ES2874160T3 - Procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de circulación de fluido - Google Patents

Abstract

Procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido, que incluye las siguientes etapas: a) producción de una parte abierta (40) de una envolvente metálica; b) producción de uno o más tubos metálicos (10) de al menos un circuito de fluido; c) opcionalmente, introducción de un primer conjunto de uno o más elementos (30) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o metales de la envolvente y del o de los tubos (10); d) ensamblaje entre la parte abierta (40) de la envolvente y el o los tubos (10); e) introducción de un segundo conjunto de uno o más elementos (31, 32) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del metal o metales de la envolvente y del o de los tubos (10); f) cierre de manera estanca de la envolvente metálica, de modo que proporcione la forma exterior definitiva del módulo de intercambiador de calor; g) calentamiento de la envolvente estanca hasta la fusión del o de los elementos (30, 31, 32) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible y templado del o de los tubos; h) enfriamiento del conjunto para obtener el ensamblaje definitivo del módulo de intercambiador de calor.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de circulación de fluido Campo técnico

La presente invención se refiere a los intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido que incluye al menos un conducto.

La invención se refiere más particularmente a un nuevo procedimiento de fabricación de tales intercambiadores con al menos dos materiales que tienen diferentes propiedades mecánicas y/o térmicas.

Los intercambiadores de calor conocidos comprenden, o bien uno, o bien al menos dos circuitos con canales internos de circulación de fluido. En los intercambiadores de circuito único, los intercambios de calor se producen entre el circuito y un fluido circundante en el que se baña o un elemento al que es necesario añadir o extraer calor, por ejemplo, en los moldes. En los intercambiadores con al menos dos circuitos de fluido, los intercambios de calor se realizan entre los dos circuitos de fluido.

Se conocen reactores químicos que implementan un procedimiento en continuo según el cual se inyecta simultáneamente una pequeña cantidad de reactivos simultáneamente, en la entrada de un primer circuito de fluido, preferiblemente equipado con un mezclador, y se recupera el producto químico obtenido a la salida de dicha primer circuito. Entre estos reactores químicos conocidos, algunos incluyen un segundo circuito de fluido, generalmente llamado utilidad, y cuya función es controlar térmicamente la reacción química, ya sea aportando el calor necesario para la reacción, o por el contrario evacuando el calor liberado por ésta. Tales reactores químicos de dos circuitos de fluido con utilidad se denominan comúnmente intercambiadores-reactores.

La presente invención se refiere tanto a la producción de intercambiadores de calor con función únicamente de intercambios de calor como a la producción de intercambiadores-reactores. Además, por «intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido», se debe entender en el marco de la invención, tanto un intercambiador de calor de función solamente de intercambios de calor, como un molde o como un intercambiador-reactor.

Técnica anterior

La mayoría de los intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido están fabricados de un solo material. Los intercambiadores de calor de placas se obtienen apilando placas que incluyen canales y ensambladas entre sí. Los canales se realizan mediante estampación de placas, o en su caso mediante la adición de láminas plegadas en forma de aletas o mediante mecanizado de ranuras. El mecanizado se realiza por medios mecánicos, por ejemplo, mediante fresado, o por vía química. El mecanizado químico se suele denominar grabado químico o electroquímico.

El ensamblaje de las placas se puede obtener por medios mecánicos, tales como tirantes que mantienen el apilamiento apretado entre dos placas gruesas y rígidas dispuestas en los extremos. Se obtiene entonces la estanquidad de los canales por aplastamiento de uniones añadidas.

El ensamblaje también se puede obtener mediante soldadura, generalmente limitada a la periferia de las placas, lo que a veces requiere insertar, después de la soldadura, el intercambiador en una envolvente para permitir que resista la presión de los fluidos. El ensamblaje también se puede obtener mediante soldadura fuerte, en particular para intercambiadores a los que se añaden aletas.

El ensamblaje finalmente se puede obtener mediante soldadura por difusión (soldadura por difusión).

La fabricación de intercambiadores también puede utilizar moldes realizados por mecanizado en la masa de un solo material. El mecanizado se lleva a cabo aquí también por medios mecánicos, por ejemplo, por perforación o por electroerosión (técnica de hundimiento).

Cuando se requiere una alta resistencia mecánica, en particular, debido a la alta presión del fluido en uno de los circuitos del intercambiador o en caso de solicitación mecánica importante, la elección del material debe adaptarse por la elección de un material capaz de soportar tales tensiones mecánicas.

