Calefacción, en particular calefacción de alta temperatura, así como procedimiento para su fabricación.

Procedimiento para la fabricación de una calefacción, en particular para aparatos térmicos domésticos,

en el que en un material soporte (12) se aplica una capa que genera calor cuando pasa corriente por ella como elemento de calefacción (14) y en el que se aplica en el material soporte (12) una primera capa eléctricamente conductora (16), que está formada por un material base fluido y nanotubos de carbono dispersados en el mismo, caracterizado porque

- en esta primera capa (16) se aplica una capa protectora (17), que durante la aplicación en la primera capa penetra en la misma y

- las capas (16, 17) se comprimen mediante un tratamiento térmico y

- para la fabricación de la capa protectora (17) se usa un silicato para la formación de una capa inorgánica.

Calefacción, en particular calefacción de alta temperatura, así como procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una calefacción, en particular de una calefacción de alta temperatura, así como a una calefacción de este tipo, en particular una calefacción de alta temperatura, en la que está prevista una capa que genera calor cuando pasa corriente por ella en un material soporte.

Las calefacciones de este tipo, en particular las calefacciones de alta temperatura, se usan para productos de línea blanca, por ejemplo como calefacción para un horno, una tostadora o también para placas de cocina o placas vitrocerámicas. Para el calentamiento de estos objetos hasta temperaturas de > 400ºC se usan hasta ahora varillas de calefacción, de las que se producía una radiación térmica para calentar el material soporte adyacente. Gracias al uso de varillas de calefacción de este tipo se produce un proceso de calentamiento inhomogéneo. De este modo no existe una focalización selectiva respecto al producto a cocer o al producto a calentar. Además, entre los alambres de calefacción y el material soporte existe un colchón neumático, que tiene una influencia negativa en la transmisión de calor.

Para evitar un proceso de calentamiento inhomogéneo se conocen por ejemplo placas de inducción, en las que el calor se genera directamente en la olla mediante corrientes parásitas. Si bien, de este modo se consigue un calentamiento homogéneo del producto a cocer, se producen costes elevados por la compra y se necesitan ollas especiales para el calentamiento del producto a cocer. No obstante, esta calefacción de alta temperatura no puede aplicarse sin más a todo tipo de productos de la línea blanca.

Por el documento DE 10 2005 049 428 A1 se conoce un elemento de calefacción en forma de placa, que se usa para la climatización de espacios en viviendas y edificios. Se ha dado a conocer en una placa compuesta una capa calentadora de una mezcla de fibras de carbono con materiales no conductores, que se ha aplicado en una placa de cartón-yeso o en una placa compuesta provista en el lado posterior de un material compuesto. Para establecer contacto con la capa calentadora están previstos elementos de contacto en forma de bandas, de modo que se permite un calentamiento plano de la capa de la mezcla de fibras de carbono. Estas calefacciones planas permiten gracias a la configuración de la capa calentadora sólo temperaturas en un intervalo de <50ºC y no son adecuadas para el uso en productos de línea blanca. Además, la aplicación de mezclas de fibras o de tejidos de fibras de este tipo conlleva unos costes elevados.

Esto también es válido de forma análoga para los elementos de calefacción planos que se han dado a conocer por el documento DE 20 2005 013 822, que presentan una estructura análoga al elemento de calefacción para la climatización de espacios. La fabricación de los sistemas compuestos de este tipo con una estructura de fibras similar al papel es muy costosa y cara. Además, es más difícil la adaptación a geometrías de cualquier tipo y una aplicación fácil.

Por el documento DE 100 01 330 A1 se ha dado a conocer una placa de cocina eléctrica con al menos una zona de cocción, que como material soporte usa vitrocerámica, vidrio o cerámica. En el lado inferior de la misma está prevista una capa de aislamiento eléctrico para el calentamiento de las zonas de cocción, así como una capa de cubierta de aislamiento térmico, estando dispuesto en el intermedio un material de resistencia de calefacción. El material de resistencia de calefacción está hecho de carbono eléctricamente conductor, partículas de grafito o fibras de carbono que están en contacto con electrodos. El elemento de resistencia de calefacción puede estar mezclado con un aglutinante de materiales orgánicos o inorgánicos resistentes al calor. La segunda capa de cubierta de aislamiento térmico aplicada encima cierra de forma hermética respecto a la atmósfera del elemento de resistencia de calefacción, estando hecha la capa de cubierta de vidrio resistente al calor o de una capa de esmalte. El ensamblaje del cuerpo de la placa de cocina se realiza mediante unión electroquímica de las capas superpuestas, estando previsto que el elemento de resistencia de calefacción se haga pasar mediante calentamiento a una temperatura superior a 400ºC aplicándose adicionalmente una tensión eléctrica superior a 400 V al cuerpo de la placa de cocina y al elemento de resistencia de calefacción.

