ES2935982T3 - Método de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de circulación de fluido - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un módulo intercambiador de al menos un circuito de fluidos, que comprende una etapa de impregnación por fundición de una estructura tridimensional con un metal en estado fundido, lo que permite obtener finalmente un intercambiador de calor. módulo con óptimas propiedades térmicas y mecánicas. El proceso combina uno o más materiales con propiedades diferenciadas, tubos y metal(es) fusible(s) o aleación(es) metálica(s) (S) que tienen buenas características térmicas mientras que la estructura tridimensional se adapta para reforzar mecánicamente la envolvente y esta última tiene buenas características mecánicas . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de circulación de fluido

Campo técnico

La presente invención hace referencia a intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido que tiene al menos un conducto.

La invención hace referencia más particularmente a un nuevo método de fabricación de dichos intercambiadores con al menos dos materiales que tienen propiedades mecánicas y/o térmicas diferentes.

Los intercambiadores de calor conocidos constan de uno o al menos dos circuitos con canales internos de circulación de fluidos. En los intercambiadores de un solo circuito, el intercambio térmico se produce entre el circuito y un fluido circundante en el que está inmerso o un elemento al que hay que suministrar o extraer calor, como por ejemplo en los moldes. En los intercambiadores con al menos dos circuitos de fluido, el intercambio térmico se produce entre los dos circuitos de fluido.

Se conocen reactores químicos que utilizan un método continuo de acuerdo con el cual se inyecta una pequeña cantidad de coreactantes de forma simultánea a la entrada de un primer circuito de fluido, preferiblemente equipado con un mezclador, y el producto químico obtenido se recupera a la salida de dicho primer circuito. Algunos de estos reactores químicos conocidos incluyen un segundo circuito de fluido, normalmente denominado de aprovechamiento, cuya función es controlar térmicamente la reacción química, ya sea aportando el calor necesario para la reacción o, por el contrario, eliminando el calor liberado por la misma. Dichos reactores químicos con dos circuitos de fluido y un aprovechamiento se suelen denominar reactores-intercambiadores.

La presente invención hace referencia tanto a la construcción de intercambiadores de calor con una función únicamente de intercambio térmico como a la construcción de intercambiadores reactores. Además, por "intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido" hay que entender, en el ámbito de la invención, tanto un intercambiador de calor con una función únicamente de intercambio térmico, como un molde o un reactorintercambiador.

Técnica anterior

La mayoría de los intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido se fabrican de un único material.

Los intercambiadores de calor de placas se fabrican apilando placas que tienen canales y uniéndolas entre sí. Los canales se fabrican estampando las placas, si es necesario añadiendo pletinas plegadas en forma de aletas o mecanizando ranuras. El mecanizado se realiza por medios mecánicos, por ejemplo, mediante fresado o por medios químicos. El mecanizado químico se suele denominar grabado químico o electroquímico. La unión de las placas se puede obtener por medios mecánicos, como por ejemplo tirantes que sujeten firmemente el apilamiento entre dos placas gruesas y rígidas dispuestas en los extremos. La estanqueidad de los canales se obtiene entonces por aplastamiento de juntas añadidas. La unión también se puede obtener mediante soldadura, generalmente limitada a la periferia de las placas, lo que a veces requiere introducir el intercambiador, tras la soldadura, en una calandra para que pueda soportar la presión de los fluidos. La unión también se puede obtener mediante soldadura fuerte, en particular para los intercambiadores a los que se añaden aletas.

Por último, La unión se puede obtener mediante soldadura por difusión (soldadura por difusión).

La fabricación de intercambiadores también puede utilizar moldes fabricados mediante mecanizado en un bloque de un único material. El mecanizado también se realiza en este caso por medios mecánicos, por ejemplo, mediante perforación o electroerosión (técnica de perforación).

Cuando se requiera una gran resistencia mecánica, por ejemplo, debido a una elevada presión del fluido en uno de los circuitos del intercambiador o a un gran esfuerzo mecánico, la selección del material se deberá adaptar seleccionando un material capaz de soportar dichos esfuerzos mecánicos.

