ES2313699T3 - Un dispositivo de estanqueidad para una entrada de gas de un horno o similar. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de admisión de gas para hacer pasar un gas al interior de un horno desde una porción externa al horno hacia un conducto de admisión de gas (14) formado en una cámara de reacción (16) situada dentro del horno, comprendiendo el dispositivo de admisión: * una tubería (12) de gas para transportar un gas al horno, extendiéndose la tubería de gas entre una porción exterior del horno y una porción interior del horno, teniendo dicha tubería de gas un extremo que termina al menos en la vecindad del conducto de admisión de gas 10 formado en la cámara de reacción; y * un dispositivo tubular de sellado (32) situado radialmente hacia fuera con respecto a la tubería de gas, estando fijado el dispositivo tubular de sellado de manera estanca al gas en un primer extremo de la misma, en un emplazamiento de la superficie interior del horno adyacente a un emplazamiento en el que la tubería de gas penetra en el horno, y extendiéndose hacia un emplazamiento adyacente al conducto de admisión de gas, estando sujeto además de manera sellada herméticamente; estando el dispositivo de admisión de gas caracterizado porque el dispositivo tubular de sellado comprende una primera porción axial (32a) que es flexible y una segunda porción axial (32b) que es relativamente rígida.
Description
Un dispositivo de estanqueidad para una entrada
de gas de un horno o similar.
La presente invención se refiere más
generalmente a los hornos, cámaras de tratamiento, y similares, en
los cuales se introduce un gas reactivo como parte de una etapa de
tratamiento. Un ejemplo particular de la invención se refiere a los
hornos para la infiltración química de vapor/deposición química de
vapor (CVI/CVD) en los que se introduce un gas reactivo como parte
de un método de densificación de elementos porosos, tales como
elementos semielaborados porosos para piezas de fricción.
En líneas generales, se conoce el uso de hornos,
cámaras de tratamiento y similares en los cuales se introduce un
gas reactivo como parte de una etapa de tratamiento (en la
descripción siguiente, el término "horno" se debe entender
también en sentido amplio como aplicable a los hornos y a otras
cámaras de tratamiento de esta clase). Un ejemplo es el método de
infiltración química de vapor en el cual un gas reactivo precursor
se introduce en un horno que tiene elementos porosos colocados en
el mismo (por ejemplo y sin limitación, tal como elementos
semielaborados porosos para discos de freno).
Un horno convencional comprende generalmente una
carcasa exterior de horno que encierra un espacio de trabajo o
cámara de reacción de trabajo en la cual se colocan los objetos o
elementos para su tratamiento, un sistema para hacer que el gas
reactivo fluya al interior y hacia fuera del horno, y un sistema de
calentador para calentar al menos una porción interna de la cámara
de reacción.
De manera conocida, el gas reactivo es forzado a
infiltrarse en la estructura porosa de los elementos porosos. El
gas reactivo puede comprender un gas hidrocarburo tal como el
propano.
En un ejemplo conocido, se introduce un gas
reactivo en un volumen interior definido por un apilado de preformas
anulares para discos de freno que son sustancialmente alineadas en
una cámara de reacción de un horno. Generalmente, el gas es forzado
a desplazarse del volumen interior del apilado por difusión hacia el
exterior del apilado por difusión a través de la estructura porosa
(por ejemplo fibrosa) de los elementos semielaborados y/o
atravesando a través de huecos entre los elementos semielaborados
apilados adyacentes, según lo definido por unos espaciadores o
similares.
Al menos el interior de la cámara de reacción
está calentado por el sistema de calentador. Así, debido a la
relativamente temperatura alta de los elementos semielaborados de
disco de freno, el gas reactivo es sometido a pirolisis y deja un
producto de descomposición que se deposita en las superficies
interiores de la estructura porosa. A modo de ejemplo, con un gas
de hidrocarburo, el producto de la descomposición es carbono
pirolítico, obteniendo así un material compuesto que contiene
carbono (tal como un material carbono-carbono).
