部分别指安装在车辆10上的状态下的上部、下部和侧部。
窗玻璃110具有玻璃主体111。窗玻璃110还可具有遮蔽区域。玻璃主体111可以是封入有中间膜的夹层玻璃。遮蔽区域优选在玻璃主体111的车厢内(车辆10的室内)侧表面上沿着玻璃主体111的周围设置。
遮蔽区域为形成有着色层的区域或中间膜的着色区域。着色层为着色陶瓷层112或着色有机油墨层。作为一个示例,着色陶瓷层112为暗色陶瓷糊料的烧成体。形成遮蔽区域的目的在于防止玻璃主体111粘接在车辆10上的状态下粘合剂因紫外线而发生劣化,并且使得从车辆10外侧无法看到玻璃主体111与车体的连接部分而改善外观。另外,遮蔽区域所围成的玻璃主体111的中央部111A为透明的部分。此外,在玻璃主体111为夹层玻璃的情况下,着色陶瓷层112或着色有机油墨层优选设置为与中间膜相接,或设置在玻璃主体111的车厢内侧表面上。
防雾膜120设置在窗玻璃110的室内侧表面上。防雾膜120优选设置在玻璃主体111的中央部111A的车厢内(车辆10的室内)侧表面上。
此外,如图3所示,防雾膜120所设置的区域可以在俯视下与遮蔽区域重叠。图3所示为窗玻璃系统100的另一个示例的图。防雾膜120所设置的区域与遮蔽区域优选在玻璃主体111的下部和/或侧部重叠。若在玻璃主体111的下部和/或侧部重叠,则可以有效延缓窗玻璃110的起雾开始。
此外,优选防雾膜120所设置的区域的至少一部分与由电热线130进行加热的加热区域不重叠。若与该加热区域不重叠,则防雾膜120所设置的区域的可视性提升。
防雾膜120具有吸水性。为了实现高吸水性,防雾膜120优选包含吸水性高分子或亲水性高分子。防雾膜120可以介由具有粘合剂层的膜安装在窗玻璃110上。
电热线130为干燥装置的一个示例。
由电热线130进行加热的加热区域在俯视下与防雾膜120所设置的区域重叠。若由电热线130进行加热的加热区域与防雾膜120所设置的区域重叠,则防雾膜120中所含水分蒸发,防雾膜120的吸水量有效降低。
优选由电热线130进行加热的加热区域在俯视下具有与防雾膜120所设置的区域不重叠的区域。通过在由电热线130进行加热的加热区域中的与防雾膜120所设置的区域不重叠的区域设置温度传感器150A,可以降低防雾膜120对温度传感器150A的影响。进一步,电热线130所设置的区域也可以包括防雾膜120所设置的区域在内。
电热线130优选设置在玻璃主体111的中央部111A的室内侧表面上。作为一个示例,电热线130为钨制导线,其两端具有端子131。电热线130也可以是银制导线。作为一个示例,端子131为印刷了银(Ag)的银箔制汇流条。
一个端子131(图中左)与开关140连接,而另一个端子131(图中右)与电源160H连接。
在玻璃主体111为夹层玻璃的情况下,电热线130优选设置为被存在于2片玻璃之间并粘接这2片玻璃的中间膜所夹持。另外,电热线130可以设置在夹层玻璃的车厢内侧表面上。此外,电热线130可以设置在遮蔽区域,也可以设置在着色陶瓷层112或着色有机油墨层上。
本发明的窗玻璃系统100中,电热线130也可以用电热膜来代替。电热膜优选设置在玻璃主体111的中央部111A。作为一个示例,电热膜为ITO(氧化铟锡)透明膜,与端子131连接。电热膜为干燥装置的一个示例。
开关140可以设置在玻璃主体111的车厢内侧表面的遮蔽区域。开关140串联插入电热线130或电热膜的一个端子与车辆10的接地电位点之间。开关140的开启/关闭可以通过控制单元150或ECU 170进行切换。由ECU 170进行的切换可以基于从控制单元150输出的信号来进行。另外,也可以不设置开关140,而用控制单元150或ECU 170来使安装在窗玻璃110上的电热线130或电热膜为通电状态或非通电状态。由ECU 170进行的控制可以基于从控制单元150输出的信号来进行。
控制单元150可以设置在玻璃主体111的中央部111A的车厢内侧表面上。控制单元150具有控制部150C、温度传感器150A和温湿度传感器150B。控制部150C使安装在窗玻璃110上的电热线130或电热膜开启或关闭。
温度传感器150A优选设置在窗玻璃110的室内侧表面上。温度传感器150A优选在俯视下设置在遮蔽区域。若温度传感器150A位于遮蔽区域,则从车辆10外侧无法看见而改善外观。温度传感器150A可以设置在窗玻璃110的室内侧表面上所设置的着色陶瓷层112或着色有机油墨层上。
