Elemento calefactor y cristal calentado con un elemento calefactor.

Elemento calefactor con un conductor de corriente,

en donde la corriente eléctrica es,

en esencia, conducida por el conductor de corriente y en donde mediante unacaída de la tensión en una resistencia óhmica, la corriente se transforma en calor,

en donde el elemento calefactor esta constituido como una estructura plana o una estructura en forma de cinta y porlo menos presenta una capa de soporte (1) y una capa adhesiva (3),

en donde el conductor de corriente está constituido por una capa adicional - capa conductora de la corriente eléctrica(2), en donde la capa conductora de la corriente eléctrica (2) está colocada entre la capa de soporte (1 y la capaadhesiva (3), y se caracteriza porque,

la capa de soporte (1), la capa conductora de corriente eléctrica (2) y la capa adhesiva (3) son transparentes y lacapa conductora de corriente eléctrica (2) contiene nanotubos de carbono.

Elemento calefactor y cristal calentado con un elemento calefactor

La invención se refiere a un elemento calefactor con un conductor eléctrico, así como un cristal calentado con un elemento de este tipo.

Para la generación de calor se conduce habitualmente la corriente eléctrica mediante un conductor a un elemento calefactor. A este respecto, tiene lugar mediante una caída de tensión en una resistencia óhmica, la conversión de energía eléctrica en energía calorífica. Esta clase de elementos calefactores se emplean en muy diversas aplicaciones. Para la utilización de elementos calefactores en cristales calentados ya es conocido el sistema de introducir finos hilos dentro del cristal, y utilizar estos hilos como conductores para calentar el cristal. Este sistema tiene la desventaja de que junto a unos costes de obtención relativamente altos, hay que aceptar unos impedimentos de la visión, así como un calentamiento irregular del cristal.

Como cristales se emplean a este respecto, tanto cristales minerales como también cristales de plástico. El empleo de esta clase de cristales con un elemento calefactor es de interés, en particular en automóviles y en aviones. Además, campos de utilización posibles son por ejemplo las viseras calefaccionables de cascos de protección, como cascos de motos, o espejos o pantallas de aparatos de medición que se emplean en regiones polares.

Es conocido además el empleo de las llamadas láminas conductoras eléctricas como elementos calefactores. Su campo de aplicación es sin embargo limitado a causa de que el flujo de corriente es limitado y la transparencia es insuficiente. Si el flujo de corriente es elevado, aparecen en estas láminas conductoras a menudo daños en las láminas, los cuales perjudican la funcionalidad de la lámina. Además, los polímeros intrínsicamente conductores empleados en esta clase de láminas, tienen solamente una pequeña estabilidad.

A partir de la patente US 6.084.217 A se conoce un elemento calefactor compuesto de varias capas, entre las cuales hay también una capa conductora de la corriente colocada entre la capa de soporte y la capa de masa adhesiva.

La patente WO 20061122736 A2 describe la obtención de los llamados "Buky papers", especiales. Un bucky paper es una especie de tejido no tejido formado a base de nanotubos, el cual no es transparente. Los CNT son absorbidos en las fibras.

El objetivo de la invención es el de dar a conocer un elemento calefactor, que haga posible un calentamiento 35 uniforme de una superficie, y al mismo tiempo que sea estable, fácilmente montable y económico.

La presente invención se resuelve mediante un elemento calefactor con las características del concepto principal de la reivindicación 1, mediante las características de la parte de caracterización de la reivindicación 1. Las realizaciones y desarrollos preferidos son objeto de las reivindicaciones secundarias.

Según la invención, se ha comprobado que es ventajoso emplear como elemento calefactor una estructura plana transparente o una estructura en forma de cinta, a partir de ahora llamada solamente estructura plana. La estructura plana está formada por lo menos de tres capas, cada un de ellas con diferente funcionalidad, a saber una capa de soporte, una capa conductora de la corriente eléctrica, y una capa adhesiva. Estas capas son todas transparentes,

de manera que el elemento calefactor como tal es igualmente transparente y puede utilizarse también en unión con cristales.

