MX2008010491A - Un dispositivo de sellado para una entrada de gas hacia un horno o similar - Google Patents

Abstract

Un tubo (12) para alimentar un gas en un horno, una caldera, o similar (tal como un horno CVI/CVD), y en particular en una estructura de cámara de reacción (16) dentro del horno, estáprovisto con un dispositivo de sellado tubular (32) hermético al gas que se extiende radialmente hacia afuera del tubo y que define una ruta que es prácticamente impermeable al gas, a lo largo de la cual se extiende el tubo de alimentación. El dispositivo de sellado tubular preferiblemente es flexible al menos parcialmente en dirección transversal y/o en dirección axial, de tal forma de adaptarse a defectos de colocación entre una ubicación situada en la cámara de reacción y una ubicación en donde el tubo de alimentación de gas penetra en el horno (dichos defectos pueden ser, por ejemplo, debido a expansión/contracción térmica asimétrica).

Description

UN DISPOSITIVO DE SELLADO PARA UNA ENTRADA DE GAS HACIA U N HORNO O SI MILAR La presente patente se refiere en lo general a hornos, calderas, cámaras de tratamiento y similares, en los cuales se introduce un gas reativo como parte de un paso de tratamiento. Un ejemplo específico de la invención se refiere a calderas para infiltración de vapor químico/deposición de vapor químico (CVI/CVD) en las cuales se introduce un gas reactivo como parte de un método para densificar elementos porosos, tales como preformas porosas para piezas de fricción. En general , el uso de hornos, calderas, cámaras de tratamiento y similares dentro de las cuales se introduce un gas reactivo como paso de tratamiento es conocido (en la descripción siguiente, el término "horno" deberá entenderse también de forma más amplia como aplicable a calderas y otras cámaras de tratamiento de este tipo). Un ejemplo es el método de infiltración de vapor químico en el cual un gas reactivo precursor se introduce en un horno que tiene elementos porosos en su interior (por ejemplo, y sin limitantes, tales como preformas porosas para discos de frenos). En general , un horno convencional incluye una carcasa exterior de horno que encierra un espacio de trabajo o cámara de reacción dentro de la cual se colocan los objetos o elementos para tratamiento, un sistema para ocasionar que el gas reactivo fluya al interior y al exterior del horno, y un sistema de calentamiento para calentar al menos una parte interna de la cámara de reacción . De forma conocida , el gas reactivo es forzado a infiltrar la estructura porosa de los elementos porosos. El gas reactivo puede incluir un gas de hidrocarburo tal como propano . En un ejemplo conocido, se introduce un gas reactivo dentro del volumen interior definido por una pila de preformados anulares para discos de freno que se encuentran sustancialmente alineados en la cámara de reacción de un horno. Generalmente, el gas es forzado a desplazarse desde el volumen interior de la pila hacia el exterior de la pila difundiéndose entre la estructura porosa (por ejemplo, fibrosa) de las preformas y/o fluyendo a través de espacios vacíos entre las preformas adyacentes apiladas, definidas mediante separadores o similares. Al menos el interior de la cámara de reacción es calentado por el sistema calentador. Por lo tanto, debido a la temperatura relativamente alta de las preformas para discos de frenos, el gas reactivo se somete a pirólisis y deja un producto de descomposición que se deposita sobre las superficies interiores de la estructura porosa. Como ejemplo, con un gas de hidrocarburo, el producto de descomposición es carbono pirol ítico , obteniendo así un material compuesto que contiene carbono (tal como un material de carbono-carbono). En general , los hornos de este tipo están formados por una pluralidad de componentes que están ensamblados juntos por medio de soldadura, tornillería o similares, para así definir las diversas unidades de la estructura ensamblada. Sin embargo, diversos defectos estructurales o anomalías son comunes en la estructura de un horno. Por ejemplo, las partes componentes pueden estar mal alineadas cuando se construye el horno. En otras circunstancias, pueden aparecer defectos intermitentes, tales como una alineación deficiente entre las partes debido a diferencias de expansión térmica cuando el horno se encuentra en uso. Esto sucede, por ejemplo, cuando se utilizan diferentes materiales en el mismo ensamblaje. En general , los defectos estructurales en dichos sitios llevan a espacios libres, huecos o similares que ocurren entre las partes, a través de las cuales el aire externo (que podría contener contaminantes, por ejemplo), puede penetrar al interior del horno, y a través del cual el gas reactivo (que entre otras cosas es generalmente inflamable), pueda escapar. El sitio o sitios a través de los cuales se introd uce el gas al interior del horno pueden presentar un problema específico, al menos en lo concerniente al gas reactivo, el cual podría escapar de la ruta de flujo del gas en vez de ser transportado útilmente al interior de la zona del horno donde las preformas de disco de frenos o similares se encuentran colocadas. De lo anterior se puede apreciar que es deseable reducir las fugas de gas reactivos de la ubicación donde dicho gas es introducido al horno y al interior de la cámara de reacción que se encuentra en su interior. Simultáneamente, es útil para la estructura del horno conservar su adaptabilidad estructural para corregir errores e imperfecciones de fabricación , y similares. En forma general , de acuerdo con la presente invención, se coloca un dispositivo de sellado tubular flexible alrededor de un extremo de un tubo de entrada de gas en una ubicación donde el tubo de entrada de gas entra al cuerpo del horno, y termina en la proximidad de una abertura de entrada de gas formada dentro de la cámara de reacción . Preferiblemente, al menos una parte del dispositivo de sellado tubular es flexible transversalmente (en relación 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 parte flexible del dispositivo de sellado tubular puede ser comparablemente rígida. En un ejemplo de la invención, la parte flexible del dispositivo de sellado tubular está hecha de acero inoxidable y presenta un espesor que permite el grado requerido de flexibilidad , mientras que la parte restante del dispositivo de sellado tubular