Sin embargo, la elección de un material según criterios mecánicos no debe realizarse en detrimento de sus propiedades térmicas.

Para optimizar los dos criterios de resistencia mecánica y rendimiento térmico para la fabricación de un intercambiador con al menos un circuito de fluido, ya se han propuesto soluciones.

Un primer enfoque es el uso de aleaciones que tienen propiedades optimizadas con respecto a un solo metal. Por ejemplo, la solicitud de patente JPH04218630A describe el uso de una aleación de cobre con resistencia mecánica y conductividad térmica optimizadas para la fabricación de un molde de plástico.

Un segundo enfoque es la utilización de al menos dos materiales diferentes, uno primero, llamado « estructura » por sus propiedades mecánicas y un segundo por sus propiedades térmicas. La aplicación JP2002248597A propone soldar una capa de cobre o aleación de cobre sobre una base de acero. Para evitar la fusión del metal base durante la soldadura de la segunda capa, se propone enfriarle.

La solicitud de patente EP 0774525 A1 propone la aplicación de un revestimiento de cermet sobre aleaciones a base de cobre que sirven de molde. Sin embargo, la aplicación de tal revestimiento genera resistencias térmicas de contacto que limitan la ganancia en rendimiento térmico obtenido por el uso de aleaciones a base de cobre.

Sin embargo, existen pocas técnicas de fabricación que permiten unir dos materiales metálicos diferentes de manera íntima.

La soldadura fuerte es uno de los métodos de ensamblaje entre dos materiales metálicos. Este método se limita a ensamblajes de geometría simple. Necesita por otra parte un metal de aporte para realizar la soldadura. Sin embargo, estas características inherentes a este método pueden repercutir en las posibilidades de uso de los ensamblajes obtenidos. En efecto, es necesario comprobar si la resistencia térmica de las uniones, así como las propiedades mecánicas de estas deben ser compatibles con la temperatura de uso.

La soldadura por difusión es una técnica que permite unir materiales entre sí. Este método consiste en obtener un ensamblaje en estado sólido aplicando una fuerza caliente sobre las piezas a ensamblar durante un tiempo determinado [1 ]. La fuerza aplicada tiene una función doble: permite el acoplamiento, es decir la puesta en contacto de las superficies a soldar, y facilita la eliminación por fluencia-difusión de la porosidad residual en las juntas (interfaces).

La fuerza aplicada durante el ensamblaje por soldadura por difusión se puede implementar mediante compresión uniaxial en caliente. Este procedimiento consiste en aplicar simultáneamente una alta temperatura y una carga esencialmente perpendicular a la parte superior del apilamiento de las piezas a ensamblar durante un tiempo suficiente para asegurar la soldadura de las piezas entre sí. La carga se asegura, por ejemplo, utilizando una prensa equipada con un horno o simplemente utilizando masas dispuestas en la parte superior del apilamiento de las piezas a ensamblar. Esta operación se realiza generalmente bajo vacío para no atrapar gas en las interfaces. La soldadura por difusión uniaxial se aplica industrialmente para la fabricación de intercambiadores de calor de placas.

Una limitación importante del procedimiento de soldadura por difusión uniaxial es que no permite soldar juntas de cualquier orientación con respecto a la dirección de aplicación de la fuerza de compresión uniaxial.

Otro procedimiento alternativo supera este inconveniente. En este otro procedimiento, la fuerza se aplica a través de un gas presurizado en un recinto estanco. Este procedimiento se conoce comúnmente como Prensado Isostático en Caliente (HIP). Otra ventaja del procedimiento de soldadura por difusión HIP con respecto al procedimiento de soldadura por difusión uniaxial es que se usa más ampliamente a escala industrial.

Incluso si el Prensado Isostático en Caliente (HIP) permite un ensamblaje íntimo de uniones con geometrías complejas, puede surgir una cierta dificultad de la fabricación de los distintos elementos a ensamblar. El mecanizado se realiza por medios mecánicos, por ejemplo, por fresado, por electroerosión o por vía química. El mecanizado químico se suele denominar grabado químico o electroquímico.

La solicitud WO 1999067047 A1 describe un procedimiento de ensamblaje de un material de acero inoxidable martensítico con un segundo material que comprende cobre mediante soldadura por difusión.

Estas técnicas, si bien son dimensionalmente precisas y pueden aplicarse a piezas grandes, no permiten una gran libertad en términos de geometría tridimensional. De hecho, para garantizar una soldadura eficiente, las distintas piezas que deben ser ensambladas deben tener las menores holguras posibles.

