ES2837802T3 - Chimenea o estufa con un panel de vitrocerámica y método para fabricar dicho panel - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de calentamiento en forma de accesorio de inserción para chimeneas o estufas que comprende al menos una placa formada de al menos un sustrato vitrocerámico que comprende al menos un recubrimiento reflectante sobre la superficie prevista para estar dirigida hacia fuera del dispositivo de calentamiento, teniendo dicha placa un light reflectance value (valor de reflectancia luminosa - LRV) de entre 20 % y 80 %, estando el recubrimiento formado por una pila de capas finas hechas de materiales dieléctricos alternantes entre índices de refracción altos y bajos que comprenden la alternancia de las siguientes capas de óxido: TiO2/SiO2/TiO2.

Description

DESCRIPCIÓN
Chimenea o estufa con un panel de vitrocerámica y método para fabricar dicho panel
La presente invención se refiere a un dispositivo de calentamiento en forma de un accesorio de inserción para chimeneas o estufas.
Aparte de las chimeneas con hogar abierto, durante las últimas décadas se han desarrollado nuevos tipos de aparatos de calentamiento que tienen un carácter prácticamente estético y/o funcional, tales como accesorios de inserción o casetes de chimeneas, o nuevos tipos de estufas que son fáciles de instalar y mantener, que cumplen muchos requisitos especialmente en términos de comodidad y seguridad. Para beneficiarse del placer asociado al aspecto de los hogares con estos dispositivos, por lo general, estos se equipan con una ventana en el frontal del dispositivo, normalmente incorporada en una puerta que permite el acceso al hogar y convencionalmente fabricada de un material de vidrio; en una chimenea con hogar abierto, la protección proporcionada por esta ventana o puerta puede asegurarse al mismo tiempo mediante una pantalla protectora del fuego que también puede estar hecha de un material de vidrio.
En los accesorios de inserción para estufas o chimeneas en particular, por razones de seguridad o facilidad de uso, también se hace más frecuente reemplazar los sistemas convencionales de calentamiento por combustión de madera con sistemas de calentamiento más sofisticados que incorporan conductos o circuitos para el suministro de combustible y/o circulación de aire; sin embargo, estos conductos y circuitos pueden parecer en cierto modo poco atractivos cuando no están ocultos por las llamas cuando estos dispositivos no están en funcionamiento.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo de calentamiento en forma de accesorio de inserción para chimeneas o estufas que sea tanto estéticamente atractivo como funcional al tiempo que cumpla con los requisitos existentes en este campo.
En particular, la presente invención ha desarrollado una placa hecha de un material de vidrio que es adecuado para usar en la parte frontal de este tipo de dispositivo y cumple con los objetivos definidos de esta manera, en particular haciendo que sea posible preservar el aspecto visual atractivo de los hogares de estos dispositivos al tiempo que enmascaran cualquier estructura interna poco atractiva de dichos hogares cuando no están combustionando, estando la dificultad de implementar este tipo de producto especialmente asociada a los requerimientos de resistencia rigurosos, particularmente la resistencia a la temperatura, de este tipo de producto y también a priori con aquellos que se aplican para combinar materiales con propiedades diferentes sometidas a esas condiciones particularmente estrictas.
Este objetivo se ha conseguido mediante el dispositivo de la reivindicación 1.
Se recuerda al lector que una vitrocerámica es originalmente un vidrio, denominado vidrio precursor, cuya composición química específica hace posible inducir, mediante tratamientos térmicos de “ceramización” , una cristalización controlada. Esta estructura parcialmente cristalizada específica proporciona las propiedades únicas de las vitrocerámicas. Sin embargo, es muy complicado hacer modificaciones a estas placas y/o a su proceso de fabricación sin el riesgo de afectar desfavorablemente las propiedades deseadas; en particular, nunca se ha previsto añadir un recubrimiento reflectante a este tipo de material en el tipo de aplicación actualmente previsto, en particular debido a los riesgos de degradación de dicho recubrimiento, en particular teniendo en cuenta los diferentes coeficientes de dilatación de estos tipos de materiales y el riesgo de agrietamiento debido a la frecuencia de los choques térmicos previstos.
Sorprendentemente, la presente invención ha demostrado que esta combinación es posible y ventajosa.