está hecha de una aleación Inconel, o similar. Al menos el extremo axial del dispositivo tubular de sellado adyacente a la entrada del tubo de entrada de gas dentro de la carcasa del horno se suelda en su sitio con el fin de mejorar la integridad del dispositivo de sellado de gas. Consecuentemente, el dispositivo de sellado tubular descrito y reivindicado aquí proporciona deseablemente un sellado alrededor de un extremo del tubo de entrada de gas donde penetra el cuerpo del horno y donde termina en la cercan ía de una abertura de entrada de gas formada en la cámara de reacción. Además, la función de sellado se mantiene a pesar de cualquier alineación deficiente entre el tubo de entrada de gas y la abertura de entrada de gas (por ejemplo, debido a defectos de construcción o instalación). Finalmente, la función de sellado se mantiene también aun si el espacio libre entre el tubo de entrada de gas y la abertura de entrada de gas varía en operación debido a que las diferentes partes del horno se expanden en diferentes magnitudes debido a que tienen coeficientes de expansión térmica distintos. La presente invención puede comprenderse mejor con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La Figura 1 es una vista diagramática en corte transversal de un horno de la presente invención, en la ubicación donde un tubo de entrada de gas reactivo entra al cuerpo del horno y termina en la cercanía de una abertura de entrada de gas formada dentro de la cámara de reacción y dispuesta dentro del cuerpo del horno; La Figura 2 es un vista despiezada en perspectiva del dispositivo de sellado tubular de la presente invención ; y La Figura 3 es una vista fragmentaria de una escala mayor de una conexión entre la primera y la segunda partes axiales del dispositivo tubular de sellado de la presente invención . En general, un horno que se utiliza para un proceso CVI/CVD incluye una pared o carcasa que separa el interior del exterior del horno, y que define un volumen en su interior. Dentro del volumen del horno existe una estructura de cámara de reacción . La cámara de reacción dentro del horno CVI/CVD puede definir por sí misma otro volumen dentro del volumen del horno. Los artículos que se tratarán o modificarán , como puede ser preformas porosas de disco para frenos, se colocan dentro de la cámara de reacción . En general , se proporciona un sistema de circulación de gas reactivo para introducir el gas reactivo dentro del horno y para retirarlo también . Específicamente, el gas reactivo se introduce dentro de la cámara de reacción dentro del horno. El gas se extrae del horno por medio de un mecanismo adecuado conocido en la técnica y/o en la industria, incluyendo, sin limitarse a ellos, por medio del efecto de la presión del gas dentro del horno en comparación con la presión fuera del horno, o mediante diversos mecanismos de succión o evacuación que son bien conocidos en la técnica. Un sistema de calentamiento se adapta para calentar al menos el interior de la cámara de reacción. Calentar un horno de este tipo es generalmente conocido en la materia. Dos ejemplos específicos conocidos de sistemas de calentadores incluyen calentamiento conductivo y calentamiento resistivo. Con el fin de simplificar la siguiente descripción de la estructura , los diversos conductos, tubos o similares a los cuales se hace referencia, se describen asumiendo que presentan un corte transversal prácticamente circular, a pesar de que no necesariamente siempre es cierto. La Figura 1 es una vista fragmentaria de corte transversal de la zona en que un tubo de alimentación de gas reactivo ( 1 2) pasa a través de la pared del horno ( 1 0) con la finalidad de suministrar un flujo de gas reactivo dentro del interior del horno (como se representar por medio de la flecha (A) en la Figura 1 ). En un ejemplo posible, el diámetro del conducto de entrada de gas ( 14) formado dentro de la cámara de reacción ( 1 6) puede definirse o ajustarse por medio de un inserto. El inserto incluye un tubo ( 1 8) montado en posición y asegurado o retenido de alguna otra forma en relación a una placa anular de ensamblaje (20) que tiene una abertura central (20a), generalmente alineada con el tubo ( 1 8). La placa de ensamblaje (20) se encuentra, a su vez, asegurada a la superficie de la cámara de reacción ( 1 8), por ejemplo, por medio de pernos (22), como se muestra en la Figura 1 . Un material aislante convencional puede colocarse alrededor de la periferia del tubo ( 1 8), y más específicamente puede encontrarse presente en forma de una pluralidad de capas anulares (no se muestra) que se sostienen juntas, por ejemplo, por medio de pernos (24) o similares. Finalmente, una parte exterior de la cámara de reacción ( 1 6) puede cubrirse opcionalmente en un material aislante térmico convencional representado en general como la capa (28). El tubo de alimentación de gas reactivo se termina en una ubicación que es al menos adyacente a un conducto de entrada de gas ( 1 4) formado dentro de la cámara de reacción ( 1 6). En algunas configuraciones, el tubo de alimentación de gas reactivo (12) puede entrar en contacto con la estructura, definiendo el conducto de entrada de gas (14), o puede colindar contra este en alguna otra forma. Por razones que se explican a continuación, podría resultar deseable mantener el tubo de alimentación de gas reactivo (12) independiente del conducto de entrada de gas (14) (es decir, para que no estén asegurados uno al otro), e incluso mantener un espacio libre entre el tubo de alimentación de gas reactivo (12) y el conducto de entrada de gas (14). De acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo de sellado tubular (al cual se le ha dado la referencia general (32)). El dispositivo de sellado tubular (32) generalmente rodea la transición entre el tubo de alimentación de gas (12) y el conducto de entrada de gas (14) en forma circunferencial y lo hace prácticamente a prueba de fugas. Con la finalidad de que sea capaz de adaptarse a las condiciones de operación dentro del horno (particularmente en lo concerniente a la temperatura), el dispositivo de sellado tubular (32) preferiblemente está hecho de metal. Al menos una parte del dispositivo de sellado tubular (32) es flexible, y más particularmente flexible transversalmente y/o axialmente relativo a un eje a lo largo del cual se extiende el dispositivo de sellado