温度传感器150A优选设置在玻璃主体111的下部或上部或者侧部。特别是,若温度传感器150A设置在上部或侧部,则容易检测到随车辆运行而产生的雾。另外,温度传感器150A也可以设置在玻璃主体111的所有拐角部。若温度传感器150A设置在所有拐角,则无论车厢内的结构如何,均容易检测到所有产生的雾。温度传感器150A还可以设置在玻璃主体111的驾驶座侧。例如,温度传感器150A优选设置在玻璃主体111的中央部111A内的上部侧与遮蔽区域的边界附近。
此外,温度传感器150A优选在俯视下设置在防雾膜120所设置的区域的外侧。特别是,温度传感器150A优选在俯视下设置在遮蔽区域与防雾膜120所设置的区域之间。若温度传感器150A设置在遮蔽区域与防雾膜120所设置的区域之间,则可以准确检测玻璃温度。
温度传感器150A还可以在俯视下设置在由电热线130或电热膜进行加热的加热区域。若温度传感器150A设置在加热区域,则可以准确把握使电热线130或电热膜为通电状态的时机和非通电状态的时机。
控制单元150可以进一步具有固定于遮蔽区域的框体151。框体151将控制部150C、温度传感器150A和温湿度传感器150B容纳在内部。电源160L向控制部150C、温度传感器150A和温湿度传感器150B供电。
控制部150C通过包括CPU(中央处理器)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)和内部总线等的计算机(电路)来实现。控制部150C基于由温度传感器150A检测到的玻璃主体111的温度及由温湿度传感器150B检测到的车厢内温度和湿度进行控制,使电热线130或电热膜为通电状态,经过规定时间后再使之为非通电状态。控制部150C优选设置在ECU 170附近。由于ECU 170多设置在不容易受到日照影响的位置,因此控制部150C也同样能够避免日照的影响。该情况下,优选将温度传感器150A设置为与玻璃主体111接触、而将温湿度传感器150B设置在玻璃主体111的温度边界层上。以下将由温度传感器150A检测到的玻璃主体111的温度称为玻璃温度。对于由控制部150C进行控制的内容和规定时间等将在后文进行描述。
控制部150C可以通过网络与装载在车辆10上的多个ECU(Electronic ControlUnit:电子控制装置)中的任何一个连接。例如,若控制部150C与空调用的ECU连接,则可以使窗玻璃系统100与空调协同工作。此外,窗玻璃系统100整体的电源开启/关闭也可用空调等的操作部来进行。
温度传感器150A检测玻璃温度。温度传感器150A优选与玻璃主体111接触。温湿度传感器150B检测移动体的车厢内温度和湿度。温湿度传感器150B优选离开玻璃主体111。作为温湿度传感器150B,可以使用温度传感器与温湿度传感器作为1块芯片一体化而成的传感器。温度传感器150A和温湿度传感器150B与控制部150C连接,检测到的玻璃温度、车厢内温度和车厢内湿度的数据输出到控制部150C。另外,温度传感器150A和温湿度传感器150B也可以是无线通信型传感器。温湿度传感器150B可以是装载在车辆上的传感器。
此外,温度传感器150A和温湿度传感器150B优选相邻设置。若两传感器相邻设置,则可以使布线结构简单化。
另外,可以分别使用温度传感器和湿度传感器来代替温湿度传感器150B。作为检测车厢内温度的温度传感器,例如可以使用热电偶。作为检测车厢内湿度的湿度传感器,例如可以使用将随湿度变化而变化的元件的电阻值输出的传感器或使用将随湿度变化而变化的元件的静电电容输出的传感器。
电源160H连接在电热线130的另一个端子131与车辆10的电池和/或发电机之间,将从电池和/或发电机供应的电力供应给电热线130或电热膜。电源160H的输出电压高于电源160L的输出电压。作为一个示例,电源160H将电压为12V的电力供应给电热线130。
电源160L连接在控制单元150与车辆10的电池和/或发电机之间,将从电池和/或发电机供应的电力供应给控制单元150。电源160L的输出电压低于电源160H的输出电压,作为一个示例为5V。
首先,对于控制部150C使干燥装置工作和停止的时机进行说明。
防雾膜120能够吸水的量(吸水性能饱和的量(饱和吸水量))根据温度和湿度而变化。防雾膜120在吸水量超过饱和吸水量后开始起雾。即,与未设置防雾膜120的窗玻璃相比,防雾膜120可以延缓起雾时机。
控制部150C根据由温度传感器150A检测到的玻璃温度及由温湿度传感器150B检测到的移动体的室内温度和湿度,计算出到预测防雾膜120起雾为止的剩余时间。剩余时间一到预先设定的时间,控制部150C就使干燥装置工作。干燥装置包括除雾器20、电热线130或电热膜。
