Procedimiento de fabricación de un módulo con zona hueca por compresión isostática en caliente.

Procedimiento de fabricación de un módulo (1) con zona (2) hueca por compresión isostática en caliente,

que comprende:

- una etapa de realización de un conjunto (4) que comprende elementos (6, 10) superpuestos que definen la zona hueca, realizándose dicho conjunto de manera que se forma una cubierta estanca que encierra dicha zona hueca, que comprende al menos un elemento (12) de obturación fusible que separa dicha zona (2) hueca del exterior del conjunto; seguida de

- una etapa de compresión isostática en caliente de dicho conjunto, realizada de manera que se obtiene una soldadura por difusión de sus elementos, realizándose esta etapa haciendo evolucionar las condiciones de temperatura y de presión de modo que éstas provocan, en el transcurso de esta etapa, una ruptura de dicho elemento (12) de obturación fusible que permite que el gas de presurización penetre en dicha zona (2) hueca.

Procedimiento de fabricación de un módulo con zona hueca por compresión isostática en caliente La invención se refiere, de manera general, al campo de la fabricación, mediante soldadura por difusión implementada por compresión isostática en caliente, de módulos con zona hueca.

En particular, la invención se refiere a la fabricación de módulos cuya zona hueca adopta la forma de uno o de una pluralidad de canales, preferiblemente destinados a la circulación de fluido.

Numerosas aplicaciones son concebibles para este módulo, tales como los intercambiadores de calor, y preferiblemente los intercambiadores denominados compactos de placa, para los que los intercambios térmicos obtenidos son muy satisfactorios, debido a la importante razón entre las superficies de intercambio y el volumen del intercambiador. Por ejemplo, puede tratarse de un sistema de intercambiador térmico que comprende un módulo o un apilamiento de módulos que forman, de manera alterna, según una dirección de apilado de las placas, una primera zona de circulación de fluido y una segunda zona de circulación de fluido, y diseñados de manera que se produce una reacción química, eventualmente catalítica, en al menos una de estas zonas de circulación de fluido. Así, debido a la reacción química que tiene lugar en el interior de al menos una de estas zonas, tales intercambiadores también se denominan reactores. De manera más general, tales intercambiadores de calor se denominan intercambiador/reactor.

Se precisa que pueden concebirse diversos usos para este tipo de sistema de intercambiador, por ejemplo la producción de productos químicos o farmacéuticos.

Otras aplicaciones son igualmente concebibles para el módulo hueco, en los apartaos a presión refrigerados, los absorbedores térmicos, los recuperadores de calor, y, de forma más general, en todos los dispositivos que comprenden canales internos de circulación de fluido.

Estado de la técnica anterior

Se conoce a partir de la técnica anterior la fabricación de un módulo hueco a partir de dos placas ranuradas, apoyadas una contra otra con el de definir conjuntamente cavidades en las que se insertan tubos cuya geometría corresponde a la de los canales de circulación deseados. En este caso práctico, en primer lugar se limpian las superficies que van a ensamblarse por difusión, se apilan las piezas y después se hace estanca la periferia de las dos placas mediante soldadura o insertando estas placas en una cubierta que se hace estanca igualmente mediante soldadura. Asimismo, la periferia de los extremos de los tubos se hace estanca mediante soldadura con estas dos mismas placas o con la cubierta, también denominada contenedor.

Tras una desgasificación clásica del conjunto así formado, éste se somete a un ciclo de compresión isostática en caliente, durante el cual el gas de presurización no puede penetrar por las superficies de contacto entre los elementos del conjunto, pudiendo entonces soldarse éstos de manera conveniente entre sí, por difusión. En cambio, el gas de presurización penetra en el interior de los tubos, de manera que se someten a la misma presión que la de las superficies exteriores del conjunto. Debido a ello no se produce ningún aplastamiento de los tubos, que conservan su geometría inicial.

No obstante, en determinadas realizaciones, la forma de los canales es tal que es irrealizable a partir de tubos, concretamente cuando comprende codos demasiado pronunciados para poder obtenerse por curvado de tubos rectos.

A este respecto, se indica que en ensamblaje mediante soldadura por difusión en compresión isostática en caliente de placas ranuradas, sin tubos interpuestos entre las mismas, sólo es posible a costa de un empeoramiento importante de la estructura. En efecto, si no se obturan de manera estanca las entradas y salidas de los canales, el gas de presurización penetra entre las placas ranuradas e impide su soldadura. A la inversa, si se obturan de manera estanca las entradas y salidas de los canales, éstos se aplastan por la presión, lo que conduce a una 55 pérdida inaceptable de precisión dimensional de los canales, incluso a una desaparición de estos últimos. En tal caso, si bien una disminución de la presión generaría un aplastamiento más débil de los canales, esto iría acompañado sin embargo de una reducción de la resistencia de las juntas soldadas.

Otra solución técnica para evitar el aplastamiento de los canales consiste en rellenar las ranuras con núcleos realizados de un material susceptible de eliminarse tras el ensamblaje, mediante disolución química o mediante otro medio, tal como se describe en el documento JP-A-2006 263746. No obstante, en la práctica, la definición del material de relleno y su eliminación resultan muy difíciles.

