ES2285569T3 - Proceso de fabricacion de objetos compuestos utilizando grafito y vermiculita expandidos. - Google Patents

Abstract

Proceso de fabricación de un objeto compuesto que comprende al menos dos partes distintas teniendo propiedades y/o funciones diferentes, caracterizada en que: - se forma al menos una capa (3; 32; 53) que comprende más del 70% del peso de un material expandido escogido entre los grafitos expandidos, - se forma al menos otra capa (2; 31; 52) que comprende más del 70% del peso de otro material expandido encogido entre las vermiculitas expandidas, - luego se comprimen simultáneamente las capas formadas de manera a consolidarlas, cada capa consolidada (3a, 2a; 32a, 31a; 56, 55) corresponde a una de las partes del objeto.

Description

Proceso de fabricación de objetos compuestos utilizando grafito y vermiculita expandidos.

La invención se refiere a un proceso para la fabricación de objetos compuestos que comprenden por lo menos dos partes distintas teniendo propiedades y/o funciones diferentes, ver antagonistas.

Estas propiedades y/o funciones diferentes, por una parte obligan a emplear materiales diferentes para realizar susodichas partes del objeto, y por otra; conducen a procesos de fabricación a menudo complejos y largos, que incluyen especialmente etapas de realización independiente de las dos partes del objeto luego del ensamblaje de dichas partes.

Como ejemplo de los objetos compuestos conocidos, podemos citar objetos tan diversos y variados como:

- las células electroquímicas, que comprenden, por una parte, dos electrodos presentando especialmente propiedades de conducción electrónica y de hidrofobia, y por otro lado, un medio intercambiador de iones, tal como el agua o una membrana porosa teniendo propiedades de conducción iónica (y no electrónica) y de hidrofilia,dicho medio separa los electrodos e integra una solución electrolítica. Se conoce especialmente la célula electroquímica descrita por WO 02/069415, cuyos electrodos están compuestos cada uno por una lámina de grafito flexible obtenida a partir de grafito expandido después laminado (compresión uniaxial entre cilindros compresores, según una dirección de compresión señalada "c"), dicha lámina sufre después una operación de embutición que deforma sus planos de carbono (inicialmente paralelos) y crea canales transversales según la dirección "c", con vistas a atenuar los inconvenientes resultantes de la anisotropía del Papyex® (resistividad electrónica y térmica según la dirección "c"). La cara de la lámina destinada a estar en contacto con la membrana de intercambio de iones sufre después diversos tratamientos: tratamiento catalítico por depósito de un metal catalítico (metal noble como el platino), tratamiento hidrófobo por un aditivo resistente al agua, tal como los polímeros fluorados (y especialmente el politetrafluoretileno llamado Teflón®). Por otra parte, la membrana de intercambio de iones se realiza a partir de telas de vidrio, de poliolefinos porosos tales como el polietileno, el polipropileno... La membrana y los electrodos deben después ser ensamblados. La realización de dicha célula es en evidencia compleja y larga (número de operaciones y de tratamientos importante); ella necesita instalaciones pesadas y costosas y emplea una multitud de materiales (diversos polímeros, metales nobles...);

- Los moldes de fundición, utilizados para moldear piezas metálicas a partir de aleaciones en fusión, y que comprenden una parte interna refractaria destinada a estar en contacto con la aleación en fusión. Puede ser ventajoso dotar tales moldes de una parte externa aislante, para permitir su manipulación durante las operaciones de moldeado sin riesgo de quemadura. Se conoce especialmente los moldes de arena, u otro material refractario no silíceo (circón, cromita, olivino, bauxita). Dicho molde esta construido en dos partes, correspondiente cada uno sensiblemente a una mitad de un modelo a reproducir, por compresión de arena en una caja de moldeo. La arena es así apretada entre la caja y el modelo, luego este último es retirado. La cohesión de la arena es asegurada por un ligante, particularmente escogido entre la arcilla húmeda, los geles de sílice, las resinas sintéticas, los cementos..., o por ligaciones de tipo cerámico que se le ha creado a alta temperatura. Después la caja de moldeo es revestido de un cajón externo aislante. Además de la complejidad de tal proceso, es conveniente señalar que la manipulación de la arena es apremiante y peligrosa (los polvos de silicato, volátiles, obligan a llevar una máscara), y que la arena, ciertamente refractaria, presenta propiedades un poco desfavorables: su estructura en grano, conduce a la obtención de moldes de estado de superficie basta que es conveniente perfeccionar por operaciones suplementarias de acabado (pulido por ejemplo); sus propiedades térmicas no permiten controlar la velocidad de enfriamiento de la aleación en fusión y pueden volver delicadas las operaciones de la colada de la aleación y eventualmente deteriorar las características mecánicas de la pieza moldeada obtenida; un molde en arena no sirve sino una vez, y el reciclaje de arena se hace difícil ver imposible por la presencia de ligantes;

- los convertidores heliotérmicos, cuyo objeto es convertir la radiación solar en energía térmica, y que comprenden usualmente:

\bullet

una placa de absorción, apta para absorber las radiaciones térmicas solares y para conducir el calor, generalmente realizada en cobre y cuya cara expuesta a las radiaciones solares, llamada cara de absorción, es tratada por anodización del cromo negro (muy tóxico) para presentar un coeficiente de absorción y una selectividad mejorada,

\bullet

un cambiador de calor dispuesto bajo la placa, formado por un circuito tubular transportando un fluido portador de calor. El(los) tubo(s) del circuito están soldado(s) sobre la cara de la placa opuesta a la cara de absorción, llamada cara de transferencia. La superficie real de intercambio térmico es limitada a la zona de contacto entre el(los) tubo(s) y la cara de transferencia, zona que es lineal por un tubo de sección circular,

\bullet

un cajón en el cual son dispuestos la placa y el cambiador, y cuya cara, orientada hacia el sol es transparente a las radiaciones solares y de preferencia adaptada para crear un efecto de invernadero al interior del cajón, mientras que las otras caras del cajón son duplicadas de un complejo aislante formado de un espesor de espuma de poliuretano intercalado entre dos películas reflectoras en aluminio, con vistas a evitar toda pérdida de calor por estas caras.

Queda claro, teniendo en cuenta la complejidad de tal objeto, que su proceso de fabricación es largo y oneroso, tanto incluye etapas, utiliza instalaciones pesadas y emplea materiales costosos: fabricación de la placa por moldeado, laminado..., tratamiento de anodización de la placa, fabricación del circuito tubular por extrución, plegado..., diversos tratamientos anticorrosivos de la placa y del circuito, fabricación del cajón, fabricación de películas reflectoras, dobladura del cajón por inyección de espuma poliuretana y disposición de películas reflectoras..., ensamblaje del conjunto de los elementos del convertidor, especialmente con soldadura del circuito cambiador sobre la placa...

La invención apunta a proponer un proceso de fabricación de tales objetos compuestos, que sea simple, rápido y poco costoso.

En una versión preferida, la invención apunta principalmente a proponer un proceso permitiendo, en una sola operación, formar y ensamblar dos partes del objeto distintas presentando unas propiedades y/o unas funciones diferentes ver antagónicas

Otro objetivo de la invención es proporcionar objetos compuestos cuyas propiedades y/o funciones conocidas son mejoradas o que ofrecen nuevas ventajas.

La invención se refiere a un proceso de fabricación de un objeto compuesto que comprende al menos dos partes distintas que tienen propiedades y/o funciones diferentes, caracterizada en lo que:

- se forma al menos una capa que comprende más del 70% del peso de un material expandido escogido entre los grafitos expandidos,

- se forma al menos otra capa que comprende más del 70% del peso de otro material expandido escogido entre las vermiculitas expandidas,

- luego se comprimen a la vez los formadas con el fin de consolidarlas, cada capa consolidada corresponde a una de las partes del objeto.

Es de señalar que las capas pueden estar formadas simultanea o sucesivamente en un orden u otro según el objeto a fabricar. Después los términos "capa de grafito", designan una capa que comprende más del 70% del peso de un material expandido escogido entre los grafitos expandidos; del mismo modo, los términos "capa de la vermiculita" designan una capa que comprende más del 70% del peso de un material expandido escogido entre las vermiculitas expandidas. El estado, consolidado o no, de la capa considerada se precisa si es necesario.

El trámite inventivo que preside la concepción de la invención ha consistido, de una parte, en escoger utilizar al menos dos materiales expandidos para la realización de partes del objeto distintas a las funciones y/o propiedades diferentes, y por otra parte, imaginar que era posible comprimir simultáneamente, capas distintas de tales materiales y obtener así la consolidación de cada capa, a pesar de las diferencias estructurales (en término de disposición cristalina, de granulometría, de modo de consolidación ...), mecánicas (resistencia a la compresión, viscosidad...), etc., de dichos materiales. Contra toda lógica, los inventores han encontrado, que era incluso posible controlar las densidades respectivas de las dos capas, especialmente seleccionando el perfil granulométrico de la vermiculita expandida utilizada. Se consigue así, obtener una capa de vermiculita consolidada aunque la capa de grafito - que se consolida primero y absorbe, antes de su consolidación, la parte más grande de la tensión de compresión aplicada - no presenta sino una densidad baja próxima de su densidad mínima de consolidación (del orden de 30% kg/m^{3}).