Esta estructura de capas de la zona de cocción presenta el inconveniente que la realización de las propiedades de adherencia es costosa debido a las altas tensiones, no existiendo la posibilidad de una libre elección del método de establecimiento de contacto, puesto que el establecimiento de contacto debe tener lugar directamente en la capa conductora.

Por el documento DE 103 36 920 A1 se da a conocer, además, una placa de horno de asar eléctrica para el calentamiento, que hace referencia a la estructura de la placa de cocina eléctrica según el documento DE 100 01 330 A1, debiendo usarse esta estructura para hornos de panificación eléctricos y hornos de cocinar o de asar eléctricos.

Por el documento DE 20 2009 000 136 U1 se conoce un dispositivo de calefacción infrarrojo-CNT, que comprende un cuerpo preformado térmicamente resistente con una capa estructural eléctricamente conductora, que genera radiación infrarroja cuando pasa corriente por la misma. La capa estructural eléctricamente conductora está hecha de materiales CNT, que se obtienen mediante extracción o aplicación manual de suspensiones CNT y que se aplican con materiales soporte adecuados, como gel o emulsiones pastosas en el cuerpo preformado. Entre el cuerpo preformado y la capa estructural conductora puede estar previsto un recubrimiento funcional de una capa de cerámica, metal, esmalte, material de bloqueo, adhesivos o aislantes térmicamente tratada.

La invención tiene el objetivo de proponer un procedimiento para la fabricación de una calefacción, en particular una calefacción de alta temperatura, así como una calefacción, en particular una calefacción de alta temperatura, en el que puede aplicarse un elemento de calefacción de forma sencilla como capa fina en toda la superficie permitiendo una transmisión de calor homogénea.

Este objetivo se consigue según la invención mediante un procedimiento para la fabricación de una calefacción, en particular para aparatos térmicos domésticos, en el que en el material soporte se aplica una primera capa eléctricamente conductora, que está formada por un material base fluido y nanotubos de carbono dispersados en el mismo, porque en esta primera capa se aplica una capa protectora, que gracias a la aplicación en la primera capa penetra en la misma, comprimiéndose las capas mediante un tratamiento térmico, y para la fabricación de la capa protectora se usa un silicato para la formación de una capa inorgánica.

Este procedimiento permite fabricar un elemento de calefacción muy fino, que puede calentarse de forma muy rápida y que permite una transmisión de calor homogénea al material soporte. Gracias al tratamiento térmico después de la aplicación de la primera capa y la capa protectora se ha mostrado sorprendentemente que los nanotubos de carbono elegidos como material conductor pueden incorporarse de forma resistente al calor en la primera capa y en la capa protectora evitándose una combustión. Gracias al uso de un silicato como capa protectora, los nanotubos de carbono dispersados en el material base pueden empotrarse completamente o protegerse del entorno, de modo que precisamente a temperaturas elevadas está garantizada una protección contra la oxidación de los nanotubos de carbono, puesto que éstos comienzan a estas temperaturas elevadas con una degradación. Gracias a la penetración en la capa protectora y la posterior compresión, se contrarresta esta degradación. De este modo se pone a disposición un elemento de calefacción que permite una estabilidad ante choques térmicos correspondiente y una adherencia mecánica en el material soporte. Gracias al tratamiento térmico o gracias al calentamiento se consigue además en la primera capa y en la capa protectora una compresión de las capas. Esto presenta la ventaja de que los elementos de calefacción de alta temperatura se comprimen para estar impermeables al aire o al oxígeno. De este modo puede conseguirse también la estabilidad respecto a la temperatura de los nanotubos de carbono incorporados mediante dispersión.