Mediante el empleo de varias capas con diferentes funciones, se logra un desacoplamiento de las funcionalidades por lo cual es posible que cada una de las capas se adapte individualmente a las respectivas necesidades. De esta 50 manera pueden colmarse las necesidades con respecto al elemento calefactor para diferentes aplicaciones de una forma más fácil y más económica. La capa soporte sirve como soporte de las otras dos capas. Esta debe ajustarse de tal manera que la estructura sea en su conjunto suficientemente flexible y fácilmente aplicable. La capa conductora de la corriente eléctrica sirve para cumplir la función calefactora propiamente dicha. Dicha capa debe en consecuencia permitir un flujo de corriente suficientemente alto. Además, debe evitarse al máximo que un flujo 55 escape a través de las otras capas. La capa adhesiva sirve además para la aplicación de la estructura plana sobre cualquier substrato. Según el substrato y el campo de aplicación deben satisfacerse particulares exigencias, como por ejemplo una alta adhesividad, una estabilidad a la temperatura y a las inclemencias del tiempo y similares. La construcción en varias capas tiene otra ventaja, a saber, que la capa conductora de la corriente eléctrica está colocada entre la capa soporte y la capa adhesiva. Esta disposición tiene la ventaja de que la capa conductora de la 60 corriente eléctrica está protegida contra influencias externas negativas, como por ejemplo los rasguños y contra la influencia de las inclemencias del tiempo.

Bajo la denominación de "transparencia", en el sentido de la invención se entiende una transmisión de la luz de por lo menos un 50% de la intensidad irradiada. Este grado de transmisión puede determinarse por ejemplo según las

normas DIN 5036, parte 3, ó ASTM D 1003-00. En una configuración preferida se logra una transmisión de la luz de por lo menos el 70%.

En una configuración preferida, la capa conductora de corriente eléctrica está formada de tal forma que hace posible un calentamiento esencialmente uniforme sobre la estructura plana. La diferencia de temperaturas en el plano de la estructura plana debería ser por lo tanto, a excepción de las zonas fronterizas, por ejemplo en la zona del contacto, no mayor de un 20% del valor máximo de temperatura alcanzado en el plano de la estructura plana.

Alternativamente, puede también preverse la formación de zonas seleccionadas, en las cuales el rendimiento calorífico es mayor, a saber, predeterminar un gradiente de temperatura respecto al rendimiento calorífico mediante la construcción del elemento calefactor. Esto puede lograrse por ejemplo con un mayor grueso en zonas de la capa conductora de corriente eléctrica. Mediante una configuración de este tipo pueden habitualmente equilibrarse gradientes de temperatura que aparecen en un cristal, por ejemplo, mediante un enfriamiento más rápido en zonas, debido a turbulencias del aire. Puesto que dichos efectos sin embargo dependen de la velocidad, debe tenerse en cuenta que el rendimiento calefactor aumenta eventualmente en las zonas correspondientes en el caso de una velocidad distinta de la velocidad prevista.

De preferencia, la capa conductora de la corriente eléctrica desempeña la función calefactora de manera que con el elemento calefactor se logra una velocidad de calefacción en el aire, a partir de la temperatura ambiente, de por lo menos 1 ° C/minuto, con más preferencia por lo meno s 3 °C/minuto. El rendimiento calefactor debe ser s uficiente bajo las citadas condiciones por lo menos para un aumento de temperatura de 3 °C, de preferencia para un aumento de temperatura de por lo menos 5 °C.

Según la reivindicación 2, la capa conductora de la corriente eléctrica está formada de tal manera que por lo menos un 90%, de preferencia un 95%, con más preferencia un 98% del total de la corriente eléctrica que fluye a través del elemento calefactor, fluye a través de dicha capa. Esto puede realizarse por ejemplo a través de un correspondiente grueso y/o de una correspondiente concentración escogida de nanotubos de carbono en la capa conductora de la corriente eléctrica. Un desarrollo preferido de esta clase tiene la ventaja de que se evita el peligro de accidente mediante la conductividad subordinada de las otras capas.

La capa conductora de la corriente eléctrica contiene nanotubos de carbono (CNT) . Estos materiales son conductores en gran medida y pueden por lo tanto mediante su estructura fibrosa formar fácilmente una red conductora, de manera que con ella se logra la suficiente conductividad para la creación de calor, ya con una muy pequeña proporción en la capa conductora de la corriente eléctrica. Esto permite de manera particularmente fácil lograr la deseada transparencia de la capa conductora de la corriente eléctrica. Para lograr una conductividad suficiente, los nanotubos de carbono deben emplearse como relleno en una cantidad de por lo menos un 0, 01% en peso.

Además, puede ser deseable para un determinado campo de aplicación del elemento calefactor, que éste tenga zonas de diferentes rendimientos caloríficos, por ejemplo lograr en la región del borde un rendimiento calorífico mayor que en el centro del elemento calefactor o... [Seguir leyendo]

1. Elemento calefactor con un conductor de corriente, en donde la corriente eléctrica es, en esencia, conducida por el conductor de corriente y en donde mediante una caída de la tensión en una resistencia óhmica, la corriente se transforma en calor, en donde el elemento calefactor esta constituido como una estructura plana o una estructura en forma de cinta y por lo menos presenta una capa de soporte (1) y una capa adhesiva (3) , en donde el conductor de corriente está constituido por una capa adicional - capa conductora de la corriente eléctrica (2) , en donde la capa conductora de la corriente eléctrica (2) está colocada entre la capa de soporte (1 y la capa adhesiva (3) , y se caracteriza porque, la capa de soporte (1) , la capa conductora de corriente eléctrica (2) y la capa adhesiva (3) son transparentes y la capa conductora de corriente eléctrica (2) contiene nanotubos de carbono.