Los inventores han podido igualmente constatar, de forma sorprendente, que la compresión de dos capas adyacentes, es decir que presentan caras en contacto, permitía obtener capas consolidadas solidarias la una de la otra, incluido en el caso de una compresión según una única dirección ortogonal a dichas capas, es decir, ortogonal a su interface. Este resultado parece sorprendente, si se considera que el grafito se consolida primero y en una estructura ordenada laminada, cuyas láminas paralelas pueden deslizarse unas en comparación a las otras y confieren al grafito recomprimido un carácter lubrificante, mientras que la consolidación de la vermiculita no interviene sino después de la consolidación del grafito y conduce a una estructura no ordenada. Se habría así podido contar con que la vermiculita, que de aumento presenta una granulometría superior a aquella del grafito, no pueda venir a anclarse a la superficie lisa y resbaladiza de la capa consolidada de grafito. Una solidarización se opera sin embargo, y se constata a posteriori una ligera imbricación de los planos de grafito y de los granos de vermiculita a la interface de las capas consolidadas.

El proceso según la invención permite realizar dos partes distintas de un objeto, que tiene propiedades y/o funciones diferentes ver antagónicas, por operaciones simples y de número reducido (formación luego compresión simultanea de capas). Permite en particular, reunir en una sola operación, a la vez acciones de conformación y de ensamblaje de dichas partes. El proceso, según la invención es particularmente simple y rápido; necesita poca mano de obra.

Además de estas ventajas, es conveniente señalar que el grafito y la vermiculita recomprimidos son fácilmente reciclables (basta con exfoliarlos nuevamente con una solución de intercalación).

Ventajosamente y según la invención, al menos dos de las capas están formadas adyacentes. En alternativa, las capas están formadas con el fin de no presentar ninguna superficie de contacto. Tal es el caso si se le intercala unos medios de separación (lámina de separación por ejemplo, en un material apropiado) entre dichas capas o si el objeto a fabricar comprende, además de sus dos partes distintas inicialmente definidas, una tercera parte que viene a intercalarse entre las dos primeras, y que se coloca entre las dos capas antes de comprimirlas.

Según la invención, se comprime simultáneamente las capas formadas según varias direcciones, y particularmente según tres direcciones ortogonales. En alternativa, las capas formadas son comprimidas según una única dirección, y especialmente según una dirección sensiblemente ortogonal a un plano frontal de una capa o a un plano de interface entre dichas capas. La selección entre estos dos procesos depende esencialmente de las propiedades deseadas por la capa de grafito: una compresión uniaxial (según una única dirección) de las capas conduce a la obtención de una capa consolidada de grafito fuertemente anisotropo (las propiedades obtenidas según la dirección "c" de compresión diferente de aquellas obtenidas según toda dirección "a" ortogonal a la dirección "c"), mientras que una compresión según todas las direcciones (resultado obtenido, por ejemplo comprimiendo según tres direcciones ortogonales) conduce a la obtención de una capa consolidada de grafito débilmente anisotropo. Haciendo variar las tensiones de compresión aplicadas sobre las capas según cada dirección, se puede ajustar y controlar las propiedades de la capa espesor consolidada de grafito.

En una versión de la invención, se someten las capas formadas en una única operación de compresión según cada dirección. En otros términos, se comprimen las capas una sola vez según cada dirección.

Ventajosamente y según la invención, se somete las capas formadas en una única operación de compresión, que estas sean comprimidas según una sola dirección o según varias direcciones simultáneamente. La conformación y el ensamblaje según la invención de las dos partes distintas del objeto se efectúa en este caso en una sola operación.

En alternativa, se someten las capas formadas en una pluralidad de operaciones distintas de compresión según al menos una dirección. En particular, se efectúa, según esta dirección, una primera compresión adaptada para consolidar las capas formadas con vistas a permitir su manipulación, y ulteriormente, una segunda compresión adaptada para conferir une densidad deseada (superior a la densidad mínima de consolidación) a una de dichas capas.

Ventajosamente y según la invención, durante la compresión de las capas formadas, se imprime sobre al menos una cara, dicha cara exterior, de por lo menos una capa de grafito, formas en huecos abiertos, dichas formas de captura, adaptadas para agarrar ondas infrarrojas. Las formas de captura, presentan principalmente al menos una dimensión frontal (apertura) comprendida entre 1 \mum y 1 cm y una profundidad comprendida entre 1 \mum y 5 cm. Se entiende por "cara exterior" una cara de la capa de grafito aparente desde el exterior del objeto, de modo que ella pueda ser expuesta a una fuente de rayos infrarrojos.

Gracias a la selectividad óptica y a la buena difusividad térmica del grafito expandido recomprimido, es posible regular la temperatura de la capa consolidada de grafito, exponiendo al menos una de sus caras exteriores a un rayo infrarrojo. La presencia de formas de captura mejora el aporte de calorías por tal calentamiento por radiación: una onda incidente penetrante al interior de una forma de captura sufre múltiples reflexiones sobre las caras frente a la forma de captura; la energía de la onda es al final casi integralmente absorbida por el grafito a nivel de tal forma de captura (la proporción del flujo incidente que es reflejada hacia el exterior de la forma,y luego eventualmente perdida, es muy débil).

Por otro lado, aumentando la superficie de la cara exterior, la presencia de las formas de captura contribuye igualmente a facilitar no solamente el aporte de calorías, sino también a la evacuación de calorías durante un enfriamiento de la capa de grafito. Finalmente, las formas de captura disminuyen aún la inercia térmica de la capa de grafito, ya baja debido a las propiedades intrínsecas del grafito expandido recomprimido.

Las formas de captura impresas pueden ser huellas lineales tales como grietas, ranuras, surcos... derecho(a)s o curvas, de sección circular, cuadrada, triangular..., o aún huellas puntuales de forma piramidal, cónica, hemisférica, cilíndrica (sección cuadrada o circular)... La geometría de las formas impresas es escogida en función de las longitudes de onda a absorber y de la respuesta térmica deseada para la capa consolidada de grafito.

Es igualmente posible, durante la compresión de las capas formadas, imprimir sobre al menos una cara exterior de una capa (de grafito o, de preferencia, de vermiculita), formas de captura adaptadas para atrapar ondas sonoras o aún ondas electromagnéticas, según la destinación del objeto.

En todos los casos, la invención permite dotar un objeto (o una parte de un objeto), de atrapadores de ondas, y de forma simple, rápida, económica... sin que esas funciones suplementarias del objeto no necesiten la adición de órganos o medios suplementarios o la elaboración de una etapa suplementaria en el proceso de fabricación. Los atrapadores de ondas están en efecto realizados al seno de las capas de grafito o vermiculita, al mismo tiempo que la consolidación de estas capas.

Ventajosamente y según la invención, se utiliza a titulo de grafito expandido, un grafito natural expandido, eventualmente triturado (pero de preferencia que sea obtenido después de la exfoliación).

Cabe notar que, según la invención, las capas formadas pueden contener, además de los materiales expandidos definidos anteriormente, aditivos escogidos entre materiales expandidos o no, en función de las propiedades y funciones de las partes del objeto a realizar. Particularmente la capa de vermiculita puede comprender menos del 30% del peso en aditivos escogidos entre la perlita, los materiales expandidos obtenidos a partir de óxidos tales como SiO_{2} o Al_{2}O_{3}, las kanditas, las ilitas, las esmectitas, las caolitas.

La invención se refiere en particular a un proceso de fabricación de una célula electroquímica. Para esta aplicación, se forma una capa de vermiculita expandida entre dos capas de grafito expandido, luego se comprimen simultáneamente las capas formadas. Cada capa consolidada de grafito forma un electrodo, mientras que la capa consolidada de vermiculita forma una membrana de intercambio de iónes entre dichos electrodos. Ventajosamente y según la invención, cada capa de grafito expandido formado comprende menos del 20% del peso de un polvo de un material catalítico (metal u óxido de metal por ejemplo), con vistas a catalizar y/o favorizar las reacciones electroquímicas.

La célula electroquímica fabricada según la invención es llamada célula seca: la solución electrolítica -o el solvente, cuando los reactivos cristalizados están dispuestos previamente en la capa de vermiculita expandida- se adiciona cuando se desea en el momento de la utilización de la célula. La impregnación de la membrana puede ser fácilmente efectuada por todo medio adaptado, por ejemplo con la ayuda de una pipeta.