La presente invención se refiere a un dispositivo de calentamiento en forma de un accesorio de inserción para chimeneas o estufas, comprendiendo dicho dispositivo al menos una placa formada de al menos un sustrato vitrocerámico que comprende al menos un recubrimiento reflectante sobre la superficie prevista para estar dirigida hacia fuera del dispositivo de calentamiento; teniendo dicha placa un light reflectance value (valor de reflectancia luminosa - LRV) de entre 20 % y 80 %; estando el recubrimiento formado por una pila de capas finas hechas de materiales dieléctricos alternantes entre índices de refracción altos y bajos que comprenden la alternancia de las siguientes capas de óxido: TiO2/SiO2/TiO2.
Esta placa se encuentra, preferiblemente, en la cara frontal del dispositivo, por ejemplo, incorporada en una puerta que permite el acceso al hogar, o incorporada en la estructura como una ventana, u opcionalmente extraíble, especialmente en el caso de una placa acoplada al hogar a modo de pantalla protectora.
La presente invención también se refiere a un método para fabricar dicha placa, que incluye una etapa de deposición de al menos un recubrimiento reflectante sobre el sustrato de vitrocerámica.
El término “ placa de vitrocerámica” significa, de ahora en adelante, no solo las placas hechas de vitrocerámica propia sino también placas hechas con cualquier otro material similar resistente a altas temperaturas y que tengan un coeficiente de dilatación cero o casi cero (por ejemplo, menos de 15,10-7K-1). Sin embargo, se prefiere que sea una placa de vitrocerámica propia.
La combinación del recubrimiento reflectante con el sustrato de vitrocerámica tiene la ventaja de ocultar más o menos el hogar cuando no está combustionando al tiempo que permite ver el fuego cuando está en funcionamiento. La placa según la invención también cumple los requisitos que se exigen en este tipo de aplicación; en particular, tiene una resistencia a la temperatura (en particular, sin degradación ni deslaminación) de al menos 500 0C, preferiblemente al menos 600 °C, con particular preferencia al menos 650 °C, o incluso 700 °C dependiendo del recubrimiento seleccionado. La placa según la invención también presenta buena resistencia a los riesgos de arañazos o impactos.
El recubrimiento está en la cara externa de la placa, es decir, la cara diseñada para estar dirigida hacia el exterior del dispositivo de calentamiento; no estando esta cara en contacto directo con el fuego durante el funcionamiento del dispositivo.
La placa del dispositivo de calentamiento según la invención (que tiene el recubrimiento reflectante según se define) tiene un light reflectance value (valor de reflectancia luminosa - LRV) (en el intervalo de longitud de onda visible - entre 0,38 pm y 0,78 pm - con un iluminante D65) de entre 20 % y 80 %, con especial preferencia entre 30 % (o incluso 40 %) y 70 %. También tiene preferiblemente una visible transmittance (transmitancia visible -VT) de entre 10 % y 78 % (en el intervalo de longitud de onda visible - entre 0,38 pm y 0,78 pm - con un iluminante D65).
Preferiblemente, el sustrato que forma la placa es transparente y especialmente tiene al menos una visible transmittance (transmitancia visible - VT) superior a 70 %, con particular preferencia superior a 80 %. Opcionalmente, puede moldearse con color o decorarse, por ejemplo, con esmalte. El uso de lo que se denomina un sustrato translúcido, o incluso un sustrato opaco, también puede contemplarse; sin embargo, en este caso se puede reducir la visibilidad del fuego de combustión.
El recubrimiento puede estar en forma de pila de múltiples capas. De forma ventajosa, la pila comprende al menos una capa de tipo metálico y/o al menos una capa hecha de un material dieléctrico.
Según la invención, el recubrimiento se forma de una pila de capas finas hechas de materiales dieléctricos que se alternan entre índices de refracción altos (preferiblemente por encima de 1,8 o incluso 1,95, o incluso 2, como se explicó anteriormente) y bajos (preferiblemente por debajo de 1,65), especialmente hechas de material de óxidos metálicos (o nitruro de metal u oxinutruo), tales como TiO2 , SiO2 , siendo la capa, si la hubiera, que se deposita la última y, por lo tanto la que se coloca en la cara externa de la placa, una capa con un índice de refracción alto.