此外,干燥装置从开始工作到经过规定时间后,控制部150C控制干燥装置停止。将电热线130或电热膜开启使玻璃温度上升后,防雾膜120上所含水分蒸发,防雾膜120的吸水量降低。将除雾器20开启后,防雾膜120的吸水量同样降低。
因此,从控制部150C使干燥装置开始工作到使其停止为止的规定时间例如可以设定为防雾膜120的吸水量达到电热线130为通电状态以前的规定比例以下(例如70%以下)的时间。
例如在防雾膜120的吸水量为最大量的场合下,若设定为电热线130为通电状态以前的规定比例以下(例如70%以下)的时间,则无论在为何种吸水量的情况下,都能处于防雾膜120在一定时间内不起雾的状态。
接下来对于推测防雾膜120起雾的方法进行说明。为了推测防雾膜120的起雾,不是以防雾膜120整体的吸水状态为指标,而是以防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH为指标,这样的话即使在温度和湿度急剧变化所引起的过度响应条件或低温下水分吸收速率减慢的条件下,仍然能够准确推测起雾时机。即,本发明的特征在于,不以附着在防雾膜120上的所有水分量为指标,而是以防雾膜120最外表面的相对吸水率为指标。
防雾膜120材料中的水分扩散系数为温度的函数,扩散系数随着玻璃基板温度降低而变小。
水分扩散系数为材料中水分活化能的函数,可以根据JIS7209-2000(ISO62-1999)塑料-吸水率的方法等测定方法求出多个不同温度下的扩散系数。
防雾膜120最外表面的水分吸收速度根据具有某一温度和湿度的空气的水蒸气压与具有某一温度和吸水率的防雾膜120最外表面的水蒸气压之间的差来确定。
不具备防雾膜120的常规玻璃在玻璃温度达到具有某一温度和湿度的空气的露点以下时就会起雾。与此相对,对于防雾膜120而言,在从车厢内的空气向防雾膜120最外表面的水分吸收速率大于从防雾膜120最外表面向内部的水分扩散速率的情况下,防雾膜120即使未吸水饱和,也会因外侧的最外表面饱和而起雾。
通常在防雾膜120起雾的状态下,防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH几乎到达100%,但是膜内的相对吸水率FRH仍未到达100%,还留有吸收水分的余地。此外,在防雾膜120的干燥过程中,通常状态是防雾膜120最外表面变为干燥状态,但是防雾膜120膜内的相对吸水率FRH高于最外表面的相对吸水率FRH。
在车辆10中乘入多人而使车内湿度急剧上升的条件下、或在因低温而饱和水蒸气压较低导致防雾膜120的水分吸收速率低的条件下,即使防雾膜120最外表面起雾,膜内的相对吸水率FRH仍然有可能在70%左右。
在车辆10中临乘入乘客之前,防雾膜120的相对吸水率FRH与车厢内空气湿度处于平衡状态。即,防雾膜120的水蒸气压等于车厢内的水蒸气压。此外,从防雾膜120最外表面到其最深部达到相等的水蒸气压。即使在玻璃温度与车厢内温度不同的情况下,该玻璃温度下的膜内水蒸气压也与室温下的水蒸气压相等而达到平衡。
根据以上考虑,用菲克定律(浓度梯度的扩散方程式)来预测Δt时间后防雾膜120的最外表面、膜中(膜内)、最深部的水分浓度分布。计算出相同条件(玻璃温度及车厢内温度和湿度不发生变化的状态)例如持续10分钟的情况下到10分钟后为止的水分浓度分布。
对防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH进行监控,达到100%时判断为起雾。这里,防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH通过将防雾膜120最外表面的吸水质量浓度FD除以饱和吸水质量浓度FW来获得。这样,本发明还以预测将来的防雾膜120最外表面的相对吸水率为特征。
将到预测起雾的时间点为止的剩余时间设为预先设定的剩余时间(例如30秒),当剩余时间变为零时,使电热线130或电热膜为通电状态或使除雾器20工作,从而进入干燥防雾膜120的模式。
使电热线130或电热膜为通电状态后,剩余时间例如达到10分钟以上,因此电热线130或电热膜开启直到防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH达到预先设定的相对吸水率(例如80%)为止,而在最外表面的相对吸水率FRH达到小于80%时使电热线130或电热膜为非通电状态。在使除雾器20工作的情况下也同样。
接下来对车厢内空气与防雾膜120最外表面的界面处的起雾进行说明。车厢内空气与防雾膜120最外表面的界面处水蒸气的流动按照以下步骤进行计算。