Otro procedimiento más de fabricación se conoce a partir del documento FR-A-2 879 489. Consiste en mecanizar 65 ranuras que prefiguran los canales en una placa, en hacer estanca la parte superior de estas ranuras añadiendo a las mismas mediante soldadura láminas delgadas, y después en ensamblar mediante soldadura por difusión en

compresión isostática en caliente, sobre la placa ranurada, un segundo elemento en forma de tapa que cubre las láminas delgadas. Esta solución presenta varios inconvenientes, entre los que se encuentra un coste elevado, la dificultad de soldar las láminas delgadas cuando los canales no son rectos, la dificultad de controlar y garantizar la estanqueidad de todas las soldaduras de las láminas para una estructura que comprende múltiples canales o grandes longitudes de canales, o incluso la imposibilidad de construir canales con una anchura de canal no regular con respecto a la altura del canal, desde el punto de vista de la formación de canales denominados "3D".

Por último, se conoce otro procedimiento de fabricación a partir del documento titulado "HIP experiments on the first wall and cooling plate spécimens for the EU HCPB blanket", P. Norajitra et al., Journal of Nuclear Materials 307-311 (2002) . En el mismo se describe un principio que consiste en ensamblar piezas elementales, mediante soldadura por difusión en compresión isostática en caliente, en dos etapas. La totalidad o parte de las piezas elementales permiten reconstituir, al yuxtaponerlas, los canales deseados. Estas piezas elementales se insertan en un contenedor estanco para formar un conjunto que se desgasifica a continuación y después se obtura. Alternativamente, la periferia de las piezas elementales se suelda de manera estanca y se obturan los canales, siempre con vistas a formar una cubierta estanca que encierra la zona hueca.

Durante la primera etapa de soldadura por difusión, las condiciones de temperatura y de presión de la compresión isostática en caliente, así como la duración de la etapa, se eligen por un lado con vistas a obtener un soldadura de las piezas que haga sus superficies de contacto estancas y, por otro lado, de manera que las eventuales deformaciones de los canales se mantengan despreciables.

Tras esta primera etapa, el conjunto se perfora frente a los canales, de manera que se deja que penetre aire en los mismos. De este modo se rompe la estanqueidad de la zona hueca. Sigue una segunda etapa de soldadura por difusión, realizada a mayor presión de manera que se garantiza la obtención de una soldadura por difusión de buena calidad entre las piezas elementales. Durante esta segunda etapa, el gas de presurización penetra en los canales, a diferencia de la primera etapa de soldadura, lo que permite evitar el aplastamiento de los canales, y hacer que conserven una geometría aceptable.

Esta solución presenta numerosos inconvenientes, entre los que se encuentra la necesidad de pasar dos veces el conjunto por un recinto de compresión isostática en caliente, con aireación entre las dos etapas para perforar el conjunto a nivel de los canales. Esto genera tiempos y costes de fabricación elevados. Además, los riesgos de error durante la operación de perforación son reales, ya que se trata de perforar con precisión un componente que puede ser de gran tamaño y que puede haber experimentado deformaciones durante la primera etapa, lo que hace que la localización de los canales sea delicada.

Exposición de la invención

La invención tiene por tanto como objetivo solucionar al menos parcialmente los inconvenientes mencionados anteriormente, relativos a las realizaciones de la técnica anterior.

Para ello, la invención tiene como objeto un procedimiento de fabricación de un módulo con zona hueca por compresión isostática en caliente, que comprende:

- una etapa de realización de un conjunto que comprende elementos superpuestos que definen la zona hueca,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de un módulo (1) con zona (2) hueca por compresión isostática en caliente, que comprende:

- una etapa de realización de un conjunto (4) que comprende elementos (6, 10) superpuestos que definen la zona hueca, realizándose dicho conjunto de manera que se forma una cubierta estanca que encierra dicha zona hueca, que comprende al menos un elemento (12) de obturación fusible que separa dicha zona (2) hueca del exterior del conjunto; seguida de -una etapa de compresión isostática en caliente de dicho conjunto, realizada de manera que se obtiene una soldadura por difusión de sus elementos, realizándose esta etapa haciendo evolucionar las condiciones de temperatura y de presión de modo que éstas provocan, en el transcurso de esta etapa, una ruptura de dicho elemento (12) de obturación fusible que permite que el gas de presurización penetre en dicha zona (2) hueca.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichas condiciones de temperatura y de presión se eligen con vistas a realizar una primera fase de compresión a una temperatura T1, una presión P1, durante una duración D1, y después realizar una segunda fase de compresión a una temperatura T2, una presión P2 superior a la presión P1, durante una duración D2, provocándose la ruptura de dicho elemento de obturación fusible entre las fases de compresión primera y segunda.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha presión P1 está comprendida entre 50 y 200 bar, y la presión P2 está comprendida entre 1000 y 2000 bar.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que dichas temperaturas T1 y T2 están comprendidas, cada una, entre 900 y 1200ºC.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (12) de obturación forma un termofusible o un fusible mecánico. 30

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (12) de obturación forma parte integrante de uno de dichos elementos del conjunto, o bien se añade a uno de estos elementos.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha zona hueca adopta la forma de uno o de una pluralidad de canales (2) de circulación de fluido.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho módulo (1) está previsto para equipar un sistema de intercambiador de calor. 40

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho módulo (1) adopta la forma de una placa.