Un ejemplo de un material de capa con un alto índice de refracción es TiO2 , siendo otros SnO2 , Si3 lSU, SnxZnyOz, TiZnOx o SixTiyOz, ZnO, ZrO2 , Nb2O5 , etc. Un ejemplo de un material de capa con un índice de refracción bajo es SiO2 , pudiendo ser otros un oxinitruro de silicio y/u oxicarburo de silicio, o una mezcla de silicio y óxido de aluminio, o un compuesto fluorado, p. ej., de tipo MgF2 o AIF3 , etc.
Según la invención, la pila comprende al menos tres capas, teniendo lugar la reflexión deseada por la acción combinada de las diversas capas de la pila, siendo la capa más cercana al sustrato una capa con un índice de refracción alto, siendo la capa intermedia una capa con un índice de refracción bajo, y siendo la capa exterior una capa con un índice de refracción alto. La pila comprende la siguiente alternancia de capas de óxido: (sustrato)-TiO2/SiO2/TiO2.
Preferiblemente, el espesor (geométrico) del recubrimiento es entre 20 nm y 1000 nm (siendo el espesor del sustrato generalmente de unos pocos milímetros, especialmente entre 3 mm y 6 mm, y habitualmente de aproximadamente 4 mm en el caso de un sustrato de vitrocerámica). En el caso de un recubrimiento formado de varias capas (generalmente en forma de una pila de capas), el espesor de cada una de las capas puede variar entre 5 nm y 160 nm, generalmente entre 20 nm y 150 nm.
Según una primera realización, el espesor de estas capas son unas cuantas decenas de nanómetros (por ejemplo alrededor de 60-80 nm) para cada una de las respectivas capas de TiO2 y SiO2 , teniendo el recubrimiento en este caso un aspecto plateado, y en una segunda realización los espesores de las capas de TiO2 son del mismo orden que los anteriores pero el espesor de la capa de SiO2 es más del doble (por ejemplo alrededor de 130-150 nm), teniendo el recubrimiento en este caso un aspecto dorado.
La placa también puede estar provista de un recubrimiento que tenga otro tipo de funcionalidad, posiblemente acoplada con la deseada según la invención (sin que esta funcionalidad adicional sea en detrimento de las propiedades deseadas) pero más generalmente en la cara opuesta, tal como un recubrimiento con una función de baja emisividad (por ejemplo hecho de un óxido de metal dopado tal como SnO2 :F o estaño y óxido de indio dopado ITO, o aluminio y óxido de cinc dopado Al:ZnO), favoreciendo la pirólisis del hollín que puede depositarse en el interior del hogar, o un recubrimiento hecho de SiO2 formando una barrera contra el azufre contenido en los gases de escape de la combustión.
La placa puede estar rodeada por un marco y/o tener bordes libres que estén generalmente conformados (redondeados, biselados, etc.). Por lo general es plana pero también puede ser curva o tener deformaciones o dobleces.
El objeto de la invención es también un método para fabricar una placa del dispositivo según la invención. Como recordatorio, la fabricación de placas de vitrocerámica tiene lugar generalmente de la siguiente manera: el vidrio de la composición elegida para formar la vitrocerámica se funde en un horno de fundición, el vidrio fundido se lamina entonces en una cinta o lámina estándar haciendo que el vidrio fundido pase entre rodillos de laminación y la cinta de vidrio se corta a las dimensiones deseadas. Las placas cortadas de este modo se someten a un método de ceramización conocido, consistiendo la ceramización en cocer las placas según el perfil térmico seleccionado para convertir el vidrio en el material policristalino denominado “vitrocerámica” , que tiene un coeficiente de dilatación cero o casi cero y que soporta un choque térmico de hasta 700 °C. La ceramización generalmente comprende una etapa de elevar progresivamente la temperatura hasta el intervalo de nucleación, que generalmente está cerca del intervalo de transformación de vidrio, una etapa de pasar durante varios minutos a través del intervalo de nucleación, una nueva etapa de elevar progresivamente la temperatura hasta la temperatura de mantenimiento de la ceramización, manteniendo la temperatura de mantenimiento de la ceramización durante varios minutos, seguido de un enfriamiento rápido a temperatura ambiente.
Opcionalmente, el método también puede comprender una etapa de conformar la placa (posiblemente llevada a cabo en varios momentos durante el procedimiento mencionado anteriormente, siempre que el material que constituye la placa esté a una temperatura lo suficientemente alta como para permitir su deformación plástica), que consiste, por ejemplo, en una operación de fundición, moldeado o prensado (mediante laminación u otra operación) u operación de flexión, teniendo lugar la ceramización de la placa, generalmente, después de la operación de conformación.