Sin embargo, la selección de un material basada en criterios mecánicos no se debe hacer en detrimento de sus propiedades térmicas.

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

Un primer enfoque es la utilización de aleaciones que tengan propiedades optimizadas en comparación con un solo metal. Por ejemplo, la solicitud de patente JPH04218630A describe la utilización de una aleación de cobre con resistencia mecánica y conductividad térmica optimizadas para la fabricación de un molde de plástico.

Un segundo enfoque consiste en utilizar al menos dos materiales diferentes, un primero denominado "estructural" por sus propiedades mecánicas y un segundo por sus propiedades térmicas. La solicitud de patente JP2002248597A propone soldar una capa de cobre o aleación de cobre a una base de acero. Para evitar que el metal base se funda durante la soldadura de la segunda capa, se propone enfriarlo.

La solicitud de patente EP 0774525 A1 propone la aplicación de un revestimiento de cermet sobre aleaciones a base de cobre utilizadas como moldes. Sin embargo, la aplicación de un revestimiento de este tipo genera resistencias térmicas de contacto que limitan la ganancia de rendimiento térmico obtenida mediante la utilización de aleaciones a base de cobre.

La solicitud de patente EP 3 181 266 A1 describe un método para fabricar un componente, en particular para una turbina. Una matriz de estructura tridimensional y un tubo que se utiliza para definir un circuito de fluido se disponen en un molde fabricado por medio de un modelo de moldeo. Acto seguido, se introduce una materia fundida en las cavidades del molde. Después del enfriamiento, el tubo se coloca en el bloque mediante la materia fundida y una parte de la matriz estructural es absorbida por la masa fundida. Sin embargo, existen pocas técnicas de fabricación que permitan unir íntimamente dos materiales metálicos diferentes.

La soldadura fuerte es uno de los métodos de unión de dos materiales metálicos. Este método se limita a uniones de geometría simple. También requiere un metal de aportación para realizar la soldadura. Sin embargo, estas características inherentes a este método pueden repercutir en las posibilidades de utilización de las uniones resultantes. De hecho, es necesario comprobar si la resistencia térmica de las uniones, así como sus propiedades mecánicas, deben ser compatibles con la temperatura de utilización.

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

La fuerza aplicada durante la unión por soldadura por difusión se puede aplicar mediante compresión uniaxial en caliente. Este método consiste en aplicar de forma simultánea una temperatura elevada y una carga esencialmente perpendicular a la parte superior del apilamiento de piezas a unir durante un tiempo suficiente para garantizar la soldadura de las piezas entre sí. La carga se realiza, por ejemplo, con la ayuda de una prensa equipada con un horno o simplemente utilizando pesos colocados en la parte superior del utilizando de piezas a unir. Esta operación se realiza generalmente al vacío para evitar atrapar gas en las interfaces. La soldadura por difusión uniaxial se utiliza industrialmente para la fabricación de intercambiadores de calor de placas.

Una limitación importante del método 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 método alternativo supera este inconveniente. En este otro método, la fuerza se aplica por medio de un gas a presión en un recinto estanco. Este método se denomina comúnmente como compresión isostática en caliente (CIC). Otra ventaja del método de soldadura por difusión CIC en comparación con el método de soldadura por difusión uniaxial es que se utiliza más ampliamente a escala industrial.

Aunque la compresión isostática en caliente (CIC) permite la unión íntima de juntas con geometrías complejas, pueden surgir algunas dificultades en la fabricación de los diferentes elementos que se van a unir. El mecanizado se realiza por medios mecánicos, por ejemplo, fresado, electroerosión o por vía química. El mecanizado químico se suele denominar grabado químico o electroquímico.

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

Estas técnicas, aunque dimensionalmente precisas y adecuadas para piezas grandes, no permiten mucha libertad en cuanto a la geometría tridimensional. De hecho, para garantizar una soldadura eficaz, las distintas piezas que se van a unir deben tener la menor holgura posible.