En algunos casos, es posible reemplazar uno de los materiales macizos por polvo metálico que luego se densificará durante la implementación del Prensado Isostático en caliente (HIP). No obstante, la morfología de las zonas en las que se ubicará el material en forma de polvo debe permitir su introducción. Los grados de libertad en estas zonas en términos de tamaño y morfología son mayores que para el ensamblaje de dos materiales macizos, pero siguen siendo limitados de todos modos. Además, el material en forma de polvo es más caro que un material macizo de la misma composición debido al conjunto de los procedimientos de fabricación del polvo (tamaño, morfología y química del polvo en particular). Además, se debe anticipar el cambio de volumen de las zonas que contienen el polvo durante la implementación de la soldadura por difusión HIP, incluso el llenado optimizado rara vez permite superar dos tercios del volumen de las zonas vacías por el polvo.

Otros métodos que han experimentado un crecimiento significativo en los últimos años se relacionan con la fabricación aditiva utilizando metales. Este método permite obtener formas cada vez más complejas. Por ejemplo, la solicitud WO 2015/112885 A1 describe un procedimiento de fabricación de un molde mediante dicho método. Sin embargo, las aleaciones con muy buenas propiedades térmicas son a menudo las menos fáciles de implementar con esta técnica de fabricación aditiva.

El documento DE 19819592 C1 da a conocer un procedimiento para producir un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido, que comprende las siguientes etapas:

a. realización de una parte abierta de una envolvente metálica;

b. realización de uno o más tubos metálicos de al menos un circuito de fluido;

c. introducción de un primer conjunto de uno o más elementos en al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o de los metales de la envolvente y del o de los tubos;

d. ensamblaje entre la parte abierta de la envolvente y el o los tubos;

e. introducción de un segundo conjunto de uno o más elementos en al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o de los metales de la envolvente y del o de los tubos;

f. cierre de manera estanca de la envolvente de metal, para proporcionar la forma externa definitiva del módulo de intercambiador de calor;

g. calentamiento de la envolvente estanca hasta la temperatura de fritado del elemento o de los elementos de al menos un metal o aleación metálica fusible y templado del tubo o de los tubos;

h. enfriamiento del conjunto, de manera que se obtenga el ensamblaje final del módulo de intercambiador de calor. Este procedimiento no comprende la fusión de los elementos fusibles.

Finalmente, la fundición convencional también permite obtener geometrías de piezas muy complejas para materiales de conductividad térmica elevada (aleaciones de aluminio o de cobre), pero en la mayoría de los casos, este método se limita a la utilización de un único material. Además, las piezas fabricadas incluyen defectos inherentes a este método de fabricación como por ejemplo la aparición de porosidades por los gases solubles, los defectos formados durante la contracción de templado, etc. El postratamiento, por ejemplo, mediante soldadura por difusión con HIP, es necesario para hacer desaparecer estos diversos defectos.

Por lo tanto, existe la necesidad de mejorar aún los procedimientos de producción de intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido, a partir de al menos dos materiales diferentes, en particular para superar los inconvenientes de los métodos antes mencionados.

El objetivo de la invención es satisfacer, al menos parcialmente, esta necesidad.

Exposición de la invención

Para ello, el objeto de la invención es un procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido que incluye al menos un conducto, que incluye las siguientes etapas:

a) realización de una parte abierta de una envolvente metálica;

b) realización de uno o más tubos metálicos de al menos un circuito de fluido;

c) opcionalmente, introducción de un primer conjunto de uno o más elementos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o de los metales de la envolvente y del o de los tubos;

d) ensamblaje entre la parte abierta de la envolvente y el o los tubos;

e) introducción de un segundo conjunto de uno o más elementos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o de los metales de la envolvente y del o de los tubos;

f) cierre de manera estanca de la envolvente metálica para proporcionar la forma exterior definitiva del módulo de intercambiador de calor;

g) calentamiento de la envolvente estanca, hasta la fusión del o de los elementos de al menos un metal fusible o aleación metálica fusible y templado del o de los tubos;

h) enfriamiento del conjunto, para obtener el ensamblaje definitivo del módulo de intercambiador de calor.

Así, la invención es esencialmente un procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido que combina una estructura que tiene propiedades térmicas elevadas debido a la presencia de uno o más materiales que tienen buenas características térmicas y el uso de un material con buenas propiedades mecánicas para los elementos estructurales del módulo de intercambiador de calor.

