Elemento de construcción compuesto por un apilado de placas cerámicas.

Elemento de construcción que comprende una pluralidad de placas (1) apiladas superpuestas de las quepor lo menos una de ellas está constituida por un material cerámico y en la que se dispone,

mediante unosresaltes (2), una zona de canales que consiste en unos canales de guía (3) para la circulación de un fluidoque se encuentran en comunicación de fluido con los orificios de entrada y de salida (4, 5, 6, 7),encontrándose unido el apilado de placas por una aplicación de fuerza proporcionada por un dispositivo deapriete, y encontrándose dispuesto una junta plana (8) entre las diferentes placas (1), estando constituidodicha junta plana (8) por un material elástico y/o comprimible y caracterizado porque recubre a la vez lazona de canales y las zonas que rodean a los orificios de entrada y de salida (4, 5, 6, 7) así como, por lomenos parcialmente, las caras superiores de los resaltes (2) que forman los canales.

Elemento de construcción compuesto por un apilado de placas cerámicas.

La presente invención se refiere a un elemento de construcción realizado a partir de una pluralidad de placas apiladas superpuestas, de las que por lo menos una es de un material cerámico, encontrándose unido el apilado de placas por la aplicación de una fuerza ejercida mediante un dispositivo de apriete y encontrándose dispuesta respectivamente entre las distintas placas del apilado un junta plana de una configuración especial. El elemento de construcción puede ser en particular un transmisor de calor de placas o un reactor. El documento DE 10 2006 013503 da a conocer un elemento de construcción según el preámbulo de la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA PRESENTE INVENCIÓN

Los componentes cerámicos se emplean en la construcción de instalaciones y de maquinaria, por regla general donde se producen desgaste, corrosión y solicitaciones de temperatura altas. La dureza, la resistencia a la acción de los productos químicos y la conductividad térmica de los materiales cerámicos técnicos, en particular de los materiales cerámicos de carburo de silicio, son muy superiores a las de los aceros y grafitos como materiales alternativos.

El carburo de silicio (SiC) como representante de los materiales cerámicos técnicos presenta la ventaja particular de poseer una conductividad térmica 4 veces superior a la del acero y una dureza similar a la del diamante. Su perfil de características globales predestina al material, además de emplearse en toberas, válvulas, cierres de anillo deslizante y cojinetes de deslizamiento, a emplearse asimismo en intercambiadores de calor y microreactores.

En los intercambiadores de calor y microreactores, por motivos de la dinámica de fluidos los componentes deben configurarse muy complejos en su interior. Frecuentemente el diseño es incompatible con los procedimientos de conformación cerámicos disponibles, de tal modo que una unión de los componentes cerámicos individuales resulta ineludible. Para ello se emplean las uniones en arrastre de fuerza y las uniones de material permanentes.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El carburo de silicio sinterizado (SSiC) constituye un material nuevo en el ámbito de los intercambiadores de calor de placas y de los microreactores.

En principio, una unión de material permanente de componentes de SiC es posible. En comparación con la unión en arrastre de fuerza ofrece la ventaja de que los medios peligrosos o venenosos circulantes quedan estanqueizados herméticamente de forma permanente. El carburo de silicio sinterizado puede emplearse en particular con el procedimiento de la soldadura por difusión. La soldadura por rayo láser y la soldadura con metal o vidrio se unen con unión de material permanente. Los procedimientos mencionados tienen en común que los componentes se unen de forma permanente y, por lo tanto, inseparable.

El documento DE 10 2004 044 942 A1 describe un procedimiento para unir componentes de SiC mediante un procedimiento de soldadura por difusión, en el que los componentes se unen para formar un monolito con poca deformación.

Los componentes de SiC soldados por difusión y los elementos de construcción realizados a partir de los mismos, como los que se describen en el documento impreso mencionado anteriormente, ofrecen unas ventajas importantes en lo que respecta a la duración, y pueden emplearse asimismo con las temperaturas más altas. Son posibles unas presiones de servicio de 16 bar e incluso superiores. Sin embargo, una segregación para los trabajos de mantenimiento e inspección no es posible o lo es sufriendo destrucción. La limpieza únicamente es posible empleando procesos químicos o pirolíticos con un elevado coste.