Los hornos de este tipo están constituidos
generalmente por una pluralidad de componentes que se ensamblan
entre sí por soldadura, atornillado, o métodos similares, para
definir las diversas unidades de la estructura montada.
Sin embargo, en la estructura de un horno son
corrientes varios defectos estructurales o anomalías. Por ejemplo,
las partes componentes pueden ser mal alineadas mientras se está
construyendo el horno, en otras circunstancias, pueden aparecer
defectos intermitentes, por ejemplo una pobre alineación entre las
piezas debido a las diferencias de dilatación térmica mientras el
horno está en funcionamiento. Esto sucede por ejemplo cuando
diversos materiales que tienen diferentes coeficientes de
dilatación térmica se utilizan en el mismo conjunto. Los defectos
estructurales en esos sitios conducen generalmente a que se
produzcan separaciones, huecos, o similares entre las piezas, a
través de las cuales el aire externo (que podría contener
contaminantes, por ejemplo) puede penetrar en el horno, y a través
de los cuales puede escaparse el gas reactivo (que entre otras cosas
es generalmente inflamable). Los emplazamientos a través de los
cuales se introduce el gas en el horno pueden presentar un problema
particular, al menos en lo referente al gas reactivo que pudiera
escaparse de la trayectoria de flujo del gas en vez de ser
transportado provechosamente a la zona del horno en donde se sitúan
los elementos semielaborados de disco de freno o similares.
De lo anterior puede deducirse que es deseable
reducir los escapes de gas reactivo del emplazamiento en el que se
introduce el gas en el horno y a la cámara de reacción que se
encuentra en el mismo. Simultáneamente, es útil que la estructura
del horno conserve su adecuación estructural para adaptarse a los
errores e imperfecciones de fabricación y similares.
De manera general, de acuerdo con la presente la
invención, se coloca un dispositivo de sellado tubular flexible
alrededor de un extremo de una tubería de entrada de gas en un
emplazamiento en el que la tubería de entrada de gas entra en el
cuerpo del horno, y termina en la vecindad de una abertura de
entrada de gas formada en la cámara de reacción. Preferiblemente,
al menos una porción del dispositivo tubular de sellado es flexible
transversalmente (respecto a un eje a lo largo del cual el
dispositivo tubular de sellado se extiende entre la pared del horno
y la abertura de entrada de gas de la cámara de reacción), y/o
axialmente. Esta porción flexible puede tener una estructura de
fuelle, por ejemplo. La porción restante del dispositivo tubular de
sellado puede ser comparativamente rígida. En un ejemplo de la
invención, la porción flexible del dispositivo tubular de sellado
se hace de acero inoxidable y presenta un espesor que permite el
grado de flexibilidad requerido, mientras que la porción remanente
del dispositivo tubular de sellado se hacen de una aleación de
Inconel, o similar.
Al menos el extremo axial del dispositivo
tubular de sellado adyacente a la entrada de la tubería de entrada
de gas en la carcasa del horno se suelda en su lugar para mejorar
adicionalmente la integridad del dispositivo de sellado de gas.
Por lo tanto, el dispositivo tubular de sellado
como el descrito y reivindicado aquí proporciona un sellado
deseable alrededor de un extremo de la tubería de entrada de gas
donde penetra en el cuerpo del horno y donde termina en la vecindad
de una abertura de entrada de gas formada en la cámara de reacción.
Además, la función de sellado se mantiene a pesar de que haya
cualquier alineación pobre entre la tubería de entrada de gas y la
abertura de entrada de gas (por ejemplo, debido a defectos en la
construcción o instalación). Finalmente, la función de sellado
también se mantiene incluso si la separación entre la tubería de
entrada de gas y la abertura de entrada de gas varía en el
funcionamiento porque diversas partes del horno se dilatan cuantía
diferente porque tienen diferentes coeficientes de dilatación
térmica.