Por otra parte, si se implementa un ciclo de soldadura por difusión con HIP permitirá eliminar los defectos que provienen de la fusión de estos materiales, para mejorar aún más las propiedades mecánicas y térmicas del módulo de intercambiador de calor según la presente invención.

La presente invención tiene al menos las siguientes ventajas con respecto a los procedimientos existentes de producción de módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido:

- en primer lugar, permite reducir de manera consecuente la complejidad de producción de un intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido formado por al menos dos materiales diferentes. En efecto, las etapas de conformar el metal que tiene buenas propiedades térmicas se reemplazan por una etapa de fusión de un metal lo que facilita su integración en un módulo de intercambiador de calor;

- luego, debido a la etapa de fusión, el o los materiales fundidos pueden ocupar el volumen interno del módulo de intercambiador de calor de manera más eficiente. Como resultado, el o los circuitos de fluido pueden hacerse más complejos, con el fin de mejorar las características térmicas de los módulos fabricados;

- finalmente, al contrario del procedimiento que emplea sólo polvos metálicos y fritado, el llenado del interior del módulo de intercambiador de calor con uno o más metales o aleaciones fusibles es óptimo, al final de la etapa de fusión. Así, este llenado óptimo permite minimizar las deformaciones si se implementa un tratamiento por Prensado Isostático en Caliente (HIP) después del ensamblaje del módulo de intercambiador de calor.

Aunque la implementación de una etapa de fusión puede alterar las propiedades térmicas del o de los metales o de la o de las aleaciones fusibles, en particular debido a las modificaciones químicas que se pueden producir, estos cambios no borran las ganancias en términos de propiedades térmicas generales del módulo de intercambiador con respecto a una versión de un módulo realizado con un solo tipo de material.

Por «fusión» se entiende aquí el sentido habitual del término, a saber, el paso de un material de un estado sólido a un estado líquido.

Por «metal o aleación de metal fusible» se entiende aquí el significado habitual del término, a saber, un metal o aleación metálica capaz de fundirse cuando se calienta hasta y por encima de su punto de fusión. En el contexto de la invención, es posible tener una mezcla de varios metales o aleaciones fusibles.

Según otro modo de producción, tras la etapa a) se realiza una etapa a1), según la cual se fija al menos un depósito metálico de manera estanca que aloja uno o más elementos de al menos un metal o aleación metálica fusible sobre la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales del depósito una temperatura de fusión superior a las del o de los metales o de la o de las aleaciones metálicas fusibles.

Este modo resulta ventajoso cuando la geometría de la envolvente metálica no permite un fácil llenado de esta última mediante la introducción de elementos de un metal o aleación metálica fusible.

En una realización alternativa, el o los elementos de al menos un metal o aleación metálica fusible introducidos en la envolvente, según el caso en la etapa c) y/o en la etapa e) y según el caso, en el o los depósitos en la etapa a1) está o están constituidos por una o más piezas de recuperación y/o de polvo.

Ventajosamente, después de la etapa h), se realiza una etapa i) de mecanizado intermedio de corte del depósito del o de los metales o de la o de las aleaciones metálicas.

Según una variante ventajosa, después de la etapa h) y si es necesario después de la etapa i), se lleva a cabo una etapa j) durante la cual se aplica un ciclo de Prensado Isostático en Caliente (HIP) al ensamblaje definitivo. Esta variante es ventajosa porque permite eliminar los defectos que pueden aparecer durante las etapas g) de fusión y h) de enfriamiento.

La etapa g) consiste en un calentamiento de preferencia a una temperatura comprendida entre 1090° C y 1200° C con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1 hora y 4 horas y un mantenimiento de temperatura de una duración de 1 hora a 6 horas.

A fin de obtener las cotas y el estado de superficie deseados para el módulo de intercambiador de calor acabado, preferiblemente después de la etapa h) y opcionalmente después de la etapa j), se realiza una etapa k) de decapado de las superficies exteriores del ensamblaje.

La etapa j) consiste en un ciclo de HIP a una temperatura comprendida entre 850° C y 1080° C, preferiblemente de entre 1000° C y 1080° C, una presión comprendida entre 500 y 1500 bar con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1 hora y 4 horas y un mantenimiento de temperatura de una duración de 1 hora a 6 horas.