Cabe notar que dicha célula seca puede servir de reactor electroquímico, de pila de combustible, pero también de célula bioelectroquímica tal como una célula de medida del indice de glucosa en la sangre. En las células de medida del indice de glucosa conocidas, el depósito de una gota de sangre sobre una lengüeta amovible prevista para este efecto, conlleva a la activación de una enzima presente sobre un electrodo de la célula y la generación subsecuente de una corriente eléctrica. La activación de la enzima y la intensidad de la corriente producida son directamente proporcionales al indice de glucosa presente en la sangre. En las células anteriores conocidas, las enzimas, absorbidas en forma liofilizada ala superficie de un electrodo, terminan por separarse. Ventajosamente y según la invención, la capa de vermiculita formada comprende enzimas liofilizadas. En otros términos, las enzimas son directamente mezcladas a la vermiculita expandida antes de la formación y compresión de las capas, de forma que ellas son movilizadas al interior de la capa consolidada de vermiculita (membrana) ; la duración de vida de la célula es considerablemente prolongada.

Ventajosamente y según la innovación se comprimen simultáneamente las capas formadas según tres direcciones ortogonales, con vistas a reducir la anisotropia de las capas de grafito y obtener así electrodos que presentan una buena conductividad electrónica en todas las direcciones, incluido en una dirección ortogonal al plano de interface entre el electrodo y la membrana.

Ventajosamente y según la invención, se comprimen las capas formadas de tal manera que las dos capas consolidadas de grafito que presentan una densidad comprendida entre 30 y 60 kg/m^{3}. En otros términos, las capas son tenuemente comprimidas para poder disponer de electrodos de grafito porosos. La reacción electroquímica en cada electrodo se efectúa no solamente en la interface del electrodo de grafito y de la membrana de vermiculita, sino también al interior del electrodo. La superficie específica en donde vienen de improvisto las reacciones electroquímicas, y por consecuencia el rendimiento de la célula electroquímica, son considerablemente aumentadas. La invención permite también mejorar las propiedades de las partes del objeto realizadas.

Ventajosamente y según la invención, en alternativa o en combinación, por al menos una de las capas de grafito, se forman microsurcos sobre una cara de dicha capa, dicha cara interior, orientada hacia la capa de vermiculita. Para hacerlo, se colocan hilos destructibles (destructibles por calentamiento o reacción química...) o amovibles entre la capa de grafito expandida y la capa de vermiculita expandida durante su formación, cuyos hilos son destruidos o retirados una vez las capas consolidadas. Los microsurcos permiten, no solamente aumentar la superficie específica de reacción sobre el electrodo, sino también formar, en la interface entre el electrodo y la membrana de intercambio de iones, las microcanalizaciones utilizadas para crear una circulación de reactivos electrolíticos a lo largo del electrodo y permitir un funcionamiento continuo de la célula electroquímica.

Ventajosamente y según la invención se incorporan órganos de calefacción /enfriamiento, hidráulicos o eléctricos por ejemplo, en al menos una de las capas de grafito expandido durante su formación, en vistas de efectuar una regularización térmica de los reactivos.

El calentamiento puede igualmente efectuarse sin contacto con la ayuda de un generador infrarrojo situado al exterior y distante de la célula electroquímica, gracias a la selectividad óptica del grafito expandido y recomprimido. Se imprime, de preferencia, formas de captura sobre al menos una cara exterior de al menos una de las capas de grafito, con vistas a aumentar la absorción de los rayos infrarrojos. La cara exterior impresa es típicamente la cara exterior frontal del electrodo, opuesta a la cara interior orientada hacia la membrana. En esta aplicación las formas de captura impresas presentan de preferencia al menos una dimensión frontal (apertura) comprendida entre 1 \mum y 5 mm, y una profundidad comprendida entre 1 \mum y 1 mm.

La invención ofrece así la posibilidad de regular la temperatura de los reactivos en la célula y así controlar la cinética de las reacciones en juego y mejorar considerablemente los rendimientos controlando ciertos factores limitantes: evacuación de las calorías producidas en el caso de una reacción exotérmica, aporte de calorías en el caso de una reacción endotérmica.

La invención concierne igualmente un proceso de fabricación de un molde, y particularmente de un molde de fundición. Para esta aplicación, se recubre un modelo (forma que se desea reproducir después por medio del molde) de una capa de grafito expandida, luego se forma una capa de vermiculita expandida recubriendo al menos parcialmente la capa de grafito, luego se comprime simultáneamente las capas formadas. La capa de grafito, refractaria, corresponde a la parte del molde destinado a recibir la aleación metálica en fusión ; la capa de vermiculita forma una protección aislante al menos sobre una parte del molde, y permite su manipulación sin riesgo de quemadura. Cabe notar que la invención se aplica a la realización de todo tipo de moldes (ella se aplica cualquiera que sea el material destinado a recibir el molde - resina termoendurecible, etc.-), pero que es particularmente ventajosa cuando una protección aislante del molde es deseada.

Además de su simplicidad y su rapidez de ejecución, el proceso según la invención representa múltiples ventajas: posibilidad de realizar moldes con formas complejas en una sola operación; precisión dimensional y excelente calidad del estado de la superficie de los moldes obtenidos, que permiten franquear operaciones usuales de acabado (mecanización, pulido,); facilidad de desmoldeado debido al carácter lubrificante del grafito expandido recomprimido; gran perenidad de los moldes obtenidos, los cuales pueden ser utilizados un gran numero de veces y conservan particularmente un buen estado de la superficie a pesar de las agresiones térmicas y eventualmente químicas (corrosión, oxidación...) sufridas; posibilidad de controlar la velocidad del enfriamiento y de consolidación de la aleación en fusión, como se explica a continuación...

Ventajosamente y según la invención, se comprime simultáneamente las capas formadas de tal manera que la capa consolidada de grafito presenta una densidad superior a 40 kg/m^{3} para un molde destinado a unas aplicaciones de baja temperatura (materiales para moldear de tipo yeso, plástico, elastómero) y de preferencia una densidad superior a 100 kg/m^{3} para un molde destinado a aplicaciones de alta temperatura tal como un molde de fundición (materiales para moldear de tipo aleación en fundición), una densidad superior a 40 kg/m^{3} garantizando, en todo caso; una total impermeabilidad del molde frente a los materiales para moldear los más finos y los más líquidos, y un estado de superficie particularmente fina. Cabe notar que se prefiere una densidad superior a 100 kg/m^{3} en el caso de un molde destinado a aplicaciones de alta temperatura, porque ella confiere una mejor difusividad térmica a la capa consolidada de grafito y ofrece la posibilidad de controlar de forma eficaz la temperatura del molde y la velocidad de enfriamiento del material para moldear.

Ventajosamente y según la invención, se colocan órganos de calefacción/enfriamiento, tales como una parte de un circuito eléctrico o hidráulico, en la capa de grafito expandido durante su formación. Las tensiones de compresión aplicadas en este caso se escogen suficientemente débiles para no deteriorar los órganos de calefacción/enfriamiento y particularmente adaptados para conferir a la capa consolidada de grafito una densidad inferior a 400 kg/m^{3}. El grafito expandido siendo un buen conductor térmico, que presenta una excelente difusividad térmica, los medios de calefacción/enfriamiento son utilizados para regular la temperatura del molde y luego controlar la velocidad de enfriamiento y consolidación de aleación en fusión.

En alternativa, se forma directamente en la masa de grafito, al menos una canalización adaptada para recibir un fluido de calefacción/enfriamiento, y que constituye (con este fluido y medios de circulación y de calefacción/enfriamiento de dicho fluido) de medios de calefacción/enfriamiento del molde. Para hacer esto, se coloca por lo menos un tubo destructible (por fusión o reacción química) o amovible (el tubo es en este caso previsto como flexible para permitir su retirada sin importar la forma de la canalización realizada) en la capa de grafito expandido después de su formación, dicho(s) tubos estando destruido(s) o retirado(s) una vez la capa de grafito consolidada. Las tensiones de compresión se escogen suficientemente elevadas para obtener una densidad de grafito confiriendo estanqueidad y comportamiento bajo carga mecánica en cada canalización formada. Así se comprime de preferencia las capas de tal manera que la capa consolidada de grafito presenta una densidad superior a 150 kg/m^{3}.

La calefacción del molde, y de forma general la regularización de su temperatura, puede igualmente efectuarse sin contacto con la ayuda de generadores infrarrojos situados a distancia del molde. En este modo de realización, la capa de vermiculita esta formada de manera a no recubrir el conjunto de caras de la capa de grafito y a dejar descubierta al menos una cara de esta última, llamada cara exterior, que sea aparente durante la utilización del molde, con vistas a su exposición a los rayos infrarrojos. Ventajosamente y según la invención, se imprimen formas de captura sobre al menos una cara exterior de la capa de grafito. En esta aplicación, las formas de captura impresas presentan de preferencia al menos una dimensión frontal (apertura) comprendida entre 1 mm y 2 cm y una profundidad comprendida entre 1 mm y 10 cm.