La presente invención se puede entender mejor
haciendo referencia a las figuras anexas, en las cuales:
la Figura 1 es una vista esquemática en corte
transversal de un horno de la presente invención, en el
emplazamiento donde una tubería de admisión de gas reactivo entra
en el cuerpo del horno y termina en la vecindad de una abertura de
entrada del gas formada en un cámara de reacción dispuesta en el
cuerpo del horno;
la Figura 2 es una vista en perspectiva con
despiece ordenado del dispositivo tubular de sellado de la presente
invención; y
la Figura 3 es una vista de un fragmento a una
escala mayor de una conexión entre las primeras y las segundas
porciones axiales del dispositivo tubular de sellado de la
invención.
Generalmente un horno usado para un proceso de
CVI/CVD comprende una pared o una carcasa que separa el interior
del horno de su exterior y que define un volumen en el mismo. Dentro
del volumen del horno hay una estructura de cámara de reacción. La
cámara de reacción en el horno de CVI/CND puede definir a su vez
otro volumen dentro del volumen del horno. Los artículos a tratar o
modificar, por ejemplo elementos semielaborados porosos de disco de
freno, se colocan en la cámara de reacción.
Un sistema de circulación de gas reactivo está
generalmente previsto para introducir el gas reactivo en el horno y
retirarlo del mismo. Particularmente, el gas reactivo se introduce
en la cámara de reacción dentro del horno. El gas es extraído del
horno por cualquier mecanismo apropiado conocido en la técnica y/o
en la industria, incluyendo, pero sin estar limitado a ello, por
efecto de la presión de gas dentro del horno en comparación con la
presión fuera del horno, o por los diversos mecanismos de aspiración
o de evacuación que se conocen en la técnica.
Se dispone un sistema de calentador para
calentar al menos el interior de la cámara de reacción. Se conoce
generalmente en la técnica como calentar un horno de este tipo. Dos
ejemplos conocidos particulares de sistemas de calentador
comprenden la calefacción por conducción y la calefacción por
resistencia.
Para simplificar la presente descripción de la
estructura, se describe los diversos conductos, tuberías, o
similares a las cuales se hace referencia y aunque se describen
suponiendo que presentan una sección transversal que es
prácticamente circular, sin embargo esto no es necesariamente
siempre verdadero.
La Figura 1 es una vista seccionada
transversalmente de un fragmento de la zona en la que una tubería 12
de alimentación de gas reactivo pasa a través de la pared 10 del
horno para aportar un flujo de gas reactivo al interior del horno
(según lo representado por la flecha A en la Figura 1).
En un ejemplo posible, el diámetro del conducto
de admisión de gas 14 formado en la cámara 16 de reacción puede ser
definido o ajustado por medio de un inserto. El inserto comprende
una tubería 18 montado en la posición y asegurado o sostenido de
otra manera con respecto a una placa de ensamblaje anular 20 que
tiene una abertura central 20a generalmente en alineación con la
tubería 18. La placa de ensamblaje 20 se asegura a su vez a una
superficie de la cámara 16 de reacción, por ejemplo por medio de
unos pernos 22, como se muestra en la Figura 1. Se puede colocar un
material de aislamiento convencional alrededor de una periferia de
la tubería 18, y más particularmente puede estar presente bajo la
forma de una pluralidad de capas anulares (no mostradas) que se
sujetan entre sí, por ejemplo por los pernos 24 o similares.
Finalmente, una porción exterior de la cámara de
reacción 16 puede ser cubierta opcionalmente con un material de
aislamiento térmico convencional representado generalmente como una
capa 28. La tubería de alimentación de gas reactivo termina en un
emplazamiento que es al menos adyacente a un conducto 14 de admisión
de gas formado en la cámara 16 de reacción. En algunas
configuraciones, la tubería 12 de alimentación de gas reactivo
puede entrar en contacto con la estructura que define el conducto 14
de admisión de gas, o puede ponerse a tope contra el mismo de una
manera u otra. Por las razones que se explican a continuación, puede
ser deseable conservar la tubería 12 de alimentación de gas
reactivo independiente del conducto 14 de admisión de gas (es decir
de manera que no sujete el uno al otro), e incluso mantener un hueco
entre la tubería de alimentación de gas reactivo 12 y el conducto 14
de admisión de gas.