Evidentemente, la temperatura de trabajo para el ciclo de HIP es inferior a la temperatura de fusión del metal fusible. Puede resultar ventajoso que el metal fusible se ablande durante el ciclo de HIP para eliminar rápidamente los defectos que puedan aparecer durante las etapas g) de fusión y h) de enfriamiento.

Ventajosamente, la temperatura de fusión del metal o aleación metálica tiene una temperatura de fusión mucho más baja que las del metal de la envolvente, del tubo o de los tubos del circuito de fluido, así como del metal del depósito. Así, la temperatura de fusión del al menos un metal o aleación metálica fusible es inferior en al menos 100° C, preferiblemente en 150-200° C, que la envolvente metálica, del tubo o de los tubos y, en su caso, del depósito.

El cobre es un material con buenas propiedades térmicas, en un modo el metal fusible es cobre, preferiblemente cobre Cu-A1.

El acero es un material que presenta buenas propiedades mecánicas, en un modo la envolvente metálica, el o los tubos y, en su caso, el depósito, son de acero inoxidable, preferiblemente de acero inoxidable del tipo 1.4404.

El objeto de la invención es también un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido obtenido según el procedimiento descrito anteriormente.

Según una variante de este modo, una de las superficies exteriores está destinada a servir como superficie de moldeo. Otro objeto de la invención es el uso de un módulo de intercambiador de calor como el anterior como parte de receptores para centrales de energía solar de concentración.

Finalmente, un objeto de la invención es el uso de un módulo de intercambiador como el anterior como parte de un molde de procesamiento de plásticos.

Otras ventajas y características de la invención aparecerán más claramente al leer la descripción detallada de ejemplos de implementación de la invención, hecha a modo de ilustración y no a modo de limitación con referencia a las siguientes figuras.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un tubo que forma una parte del circuito de refrigeración;

La figura 2 es una vista en perspectiva despiezada de las piezas de un depósito que se van a llenar con un metal fusible; La figura 3 es una vista en perspectiva de las piezas de metal fusible utilizadas para la producción de un módulo de intercambiador de calor con un circuito de fluido según la invención;

La figura 4 es una vista en perspectiva de una parte abierta de una envolvente del módulo de intercambiador según la presente invención;

La figura 5 es una vista en perspectiva de un elemento de cierre complementario de la parte abierta de la envolvente de la figura 4;

La figura 6 es una vista en perspectiva de dos depósitos de metal fusible en la parte dispuesta sobre la parte abierta de la envolvente;

La figura 7 es una vista en perspectiva del interior de la parte abierta de la envolvente en la que está alojado un primer conjunto de elementos de metal fusible;

La figura 8 es una vista en perspectiva del ensamblaje de los tubos que constituyen el circuito de refrigeración en la parte abierta de la envolvente según la figura 7;

La figura 8A es una vista detallada de la zona de soldadura de estanquidad entre el circuito de refrigeración y la parte lateral de la envolvente del ensamblaje de la figura 8;

La figura 8B es una vista detallada de la zona de soldadura de estanquidad entre los tubos y la parte inferior de la envolvente del ensamblaje de la figura 8;

La figura 9 es una vista en perspectiva del interior de la parte abierta de la envolvente según la figura 8c en la que se aloja un segundo conjunto de elementos de metal fusible, entre los codos de los tubos;

La figura 10 es una vista en perspectiva del interior de la parte abierta de la envolvente según la figura 9 en la que se aloja un tercer conjunto de elementos de metal fusible;

La figura 11 es una vista en perspectiva que ilustra la ubicación del elemento de cierre de la parte abierta de la envolvente según la figura 10;

La figura 12 es una vista en perspectiva que ilustra la ubicación de piezas de metal fusible en los depósitos dispuestos sobre la envolvente;

La figura 13 es una vista en perspectiva que ilustra el cierre mediante tapas de estanquidad de los depósitos según la figura 12;

La figura 14 es un corte longitudinal de un módulo de intercambiador de calor con un circuito de fluido obtenido según el procedimiento de producción conforme a la invención.