本文中,将水蒸气的分子量定为18,将每摩尔水蒸气的气体常数(8.3144598[J/K/mol])换算成每公斤计,则气体常数R为461.5149[J/K/kg]。将水的比热容Cw定为1007[J/K/kg],将室温下无风的自然对流状态下水蒸气的导热系数H定为4.2[W/m2/K],室温T室[℃],将车内气氛中的水蒸气压记为ES[Pa]。
空气密度ρ空气用下式进行表示。
ρ空气=(1.2923/(1+0.00366×T))×((101325-0.378×ES)/101325)[kg/m3]
大气压下空气的水扩散系数D空气的实验式用下式进行表示。
D空气=0.241×((T室+273.15)/288)1.75×10-4[m2/s]
空气的热扩散系数TD空气用下式进行表示。
TD空气=(0.1356×T室+18.51)×10-6[m2/s]
由热导率换算而得的与无风状态下水面上的蒸气压差相应的水分蒸发速率H水用下式进行表示。H水=H×(D空气/TD空气)(2/3)/(R×Cw×(T室+273.15)×D空气)[kg/s/m2/Pa]
与某一相对湿度的空气处于平衡状态的防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH与空气的相对湿度几乎相等。尽管空气的饱和水蒸气压在降到低温时大幅降低,但是防雾膜120的饱和吸水质量浓度FW几乎恒定,仅水蒸气压降低。
这里,采用空气的相对湿度RH[%]、饱和水蒸气压EW[Pa],则车厢内空气的水蒸气压ES[Pa]用下式来表示。ES=EW×RH
此外,采用防雾膜120的吸水质量浓度FD[kg/m3]、防雾膜120的饱和吸水质量浓度FW[kg/m3],则防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH[%]用下式来表示。FRH=FD/FW
此外,采用玻璃主体111的某一温度下的空气的饱和水蒸气压EWF[Pa],则防雾膜120的水蒸气压Fs用下式来表示。Fs=EWF×FRH[Pa]
防雾膜120最外表面的水分移动量FWS(Flow Water Surface)[kg/m2/s]则用下式来表示。FWS=(ES-FS)×H水
防雾膜120膜内的水分扩散吸收D[m2/s]可以通过以下方式求得。采用防雾膜120最外表面处水蒸气的扩散活化系数α、气体常数R(=461.5149)[J/K/kg]、膜内的水分活化能e膜(=2.8×106)[J]、玻璃温度Tg[K],则水分扩散系数D用下式来表示。D=α×Exp(-eF膜/R/(Tg+273.15))
防雾膜120的吸水质量浓度分布FD(x,t)[kg/m3]的非稳态分析用以下扩散方程式通过差分法进行解析。 (x=d)
非稳态分析用无量纲的吸水体积浓度U(x,t)来求解。防雾膜120的吸水质量浓度FD(x,t)由下式给出。这里,C为水的密度1000[kg/m3]。FD(x,t)=U(x,t)×C[kg/m3]
此外,非稳态分析在0[m]~d[m]的膜厚x范围内进行。例如,将防雾膜120在厚度方向上等分割处理。例如,在防雾膜120的膜厚为20μm的情况下,在厚度方向上从最上层到最下层以2μm的间隔分割成10份。FD(x=0,t)为防雾膜120的与空气接触的最上层的吸水质量浓度。FD(x=d,t)为防雾膜120的与玻璃主体111接触的最下层的吸水质量浓度。差分分析中,例如对防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0,t)进行一定时间的评价。此外,时间t=0[s]表示预测防雾膜120最上层的吸水质量浓度的时刻。另外,本发明中,防雾膜120最上层是指,在厚度方向上将防雾膜120以任意厚度分割的情况下与空气接触的层。任意厚度可以根据目的而适宜地设定。
非稳态分析优选在最初分析开始后继续实施。
该偏微分方程式即扩散方程式的求解中,由于过程中因膜的吸水饱和导致最上层起雾,分析上存在不连续的点,因此对时间用向前差分、对空间用中心差分来以显式求解法计算为宜。
时刻t=0的初始条件下的吸水体积浓度U(x,0)[kg/m3]为U(x,0)=U0(0≤x≤d)。边界条件是最上层的吸水体积浓度的变化U(0,t)、最下层的吸水体积浓度的变化U(d,t)。U0为膜中初始的均匀的平衡吸水体积浓度[kg/m3]。
根据显式求解法的解的稳定性公式,时间向前差分dt的控制范围如下。
dt<dx2/2/(H水×dx+D)×C×ρ[s]