De acuerdo con la presente invención, se dispone
un dispositivo tubular de sellado (al que se ha dado la referencia
general 32). El dispositivo tubular 32 de sellado rodea la
transición entre la tubería 12 de alimentación de gas y el conducto
14 de admisión de gas de manera circunferencial y lo hace de manera
general prácticamente hermético a los gases. Para poder adaptarse a
las condiciones de funcionamiento dentro del horno (particularmente
con respecto a la temperatura), el dispositivo tubular 32 de sellado
se hace preferiblemente de metal.
Al menos una porción del dispositivo tubular 32
de sellado 20 es flexible, y más particularmente flexible
transversalmente y/o axialmente con respecto a un eje a lo largo del
cual se extiende el dispositivo tubular 32 de sellado. Esta
flexibilidad compensa los defectos de alineación o separaciones
entre la tubería 12 de alimentación de gas y el conducto 14 de
admisión de gas, por ejemplo los causados por defectos de
construcción o tensiones térmicas asimétricas, según lo tratado
anteriormente. Así, por ejemplo, la distancia entre el extremo
terminal de la tubería 12 de alimentación de gas y la cámara 16 de
reacción (que contiene el conducto 14 de admisión de gas formado en
la misma) puede variar en funcionamiento mientras se calienta el
interior del horno, debido a los diferentes coeficientes de
dilatación térmica. Por lo tanto, incluso si se produce un hueco de
un tamaño cada vez mayor o menor entre la tubería 12 de alimentación
de gas y el conducto 14 de admisión de gas, o incluso si se
desplazan lateralmente saliendo de la alineación, el montaje general
permanece aislado prácticamente de manera hermética para poderse
adaptar a los diversos defectos de alineación y similares.
El dispositivo tubular 32 de sellado comprende
preferiblemente al menos dos segmentos axiales: una primera porción
axial 32a que es flexible y una segunda porción axial 32b que es
comparablemente rígida (comparada con la primera porción axial).
La primera porción axial 32a tiene
preferiblemente una forma y una estructura que proporcionan la
flexibilidad requerida en las direcciones transversal y/o axial.
Por ejemplo, y como se muestra en las figuras, la primera porción
axial 32a tiene una forma de tipo fuelle.
En un ejemplo de la presente invención, la
primera porción axial 32a se hace de acero inoxidable (tal como
ASME 321) o de aleación de Inconel, seleccionada preferiblemente
para ser capaz de soportar unas temperaturas que alcanzan
aproximadamente 500ºC. Se entenderá que es también necesario tomar
en cuenta el espesor del material para obtener la flexibilidad
requerida.
La segunda porción axial 32b puede ser
simplemente tubular, teniendo una forma de sección transversal que
corresponde a la de la primera porción axial 32a para proporcionar
continuidad. En un ejemplo de la presente invención, se puede hacer
la segunda porción axial 32b de Inconel. Comparada con la primera
porción axial 32a, la segunda porción axial 32b es más rígida.
Según lo mencionado anteriormente, el
dispositivo tubular 32 de sellado tiene generalmente la forma de una
funda tubular que es flexible axial y lateralmente sobre la
transición entre la tubería de alimentación de gas 12 y el conducto
14 de admisión de gas para limitar los escapes de gas reactivo. El
dispositivo tubular de sellado se extiende generalmente de manera
axial entre un emplazamiento 34 en el interior de la pared 10 del
horno y un emplazamiento 36 al menos adyacente a la cámara 16 de
reacción, si no contiguo a la misma.
En el ejemplo de construcción mostrado en las
figuras, la primera porción axial 32a se asegura a una placa anular
38 por cualquier medio adecuado que proporcione el sellado casi
completo con respecto al conducto de admisión de gas entre la
primera porción axial 32a y la placa anular 38, por ejemplo por
soldadura.