En determinados casos, es posible sustituir uno de los materiales sólidos por polvo metálico, que luego se densificará durante la implementación de la compactación isostática en caliente (CIC). 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 de estas zonas en cuanto a tamaño y morfología son mayores que para la unión de dos materiales sólidos, pero siguen siendo limitados. Además, el material en forma de polvo es más caro que un material sólido de la misma composición como resultado del conjunto de métodos que intervienen en la fabricación del polvo (tamaño, morfología y química particular del polvo). Además, se debe prever el cambio de volumen de las zonas que contienen el polvo durante la implementación de la soldadura por difusión CIC, ya que incluso un llenado optimizado rara vez permite que el volumen del polvo supere los dos tercios del volumen de las zonas vacías. Otros métodos que han experimentado un crecimiento significativo en los últimos años hacen referencia a la fabricación aditiva con metales. Este método permite obtener formas cada vez más complejas. Por ejemplo, la solicitud de patente WO 2015/112885 A1 describe un método para fabricar un molde mediante un método de este tipo. Sin embargo, las aleaciones con muy buenas propiedades térmicas suelen ser las menos fáciles de aplicar con esta técnica de fabricación aditiva.

Por último, la fundición convencional también puede producir geometrías de piezas muy complejas para materiales con alta conductividad térmica (aleaciones de aluminio o cobre), pero en la mayoría de los casos este método se limita al uso de un solo material. Además, las piezas fabricadas presentan defectos inherentes a este método de fabricación, como porosidad causada por gases solubles, defectos formados durante la contracción por solidificación, etc. El tratamiento posterior, por ejemplo, mediante soldadura por difusión CIC, es necesario para eliminar estos diferentes defectos.

Por lo tanto, es necesario mejorar aún más los métodos de fabricación de intercambiadores de calor con al menos un circuito de fluido, utilizando al menos dos materiales diferentes, en particular para superar las desventajas de los métodos citados anteriormente.

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

Presentación de la invención

Para este propósito, la invención tiene por objetivo un método de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido que tiene al menos un conducto, que comprende las siguientes etapas:

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

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

c) fabricación de una estructura metálica tridimensional, que puede ser impregnada en al menos una parte por al menos un metal o aleación metálica en estado fundido;

d) unión entre la parte abierta de la envolvente, el tubo o tubos y la estructura tridimensional;

e) introducción de uno o más elementos de al menos un metal o aleación metálica fundibles en la parte abierta de la envolvente, teniendo el metal o aleación metálica fundible una temperatura de fusión inferior a la de los metales de la envolvente, el tubo o tubos y la estructura tridimensional;

f) cierre de forma estanca de la envolvente metálica para formar la estructura exterior final del módulo intercambiador de calor;

g) calentamiento de la envolvente estanca hasta que el elemento o elementos se fundan en al menos un metal o aleación metálica fundible con impregnación por gravedad de la estructura tridimensional y el tubo o tubos se absorban en el bloque;

h) enfriamiento del conjunto, para que se obtenga la unión final del módulo intercambiador de calor.

De este modo, la invención es esencialmente un método de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un solo fluido que combina uno o más materiales con propiedades diferenciadas, los tubos y el/los metal(es) o aleación(es) metálica(s) fundible(s) que tienen buenas características térmicas mientras que la estructura tridimensional adaptada para reforzar mecánicamente la envolvente y esta última tienen buenas características mecánicas.

Por tanto, la impregnación de la estructura tridimensional con un metal en estado fundido mediante fundición da como resultado un módulo intercambiador de calor con unas propiedades térmicas y mecánicas óptimas.

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

- permite reducir de manera consecuente la complejidad de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido fabricado de al menos dos materiales diferentes. De hecho, las etapas de conformación del metal con buenas propiedades térmicas se sustituyen por una etapa de fusión de un metal e impregnación de una estructura tridimensional con absorción en el bloque de los tubos;

- la estructura tridimensional puede tener formas muy complejas que permitan una alta resistencia mecánica, manteniendo al mismo tiempo un alto índice de relleno por un material que tenga buenas propiedades térmicas. De hecho, como la estructura tridimensional se puede impregnar al menos en una parte, se puede asociar fácilmente a un material fundido que tenga buenas propiedades térmicas;

- el llenado del interior de la envolvente con metal fundido es particularmente ventajoso si se realiza un tratamiento mediante CIC después de la unión del módulo intercambiador de calor, ya que mejora, entre otras cosas, el comportamiento térmico y mecánico del conjunto.