其中,dx:分割膜厚的厚度[m],H水:水分蒸发速率[kg/s/m2/Pa],D:膜中扩散系数[m2/s],C:水的密度1000[kg/m3],ρ:水的比热容[J/kg/K]。
防雾膜120最外表面的吸水体积浓度在时刻t+dt的U(x=0,t+dt)用下式来表示。U(0,t+dt)=H水/C/ρ×(ES-FW)×dt×dx+(1-2×D/C/ρ×(dt/dx2))×U(0,t)+D/C/ρ×(dt/dx2)×U(dx,t)
防雾膜120膜中(距表面深度为x的位置)的吸水体积浓度在时刻t+dt的U(x,t+dt)用下式来表示。U(x,t+dt)=D/C/ρ×(dt/dx2)×U(x-dx,t)+(1-2×D/C/ρ×(dt/dx2))×U(x,t)+D/C/ρ×(dt/dx2)×U(x+dx,t)
防雾膜120最下层(x=d)的吸水体积浓度在时刻t+dt的U(x=d,t+dt)用下式来表示。U(x=d,t+dt)=D/C/ρ×(dt/dx2)×U(d-dx,t)+(1-2×D/C/ρ×(dt/dx2))×U(dt)+D/C/ρ×(dt/dx2)×U(d-dx,t)
由上可知,要使防雾膜120不起雾,例如只要像下面那样用控制单元150来控制即可。
将防雾膜120的饱和吸水质量浓度FW[kg/m3]与防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0)进行比较,在FD(x=0)<FW的情况下不起雾。达到FD(x=0)≥FW的阶段时,防雾膜120的饱和吸水质量浓度FW以上的冷凝水成为雾而析出在表面上。
求出达到FD(x=0)≥FW、即防雾膜120起雾为止的时间Ts(从预测防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0)的时刻开始到预测起雾的时刻为止的所需时间),在时间Ts例如达到30秒以下(Ts≤30[s])、优选时间Ts达到10秒以下(Ts≤10[s])时,开启开关140启动干燥模式,控制部150C使电热线130为通电状态(开)。
达到F(x=0)≥FW、即防雾膜120起雾为止的时间Ts通过以下方式预测到规定时间(例如10分钟)为止防雾膜120最外表面的吸水质量浓度FD(x=0)来计算。
预测从计算时间点开始到10分钟(600[s])后为止的吸水质量浓度FD(x=0)的计算的第i个计算差分的时间差分dti是可变的,但在这里为了便于说明而假定其为恒定。
在各时刻差分t=0、1×dt、2×dt、3×dt、4×dt、5×dt、…、(n-1)×dt、n×dt、(n+1)×dt、…、600[s]依次计算出防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0)[kg/m3]。
(n-1)差分的时刻Tn-1=Σdti(Ii=1~n-1),防雾层120最上层的吸水质量浓度FD(0,Tn-1)与饱和吸水质量浓度FW成立以下关系。FD(0,Tn-1)[kg/m3]<FW[kg/m3]
n差分的时刻Tn=Σdti(i=1~n),防雾层120最上层的吸水质量浓度FD(0,Tn)与饱和吸水质量浓度FW成立下式。将从预测防雾层120最上层的吸水质量浓度(x=0)的时刻开始到时刻Tn为止的所需时间记为到防雾膜120起雾为止的时间Ts。FD(0,Tn)[kg/m3]≥FW[kg/m3]
即,在时间Ts例如达到30秒以下(Ts≤30[s])、优选时间Ts达到10秒以下(Ts≤10[s])时,控制部150C使电热线130或电热膜为通电状态。
然后,计算出防雾膜120最外表面的相对吸水率FRH(x=0)例如达到80%以下(FRH(x=0)≤80%)时,控制部150C使电热线130或电热膜为非通电状态。
这里作为使干燥防雾膜120的一个示例,对使电热线130或电热膜为通电状态的形态进行了说明,但是除了使电热线130或电热膜为通电状态以外,也可以开启除雾器20将空调从内循环模式切换到外循环模式、或使加湿器停止等,来代替使电热线130或电热膜为通电状态。
此外,到防雾膜120起雾为止的时间Ts优选在最初分析开始后以规定的控制周期反复计算出。
图4所示为控制部150C所执行的处理的流程图的一个示例。
ECU一接通电源,控制部150C即开始处理。
控制部150C基于由温度传感器150A和由温湿度传感器150B检测到的玻璃温度、车厢内温度和湿度来判定玻璃温度是否超过露点温度(步骤S1)。但是,本发明中,步骤S1不是必需的处理。