La invención concierne igualmente un proceso de fabricación de un convertidor heliotérmico. En esta aplicación, se forma una capa de grafito expandido en la cual se acondiciona al menos una canalización adaptada para recibir un fluido portador de calor, se forma una capa de vermiculita recubriendo parcialmente la capa de grafito y dejando descubierta al menos una cara de esta última, llamada cara de absorción, luego se comprime simultáneamente las capas formadas. Para obtener la(s) canalización(es), se coloca al menos un tubo permanente, metálico por ejemplo y particularmente en cobre, en la capa de grafito expandido, habiendo precisado que se entiende por "tubo permanente" un tubo adaptado para recibir después un fluido portador de calor y que es dejado en la capa de grafito consolidado. En alternativa, se coloca al menos un tubo destructible o amovible en la capa de grafito expandido; dicho(s) tubo(s) es destruido(s) o retirado(s) una vez la capa de grafito consolidada.

La capa consolidada de grafito, de la cual al menos una cara no esta recubierta por la vermiculita y puede luego absorber los rayos solares, realiza un cambiador térmico particularmente competente. En efecto, el grafito expandido recomprimido posee una excelente difusividad térmica (mejor que aquella de los materiales actualmente utilizados) y una inercia térmica muy baja (tiempo de respuesta mejorada). La capa consolidada de vermiculita forma una placa o un cajón aislante.

El índice de compresión de las capas es escogido en función de las propiedades térmicas y mecánicas deseadas por la capa de grafito. En el caso en donde las canalizaciones de fluido portador de calor son formadas directamente en la masa de grafito (utilizando tubos destructibles o amovibles), el índice de compresión es escogido suficientemente elevado para conferir al conjunto un comportamiento bajo carga mecánica correcta, compatible con las tensiones seguidas (presión del fluido en las canalizaciones, conexiones hidráulicas, dilataciones y tensiones debidas a unas variaciones importantes de temperatura (verano-invierno). Particularmente, se comprimen las capas de manera que la capa de grafito presenta una densidad superior a 150 kg/m^{3}.

En el caso, en donde las canalizaciones de fluido portador de calor son constituidas por tubos añadidos (metálicos por ejemplo), no es necesario que el grafito participe a la rigidez mecánica del conjunto. Se privilegia la búsqueda de una ganancia de peso y de un mejoramiento de las propiedades térmicas del cambiador y del rendimiento energético del convertidor: el índice de compresión puede ser escogido relativamente bajo. Particularmente, se comprimen las capas de manera que la capa de grafito presenta una densidad inferior a 400 kg/m^{3}.

Cabe notar que, en los dos casos, se comprime de preferencia las capas una sola vez y según una única dirección, con vistas a simplificar el proceso de fabricación.

Además de su simplicidad y su rapidez de ejecución, el proceso según la invención presenta la ventaja de proporcionar un convertidor heliotérmico al rendimiento mejorado, teniendo en cuenta propiedades térmicas ventajosas del grafito expandido recomprimido y de la misma estructura del cambiador térmico. Que las canalizaciones del cambiador sean formadas en la misma masa del grafito o constituidas por tubos añadidos, la superficie de intercambio térmico corresponde a la totalidad de la superficie cilíndrica de las canalizaciones, y no a una sola línea de contacto entre una superficie cilíndrica y una placa, como es el caso en los convertidores anteriores. Además, el proceso según la invención permite liberarse de todo tratamiento electroquímico tóxico o peligroso con vistas a una absorbencia selectiva y mejorada (tratamiento actualmente realizado con el óxido de cromo, muy tóxico y a término proscrito), y proporciona un convertidor más ligero, más simple y más confiable. Los riesgos de disfunción y los costos de mantenimiento del convertidor son considerablemente reducidos.

La selectividad óptica a los infrarrojos del absorbedor de grafito favorece igualmente el efecto de invernadero necesario para la conversión heliotérmica. Ventajosamente y según la invención, durante la compresión de las capas formadas, se imprimen formas de captura adaptadas al atrapamiento de los rayos infrarrojos solares sobre la cara de absorción de la capa de grafito. Las formas impresas presentan de preferencia al menos una dimención frontal (apertura) comprendida entre 10 \mum y 1 cm y una profundidad comprendida entre 1 mm y 1 cm.

Estas formas de captura aumentan considerablemente no solamente la superficie de absorción del absorbedor de grafito, sino también la selectividad óptica geométrica a las longitudes de ondas situadas en los infrarrojos.

Ellas permiten además de reforzar puntualmente, y por consecuencia globalmente, la rigidez y el compartimento bajo carga mecánica de la capa consolidada de grafito, aumentando la densidad de grafito a proximidad de cada forma de captura.

Es preferible desplazar las formas de captura con respecto a las canalizaciones de fluido portador de calor, con vistas a limitar no solamente las tensiones de compresión sobre estas canalizaciones (tensiones que serian aumentadas por la presencia de matrices de impresión de las formas de captura en frente de las canalizaciones) pero también optimizar el perfil mecánico y térmico de la capa consolidada de grafito.

La invención se extiende a un objeto compuesto que comprende por lo menos dos partes distintas teniendo propiedades y/o funciones diferentes, caracterizada en que una de las partes consta de una capa consolidada que comprende más del 70% del peso de un material expandido recomprimido escogido entre los grafitos expandidos, y en que otra de las partes consta de otra capa consolidada que comprende más del 70% del peso de otro material expandido recomprimido escogido entre las vermiculitas expandidas. Tal objeto puede ser ventajosamente obtenido por un proceso, en el cual las capas de grafito y de vermiculita son comprimidas simultáneamente, y que, de preferencia, comprende solamente una sola etapa de compresión (uniaxial o multiaxial).

La invención concierne en particular una célula electroquímica, que comprende al menos una capa consolidada de vermiculita expandida recomprimida, intercalada entre dos capas consolidadas de grafito expandido recomprimido. Las capas consolidadas de grafito presentan de preferencia una densidad que comprende entre 30 y 60 kg/m^{3}, de manera que son porosas. Ventajosamente y según la invención, al menos una de las capas consolidadas de grafito presenta microsurcos sobre una cara, llamada cara interior, orientada hacia la capa de vermiculita. Ventajosamente y según la invención, al menos una de las capas consolidadas de grafito integra órganos de calefacción/enfriamiento. En alternativa o eventualmente en combinación, al menos una de las capas consolidadas de grafito presenta, sobre al menos una cara exterior, formas abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas, dichas formas tienen de preferencia al menos una dimensión frontal que comprende entre 1 \mum y 5 mm y una profundidad que comprende entre 1 \mum y 1 mm. Ventajosamente y según la invención, la capa consolidada de vermiculita comprende enzimas liofilizadas.

La invención concierne igualmente un molde, y particularmente un molde de fundición, que comprende al menos una capa consolidada de grafito expandido recomprimido, que delimita una huella correspondiente a un objeto para reproducir por moldeo, y una capa consolidada de vermiculita expandida recomprimida recubriendo al menos parcialmente susodicha capa de grafito. La capa consolidada de grafito presenta de preferencia una densidad superior a 40 kg/m^{3}, y particularmente superior a 100 kg/m^{3} tratándose de un molde de fundición. Ventajosamente y según la invención, la capa consolidada de grafito integra órganos de calefacción/enfriamiento, tales como una parte de un circuito eléctrico o hidráulico. En alternativa (o eventualmente en combinación), la capa consolidada de grafito comprende al menos una canalización directamente formada en la masa del grafito, adaptada para recibir un fluido de calefacción/enfriamiento. En alternativa o eventualmente en combinación, la capa consolidada de grafito presenta al menos una cara, llamada capa exterior, aparente durante la utilización del molde; y al menos una cara exterior de susodicha capa comporta formas abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas, estas formas tienen de preferencia una dimensión frontal que comprende entre 1 mm y 2 cm y una profundidad que comprende entre un 1 mm y 10 cm.

La invención concierne también un convertidor heliotérmico, que comprende al menos una capa consolidada de grafito expandido recomprimido que comprende al menos una canalización adaptada para recibir un fluido portador de calor, y una capa consolidada de vermiculita expandida recomprimida recubriendo la capa de grafito a excepción de al menos una cara de esta última. Cada canalización extendiéndose en la capa consolidada de grafito es, sea directamente formada en la masa de grafito, sea constituida de un tubo, en cobre por ejemplo, tomado en la capa de grafito. La capa consolidada de grafito presenta de forma ventajosa, sobre su cara de absorción, formas abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas, estas formas tienen de preferencia al menos una dimensión frontal que comprende entre 10 \mum y 1 cm y una profundidad que comprende entre 1 mm y 1 cm.

La invención concierne igualmente un proceso de fabricación de un objeto compuesto y dicho objeto, caracterizado en combinación por la totalidad o por partes de las características mencionadas anteriormente y a continuación.