Por "fusión" se entiende en este caso el sentido habitual del término, es decir, el paso de un material de estado sólido a líquido.

Por "metal o aleación metálica fundible" se entiende en este caso el sentido habitual del término, es decir, un metal o aleación metálica capaz de fundirse cuando se calienta por encima de su punto de fusión. En el contexto de la invención, se puede utilizar una mezcla de varios metales o aleaciones fundibles.

Por "impregnación" se entiende en este caso el sentido habitual del término, es decir, la ocupación por un líquido de un volumen de que dispone cuando se vierte en el interior de este último.

De acuerdo con una forma de realización alternativa, el elemento o elementos de al menos un metal o aleación metálica fundible introducido(s) en la envolvente en la etapa e) está(n) constituido(s) de una o más pieza(s) recuperada(s) y/o un polvo.

En una forma de realización alternativa, después de la etapa h), se realiza una etapa de mecanizado i) para eliminar una parte de la envolvente metálica no impregnada con él al menos un metal o aleación metálica en estado fundido.

Ventajosamente, las etapas a), b), c) y d) se realizan de forma simultánea por fabricación aditiva, preferiblemente por fusión selectiva por láser (SLM).

De acuerdo con una variante ventajosa, la fabricación aditiva se realiza con un polvo de acero inoxidable, preferiblemente acero inoxidable 1.4404.

El cobre es un material con buenas propiedades térmicas, por lo que el metal fundible es de cobre, preferiblemente de cobre Cu-C1.

En una forma de realización alternativa preferida, la estructura tridimensional es una estructura alveolar.

De acuerdo con una variante ventajosa, después de la etapa h) y, si es necesario, después de la etapa i), se realiza una etapa j) en el curso de la cual se aplica un ciclo de compresión isostática en caliente (CIC) a la unión final.

La etapa g) consiste en calentar a una temperatura comprendida entre 1090 °C y 1350 °C con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1h y 4h y un mantenimiento de temperatura de una duración de 1h a 6h.

Para conseguir las dimensiones y el acabado superficial deseados del módulo intercambiador de calor acabado, se realiza preferiblemente una etapa k) después de la etapa h) y, si es necesario, después de la etapa j) para repasar las superficies exteriores de la unión.

La etapa j) consiste en un ciclo CIC a una temperatura comprendida entre 800 °C y 1080 °C, a una presión comprendida entre 500 y 1500 bar y con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1h y 6h y un mantenimiento de temperatura de una duración comprendida de 1h a 6h.

Por supuesto, la temperatura de trabajo del ciclo CIC es inferior a la temperatura de fusión del metal fundible. Puede ser ventajoso que el metal fundible se ablande durante el ciclo CIC para eliminar rápidamente los defectos que puedan producirse durante las etapas g) de fusión y h) de enfriamiento. Esta etapa también elimina los defectos que puedan producirse durante la etapa de fabricación aditiva.

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, el tubo o tubos del circuito de fluido y la estructura tridimensional. De este modo, la temperatura de fusión del al menos un metal o aleación metálica fundible es de al menos 100°C, preferiblemente entre 150°C y 200°C, inferior a la temperatura de fusión de la envolvente, el tubo o tubos y la estructura tridimensional.

La invención también hace referencia a un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido obtenido de acuerdo con el método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores. De acuerdo con una variante de esta forma de realización, una de las superficies exteriores tiene por objetivo servir de superficie de moldeo. Por último, la invención tiene por objetivo la utilización de un módulo intercambiador como el anterior como parte de un molde de transformación de plásticos.

Otras ventajas y características de la invención quedarán más claras con la lectura de la descripción detallada de los ejemplos de utilización de la invención realizada a título ilustrativo y no restrictivo con referencia a las siguientes figuras.