La placa anular 38 se monta fijamente en el
interior de la pared 10 del horno. Se puede utilizar cualquier
método de fijación que proporcione una buena estanqueidad a los
gases entre la placa anular 38 y la pared 10 del horno,
particularmente se puede utilizar los pernos 42 o similares, como se
muestra en las figuras. El sellado entre la placa anular 38 y la
pared 10 del horno se puede mejorar adicionalmente de manera
convencional usando unos anillos de cierre o similares colocados
entre las mismas, y/o por soldadura, como se muestra generalmente en
39.
En el extremo axial opuesto del dispositivo de
sellado tubular 15, y a modo de ejemplo, la segunda porción axial
32b puede terminar simplemente en un anillo circular 44 que se pueda
sostener en su lugar sin ser unido genuinamente o fijado entre una
superficie de la cámara 16 de reacción (y/o del material de
aislamiento 28) y una superficie exterior 20 de la segunda porción
axial 32b.
A modo de ejemplo, el anillo anular 44 puede
presentar una superficie que se pone a tope contra una cara opuesta
de la placa de montaje 20. En algunas configuraciones, puede ser
ventajoso interponer uno o más anillos de cierre 45 entre el anillo
circular 44 y la placa de montaje 20. A modo de ejemplo, los anillos
de cierre 45 se podrían hacer de grafito. En la Figura 1, se
muestran solamente dos de estos anillos de cierre 45 para fines de
ilustración. En algunas configuraciones, uno o más anillos de cierre
adicionales 49 podrían también presentar un diámetro exterior que
se extendiera radialmente hacia fuera para ser dispuestos entre la
placa de montaje 20 y la superficie de la cámara 16 de reacción. En
un ejemplo de la presente invención, la primera y la segunda
porciones axiales 32a y 32b que constituyan el dispositivo tubular
32 de sellado son unas porciones separadas que se conectan de
manera estanca al gas con los extremos axiales adyacentes del mismo
por cualquier método convencional que proporcione un grado adecuado
de aislamiento entre las primeras y las segundas porciones axiales
32a, 32b.
En un ejemplo particular, como se muestra en las
figuras, la primera porción axial 32a (que como se describe
anteriormente puede estar constituida por una tira metálica
relativamente fina, por ejemplo de acero inoxidable) puede tener
una porción 50 de formación de una pestaña (con respecto a un eje de
la primera porción axial 32a) en su extremo adyacente a la segunda
porción axial 32b (véase particularmente las Figuras 2 y 3).
De manera correspondiente, la segunda porción
axial 32b tiene una pestaña o anillo 48 que se extiende
transversalmente que se sujeta a la misma de manera convencional,
por ejemplo mediante soldadura (que sirve particularmente para
proporcionar estanqueidad al gas eficaz entre las mismas.
Como se muestra en las figuras, y
particularmente en la Figura 3, la porción 50 de formación de
pestaña y la pestaña 48 se colocan la una frente a la otra. Se
puede interponer un anillo de cierre 52 entre las mismas (por
ejemplo hecho de grafito) a fin de aumentar la seguridad de la
estanqueidad al gas entre ellas.
Finalmente, la pestaña 48, la pestaña 50 y el
anillo de sellado 52 se sujetan entre sí por un método convencional
de fijación, por ejemplo por medio de tuercas y pernos 54, 56.
Aparte de la estructura del dispositivo de
sellado tubular que se ha descrito anteriormente, se considera que
los materiales y/o la construcción, por ejemplo de la pared 10 del
horno, de la tubería 12 de alimentación de gas, de la cámara 16 de
reacción, del aislamiento térmico 28, etc. se conocen en la técnica.
En general, todos los componentes descritos anteriormente deben ser
capaces de soportar apropiadamente el funcionamiento a las
temperaturas que se encontrarán habitualmente en el horno durante un
proceso de CVI/CVD. En particular, la primera porción axial
flexible 32a debe conservar su flexibilidad a través de una vida de
trabajo razonable, mientras que se toma en consideración las
temperaturas de funcionamiento que debe afrontar en su uso.