Otros objetivos, características y ventajas de la invención aparecerán en la lectura de la siguiente descripción que se refiere a las figuras anexas representando modos de realización preferenciales de la invención dados únicamente a titulo de ejemplos no limitativos y en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática de una sección de una prensa según la invención para fabricar una célula electroquímica,

- la figura 2 es una vista en perspectiva de una célula electroquímica según la invención,

- la figura 2a es una vista en perspectiva de un detalle de una cara exterior de la célula eletroquímica de la figura 2,

- la figura 3 es una vista en perspectiva de otra célula electroquímica según la invención,

- la figura 4 es una vista esquemática en perspectiva, parcialmente cortada, de una prensa utilizada según la invención para fabricar un molde,

- la figura 5 es una vista en perspectiva de un molde en dos partes según la invención,

- la figura 6 es una vista esquemática de una sección de una prensa utilizada según la invención para fabricar un convertidor heliotérmico,

- la figura 7 es una vista de una sección de un convertidor heliotérmico según la invención,

- la figura 8 es una vista de una sección de otro convertidor heliotérmico según la invención.

Como se ilustra en la figura 1, el proceso de fabricación de una célula electroquímica 1 según la invención consiste en formar sucesivamente, en una prensa uniaxial 7 por ejemplo, una capa 3 de grafito expandido, una capa 2 de vemiculita expandida y una capa 4 de grafito expandido. En el ejemplo no limitativo ilustrado, las capas son superpuestas en la dirección de compresión de la prensa, notada C. El material utilizado para formar cada capa de grafito comprende más del 70% del peso de grafito natural expandido; comprende además, menos del 20% del peso de un polvo de un metal catalítico (platino por ejemplo) o de un óxido metálico catalítico, repartidos de forma homogénea en el grafito natural expandido. El material utilizado para formar la capa de vermiculita comprende exclusivamente vermiculita expandida.

Las tres capas anteriormente dichas, son después comprimidas simultáneamente accionando al menos uno de los platos 8 de la prensa, hasta obtener su consolidación. De preferencia, el indice de compresión impuesto es bajo, es decir justo superior a la vez al indice de compresión mínima necesaria a la consolidación de una capa de grafito y al indice de compresión mínima necesaria para la consolidación de una capa de vermiculita. Se comprimen así las capas de esta manera para obtener dos capas consolidadas de grafito 3a y 4a (ver figura 2) teniendo una densidad del orden de 35 a 40 kg /m^{3}, con vistas a obtener capas consolidadas de grafito y de vermiculita porosas.

La célula electroquímica 1 obtenida esta ilustrada en la figura 2. Ella comprende dos electrodos 3a y 4a correspondientes a dos capas consolidadas de grafito, entre las cuales se extiende una membrana 2a de intercambio de iones correspondiente a la capa consolidada de vermiculita. La célula obtenida es paralelepipédica si la prensa 7 posee una sección cuadrada o rectangular. Ella presenta unas dimensiones pudiendo variar de 10 a 100 mm según su utilización. Cabe notar que por encima de 100 mm, el comportamiento bajo carga mecánica de las capas bajamente consolidadas faltan. Es necesario comprimir las capas de manera a obtener densidades superiores a 60 kg/m^{3}. La porosidad de los electrodos es más débil y la célula de menor rendimiento. Cuando una célula de gran dimensión es deseada, es preferible yuxtaponer una pluralidad de pequeñas células (débilmente comprimidas), puestas en paralelo o en serie.

La cara exterior 18 del electrodo 3a y la cara exterior 19 del electrodo 4a presentan formas de captura 16, 17 (ver figura 2a) de geometría y dimensiones adaptadas al atrapamiento de ondas infrarrojas. Estas formas de captura son punzones puntuales cilíndricos de sección circular (dichos 17), piramidales de base triangular (dichos 16) o cuadrado o circular, etc... o punzones de forma más bien compleja. Las formas de captura presentan, en el ejemplo, dimensiones frontales comprendidas entre 1 y 100 \mum y una profundidad que comprende entre 1 y 100 \mum. Las formas de captura son obtenidas por medio de matrices de impresión portadas por los platos de la prensa 7 (estas matrices no son representadas teniendo en cuenta la escala), y que presentan una multitud de picos correspondientes a dichas formas. La impresión de formas se efectúa en el momento de la compresión y de la consolidación de las capas 2, 3 y 4. Teniendo en cuenta las propiedades del grafito, es posible obtener formas de dimensiones microscópicas con una extrema precisión dimensional, y concebir atrapadores de ondas muy eficaces y adaptadas a la fuente de rayos utilizada. Además dichas formas microscópicas aumentan considerablemente la superficie de intercambio y luego la eficacidad de un calentamiento o enfriamiento por radiación.

La célula fabricada es una célula llamada célula seca, que hace referencia al medio de intercambio (la membrana de vermiculita) que es seca y exenta de solución acuosa. La membrana de vermiculita esta impregnada de una solución electrolítica en el momento de la utilización de la célula. En alternativa, se mezclan los reactivos químicos (particularmente pareja oxidoreductora) cristalizados, de preferencia bajo forma de sales sólidas, a la vermicula expandida (o al material compuesto utilizado para formar la capa de vermiculita expandida) antes de la formación de las capas de manera que los reactivos están presentes en la membrana desde su fabricación. Se impregna la membrana de un solvente en el momento de la utilización de la célula.

La célula electroquímica puede ser utilizada a titulo de reactor electrolítico, en ese caso cada electrodo 3a, 4a esta conectado a un nodo de un generador de corriente eléctrica por todos los medios adaptados (un hilo conductor puede ser directamente sellado en cada capa de grafito durante su consolidación). La tensión aplicada por el generador entre los dos electrodos impone a cada electrodo un potencial diferente de su potencial de equilibrio, y conlleva a un desplazamiento de la reacción de óxido reducción de la solución electrolítica en el sentido de la oxidación en el ánodo (electrodo conectado al nodo positivo del generador, y cuyo potencial impuesto es superior al potencial de equilibrio), y en el sentido de la reducción en el cátodo (electrodo conectado al nodo negativo del generador, y cuyo potencial impuesto es inferior al potencial de equilibrio).

La célula puede ser igualmente utilizada a titulo de pila de combutible. En este caso, cada electrodo 3a, 4a es conectado, por todos los medios apropiados a un nodo de un acumulador de corriente destinado a almacenar la corriente generada entre los electrodos por la reacción electroquímica.

Los electrodos de grafito 3a y 4a siendo porosos, la reacción de oxido reducción en cada uno de los electrodos se produce no solamente sobre la cara interior del electrodo orientado hacia la membrana de vermiculita 2, sino también y sobre todo en la misma masa del electrodo. La superficie específica de reacción es desmultiplicada y considerablemente aumentada con respecto a un electrodo conocido de las mismas dimensiones exteriores. Cabe notar que el metal catalítico es directamente mezclado al grafito expandido antes de la formación de las capas correspondientes, y esta entonces presente en toda la masa de los electrodos, sobre cada zona reaccional potencial. Este proceso ofrece dos ventajas mayores: el rendimiento de la célula es considerablemente mejorado (con respecto a las células conocidas); el proceso es particularmente simple y rápido, por oposición a los procesos anteriores que prevén la realización de un recubrimiento metálico sobre una cara del electrodo, por depósito electrolítico.

Para un régimen continuo de funcionamiento de la célula (reactor o pila), conviene alimentar dicha célula en solución electrolítica. Para realizarlo, se crea una circulación de solución electrolítica a través de dicha célula. Es particularmente posible crear una circulación de solución en cada electrodo poroso en particular según una dirección A teniendo en cuenta que los electrodos en grafito expandido comprimido tienen una estructura laminada formada de planos de carbono superpuestos ortogonales a la dirección C (y paralelos a la dirección A).

En alternativa, se utiliza una célula 10 según la invención tal como se ilustra en la figura 3. Tal célula presenta microsurcos 15 en la interface 5 entre el electrodo 12 y la membrana 11, y microsurcos 14 en la interface 6 entre el electrodo 13 y la membrana 11. Por problemas de claridad solo algunos microsurcos son representados (pueden ser previstos en gran número). Estos microsurcos, que presentan típicamente un diámetro del orden de 10 \mum, son obtenidos interponiendo hilos entre las capas de grafito y de vermiculita formadas, que son después retiradas después de la consolidación de dichas capas. Estos microsurcos son utilizados para hacer circular los reactivos en continuidad a través de la célula electroquímica.

Las células 1 y 10 ilustradas son obtenidas por compresión uniaxial de capas de grafito y de vermiculita, según una dirección C ortogonal a las interfaces entre dichas capas. Es igualmente posible fabricar células según la invención por compresión uniaxial de capas de grafito y de vermiculita según una dirección paralela entre dichas capas, o aún por compresión según varias direcciones, y particularmente por compresión triaxial según tres direcciones ortogonales. Esta última versión del proceso según la invención dota una célula en donde los electrodos son débilmente anisótropos y presentan una buena conductividad electroquímica en todas las direcciones. Esta característica particularmente ventajosa en el caso de electrodos porosos, es decir débilmente comprimidas, mejora el rendimiento de la célula electroquímica ya que todas las zonas reaccionales potenciales en el seno de los electrodos son convenientemente alimentadas con electrones.