Breve descripción de los dibujos

[Fig 1] muestra una vista en perspectiva de una parte de un módulo intercambiador de calor con un circuito de fluido de acuerdo con la presente invención antes de la integración de un bloque de aleación de cobre a fundir;

[Fig 1A] es una sección transversal a lo largo de un plano A1 del módulo intercambiador de la Figura 1;

[Fig 1B] es una sección transversal a lo largo de un plano A2 del módulo intercambiador de la Figura 1;

[Fig 1C] es una vista de detalle de la Figura 1B;

[Fig 2] es una vista en perspectiva de una malla elemental de la estructura alveolar tridimensional utilizada en el ejemplo del módulo intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención;

[Fig 3] es una vista en perspectiva de un bloque de aleación de cobre para la impregnación de la estructura de refuerzo alveolar;

[Fig 4] es una vista en perspectiva parcial y mediante transparencia de una envolvente de la unión antes de la fusión del bloque de aleación de cobre;

[Fig 5] es una vista en perspectiva de una placa de cierre de la envolvente de la Figura 4;

[Fig 6] es una sección transversal a lo largo del plano A2 de la Figura 1 de un módulo intercambiador de calor con un circuito de fluido obtenido de acuerdo con el método de fabricación de acuerdo con la invención.

Descripción detallada

En el ejemplo ilustrado de acuerdo con la invención, se fabrica un módulo intercambiador de calor con un único circuito de refrigeración, que constituye una mitad de molde de transformación de plásticos.

Etapa a): Se fabrica una estructura paralelepipédica de longitud L, anchura 1 y altura h que constituye la parte abierta de la envolvente hueca de un módulo intercambiador de calor (Figura 1).

Esta envolvente comprende cuatro paredes exteriores 10, 11, 12, 13. La superficie superior 10 tiene por objetivo servir de cavidad de moldeo.

Las paredes 12 y 13 tienen un espesor e1 (Figuras 1A y 1B). De este modo, las dimensiones del interior de la envolvente son una longitud L1 = L - 2 x e1, una anchura l1 = l - 2 x e1.

La pared superior 11 tiene un espesor e2 fuera de la cavidad de moldeo 10 y un espesor e3 en la cavidad de moldeo 10.

Etapa b): Se fabrica un circuito de refrigeración constituido por un único tubo 30 cuyas dimensiones corresponden a la longitud y a la anchura del volumen interior de la envolvente. El tubo 30 tiene un diámetro interior d1 y un diámetro exterior d2, las vueltas de este tubo están separadas por una longitud L2, la anchura de cada vuelta es l2 y la distancia entre la cara inferior de la pared de moldeo 10 y la superficie exterior del tubo es de un espesor e4 (Figura 1C).

Etapa c): Se fabrica una estructura tridimensional 20 en el interior de la envolvente que es, en el ejemplo mostrado, una estructura alveolar. Esta estructura tridimensional 20 rellena la parte abierta de la envolvente sobre una longitud L1, una anchura l1 y un espesor comprendido entre un valor h2 bajo la zona exterior de la pared de moldeo 10 y un valor h2' bajo el centro de la pared de moldeo 10 (Figuras 1A, 1B y 1C). La estructura alveolar 20 se compone de mallas, de las cuales una malla elemental se muestra en detalle en la Figura 2. Esta malla tiene una longitud L3, una anchura l3, una altura y un espesor de filamento d3.

Por ejemplo, la malla elemental de la estructura alveolar es de tipo diamante con dimensiones L3 = l3 = h3 = 6mm con un espesor de cordón d3 de 0,6 mm. El espesor de la estructura alveolar h2 es igual a 21 mm bajo la pared de moldeo 10 y h2' es igual a 9,2mm bajo la pared de moldeo 10.

Etapa d): Se realiza la unión de los diferentes elementos fabricados en las etapas a) a c). De este modo, la estructura alveolar 30 y el tubo del circuito de refrigeración 30 se disponen en la parte abierta de la envolvente 10 a 13. El tubo 30 del circuito de refrigeración desemboca en el medio exterior a través de un orificio 131 situado en cada una de las caras laterales 13, de los cuales sólo uno es visible en la Figura 1. Estos dos orificios 131 se realizan a una distancia lt de la pared lateral 12 y a una altura ht de la pared superior 11 (Figura 1).