2.Elemento calefactor según la reivindicación 1, caracterizado porque, la capa conductora de corriente eléctrica (2) está constituida de tal manera, que por lo menos un 90 %, de preferencia por lo menos un 95 % y con mayor preferencia por lo menos un 98 % del total de la corriente que fluye a través de la capa conductora de corriente eléctrica (2) fluye por el elemento calefactor.

3.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, el elemento calefactor presenta unas zonas con diferentes rendimientos calóricos, de preferencia, la capa conductora de la corriente eléctrica (2) presenta una diferente concentración de nanotubos de carbono según la zona y/o un diferente grueso según la zona.

4. Elemento calefactor según la reivindicación 3, caracterizado porque, los nanotubos de carbono están incrustados en una matriz transparente.

5.Elemento calefactor según la reivindicación 4, caracterizado porque, la matriz transparente presenta un polímero aglomerante, en donde, de preferencia, el polímero aglomerante es transferido desde una solución o dispersión en uno o varios disolventes orgánicos o en agua, a la capa conductora de corriente eléctrica (2) .

6.Elemento calefactor según la reivindicación 5, caracterizado porque, los monómeros que sirven para la obtención del material de la matriz se escogen de manera que los polímeros resultantes pueden ser empleados como masas adhesivas por contacto a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas.

7.Elemento calefactor según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque, el material de la matriz es una masa adhesiva por contacto de acrilato.

Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, están previstas dos zonas planas las cuales están formadas para la conducción de la corriente eléctrica en la capa conductora de la corriente eléctrica (2) , y porque en dichas zonas planas o bien no hay ninguna capa adhesiva (3) colocada sobre la capa conductora de la corriente eléctrica (2) y/o bien está colocado otro tipo de capa conductora de la corriente eléctrica (5) , en donde dicha capa

(5) tiene una conductividad por lo menos 10 veces mayor que la capa conductora de corriente eléctrica (2) .

9.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, existen dos capas transparentes más (5) colocadas una encima y otra debajo de la capa conductora de corriente eléctrica, las cuales son igualmente conductoras de la corriente eléctrica, en donde dichas capas (5) presentan una conductividad eléctrica comparada con la capa conductora de corriente eléctrica (2) por los menos 10 veces superior.

10.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, los nanotubos de carbono tienen una longitud media de por lo menos 10 µm.

11.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, los nanotubos de carbono tienen un diámetro exterior medio inferior a 40 manómetros.

12.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, los nanotubos de carbono tienen una relación media entre la longitud y el diámetro externo de por lo menos 250.

13. Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, la superficie de los nanotubos de carbono se modifica químicamente.

14.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, los nanotubos de carbono son nanotubos de carbono de una sola pared.

15.Elemento calefactor según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque, los nanotubos de carbono 5 son nanotubos de carbono de múltiples paredes.

16.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, los nanotubos de carbono están dispuestos en el interior de la capa conductora de la corriente eléctrica (2) por lo menos parcialmente, orientados en su mayoría, en una dirección preferida.

17.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, la capa conductora de la corriente eléctrica (2) junto a los nanotubos de carbono tiene otros componentes conductores de la corriente, de preferencia polímeros intrínsicamente conductores de la corriente.

18.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, la capa adhesiva (3) esta formada como una capa autoadhesiva.

19.Elemento calefactor según la reivindicación 18, caracterizado porque, la masa autoadhesiva es una masa de acrilato.

20.Elemento calefactor según la reivindicación 18, caracterizado porque, la masa autoadhesiva es una masa de copolímeros en bloque de estireno.

21.Elemento calefactor según una de las reivindicaciones 18 al 20, caracterizado porque, la masa autoadhesiva 25 presenta una transparencia mayor del 70%, de preferencia mayor que el 80%, con mayor preferencia mayor del 90%.

22.Elemento calefactor según una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque, en esencia la capa conductora de la corriente eléctrica (2 tiene una transferencia máxima del 80%.

23.Cristal calentado mediante un elemento calefactor, en particular para un automóvil o un avión, caracterizado porque, el elemento calefactor está formado según una de las reivindicaciones 1 a 22,

24.Cristal calentado según la reivindicación 23, caracterizado porque, el cristal se trata de un cristal mineral o de un 35 cristal de plástico, en particular un cristal de plexiglás