La invención concierne igualmente un proceso de fabricación de un molde, ilustrado en las figuras 4 y 5. Según la invención, se coloca en el centro de una prensa triaxial 23, un modelo 24 reproduciendo las piezas a fabricar con el molde, una lámina de separación 25 rodeando el modelo y dividiendolo sensiblemente en dos mitades, una red 26 de tubos previstos en la lámina de separación o a proximidad de esta y destinadas a formar al seno del molde de las canalizaciones de recepción de un líquido de calefacción/enfriamiento, y un tubo (no representado) expandiendo al menos entre el modelo y un plano de inserción de dos columnas de la prensa con vistas a formar un pozo de colada al seno del molde.

Se llena cada columna 34,35 y 36 de la prensa de una capa de grafito expandido 32 por una parte y por la otra del modelo, luego de una capa de vermiculita expandida 31 recubriendo la capa de grafito expandido 32. El material utilizado para formar la capa de grafito es, por ejemplo, exclusivamente constituido de grafito natural expandido; el material utilizado para formar la capa de vermiculita es, por ejemplo, exclusivamente constituido de vermiculita expandida.

Después se comprimen las capas formadas desplazando los seis platos de la prensa hacia el centro de esta, los platos de la columna 35 siendo accionados según la dirección C aquellos de la columna 34 según la dirección B y aquellos de la columna 36 según la dirección A, hasta que se unan para formar un cubo.

El molde formado es después retirado de la prensa luego abierto por su plano de unión 33 delimitado por la lámina de separación 25. Se obtiene así un molde 20 en dos partes 21, 22. La lámina 25, los tubos 26, el tubo de colada y el modelo 24 son retirados del molde. Cada parte o mitad del molde comprende una capa interna consolidada 32a de grafito expandido comprimido, que delimita una mitad 29 del huella de la pieza a moldear, y una capa externa consolidada 31a de vermiculita expandida comprimida, que envuelve la capa 31a y forma una protección aislante del molde. Las cantidades de grafito y de vermiculita expandidas, introducidas en la prensa para formar las capas correspondientes son escogidas en función de las dimensiones de la prensa y de la densidad final deseada por las capas consolidadas 31a y 32a.

Cada mitad del molde 21, 22 comprende igualmente canalizaciones hemicilíndricas 27, 28 formando, con las canalizaciones conjugadas de la otra mitad del molde, un circuito de circulación de un líquido de calefacción/enfriamiento del molde. Al menos una de las mitades del molde 21, 22 comprende además un pozo de colada 30 extendiéndose entre una cara del molde y la huella 29, por la cual puede ser introducido o inyectado el material a moldear, de preferencia en forma líquida.

Cabe notar que un circuito independiente de circulación de líquido de enfriamiento/calefacción puede ser realizado en la capa 32a de cada mitad del molde. Tal proceso se prefiere porque él garantiza una estanquidad de los circuitos. Cabe notar igualmente que es posible insertar, en cada capa de grafito expandido, antes de toda compresión, de resistencias (cables) destinados a ser unidos a un generador de corriente con vistas al calentamiento del molde.

Es igualmente posible, para obtener un molde según la invención, utilizar una prensa uniaxial tal como se lo ilustra en la figura 1, formar una capa de grafito expandido de un lado y del otro de un modelo, formar después dos capas de vermiculita expandida de un lado y del otro de la capa de grafito, luego comprimir las capas según una única dirección. Se obtiene un molde paralelepipédico cuyas dos caras opuestas solamente son aisladas por una capa consolidada de vermiculita.

En alternativa, se reubican las tres capas así consolidadas (dotadas del modelo) en la prensa uniaxial de manera que las capas de vermiculita se extiendan paralelamente en la dirección C de compresión de la prensa, luego se vuelven a comprimir las capas. El molde así obtenido esta formado de tres capas superpuestas comprimidas, de forma sucesiva, según dos direcciones ortogonales. Se puede reiterar la operación con el fin de comprimir las capas según una tercera dirección ortogonal a las dos primeras. Antes de cada una de la segunda y tercera compresión, es posible formar dos nuevas capas de vermiculita expandida de un lado y del otro de las capas anteriormente consolidadas. Se obtiene entonces un molde paralelepipédico cuyas cuatro caras están aisladas por una capa de vermiculita si dos compresiones solamente son efectuadas o en el cual las seis caras están aisladas si tres compresiones son
efectuadas.

En el caso de un molde teniendo al menos una cara desprovista de protección aislante de vermiculita, la temperatura al seno del molde puede ser igualmente controlada y ajustada por contacto de dicha (s) cara (s) con un cuerpo en temperatura regulada o por exposición (sin contacto) de dicha (s) cara (s) a una fuente de rayos infrarrojos (luego por conducción térmica en la capa consolidada de grafito). Así, gracias a las propiedades térmicas interesantes (conductividad, difusividad, absorción, selectividad) del grafito expandido recomprimido, no es necesario realizar o insertar, al seno de la capa de grafito, un circuito de calefacción/enfriamiento, para poder controlar la temperatura del molde alrededor de la huella.

El molde 20 ilustrado esta compuesto de dos partes 21, 22 formando cada una, una mitad de la huella de las piezas a moldear. Sin embargo, la invención permite igualmente fabricar moldes de una sola pieza (tales moldes deben ser destruidos para permitir desmoldar la pieza) o moldes en tres partes y más.

La invención concierne igualmente un proceso de fabricación de un convertidor heliotérmico, ilustrado en la figura 6. En una prensa uniaxial 62 con el plato 51, de sección cuadrada o rectangular, se forma un capa de vermiculita expandida 52, luego una capa de grafito expandida 53 en la cual se coloca al menos un tubo 54 en forma de serpentín, rastrillo, espiral o otras formas adaptadas. El tubo 54 es dispuesto paralelamente al plato 62 y a la cara superior de la capa de vermiculita, en el curso de la formación de la capa de grafito. El emplazamiento de dicho tubo en la capa y la altura total de la capa de grafito son adaptados para que el tubo 54 permanezca enteramente recubierto de grafito una vez las capas sean consolidadas. Por su forma y su longitud, el tubo 54 es uniformemente repartido en la capa de grafito y sus dos extremidades vienen cada una al tope contra una pared de la prensa 51.

Después se comprimen las capas de vermiculita y de grafito expandidos, hasta obtener su consolidación. La prensa utilizada presenta un plato dotado de una matriz de impresión presentando una pluralidad de nervaduras 69, con vistas a imprimir formas de captura sobre la cara de absorción del convertidor.

En este ejemplo de realización, el grafito recomprimido es utilizado, para la realización de un cambiador térmico, a titulo de material de llenado permitiendo, por sus cualidades térmicas (absorción, difusividad) y mecánicas (consolidación por simple compresión), a la vez mejorar el rendimiento del cambiador y simplificar el proceso de producción. La elección del indice de compresión resulta de un compromiso entre la consolidación de las capas (el indice debe ser superior a un indice mínimo de consolidación), la búsqueda de una ganancia de masa para el cambiador (un bajo indice de compresión, es decir una densidad baja de la capa, permite prever una cantidad más baja de grafito expandido y limitar la masa final del cambiador), los rendimientos térmicos y energéticos del cambiador (la absorción y la difusividad de la capa consolidada de grafito dependiendo de su densidad), la presencia del tubo 54 (conviene no aplastar)... Se prefiere un índice de compresión que corresponde a una densidad de la capa consolidada de grafito comprendida entre 30 y 200 kg/m^{3} (y en todo caso inferior a 400 kg/m^{3}).

Cabe notar que es posible comprimir las capas según varias direcciones, pero eso complica inútilmente el proceso de fabricación respecto a la ganancia (baja) obtenida en términos de rendimiento del convertidor.

Las capas consolidadas (ver figura 7) son retiradas de la prensa. La capa de grafito consolidada 56, dotada del tubo 54, realiza un cambiador térmico en forma de panel espeso; la capa de vermiculita consolidada 55 forma un fondo aislante recubriendo la cara inferior del cambiador. La cara de absorción 70 del cambiador presenta una pluralidad de ranuras o grietas rectas como la ranura 68 de sección triangular, la ranura 66 de sección semi circular, la ranura 67 de sección cuadrada, todas de longitud y de profundidad inferiores a 1 cm y de preferencia comprenden entre 1 y 5 mm. Estas ranuras o grietas realizan formas de captura, impresas simultáneamente a la consolidación de las placas de compresión y con el fin de venir a intercalarse entre dos ramas del tubo 54. Cabe notar que la impresión de las formas de captura puede eventualmente ser efectuada después de la consolidación de las capas, durante una operación ulterior. Las formas de captura 66, 67, 68 mejoran a la vez la eficacidad de una calefacción/enfriamiento por radiación y el comportamiento bajo carga mecánica del cambiador.