En el ejemplo descrito, las etapas a) a d) se realizan de forma simultánea mediante fabricación aditiva. Por ejemplo, la técnica de fabricación aditiva es la técnica de fusión selectiva por láser (SLM) a partir de un polvo de acero inoxidable 1.4404.

La parte abierta de la envolvente del módulo intercambiador de calor tiene una longitud L = 150 mm, una anchura l = 80 mm y una altura h = 36 mm. Las paredes laterales 12 y 13 tienen un espesor e1 = 5 mm, por lo que el área ahuecada en el interior de la envolvente aparte de la zona bajo la pared de moldeo 10 es de 140 x 70 mm.

La pared superior 11 tiene un espesor e2 = 3 mm fuera de la cavidad de moldeo 10 y un espesor e3 = 2 mm en la cara de moldeo 10.

El circuito de refrigeración está constituido por un tubo 30 con un diámetro interior d1 de 2,5 mm y un diámetro exterior d2 de 4 mm. Las vueltas tienen una anchura de 50 mm y una separación de 11,5 mm (Figura 1C). La distancia entre la cara inferior de la pared de moldeo 10 y la superficie exterior del tubo 30 e4 es constante, igual a 1 mm. Los orificios laterales 131 están situados a una distancia lt de 15 mm con respecto a la superficie 12 y a una distancia ht de 7mm con respecto a la superficie superior 11.

Etapa e): La parte abierta de la envolvente se coloca de forma que su interior sea accesible desde arriba para alojar un bloque metálico fundible 40 y colocarlo sobre la estructura alveolar 20 (Figura 4). Cuando las etapas a) a d) se realizan de forma simultánea, la colocación de la parte abierta consiste en darle la vuelta.

El bloque metálico fundible es en este caso un paralelepípedo rectangular de dimensiones L1 x l1 x h4 (Figura 3).

Por ejemplo, el metal fundible es Cu-C1 y el bloque paralelepípedo rectangular tiene una longitud L1 = 140 mm, una anchura = 70 mm y un espesor h4 = 15mm. Etapa f) : La envolvente se cierra de forma estanca con una placa de cierre 14 de espesor h5, longitud L y anchura l.

Por ejemplo, la placa de cierre 14 es de acero inoxidable 1.4404 con un espesor h5 = 2 mm, una longitud L = 150 mm y una anchura l = 80 mm. El cierre de forma estanca se hace soldando la periferia de la placa de cierre a la parte abierta de la envolvente mediante soldadura TIG (gas inerte de tungsteno).

Etapa g): La unión realizada en las etapas anteriores se introduce en un horno para realizar la fusión del metal fundible del bloque 40. El material fundido impregna la estructura alveolar 20 por efecto de la gravedad y absorbe en el bloque el tubo 30 del circuito de refrigeración.

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

Etapa h): Se realiza un enfriamiento del conjunto para obtener la unión final del módulo intercambiador de calor.

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

Por ejemplo, se realiza el enfriamiento del conjunto en un horno con una rampa de descenso controlada de una duración mínima de 3 horas, para el paso de 1150 °C a 20 °C.

Etapa i): Por último, se realiza una última etapa de mecanizado para eliminar parte de la envolvente metálica no impregnada por el metal en estado fundido del bloque. Por ejemplo, la cara inferior del módulo se fresa en un espesor de 17 mm, con el fin de eliminar la placa de cierre y el resto del material que no ha impregnado la estructura alveolar. Etapa j): Se aplica un ciclo de compresión isostática en caliente (CIC) a la unión final.

Por ejemplo, cuando el metal fundible es cobre Cu-C1, el ciclo CIC se realiza a una temperatura de 1000 °C con un aumento de temperatura de una duración de 3 horas y un tiempo de mantenimiento de una duración de 2 horas. Etapa j): Se realiza un decapado de al menos la superficie exterior de moldeo de la pared 10.