Según una configuración preferible del procedimiento está previsto que la al menos una capa establezca contacto con elementos de contacto,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de una calefacción, en particular para aparatos térmicos domésticos, en el que en un material soporte (12) se aplica una capa que genera calor cuando pasa corriente por ella como elemento de calefacción (14) y en el que se aplica en el material soporte (12) una primera capa eléctricamente conductora (16) , que está formada por un material base fluido y nanotubos de carbono dispersados en el mismo, caracterizado porque

- en esta primera capa (16) se aplica una capa protectora (17) , que durante la aplicación en la primera capa penetra en la misma y

- las capas (16, 17) se comprimen mediante un tratamiento térmico y

-para la fabricación de la capa protectora (17) se usa un silicato para la formación de una capa inorgánica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una capa (16, 17) establece contacto con elementos de contacto (18) preferiblemente en forma de bandas y se calientan las capas (16, 17) aplicadas en el material soporte, preferiblemente mediante la aplicación de una tensión a los elementos de contacto (18) .

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las capas (16, 17) aplicadas en el material soporte (12) se calientan a una temperatura de 300ºC a 700ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera capa eléctricamente conductora (16) se seca después de la aplicación en el material soporte (12) , aplicándose a continuación la capa protectora (17) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera capa eléctricamente conductora (16) y de forma separada de ella la capa protectora (17) se aplican mediante un procedimiento de pulverización, mediante racleta o un procedimiento de impresión.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera capa eléctricamente conductora (16) se aplica en toda la superficie o en bandas en el material soporte (12) , porque la capa protectora (17) se aplica a continuación en toda la superficie de la primera capa (16) y envolviendo la misma por completo respecto al material soporte (12) , aplicándose antes o después de la aplicación de la primera capa eléctricamente conductora (16) o de la capa protectora (17) elementos de contacto en forma de bandas (18) en el material soporte (12) .

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque antes de la aplicación de la primera capa eléctricamente conductora (16) se aplica una capa eléctricamente aislante (19) en la zona de calentamiento en el material soporte (12) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la fabricación de la primera capa eléctricamente conductora (16) se usa como material base eléctricamente no conductor, fluido una solución acuosa, en particular agua o agua destilada, que comprende preferiblemente un dispersante, como por ejemplo goma arábiga.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el material base fluido de la primera capa eléctricamente conductora (16) se dispersan como material eléctricamente conductor nanotubos de carbono y/o grafito.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la capa protectora (17) se dispersa una sustancia de carga, en particular grafito.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la primera capa (16) se dispersa un agente adhesivo, en particular goma arábiga.

12. Calefacción, en particular calefacción de alta temperatura, en particular para aparatos térmicos domésticos, que presenta en un material soporte (12) como elemento de calefacción (11) una capa que genera calor cuando pasa corriente por ella, caracterizada porque en el material soporte (12) está prevista una primera capa eléctricamente conductora (16) , formada por un material base y nanotubos de carbono dispersados en el mismo y una capa protectora (17) , que ha penetrado en la primera capa (16) y porque la capa protectora (17) está hecha de silicato.

13. Calefacción según la reivindicación 12, caracterizada porque las capas (16, 17) han establecido contacto con elementos de contacto (18) realizados preferiblemente en forma de bandas.

14. Calefacción según la reivindicación 12 ó 13, caracterizada porque la primera capa y la segunda capa (16, 17) presentan un espesor de capa inferior a 500 µm, en particular inferior a 100 µm.

15. Calefacción según las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada porque la primera capa eléctricamente conductora (16) presenta una concentración entre el 0, 1 y el 100 % en peso de nanotubos de carbono en el material

base fluido o porque está prevista en el material base una matriz con una concentración entre el 1 y el 3 % en peso de nanotubos de carbono y entre el 5 y el 50 % en peso de grafito.

16. Calefacción según las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada porque el elemento de calefacción (14) hecho de la primera y segunda capa (16, 17) presenta una resistencia eléctrica inferior a 100 Q/sq.

17. Calefacción según las reivindicaciones 12 a 16, caracterizada porque el material soporte (12) está hecho de cerámica, vitrocerámica, cerámica Ceran, cerámica de alúmina, MgO, KER 500.