El método incluye generalmente una operación de corte, por ejemplo utilizando chorros de agua, opcionalmente seguida de una operación de conformado (rectificado, biselado, etc.). La placa también puede someterse a otras operaciones durante su fabricación (por ejemplo, serigrafiado por motivos estéticos o indicados, teniendo lugar el serigrafiado, preferiblemente, antes de la ceramización, para permitir, cuando sea apropiado, la cocción del esmalte durante dicha ceramización, etc.), y puede estar provista de elementos añadidos, tales como empuñaduras, etc.
El recubrimiento se aplica a la placa generalmente tras la ceramización, en línea con esta, o como una extensión (por ejemplo después de haber cortado y/o conformado dicha placa). El recubrimiento puede aplicarse en particular por pirólisis (de un polvo, líquido o gas), por evaporación o por pulverización catódica. Preferiblemente, el recubrimiento se deposita por un método de pulverización catódica y/o deposición al vacío, opcionalmente intensificado con plasma; en particular se usa el método de depositar la(s) capa(s) mediante pulverización catódica (por ejemplo pulverización magnetrónica), especialmente pulverización catódica intensificada magnéticamente (y con una corriente CC o CA), depositándose los óxidos o nitruros desde uno o más anticátodos de metal o aleación o silicio o cerámica apropiados, si es necesario en condiciones oxidantes o de nitruración (mezclas de argón/oxígeno o argón/nitrógeno, en su caso). También es posible depositar, por ejemplo, las capas de óxido mediante pulverización catódica reactiva del metal en cuestión en presencia de oxígeno y las capas de nitruro en presencia de nitrógeno. Para producir SiO2 o Si3N4 , se puede usar un anticátodo de silicio que esté ligeramente dopado con un metal tal como aluminio para hacerlo suficientemente conductor. La(s) capa(s) seleccionada(s) según la invención se condensan en el sustrato de manera particularmente uniforme, sin que se produzca ninguna separación ni deslaminación.
En general, el recubrimiento es un recubrimiento continuo, sin embargo, no se excluye añadir un efecto estético adicional añadiendo el recubrimiento en forma de un recubrimiento discontinuo, por ejemplo en forma de una rejilla o un diseño (preferiblemente con una elevada relación de apertura abierta, especialmente una superior a 50 % o superior a 75 %), usando máscaras adecuadas, por ejemplo, hechas de metal laminado perforado. Si el recubrimiento comprende varias capas, las capas se depositan en sucesión, una después de la otra.
Las placas del dispositivo según la invención pueden usarse, particularmente, con la ventaja de crear una nueva gama de accesorios de inserción para hogares o chimeneas.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de calentamiento en forma de accesorio de inserción para chimeneas o estufas que comprende al menos una placa formada de al menos un sustrato vitrocerámico que comprende al menos un recubrimiento reflectante sobre la superficie prevista para estar dirigida hacia fuera del dispositivo de calentamiento, teniendo dicha placa un light reflectance value (valor de reflectancia luminosa - LRV) de entre 20 % y 80 %, estando el recubrimiento formado por una pila de capas finas hechas de materiales dieléctricos alternantes entre índices de refracción altos y bajos que comprenden la alternancia de las siguientes capas de óxido: TiO2/SiO2/TiO2.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que tiene una resistencia a la temperatura de al menos 500 0C, preferiblemente al menos 600 0C, con especial preferencia al menos 650 0C, o incluso 700 0C.
3. Un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que tiene un light reflectance value (valor de reflectancia luminosa -LRV) de entre 30 % y 70 %.
4. Un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el recubrimiento comprende al menos en la superficie exterior una capa con un índice de refracción alto.
5. Un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la placa también está provista de un recubrimiento que tiene otro tipo de funcionalidad, generalmente en la cara opuesta, tal como un recubrimiento con una función de emisividad baja, por ejemplo, hecha de un óxido metálico dopado tal como SnO2:F, o un recubrimiento de SiO2.
6. Un método para fabricar una placa de vitrocerámica de un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende una etapa de deposición de al menos un recubrimiento reflectante sobre el sustrato de vitrocerámica.
7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado por que el recubrimiento reflectante se deposita por pulverización catódica.
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