Por ejemplo, se realiza un decapado químico para eliminar los posibles rastros de oxidación debido al tratamiento térmico. Por último, se realiza un mecanizado de acabado de la pared de moldeo para obtener las dimensiones y el acabado superficial deseados.

Otras variantes y mejoras se pueden realizar sin por ello apartarse del contexto de la invención definido por las reivindicaciones.

Lista de documentos citados

[ 1] "Fusion reactor first wall fabrication techniques" por G. Le Marois, E. Rigal, P. Bucci, (Fusion Engineering and Design pp 61-62 (2002) 103-110 Elsevier Science B.V);

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación de un módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido, que comprende las siguientes etapas:

a) fabricación de una parte abierta (11, 12, 13) de una envolvente metálica;

b) fabricación de uno o más tubos metálicos (30) de al menos un circuito de fluido;

c) fabricación de una estructura metálica tridimensional (20), que se pueda impregnar en al menos una parte con al menos un metal o aleación metálica fundible en estado fundido;

d) unión entre la parte abierta (11, 12, 13) de la envolvente, el tubo o tubos (30) y la estructura tridimensional (20); e) introducción de uno o más elementos (40) de al menos un metal o aleación metálica fundible en la parte abierta de la envolvente, teniendo el/los metal(es) o aleación(es) metálica(s) fundible(s) una temperatura de fusión inferior a la de los metales de la envolvente (11, 12, 13), el/los tubo(s) (30) y la estructura tridimensional (20);

f) cierre de forma estanca de la envolvente metálica para formar la estructura exterior final del módulo intercambiador de calor;

g) calentamiento de la envolvente estanca hasta la fusión del elemento o elementos de al menos un metal o aleación metálica fundible (40) con impregnación por gravedad de la estructura tridimensional y la absorción en el bloque del tubo o tubos;

(h) enfriamiento del conjunto, para que se obtenga la unión final del módulo intercambiador de calor.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento o elementos de al menos un metal o aleación metálica fundible (40) introducidos en la envolvente en la etapa e) consisten en uno o más piezas de recuperación y/o un polvo.

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, según el cual después de la etapa h), se lleva a cabo una etapa de mecanizado i) para eliminar una porción de la envolvente metálica no impregnada con él al menos un metal o aleación metálica en estado fundido.

4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las etapas a), b), c) y d) se realizan de forma simultánea por fabricación aditiva, preferiblemente por fusión selectiva por láser (SLM).

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la fabricación aditiva se realiza con un polvo de acero inoxidable, preferiblemente acero inoxidable 1.4404.

6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el metal fundible es cobre, preferiblemente cobre Cu-C1.

7. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura tridimensional (20) es una estructura alveolar.

8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, después de la etapa h) y si es necesario después de la etapa i), se realiza una etapa j) en la que se aplica un ciclo de compresión isostática en caliente (CIC) a la unión final.

9. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa g) consiste en un calentamiento a una temperatura comprendida entre 1090 °C y 1350 °C con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1h y 4h y un mantenimiento de temperatura de una duración de 1h a 6h.

10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 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 de la unión.

11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa j) consiste en un ciclo CIC a una temperatura comprendida entre 800 °C y 1080°C, una presión comprendida entre 500 y 1500 bar y con un aumento de temperatura de una duración comprendida entre 1h y 6h y un mantenimiento de temperatura de una duración de 1h a 6h.

12. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura de fusión del al menos un metal o aleación metálica fundible es de al menos 100 °C, preferiblemente entre 150 °C y 200 °C, inferior a la temperatura de fusión de la envolvente, el tubo o tubos y la estructura tridimensional.

13. Módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido obtenido de acuerdo con el método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Módulo intercambiador de calor con al menos un circuito de fluido, de acuerdo con la reivindicación 13, una de cuyas superficies exteriores tiene por objetivo servir de superficie de moldeo.

15. Utilización de un módulo intercambiador de acuerdo con la reivindicación 13 o 14 como parte de un molde de transformación de plásticos.