Descripción detallada

En el ejemplo ilustrado según la invención se fabrica un intercambiador de calor que constituye un semi molde con un solo circuito de fluido, denominado circuito de refrigeración. Después de la implementación del procedimiento según la presente invención, el módulo tendrá una longitud L, una anchura 1 y una altura h. Une parte del metal fusible estará presente en el interior del ensamblaje en forme de piezas macizas simples y un aporte de metal fusible en complemento para un llenado eficaz se hará por medio de depósitos adicionales fijados sobre la envolvente de un módulo de intercambiador de calor. Etapa a): En primer lugar, se realiza una parte abierta 40 de una envolvente hueca de un módulo de intercambiador de calor (figura 4). La parte abierta 40 de la envolvente en forma de tronco de pirámide está fabricada a partir de una placa de grosor e5. Esta parte de la envolvente consta de dos partes:

- una primera parte rectangular con superficies planas 400 y superficies laterales 401 que comprenden cuatro orificios 402 para el circuito de refrigeración;

- una segunda parte en forma de tronco de pirámide que comprende cuatro orificios 403 para el circuito de refrigeración y dos orificios 404 para la conexión a depósitos de piezas de metal fusible fijadas posteriormente.

A modo de ejemplo, la parte abierta 40 de la envolvente está hecha de una placa de acero inoxidable 1.4404, de grosor e5 igual a 2 mm. La placa se corta con láser y los orificios 402, 403, 404 también se perforan con láser. Luego, se da forma a la placa mediante plegado. Las líneas de unión después del conformado por plegado se hacen estancas mediante soldadura TIG («Gas inerte de tungsteno») sin metal de aporte.

Etapa a1): Dos depósitos 20 de piezas de metal fusible están hechos cada uno a partir de cuatro partes separadas, a saber, un tubo 200 de introducción, de diámetro interno d3 y externo d4, que permitirán que el material fundido sea encaminado a la envolvente, un fondo de depósito 201, un cuerpo principal tubular 202, de diámetro interno d5 y externo d6 y de altura h1, así como una tapa 203 para cerrar el depósito 20 (figura 2).

A modo de ejemplo, el conjunto de las piezas constituyentes de los depósitos es de acero inoxidable 1.4404. El tubo 200 de introducción tiene un diámetro interno d3 igual a 8 mm y un diámetro externo d4 igual a 10 mm, el cuerpo principal 202 tiene un diámetro interno d5 igual a 66,7 mm y un diámetro externo d6 igual a 70,5 mm para una altura h1 igual a 50 mm. Los depósitos 20 se fijan a continuación de manera estanca en la parte abierta de la envolvente al nivel de los orificios 404. Las diversas piezas 200, 201, 202 que constituyen los depósitos 20, con la excepción de las tapas 203, ya están ensambladas de manera estanca entre sí. En este estado, los depósitos están vacíos y abiertos (figura 6).

Las piezas 33, en forma de obleas, hechas de metal fusible (figura 12) se introducen en los depósitos 20. Las piezas 33 de metal fusible están realizadas a partir de placas de grosores e4 (figura 3).

A continuación, se colocan las tapas 23 en los depósitos 20 y los depósitos se cierran de manera estanca.

A modo de ejemplo, las piezas constituyentes de los depósitos 20 se ensamblan y se hacen estancas mediante soldadura TIG sin metal de aporte. Los depósitos 20 se fijan sobre la parte abierta 40 de la envolvente y las uniones se hacen estancas también mediante soldadura TIG sin metal de aporte.

Etapa b): A continuación, se realizan los tubos 10 que constituyen el circuito de refrigeración del módulo de intercambiador de calor. El circuito de refrigeración está formado por cuatro tubos 10 de diámetro interno d1 y de diámetro d2 conformado (figura 1). Estos tubos 10 tienen porciones rectas 100 y porciones de inversión o codos 101 en forma de U.

A modo de ejemplo, los tubos utilizados son de acero inoxidable 1.4404 con un diámetro interno d1 igual a 4 mm y un diámetro externo d2 igual a 6 mm. Estos tubos se forman mediante curvado mecánico.

Etapa c): Se introduce en la parte abierta 40 de la envolvente un primer conjunto de piezas 30 de metal fusible sobre las superficies planas 400, sobre las superficies del tronco de pirámide, así como sobre el fondo 404, dejando al mismo tiempo los orificios 403 accesibles, para disponer los tubos 10 del circuito de refrigeración (figura 7).

Las piezas 30 de metal fusible se fabrican a partir de placas de grosor e1 (figura 3) y las dimensiones de las piezas se adaptan según su ubicación dentro de la parte 40 abierta de la envolvente.

Etapa d): A continuación, se realiza el ensamblaje entre los cuatro tubos 10 del circuito de refrigeración y la parte abierta 40 de la envolvente (figura 8).

Una porción 100 de extremidad de cada tubo 10 atraviesa una de las superficies laterales de la parte abierta 40 de la envolvente por uno de los orificios 402 (figura 8A).