tubular (32). Esta flexibilidad compensa los defectos de alineación o desviaciones entre el tubo de alimentación de gas (12) y el conducto de entrada de gas (14), por ejemplo, ocasionadas por defectos de construcción o fatiga térmica asimétrica, como ya se discutió . Por esta razón , por ejemplo, la distancia entre el extremo térmico del tubo de alimentación de gas ( 12) y la cámara de reacción ( 1 6) (que contiene el conducto de entrada de gas ( 14) formado en su interior) puede variar en operación mientras se calienta la parte interior del horno, debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica. En consecuencia, aun si existiera una separación para que ocurra el aumento o disminución de tamaño entre el tubo de alimentación de gas ( 12) y el conducto de entrada de gas ( 14), o incluso si se mueven lateralmente y salen de alineación , el conjunto general permanece prácticamente aislado a prueba de fugas, para así ser capaz de adaptarse a diversos defectos de alineación y similares. El dispositivo de sellado tubular (32) preferiblemente incluye al menos dos segmentos axiales: una primera parte axial (32a) que es flexible y una segunda parte axial (32b) que es comparablemente rígida (en comparación con la primera parte axial). La primera parte axial (32a) preferiblemente tiene una forma y estructura que proporcionan la flexibilidad requerida en las direcciones transversal y/o axial . Por ejemplo, y como se muestra en las figuras, la primera parte axial (32a) tiene una forma de tipo fuelle. En un ejemplo de la presente invención , la primera parte axial (32a) se elabora de acero inoxidable (como puede ser ASM E 321 ) o de una aleación Inconel , preferiblemente seleccionada para que sea capaz de resistir temperaturas que alcancen aproximadamente 500° C. Se comprenderá que también es necesario tomar en cuenta el espesor del material con el fin de que se obtenga la flexibilidad requerida. La segunda parte axial (32b) puede ser meramente tubular, teniendo una forma de corte transversal que corresponda a la de la primera parte axial (32a) con el fin de proporcionar continuidad . En un ejemplo de la presente invención , la segunda parte axial (32b) puede estar hecha de I nconel . En comparación con la primera parte axial (32a), la segunda parte axial (32b) es más rígida. Como ya se mencionó, el dispositivo de sellado tubular (32) generalmente tiene la forma de una funda tubular que es flexible axial y lateralmente con respecto de la transición entre el tubo de alimentación de gas (1 2) y el conducto de entrada de gas (14), para así limitar las fugas de gas reactivo. El dispositivo de sellado tubular se extiende generalmente de forma axial entre una ubicación (34) sobre la parte interior de la pared del horno ( 1 0) y una ubicación (36) al menos adyacente a la cámara de reacción ( 1 6), si no es que contigua a esta. En el ejemplo de construcción mostrado en las figuras, la primera parte axial (32a) es asegurada a una placa anular (38) por cualquier medio posible, proporcionando casi sellado completo en relación al conducto de gas entre la primera parte axial (32a) y la placa anular (38), por ejemplo, mediante soldadura . La placa anular (38) está montada con seguridad sobre la cara interior de la pared de horno ( 1 0). Se puede utilizar cualquier método de sujeción que proporcione un buen ajuste entre la placa anular (38) y la pared de horno ( 1 0), en particular es posible utilizar pernos (42) o similares, como se muestra en las figuras. El sellado entre la placa anular (38) y la pared del horno ( 1 0) puede mejorarse aún más en forma convencional utilizando anillos de sellado o similares, colocados entre ellos, y/o soldando, como se muestra en forma general en el número (39). En el extremo axial opuesto del dispositivo de sellado tubular (32), y a manera de ejemplo, la segunda parte axial (32b) puede terminar simplemente en un anillo anular (44) que puede sostenerse en su sitio sin que se encuentre genuinamente sujeto o asegurado entre una superficie de la cámara de reacción ( 1 6) (y/o del material aislante (28)) y una superficie exterior de la segunda parte axial (32b). A manera de ejemplo, el anillo anular (44) puede presentar una superficie que entra en colindancia contra una cara opuesta de la placa de ensamblaje (20). En algunas configuraciones, puede ser ventajoso interponer uno o más de los anillos de sellado (45) entre el anillo anular (44) y la placa de ensamblaje (20). Por ejemplo, los anillos de sellado (45) pueden estar hechos de grafito. En la Figura 1 , solamente se muestran dos de estos anillos de sellado (45) para propósitos de ilustración . En algunas configuraciones, uno o más de los anillos adicionales de sellado (49) también pueden presentar un diámetro exterior que se extiende radialmente hacia afuera con el fin de que queden colocados entre la placa de ensamblaje (20) y la superficie de la cámara de reacción ( 1 6). En un ejemplo de la presente invención , la primera y la segunda partes axiales (32a) y (32b) que constituyen el dispositivo de sellado tubular (32) son partes separadas que están conectadas en forma impermeable al gas a los extremos adyacentes axiales de estas, por medio de cualquier método convencional que proporciona un grado adecuado de sellado entre la primera y la segunda partes axiales (32a) y (32b). En un ejemplo específico, como se muestra en las figuras, la primera parte axial (32a) (que, como se describió anteriormente, podría estar formada por una tira de metal relativamente delgada, por ejemplo, de acero inoxidable) puede tener una parte que forma un reborde (50) (en relación a un eje de la primera parte axial (32a)) en su extremo adyacente a la segunda parte axial (32b) (ver en particular las figuras 2 y 3). En forma correspondiente, la segunda parte axial (32b) tiene un reborde o anillo (48) que se extiende transversalmente, que está asegurado en forma convencional , por ejemplo, mediante soldadura (que sirve en particular para proporcionar un sellado efectivo impermeable al gas entre ellos). Como se muestra en las figuras, y en particular en la Figura 3, la parte que forma un reborde (50) y el reborde (48) se colocan viendo uno hacia el otro. Un anillo de sellado (52) (por ejemplo, hecho de grafito) puede interponerse entre los rebordes respectivos para aumentar la seguridad de la impermeabilidad al gas entre ellos.