控制部150C判定为不在玻璃温度超过露点温度的条件下(S1:否),则使电热线130或电热膜为通电状态或开启除雾器20(步骤S2)。反复执行步骤S1和S2的处理,直到控制部150C判定为在玻璃温度超过露点温度的条件下(S1:是)。
控制部150C判定为在玻璃温度超过露点温度的条件下(S1:是),则开始根据玻璃温度、车厢内温度和湿度来计算出例如到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x)(步骤S3)。从计算出吸水质量浓度FD(x)的时刻开始进行10分钟的计时。
控制部150C判定到10分钟后为止的防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0)是否在预先设定的值以上(步骤S4)。
控制部150C判定到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x=0)不在预先设定的吸水质量浓度值以上(S4:否),则反复执行步骤S4的处理而不进入步骤S5。
控制部150C判定到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x=0)在预先设定的值以上(S4:是),则求出到防雾膜120起雾为止的时间(剩余时间)Ts(步骤S5)。时间Ts可由控制部150C用上述方法求得。
控制部150C判定步骤S5所求出的时间Ts是否与预先设定的时间A相等或比时间A短(步骤S6)。
在时间Ts与预先设定的时间A不相等且不比时间A短的情况下,控制部150C反复执行步骤S6的处理而不进入步骤S7。
控制部150C判定时间Ts与预先设定的时间A相等或比时间A短(S6:是),则使电热线130或电热膜为通电状态或开启除雾器20(步骤S7)。
控制部150C对继续计算出的到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x=0)是否在预先设定的值以下进行判定(步骤S8)。在例如到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x=0)超过预先设定的值的情况下,控制部150C反复执行步骤S8的处理而不进入步骤S9。
控制部150C判定到10分钟后为止的吸水质量浓度FD(x=0)到达预先设定的值以下(S8:是),则使电热线130或电热膜为非通电状态或关闭除雾器20(步骤S9)。
就此,以上一系列的处理结束。在窗玻璃系统100的电源开启的期间,控制部150C以规定的控制周期反复执行步骤S1到S9的处理。
这样,根据实施方式,基于玻璃温度、车厢内温度和湿度,计算出从预测吸水质量浓度FD(x=0)的时间点开始例如到10分钟后为止的防雾膜120最上层的吸水质量浓度FD(x=0),求出到防雾膜120最上层起雾为止的时间Ts。
然后,在时间Ts例如达到30秒以下(Ts≤30[s])、优选时间Ts达到10秒以下(Ts≤10[s])时,启动干燥模式而使电热线130或电热膜为通电状态或开启除雾器20。
藉此,可以将窗玻璃110的防雾膜120的起雾抑制于未然。
因此,本发明可以提供防雾性能改善的窗玻璃系统100。
以上对于控制单元150设置在玻璃主体111的车厢内侧表面上的形态进行了说明,但控制单元150也可以设置在玻璃主体111的车厢内侧的着色陶瓷层112或着色有机油墨层上。该情况下,由温湿度传感器150B检测到的温度会受到着色陶瓷层112或着色有机油墨层的影响,因此可以将检测到的温度换算成中央部111A的值。换算例如使用换算式即可。
此外,以上对控制部150C包括在控制单元150中且设置在玻璃主体111的车厢内侧表面上的形态进行了说明,但控制部150C所设置的位置不限于这样的位置。例如,控制部150C也可以藉由电缆与温湿度传感器150B连接而不设置在玻璃主体111上。此外,控制部150C还可以设置在连接温湿度传感器150B或开关140与车辆10的ECU的电缆中。
此外,以上对控制部150C基于由温湿度传感器150B检测到的温度和湿度使电热线130为通电状态的形态进行了说明,但是除了电热线130以外也可以使车辆10的除雾器20工作来代替电热线130。
此外,以上对控制部150C基于由温度传感器150A及由温湿度传感器150B检测到的玻璃温度、车厢内温度和湿度推测出到防雾膜120起雾为止的时间Ts的方法进行了说明,但是也可以基于车速、车厢外温度、车厢内温度来推测出时间Ts。例如,根据车速、车厢外温度和车厢内温度求出玻璃温度,基于所求得的玻璃温度、车厢内温度、车厢内湿度来推测出时间Ts即可。该情况下,可以具备检测车速的车速传感器和检测车厢外温度的车外温度传感器来代替温度传感器150A。