Los intercambiadores de calor de SiC soldados por difusión se caracterizan además por presentar una rigidez alta. En el funcionamiento con medios con diferencias de temperatura altas pueden producirse tensiones provocadas térmicamente y existe riesgo de sufrir daños, en particular en el caso de solicitaciones de choque térmico.

En determinadas aplicaciones se requiere que los aparatos deban ser desmontables de una forma simple, a fin de poder realizar la limpieza y la retirada de incrustaciones de las superficies de los intercambiadores de calor o de los reactores con poco coste. Para ello es obligatoriamente necesaria la utilización de juntas.

En los intercambiadores de calor de placas tradicionales, los fluidos circulantes se estanqueizan entre sí y con respecto al exterior con la ayuda de juntas perimetrales, que se disponen entre las placas flexibles. En los intercambiadores de calor de placas metálicos se emplean como material de las juntas preferentemente unos elastómeros tales como NBR, EPDM, FPM y otros tipos de caucho, en el caso de los intercambiadores de calor de placas de grafito preferentemente el PTFE.

Ya ha sido divulgada la disposición, en el nivel de las placas de intercambio de calor, de unas estructuras que aumenten la estabilidad y mejoren la distribución de los fluidos. Dichas estructuras se extraen del molde de tal modo que en el estado de tensado tocan a la placa de intercambio de calor contigua y por consiguiente la arrastran. Forman parte del estado de la técnica diferentes formas de realización de los conceptos de estanqueización. Entre ellas se encuentran las juntas perimetrales que descansan planas sobre la zona exterior de las placas, encontrándose ligeramente elevadas las estructuras superficiales de las placas. Sin embargo, es habitual que las estructuras superficiales se realicen enrasadas y las juntas, por ejemplo juntas tóricas, se depositen y se fijen en hendiduras / ranuras.

El documento GB 2 128 726 A describe un intercambiador de calor de placas de materiales metálicos como por ejemplo el acero inoxidable o el titanio, en el que las placas individuales se unen entre sí mediante unas juntas perimetrales depositadas en las ranuras. En la zona de los orificios de entrada y salida para los fluidos, las placas se dotan de una estructura especial para mejorar la estanqueidad.

En el documento WO 00/77468 A1 se describe asimismo un intercambiador de calor (metálico) con juntas perimetrales que se introducen en ranuras. Para obtener una mejor fijación de las juntas, las juntas y las ranuras tienen por lo menos un ensanchamiento configurado en forma de lengua. Preferentemente las juntas son de goma.

El documento EP 1 757 887 A1 describe un bloque intercambiador de calor que comprende dos placas con cubiertas superpuestas. Por los espacios entre las superficies de las placas encaradas hacia el exterior y las cubiertas circula un fluido refrigerante. En las placas se prevén unos canales de circulación para un medio gaseoso, que se forman en las superficies de las placas mediante unas ranuras que se complementan entre sí.

Las placas se realizan de grafito, de un material cerámico o de un material compuesto de una matriz de polímero con un alto contenido de partículas conductoras del calor distribuidas en su interior, y las cubiertas se realizan de un material metálico.

La unidad de intercambiador de calor constituida por las dos placas se une con las cubiertas mediante la acción de unas juntas planas o tóricas perimetrales. Las dos placas se unen entre sí mediante un pegamento o mediante una empaquetadura blanda para estanqueizar la rendija entre las placas.

El documento EP 0 203 213 A1 describe un intercambiador de calor de placas de un material compuesto de grafito – polímero fluorado, en el que entre los marcos de elementos de placas contiguos se introducen unas juntas flexibles resistentes a la corrosión. Las juntas planas son por ejemplo de polímeros fluorados. Preferentemente se emplean unas láminas de grafito que se comprimen hasta unos valores comprendidos entre 0, 1 y 0, 3 mm. Las juntas planas son perimetrales y se encuentran en unas cavidades que se practican en la zona de los bordes de las placas.