Finalmente, el reborde (48), el reborde (50) y el anillo de sellado (52) entre ellos se mantienen juntos mediante un método convencional de sujeción, por ejemplo por medio de tuercas y pernos (54), (56). Además de la estructura de dispositivo de sellado tubular descrito anteriormente, se considera que los materiales y/o la construcción , por ejemplo de la pared del horno ( 1 0) del tubo de alimentación de gas ( 1 2) de la cámara de reacción ( 1 6), del aislamiento térmico (28), etc. , son bien conocidos en la materia . En general , todos los componentes descritos arriba deberán ser capaces de resistir adecuadamente las temperaturas de operación generalmente encontradas dentro del horno durante un proceso CVI/CVD. En particular, la primera parte axial flexible (32a) deberá conservar su flexibilidad a través de una vida de trabajo razonable, tomando en consideración las temperaturas de operación que encontrará en su uso. Finalmente, es necesario elaborar algunos de los componentes de materiales que sean sustancialmente no reactivos (en particular a las altas temperaturas antes mencionadas) para así evitar que interfieran con la química del proceso de densificación implementado en el horno. De forma deseable, el dispositivo de sellado tubular descrito arriba, y como se reivindica aquí, se puede instalar fácilmente en un horno y se puede retirar fácilmente durante el mantenimiento del horno. Aunque la presente invención se describe en lo anterior con referencia a ciertos ejemplos particulares para el propósito de ilustrar y explicar la invención , deberá comprenderse que la invención no está limitada solamente con referencia de los detalles específicos de dichos ejemplos. Más particularmente, la persona con conocimientos en la técnica comprenderá fácilmente que se puede realizar modificaciones en las modalidades preferidas, sin ir más allá del ámbito de la invención según se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (7)