此外,控制部150C所执行的处理也可以是如图5所示的那样。图5所示为实施方式的变形例的控制部150C所执行的处理的流程图。
控制部150C一开始处理,即开始计算到规定时间后为止的吸水质量浓度FD(x)和到防雾膜120起雾为止的时间Ts(步骤S21)。
控制部150C判定电热线130或电热膜是否为通电状态(步骤S22)。
控制部150C判定电热线130或电热膜为通电状态(S22:是),则判定时间Ts是否比预先设定的时间B长(步骤S23)。
在时间Ts不比预先设定的时间B长的情况下,控制部150C反复执行步骤S23的处理而不进入步骤S24。其结果为,电热线130或电热膜维持在通电状态。
控制部150C判定时间Ts比预先设定的时间B长(S23:是),则使电热线130或电热膜为非通电状态(步骤S24)。控制部150C终止步骤S24的处理,一系列的处理终止(结束)。
而步骤S22中,若控制部150C判定电热线130或电热膜为非通电状态(S22:否),则判定时间Ts是否与预先设定的时间C相等或比时间C短(步骤S25)。
控制部150C判定时间Ts与预先设定的时间C不相等且不比时间C短(S25:否),则流程反复执行步骤S25的处理而不进入步骤S26。其结果为,电热线130或电热膜维持在非通电状态。
控制部150C判定时间Ts与预先设定的时间C相等或比时间C短(S25:是),则使电热线130或电热膜为通电状态(步骤S26)。
就此,以上一系列的处理结束。窗玻璃系统100的电源关闭的期间,控制部150C以规定的控制周期执行步骤S21到S24的处理和步骤S21到S26的处理。
这里,优选预先设定的时间B比时间C长。通过使时间B比时间C长,可以抑制电热线130或电热膜的误操作。此外,还可以降低耗电量。时间B与时间C的差优选为100秒以上,特别优选为150秒以上。
此外,如图6~图8所示,窗玻璃110可以具有获取移动体外信息的信息获取装置270。图6~图8所示为将信息获取装置270安装在玻璃主体111上的支架280和框体290的结构图。图6所示为图7的A-A箭头剖面的图,图7为主视图。这里,如图6所示,用信息获取装置270、支架280和框体290安装在玻璃主体111上的状态下的上下方向进行说明。此外,图6的左方为车辆前方,右方为车辆后方。此外,贯穿附图的方向为横向(侧向),从外向里贯穿附图的方向为右向,从里向外贯穿附图的方向为左向。左与右为相对于车辆10(参照图1)前进方向的左与右。以下用前后方向与横向(侧向)来进行说明。图6和图8显示前后左右的方向,图7显示左右的方向。
图6中,玻璃主体111为玻璃板111B、111D之间封入有中间膜111C的夹层玻璃。玻璃板111B的车厢内侧表面上安装有着色陶瓷层112、电热线130(未图示)、防雾膜220、温度传感器150A、温湿度传感器150B和风速传感器250D。另外,在还安装有控制部150C的情况下,控制部150C优选设置在信息获取装置270附近。由于信息获取装置270多以不受日照影响的方式设置,因此控制部150C也同样能够避免日照的影响。另外,电热线130可以存在于2片玻璃之间。此外,本发明的窗玻璃系统100中,电热线130可以用电热膜来代替。
着色陶瓷层112可以在安装了支架280的部分以从正面看呈矩形环状的方式安装在玻璃主体111上。
防雾膜220形成于玻璃主体111的玻璃板111B的车厢内侧表面上除着色陶瓷层112所围成的区域内的上端侧以外的部分。防雾膜220位于信息获取装置270的信息获取部271的正面,为了抑制信息获取部271正面的玻璃主体111起雾而设置。
温度传感器150A、温湿度传感器150B和风速传感器250D设置在玻璃主体111的玻璃板111B的车厢内侧表面上由着色陶瓷层112所围成的区域内,避开防雾膜220。作为一个示例,温度传感器150A、温湿度传感器150B和风速传感器250D设置在防雾膜220的更上侧。作为风速传感器250D,可以使用热线型风速仪或超声波型风速仪。
作为信息获取装置270,可列举相机等摄像装置和雷达或光信标等接收信号的受光装置等。信息获取装置270介由支架280和框体290固定在窗玻璃110上。支架280和框体290为安装构件的一个示例。信息获取装置270具有信息获取部271,通过用信息获取部271获取图像、雷达或光信标等信号,从而获取车辆10前方的信息。玻璃主体111中,信息获取部271的正面区域为信息获取区域的一个示例。防雾膜220至少设置在窗玻璃110的信息获取区域。