Finalmente, algunos de los componentes necesitan ser hechos fuera
de los materiales que son sustancialmente no reactivos
(particularmente a las altas temperaturas anteriormente mencionadas)
para evitar interferir con la química del proceso de densificación
ejecutado en el horno.
De manera deseable, el dispositivo tubular de
sellado como se ha descrito anteriormente y según lo reivindicado
aquí es fácil de instalar en un horno y de retirarlo del mismo
durante el mantenimiento del horno.
Claims (7)
1. Un dispositivo de admisión de gas para hacer
pasar un gas al interior de un horno desde una porción externa al
horno hacia un conducto de admisión de gas (14) formado en una
cámara de reacción (16) situada dentro del horno, comprendiendo el
dispositivo de admisión:
- \bullet
- una tubería (12) de gas para transportar un gas al horno, extendiéndose la tubería de gas entre una porción exterior del horno y una porción interior del horno, teniendo dicha tubería de gas un extremo que termina al menos en la vecindad del conducto de admisión de gas 10 formado en la cámara de reacción; y
- \bullet
- un dispositivo tubular de sellado (32) situado radialmente hacia fuera con respecto a la tubería de gas, estando fijado el dispositivo tubular de sellado de manera estanca al gas en un primer extremo de la misma, en un emplazamiento de la superficie interior del horno adyacente a un emplazamiento en el que la tubería de gas penetra en el horno, y extendiéndose hacia un emplazamiento adyacente al conducto de admisión de gas, estando sujeto además de manera sellada herméticamente;
estando el dispositivo de admisión de gas
caracterizado porque el dispositivo tubular de sellado
comprende una primera porción axial (32a) que es flexible y una
segunda porción axial (32b) que es relativamente rígida.
2. Un dispositivo de admisión de gas según la
reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción
axial tiene una estructura de fuelle.
3. Un dispositivo de admisión de gas según la
reivindicación 1, o la reivindicación 2, caracterizado porque
la primera porción axial se hace de metal.
4. Un dispositivo de admisión de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la primera porción axial se hace de acero inoxidable.
5. Un dispositivo de admisión de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la segunda porción axial de la porción tubular de sellado,
se hace de metal.
6. Un dispositivo de admisión de gas según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la segunda porción axial se hace de Inconel.
7. Un método de alimentar un gas a un conducto
de admisión de gas de un susceptor en un cámara de reacción,
consistiendo el método en:
- \bullet
- Colocar una tubería de transporte de gas que pone una porción exterior del horno en comunicación con una porción interior del mismo, terminando la tubería al menos en la vecindad del conducto de admisión de gas; y
- \bullet
- aislar sustancialmente la tubería de transporte de gas rodeando la tubería de transporte de gas con un dispositivo tubular de sellado 25 que es prácticamente estanco al gas y que se extiende de una pared interior del horno en un emplazamiento en el que la tubería penetra en el horno a un emplazamiento adyacente al conducto de admisión de gas de la cámara de reacción;
estando caracterizado el método porque el
dispositivo tubular de aislamiento se fija en su sitio de tal manera
que forma una parte que es prácticamente estanca al gas a través de
la cual se extiende la tubería, y porque al menos una porción del
dispositivo tubular de sellado es flexible transversalmente para
adaptarse a las diferencias de posición entre los extremos
respectivos del dispositivo tubular de sellado en los emplazamientos
en los que se sujeta el conjunto de sellado a la pared del horno y
es adyacente al conducto de admisión de gas.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0650528A FR2897422B1 (fr) | 2006-02-14 | 2006-02-14 | Dispositif d'etancheite pour une entree de gaz d'un four ou analogue |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| ES07102052T Active ES2313699T3 (es) | 2006-02-14 | 2007-02-09 | Un dispositivo de estanqueidad para una entrada de gas de un horno o similar. |
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