Una porción 100 de extremidad opuesta de cada tubo 10 atraviesa la parte inferior de la parte abierta de la envolvente a por uno de los orificios 403 (figura 8B).

A continuación, se hacen estancas las uniones entre las porciones 100 de extremidad y, respectivamente, los orificios 402 y 403.

Etapa e): Se introduce un segundo conjunto 31 de piezas de metal fusible en la parte abierta 40 de la envolvente, una vez colocados los tubos 10 del circuito de refrigeración (figura 9).

Este segundo conjunto 31 de piezas de metal fusible permite rellenar aún más los espacios vacíos entre los tubos 10 del circuito de refrigeración y la parte abierta 40 de la envolvente (figura 9).

Las piezas 31 de metal fusible están hechas de placas de grosores e2 (figura 3) y las dimensiones de las piezas están adaptadas según su emplazamiento dentro de la parte abierta 40 de la envolvente.

A continuación, se introduce un tercer conjunto 32 de piezas de metal fusible, para cubrir completamente todos los tubos 10 del circuito de refrigeración y delimitar una forma complementaria a la de un elemento 41 de cierre de la envolvente (figura 10).

Las piezas 32 de metal fusible están hechas a partir de placas de grosores e3 (figura 3) y las dimensiones de las piezas se adaptan según su emplazamiento en el interior de la parte abierta 40 de la envolvente.

A modo de ejemplo, el metal fusible de las piezas 30, 31, 32 colocadas en las etapas c) y e) es cobre tipo Cu-A1. Cada una de las piezas 30, 31,32 es una chapa de grosor e1 =e2= e3 igual a 3 mm. Las piezas 30, 31 y 32 de diversas formas se cortan utilizando, por ejemplo, la técnica de corte por láser.

Etapa f): Se realiza un elemento 41 de cierre con una forma complementaria a la de la parte abierta 40 de la envolvente llena según la figura 10.

Así, el elemento 41 de cierre también comprende una parte con superficies planas 410 que rodean una parte 411 en forma de tronco de pirámide (figura 5).

A continuación, el ensamblaje obtenido por las etapas anteriores ilustrado en la figura 10 se cierra de forma estanca mediante el elemento 41 de cierre (figura 11).

A continuación, se produce una soldadura estanca entre el elemento 41 de cierre y la parte abierta 40 de la envolvente. A modo de ejemplo, el elemento 41 de cierre está hecho a partir de placas de acero inoxidable 1.4404 con un grosor e6 igual a 4 mm. Las placas se cortan con láser y se conforman mediante plegado.

Las líneas de uniones después del conformado por plegado se hacen estancas mediante soldadura TIG (« Gas Inerte de Tungsteno ») sin metal de aporte.

El conjunto de las estanquidades entre los tubos 10 y a nivel de los orificios 402 y 403 de la parte abierta 40 de la envolvente, entre la parte abierta 40 de la envolvente y el elemento 41 de cierre también es producido por soldadura TIG sin metal de aporte.

Etapa g): Se coloca el ensamblaje completo en un horno para lograr la fusión del metal fusible. Es ventajoso que los depósitos 20 estén ubicados en la parte superior del ensamblaje para permitir que el metal fundido fluya hacia el interior del ensamblaje.

A modo de ejemplo, la fusión se lleva a cabo en un horno bajo gas neutro a una temperatura de 1150° C con un aumento de temperatura de una duración de 3 horas y un mantenimiento de una duración de 3 horas.

Etapa h): Se realiza un enfriamiento del conjunto para obtener el ensamblaje definitivo del módulo de intercambiador de calor.

Para evitar choques térmicos por un enfriamiento rápido, es ventajoso conseguir un descenso a la temperatura ambiente de forma controlada, por ejemplo, en un horno.

A modo de ejemplo, el conjunto se enfría en un horno con rampa de descenso controlada de una duración mínima de 3 horas, para el paso de 1150° C a 20° C.

Etapa i): Se realiza una etapa de mecanizado intermedio después de enfriamiento del conjunto para retirar los dos depósitos 20. Se obtiene así un módulo 1 de intercambiador de calor con un metal solidificado que llena el volumen interno de la envolvente.

A modo de ejemplo, los depósitos se cortan mediante aserrado mecánico al nivel del tubo 200 de introducción.

Etapa j): Se pone a continuación el ensamblaje del módulo de intercambiador de calor en un recinto de Prensado Isostático en Caliente (HIP) para someter el ensamblaje a un ciclo de HIP. A modo de ejemplo, cuando el metal fusible es cobre del tipo Cu-A1, el ciclo de HIP se lleva a cabo a una temperatura de 1000° C con un aumento de temperatura que dura 3 horas y un mantenimiento de 2 horas de duración.