支架280为矩形环状的框状构件,在前方的上表面侧具有凹部281。作为一个示例,支架280为树脂制。
如图8所示,框体290具有矩形板状的底部291、三角板状的侧壁292和矩形板状的背壁293。侧壁292从底部291的侧向朝上方延伸,背壁293从底部291的后方向上方延伸。底部291、侧壁292和背壁293所围成的空间为容纳部294,固定于背壁293的前侧表面的信息获取装置270位于容纳部294内。作为一个示例,框体290为树脂制。
这样的框体290的底部291的前端、侧壁292和背壁293的上端粘接在支架280的下表面上,而支架280介由粘接层285粘贴在位于玻璃主体111的玻璃板111B的车厢内侧表面的着色陶瓷层112上。粘接层285沿着支架280的矩形环形状被分割,并且不设置在支架280的凹部281的部分。
将粘接了框体290的支架280藉由粘接层285安装在玻璃板111B的车厢内侧表面上后,在支架280的凹部281与玻璃板111B的车厢内侧表面之间会产生间隙。此外,在支架280的凹部281以外的部分与玻璃板111B的车厢内侧表面之间,在未通过粘接层285粘接的区间中也产生有间隙。
车厢内侧的空气从这样的间隙流入框体290的容纳部294。特别是,凹部281部分的间隙较大并朝向前方的斜向下方向,因此例如由空气调节装置调温过的空气会流入容纳部294中。
藉此,风速传感器250D可以检测到由空气调节装置产生的风的风速。
此外,温度传感器150A可以检测到玻璃主体111附近的温度,温湿度传感器150B可以检测到安装构件所围成的空间的温度和湿度。
将除雾器20开启后,由于经除雾器20除湿的空气从凹部281流入容纳部294内,吹在防雾膜220上,从除凹部281以外的间隙流出,因此防雾膜220最上层的吸水质量浓度FD(x=0)有效降低,可以缩短除雾器20的工作时间。
温度传感器150A和温湿度传感器150B优选设置在粘接层285间断的区间的间隙附近。若温度传感器150A和温湿度传感器150B设置在粘接层285间断的区间的间隙附近,则可以准确地计算出防雾膜220最上层的吸水质量浓度FD(x=0)。温度传感器150A和温湿度传感器150B所设置的位置优选在俯视下与间隙相距半径50mm以内,更优选40mm以内,特别优选30mm以内。
此外,若使用风速传感器250D,则可以将求取热导率H的式子转换成考虑入车厢内风速V[m/s]而求取热导率H的下式,计算出到防雾膜220起雾为止的时间Ts。H=5.8+4.2V[W/m2/K]
风速传感器250D优选设置在经除雾器20除湿的空气所通过的部分。因此,这里作为一个示例,风速传感器250D设置在与温度传感器150A和温湿度传感器150B相比离支架280的凹部281更近侧。此外,风速传感器250D设置在粘接层285间断的区间的间隙附近。
若风速传感器设置在间隙附近,则可以更准确地计算出防雾膜220最上层的吸水质量浓度FD(x=0)。风速传感器所设置的位置优选在俯视下与粘接层285间断的区间的间隙相距半径100mm以内,更优选80mm以内,特别优选50mm以内。
另外,也可以使用图9所示的支架280M来代替图6~图8所示的支架280。图9所示为实施方式的变形例的支架280M的图。
支架280M具有开口部281M。若使用这样的支架280M,则由于经除雾器20干燥的空气流入支架280M和框体290所围成的空间内,因此与使用图6~图8所示的支架280的情况相同,防雾膜220最上层的吸水质量浓度FD(x=0)有效降低,可以缩短除雾器20的工作时间。此外,若使用风速传感器250D,则可以将求取热导率H的式子转换成考虑入车厢内风速V[m/s]而求取热导率H的式子,计算出到防雾膜220起雾为止的时间Ts。
以上对于本发明的示例性实施方式的窗玻璃系统和窗玻璃进行了说明,但是本发明并不限于具体公开的实施方式,可以在不脱离权利要求书的范围内进行各种变形或变更。
另外,本国际申请主张基于2019年3月15日提出申请的日本专利申请2019-049041与2019年12月11日提出申请的日本专利申请2019-224051的优先权,其全部内容通过引用纳入本国际申请。
符号说明
100 窗玻璃系统
110 窗玻璃
111 玻璃主体
111A 中央部
112 着色陶瓷层
120 防雾膜
130 电热线
140 开关
150 控制单元
150A 温度传感器
150B 温湿度传感器
150C 控制部
160H 电源
160L 电源
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