El documento DE 10 2006 013 503 A1 describe un intercambiador de calor de placas, cuyas placas presentan unos canales de conducción de la corriente del fluido, en cuyas paredes laterales se prevén unas brechas, que originan la turbulencia de la corriente del fluido. Las placas son preferentemente de un material cerámico así como de carburo de silicio sinterizado (SSiC) . En una forma de realización, las placas pueden asimismo unirse entre sí con unas juntas perimetrales, por ejemplo de... [Seguir leyendo]

1. Elemento de construcción que comprende una pluralidad de placas (1) apiladas superpuestas de las que por lo menos una de ellas está constituida por un material cerámico y en la que se dispone, mediante unos resaltes (2) , una zona de canales que consiste en unos canales de guía (3) para la circulación de un fluido que se encuentran en comunicación de fluido con los orificios de entrada y de salida (4, 5, 6, 7) , encontrándose unido el apilado de placas por una aplicación de fuerza proporcionada por un dispositivo de apriete, y encontrándose dispuesto una junta plana (8) entre las diferentes placas (1) , estando constituido dicha junta plana (8) por un material elástico y/o comprimible y caracterizado porque recubre a la vez la zona de canales y las zonas que rodean a los orificios de entrada y de salida (4, 5, 6, 7) así como, por lo menos parcialmente, las caras superiores de los resaltes (2) que forman los canales.

2. Elemento de construcción según la reivindicación 1, recubriendo la junta plana (8) del 50 al 100% de las caras superiores de los resaltes (2) que forman los canales.

3. Elemento de construcción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, estando constituida dicha junta plana (8) por unos elastómeros, unos polímeros termoelásticos, unos polímeros termoplásticos, preferentemente de politetrafluoretileno extruido (ePTFE) o de grafito.

4. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, estando constituida la junta plana (8) por un material con un valor de recalcado en frío £KSW según DIN 28090-2 de º20%, preferentemente de º30%, y más preferentemente de º40%.

5. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, estando constituida la junta plana (8) por un material con una compresibilidad según la norma ASTM F36 de 20%, preferentemente de º35%, y más preferentemente de º45%.

6. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, estando constituido dicho material cerámico de por lo menos una de las placas (1) por carburo de silicio (SiC) , por carburo de silicio reforzado con fibras, por carburo de silicio sinterizado (SSiC) , por nitruro de silicio (Si3N4) , por óxido de aluminio (Al2O3) , por dióxido de circonio (ZrO2) , por diboruro de titanio (TiB2) o de sus combinaciones, preferentemente por carburo de silicio sinterizado (SSiC) .

7. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, encontrándose los canales de guía (3) en el seno de la placa (1) en comunicación de fluido con un primer orificio de entrada

(4) y un primer orificio de salida (5) destinados a un primer fluido, y comprendiendo la placa (1) un segundo orificio de entrada (6) y de un segundo orificio de salida (7) destinados a un segundo fluido que alimenta a una placa (1) adyacente.

8. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, presentando las placas (1) un espesor comprendido entre 0, 2 y 20 mm, preferentemente entre 3 y 12 mm, y más preferentemente entre 6 y 9 mm.

9. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, presentando los resaltes (2) de los canales de guía (3) una altura comprendida entre 0, 2 y 19 mm, preferentemente entre 0, 2 y 10 mm, más preferentemente entre 0, 2 y 6 mm, y encontrándose enrasados con la superficie de las placas (1) .

10. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, estando realizados los canales de guía (3) de tal modo que resulta una trayectoria sustancialmente en forma de meandro de la circulación del fluido sobre la superficie de las placas (1) , presentando los resaltes (2) además una pluralidad de interrupciones o de pasos (14) que hacen que la circulación del fluido resulte aún más turbulenta.

11. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, encontrándose dos placas cerámicas (1) ensambladas mediante unión de material mediante un procedimiento de soldadura por difusión para obtener de este modo un bloque de placas monolítico exento de juntas de ensamblaje, y estando dos de dichos bloques de placas monolítica unidos por la aplicación de una fuerza mediante la junta plana (8) .

12. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, tratándose de un dispositivo de transmisión de calor por placas.

13. Elemento de construcción según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 11, tratándose de un reactor con por lo menos dos circuitos de fluido separados.

14. Reactor según la reivindicación 13, en el que se prevé, entre las placas (1) , una o una pluralidad de placas de reactor (9) suplementarias, presentando las placas de reactor (9) un sistema de canales diferente a las placas (1) .

15. Reactor según la reivindicación 14, permitiendo el sistema de canales (9) , formado en el seno de las placas de reactor (9) , la mezcla de por lo menos dos circulaciones de fluido inicialmente separadas.

16. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 15, comprendiendo las placas de reactor (9) un

revestimiento catalítico. 10