Placas aislantes, constituidas cada una por una capa de vermiculita expandida recomprimida, son añadidas y fijas (por todos los medios apropiados tales como colas o tornillos) sobre los cuatro cantos de capas consolidadas 55 y 56, para formar un cuadro aislante 64.

Cada extremidad del tubo 54 aflora a la superficie de un canto de la capa consolida de grafito 56. Previamente al montaje del cuadro aislante, es acondicionado, en frente de dicha extremidad del tubo, un mandrinado atravezando la placa del cuadro aislante 64 adyacente a dicho canto. Un tubo recto es dispuesto en el mandrinado y conectado a la extremidad del tubo 54. Las dos extremidades del tubo 54 pueden así ser conectadas, respectivamente, con unos sistemas de alimentación de fluido de portador de calor frío y a unos medios de recuperación de fluido portador de calor calentado por la energía solar.

El cajón aislante realizado por el fondo 55 y el cuadro 64 en vermiculita, es insertado en una caja hermética que comprende un fondo 59, unas paredes laterales 60 y un reborde 63 superior extendiéndose hacia el exterior de la caja. Tal caja proteje el cajón en vermiculita - hidrófila- de la humedad y de las intemperies. La caja es cerrada, en la parte superior, por una placa 58 en vidrio templado, fijado sobre el reborde superior 63 o las paredes laterales 60 de la caja, por todos los medios adaptados. La estanquidad entre la placa de vidrio y la caja es asegurada por una una junta periférica 57 en silicona por ejemplo.

En una variante ilustrada en la figura 8, la canalización 61 de circulación del fluido portador de calor es formado directamente en la masa de la capa consolidada de grafito. Para realizarlo, se coloca un tubo destructible, en cera o en poliestireno por ejemplo, en la capa de grafito expandido durante su formación. Después de la compresión y consolidación de la capa de grafito, se destruye el tubo destructible. En este ejemplo, el grafito recomprimido constituye la estructura rígida del cambiador térmico (y no un material de llenado). El índice de compresión impuesto es entonces escogido suficientemente elevado para conferir un buen comportamiento bajo carga mecánica al conjunto, en función de presiones sufridas: presión de fluido portador de calor, conector hidráulico, variaciones importantes de temperatura.

Cabe notar que las porciones de canalización que atraviesan la capa consolidada de vermiculita (que es hidrófila) para conectar la canalización 61 con los sistemas de alimentación de fluido portador de calor y de recuperación de dicho fluido, son formadas por unos tubos rectos añadidos metálicos, como en el ejemplo precedente. Cabe notar igualmente que el convertidor 65 ilustra do esta desprovisto de formas de capturas según la invención, pero que es ventajoso de preverlo.

El proceso de fabricación de los convertidores 50 y 65 presenta múltiples ventajas:

- el absorbedor y el cambiador térmico están integrados en una sola y misma estructura (la capa de grafito), que es ensamblada en una sola operación de consolidación, a diferencia de los convertidores anteriores conocidos que comprenden, a título de absorbedor, una placa metálica que conviene fabricar (por extrucción, embutición...), tratar contra la corrosión y la oxidación y de recubrir de un depósito de oxido de cromo (fuertemente tóxico), luego soldarlo al cambiador. El convertidor 65 comprende incluso un absorbedor-cambiador totalmente realizado en una sola operación (los tubos son suprimidos).

- el cambiador térmico y el fondo aislante son formados y ensamblados en una sola operación,

- la masa del convertidor obtenido es bien inferior a aquella de los convertidores conocidos,

- el rendimiento del convertidor según la invención es bien superior al rendimiento de los convertidores anteriores, teniendo en cuenta que

\bullet

la superficie de intercambio térmico corresponde a toda la circunferencia del tubo 54 o de la canalización 61,

\bullet

el grafito expandido recomprimido representa una buena selectividad óptica (S=2) en la gama de las longitudes de ondas infrarrojas que generan el efecto de invernadero en el convertidor. Esta calidad no da utilidad a todo revestimiento al cromo negro,

\bullet

el grafito expandido recomprimido presenta una mejor difusividad térmica (magnitud que mide la aptitud para transmitir el calor, y que es función de la conductividad térmica, de la capacidad calorífica y de la densidad del material) que los metales utilizados en las técnicas anteriores para realizar la placa absorbente. En particular, un grafito expandido recomprimido teniendo una densidad del orden de 100 kg/m^{3} posee una difusividad 3 veces más elevada que el cobre para una densidad 90 veces menor, 2 veces más elevada que la plata para una densidad 100 veces menor, 4 veces más elevada que el aluminio para una densidad 27 veces menor.

\bullet

el grafito expandido recomprimido presenta una inercia térmica más baja que los metales, de manera que el tiempo de respuesta del convertidor es mejorado,

\bullet

el grafito expandido recomprimido presenta un coeficiente de dilatación (lineal) frente a variaciones térmicas que es baja, y especialmente 8 veces menos elevada que el cobre, 11 veces menos elevada que el aluminio, y 6 veces menos elevada que la plata,

- el rendimiento del convertidor 65 (desprovisto del tubo de cobre) es particularmente mejorado debido al cambio directo del calor entre el absorbedor (el grafito) y el fluido portador de calor,

- el rendimiento del convertidor 50 es mejorado por la presencia de formas de captura de ondas infrarrojas,

- el costo de fabricación de los convertidores es bajo (en particular aquel del convertidor 65 debido a la supresión de los tubos de cobre),

- el grafito y la vermiculita son materiales, químicamente inertes, que no liberan gas después de la compresión y no son ni peligrosos ni tóxicos, incluido en forma de partículas (que se trate de partículas de grafito o vermiculita expandido(a), o de pedazos de grafito o vermiculita recomprimido(a)). Son más fácilmente reciclables.

En una versión de la invención (que puede aplicarse a los dos ejemplos de convertidor precedentes), se disponen igualmente resistencias eléctricas en la capa de grafito expandido, antes de la consolidación de esta última. Estas resistencias sirven para suministrar puntualmente el cambiador térmico a una temperatura superior o igual a 70ºC, con vistas a prevenir todo riesgo de contaminación del cambiador con las bacterias (tales como las Legionellas). El proceso según la invención permite entonces dotar el convertidor de medios de tratamiento anti bacterial, de forma simple, rápida y económica.

Es evidente que la invención puede ser objeto de numerosas variantes con respecto a los modos de realización anteriormente descritos y representados en las figuras. En particular, el proceso según la invención puede aplicarse a la realización de otros objetos compuestos.

Claims (49)

1. Proceso de fabricación de un objeto compuesto que comprende al menos dos partes distintas teniendo propiedades y/o funciones diferentes, caracterizada en que:

- se forma al menos una capa (3; 32; 53) que comprende más del 70% del peso de un material expandido escogido entre los grafitos expandidos,

- se forma al menos otra capa (2; 31; 52) que comprende más del 70% del peso de otro material expandido encogido entre las vermiculitas expandidas,

- luego se comprimen simultáneamente las capas formadas de manera a consolidarlas, cada capa consolidada (3a, 2a; 32a, 31a; 56, 55) corresponde a una de las partes del objeto.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado en que las capas (2, 3; 31, 32, 52, 53) son formadas adyacentes.

3. Proceso según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado en que se comprimen simultáneamente las capas formadas (31, 32) según varias direcciones.

4. Proceso según la reivindicación 3, caracterizado en que se comprimen simultáneamente las capas formadas (31, 32) según tres direcciones ortogonales.

5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado en que las capas formadas (52, 53) son comprimidas según una única dirección.

6. Proceso según la reivindicación 5, caracterizado en que la dirección de compresión (c) es sensiblemente ortogonal a un plano de interface entre dichas capas.

7. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado en que se someten las capas formadas (31, 32) a una única operación de compresión según cada dirección (A, B, C).

8. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado en que se someten las capas formadas (31, 32) a una única operación de compresión.

9. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado en que se someten las capas formadas a una pluralidad de operaciones distintas de compresión según al menos una dirección.

10. Proceso según la reivindicación 9, caracterizado en que se efectúa, según esta dirección, una primera compresión adaptada para consolidar las capas formadas con vistas a permitir su manipulación, y, ulteriormente, una segunda compresión adaptada para conferir una densidad deseada a una de dichas capas.

11. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado en que, durante la compresión de las capas formadas, se imprimen sobre al menos una cara, llamada cara exterior, de al menos una capa de grafito, de las formas en huecos abiertos; llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas.

12. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado en que se utiliza, a título de grafito expandido, un grafito natural expandido.

13. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado en que la capa de vermiculita formada comprende menos del 30% del peso de aditivos escogidos entre la perlita, los materiales expandidos obtenidos a partir de óxidos tales como SiO_{2} o Al_{2}O_{3}, las kanditas, las ilitas, las esmectitas, las caolitas.

14. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 13 por la fabricación de una célula electroquímica (1), caracterizado en que se forma una capa (2) de vermiculita expandida entre dos capas (3, 4) de grafito expandido, luego se comprime simultáneamente las capas formadas.

15. Proceso según la reivindicación 14, caracterizado en que se comprimen simultáneamente las capas formadas según tres direcciones ortogonales.

16. Proceso según una de las reivindicaciones 14 o 15, caracterizado en que se comprimen las capas formadas de modo que las dos capas consolidadas (3a, 4a) de grafito presentan una densidad comprendida entre 30 y 60 kg/m^{3}.

17. Proceso según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado en que, por al menos una (12, 13) de las capas de grafito, se forman microsurcos (15, 14) sobre una cara de dicha capa, llamada cara interior, orientada hacia la capa de vermiculita, ubicando hilos destructibles o amovibles entre la capa de grafito expandido y la capa de vermiculita expandida durante su formación, dichos hilos son destruidos o retirados una vez las capas consolidadas.

18. Proceso según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado en que se incorporen órganos de calefacción/enfriamiento en al menos una de las capas de grafito expandido durante su formación.

19. Proceso según una de las reivindicaciones 14 a 18 y según la reivindicación 11, caracterizado en que se imprime, sobre al menos una cara exterior (18) de al menos una capa de grafito (3a), formas de captura (16, 17) presentando al menos una dimensión frontal comprendida entre 1 \mum y 5 mm y una profundidad comprendida entre 1 \mum y 1 mm.

20. Proceso según una de las reivindicaciones 14 a 19, caracterizado en que cada capa de grafito formada comprende menos del 20% del peso de un polvo de un material catalítico, tal como un metal o un óxido metálico catalítico.

21. Proceso según una de las reivindicaciones 14 a 20, caracterizado en que la capa de vermiculita formada comprende unas enzimas liofilizadas.

22. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 13 por la fabricación de un molde (20) caracterizado en que se recubre un modelo (24) de una capa (32) de grafito expandido, luego se forma una capa (31) de vermiculita expandida recubriendo al menos parcialmente la capa de grafito, luego se comprime simultáneamente las capas formadas.

23. Proceso según la reivindicación 22 para la fabricación de un molde de fundición, caracterizado en que se compriman simultáneamente las capas formadas de modo que la capa consolidada (32a) de grafito presenta una densidad superior a 100 kg/m^{3}.

24. Proceso según una de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado en que se colocan órganos de calefacción/enfriamiento en la capa de grafito expandido durante su formación.

25. Proceso según una de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado en que se lo forma, directamente en la masa de grafito, al menos una canalización (27, 28) adaptada para recibir un fluido de calefacción/enfriamiento, colocando al menos un tubo (26) destructible o amovible en la capa (32) de grafito expandido durante su formación, dicho(s) tubo(s) se destruyen o retiran una vez dicha capa consolidada.

26. Proceso según una de las reivindicaciones 22 a 25 y según la reivindicación 11, caracterizado en que la capa de vermiculita es formada de manera a dejar al menos una cara de la capa consolidada de grafito, llamada cara exterior, aparente durante la utilización del molde, y en lo que se imprime, sobre al menos una cara exterior de la capa de grafito, formas de captura presentando al menos una dimensión frontal que comprende entre 1 mm y 2 cm y una profundidad que comprende entre 1 mm y 10 cm.

27. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 13 para la fabricación de un convertidor heliotérmico (50), caracterizado en que se forma una capa (53) de grafito expandido en la cual se acondiciona al menos una canalización (54, 61) adaptada para recibir un fluido portador de calor, se forma una capa (52) de vermiculita recubriendo parcialmente la capa de grafito y dejando descubierta al menos una cara de esta última, llamada cara de absorción, luego se comprime simultáneamente las capas formadas.

28. Proceso según la reivindicación 27, caracterizado en que se coloca al menos un tubo (54) permanente en la capa de grafito expandido.

29. Proceso según la reivindicación 27, caracterizado en que se coloca al menos un tubo destructible o amovible en la capa de grafito expandido, dicho(s) tubo(s) es(son) destruido(s) o retirado(s) una vez la capa de grafito consolidada.

30. Proceso según una de las reivindicaciones 27 a 29 y según la reivindicación 11, caracterizado en que se imprime, sobre la cara de absorción (70) de la capa consolidada de grafito, formas de captura (66, 67, 68) presentando dimensiones frontales que comprenden entre 10 \mum y 1 cm y una profundidad que comprende entre 1 mm y 1 cm.

31. Objeto compuesto que comprende al menos dos partes distintas teniendo propiedades y/o funciones diferentes, caracterizado en que una de las partes consta de una capa consolidada que comprende más del 70% del peso de un material expandido recomprimido escogido entre los grafitos expandidos, y en que otra de las partes consta de otra capa consolidada que comprende más del 70% del peso de otro material expandido recomprimido escogido entre las vermiculitas expandidas.

32. Objeto según la reivindicación 31, caracterizado en que se trata de una célula electroquímica (1) y en el que comprende al menos una capa consolidada (2a) de vermiculita expandida recomprimida, intercalada entre dos capas consolidadas (3a, 4a) de grafito expandido recomprimido.

33. Objeto según la reivindicación 32, caracterizado en que las capas consolidadas de grafito presentan una densidad que comprende entre 30 y 60 kg/m^{3}.

34. Objeto según una de las reivindicaciones 32 o 33, caracterizado en que al menos una (13, 12) de las capas consolidadas de grafito presenta microsurcos (14, 15) sobre una cara, llamada cara interior, orientada hacia la capa de vermiculita.

35. Objeto según una de las reivindicaciones 32 a 34, caracterizado en que al menos una de las capas consolidadas de grafito integra órganos de calefacción/enfriamiento.

36. Objeto según una de las reivindicaciones 32 a 35, caracterizado en que al menos una de las capas consolidadas de grafito presenta, sobre al menos una cara exterior, formas (16, 17) abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas.

37. Objeto según la reivindicación 36, caracterizado en que las formas de captura presentan al menos una dimensión frontal que comprende entre 1 \mum y 5 mm y una profundidad que comprende entre 1 \mum y 1 mm.

38. Objeto según una de las reivindicaciones 32 a 37, caracterizado en que la capa consolidada de vermiculita comprende enzimas liofilizadas.

39. Objeto según la reivindicación 31, caracterizado en que se trata de un molde (20) y en que comprende al menos una capa consolidada (32a) de grafito expandido recomprimido, que delimita una huella (29) que corresponde a un objeto a reproducir por moldeo, y una capa consolidada (31a) de vermiculita expandida recomprimida recubriendo al menos parcialmente dicha capa de grafito.

40. Objeto según la reivindicación 39, caracterizado en que se trata de un molde de fundición y en que la capa consolidada de grafito presenta una densidad superior a 100 kg/m^{3}.

41. Objeto según una de las reivindicaciones 39 o 40, caracterizado en que la capa consolidada de grafito integra órganos de calefacción/enfriamiento.

42. Objeto según una de las reivindicaciones 39 o 40, caracterizado en que la capa consolidada (32a) de grafito comprende al menos una canalización (27, 28) directamente formada en la masa de grafito, adaptada para recibir un fluido de calefacción/enfriamiento.

43. Objeto según una de las reivindicaciones 39 a 42, caracterizado en que la capa consolidada de grafito presenta al menos una cara, llamada cara exterior, aparente durante la utilización del molde, y en que al menos una cara exterior de la capa consolidada de grafito presenta formas abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas.

44. Objeto según la reivindicación 43, caracterizado en que las formas de captura presentan al menos una dimensión frontal que comprende entre 1 mm y 2 cm y una profundidad que comprende entre 1 mm y 10 cm.

45. Objeto según la reivindicación 31, caracterizado en que se trata de un convertidor heliotérmico (50) y en que comprende al menos una capa consolidada (56) de grafito expandido recomprimido que comprende al menos una canalización (54) adaptada para recibir un fluido portador de calor, y una capa consolidada (55) de vermiculita expandida recomprimida que recubre la capa de grafito a excepción de al menos una cara de esta última, llamada cara de absorción.

46. Objeto según la reivindicación 45, caracterizado en que la(s) canalización(es) (61) es(son) directamente formada(s) en la masa de grafito.

47. Objeto según la reivindicación 45, caracterizado en que la(s) canalización(es) es(son) constituida(s) de tubo(s)
(54) tomado en la capa de grafito.

48. Objeto según una de las reivindicaciones 45 a 46, caracterizado en que la capa consolidada de grafito presenta, sobre su cara de absorción (70), formas (66, 67, 68) abiertas impresas en huecos, llamadas formas de captura, adaptadas para atrapar ondas infrarrojas.

49. Objeto según la reivindicación 48, caracterizado en que las formas de captura presentan al menos una dimensión frontal que comprende entre 10 \mum y 1 cm y una profundidad que comprende entre 1 mm y 1 cm.