Etapa k): Finalmente, se realiza un decapado de las superficies exteriores del módulo de intercambiador de calor. Se realiza un mecanizado de acabado de la zona de moldeo que es la superficie exterior del elemento 41 de cierre para obtener las cotas y el estado de superficie deseados.

A modo de ejemplo, el decapado se realiza por vía química para eliminar eventuales trazas de oxidación debidas al tratamiento térmico. El mecanizado de acabado de la zona de moldeo definida por la superficie exterior de la pieza 41 se realiza mediante fresado.

Después de la implementación del procedimiento según la invención, se obtiene un módulo 1 de intercambiador de calor en el que el volumen en el interior de la envolvente 40, 41, aparte del circuito 100 de refrigeración, es llenado completamente con el metal 5 solidificado (figura 14).

Pueden aportarse otras variantes y mejoras sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de producción de un módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido, que incluye las siguientes etapas:

a) producción de una parte abierta (40) de una envolvente metálica;

b) producción de uno o más tubos metálicos (10) de al menos un circuito de fluido;

c) opcionalmente, introducción de un primer conjunto de uno o más elementos (30) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del o metales de la envolvente y del o de los tubos (10); d) ensamblaje entre la parte abierta (40) de la envolvente y el o los tubos (10);

e) introducción de un segundo conjunto de uno o más elementos (31,32) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales o la o las aleaciones metálicas una temperatura de fusión inferior a las del metal o metales de la envolvente y del o de los tubos (10);

f) cierre de manera estanca de la envolvente metálica, de modo que proporcione la forma exterior definitiva del módulo de intercambiador de calor;

g) calentamiento de la envolvente estanca hasta la fusión del o de los elementos (30, 31,32) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible y templado del o de los tubos;

h) enfriamiento del conjunto para obtener el ensamblaje definitivo del módulo de intercambiador de calor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, después de la etapa a), se realiza una etapa a1), en el que se fija de manera estanca al menos un depósito (20) metálico que aloja uno o más elementos (33) hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible sobre la parte abierta de la envolvente, teniendo el o los metales del depósito (20) una temperatura de fusión superior a la del o de los metales o de la o de las aleaciones metálicas fusibles.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el elemento o elementos hechos de al menos un metal o aleación metálica fusible introducido o introducidos en la envolvente en la etapa c) y/o en la etapa e) está o están constituidos de una o más piezas de recuperación y/o de polvo.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa h), se realiza una etapa i) de mecanizado intermedio de corte del depósito (20) de metal o metales o de aleación o aleaciones metálicas.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa h) y, si es necesario, después de la etapa i), se realiza una etapa j), durante la cual se aplica un ciclo de Prensado isostática en caliente (HIP) al ensamblaje definitivo.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, la etapa g) consiste en calentar a una temperatura comprendida entre 1090° C y 1200° C con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1 h y 4 h y un mantenimiento de la temperatura de una duración de 1 h a 6 h.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa h) y, si es necesario, después de la etapa j), se realiza una etapa k) de decapado de las superficies exteriores del ensamblaje.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, la etapa j) consiste en un ciclo de HIP a una temperatura comprendida entre 850° C y 1080° C, preferiblemente entre 1000° C y 1080° C, una presión comprendida entre 500 y 1500 bar con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1 h y 4 h y un mantenimiento de la temperatura de una duración de 1 h a 6 h.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, la temperatura de fusión del al menos un metal o aleación metálica fusible es inferior en al menos 100° C, preferiblemente entre 150° C y 200° C que la envolvente metálica, el o los tubos y, si es necesario, el depósito.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el metal fusible es cobre, preferiblemente cobre Cu-A1.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la envolvente metálica, el o los tubos y, si es necesario, el depósito, son de acero inoxidable, preferiblemente acero inoxidable del tipo 1.4404.

12. Módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido obtenido según el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Módulo de intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido según la reivindicación 12, una de cuyas superficies exteriores está destinada a actuar servir de superficie de moldeo.

14. Utilización de un módulo de intercambiador de calor según la reivindicación 12 como parte de receptores para centrales de energía solar de concentración.

15. Utilización de un módulo de intercambiador de calor según la reivindicación 12 o 13 como parte de un molde de procesamiento de plásticos.