REIVI N DICACION ES

1 . Un dispositivo para entrada de gas, para hacer pasar un gas al interior de un horno desde una parte externa al mismo, y hacia un conducto de entrada de gas ( 14) formado dentro de la cámara de reacción (1 6) situada dentro del horno, dicho dispositivo de entrada incluye: un tubo de gas ( 1 2) para transportar gas al interior del horno, dicho tubo se extiende entre una parte exterior del horno y una parte interior del mismo, y tiene un extremo que termina al menos en la cercanía del conducto de entrada de gas formado dentro de la cámara de reacción; y un dispositivo de sellado tubular (32) situado radialmente hacia afuera, en relación al tubo de gas, el dispositivo de sellado tubular está asegurado en forma impermeable al gas a un primer extremo de este, en una ubicación de la superficie interior del horno adyacente a una ubicación donde el tubo de gas penetra dentro del horno, y se extiende hacia una ubicación adyacente al conducto de entrada de gas, estando asegurado a él de forma sellada; el dispositivo de entrada de gas caracterizado porque el dispositivo de sellado tubular incluye una primera parte axial (32a) que es flexible y una segunda parte axial (32b) que es relativamente rígida.

2. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha primera estructura axial tiene una estructura de fuelle.

3. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con la reivindicación 1 o con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicha primera parte axial está hecha de metal .

4. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado además porque dicha primera parte axial está hecha de acero inoxidable.

5. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado además porque la segunda parte axial de la parte de sellado tubular está hecha de metal .

6. Un dispositivo de entrada de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado además porque la segunda parte axial está hecha de Inconel .

7. Un método para alimentar un gas a un conducto de entrada de gas de reacción dentro de una cámara de reacción el método consiste en: colocar un tubo de transporte de gas, poniendo una parte externa del horno en comunicación con una parte interna de este, dicho tubo terminando al menos en la cercanía del conducto de entrada de gas; y aislar sustancialmente el tubo de transporte de gas rodeando et tubo de transporte de gas con un dispositivo de sellado tubular que es prácticamente impermeable al gas y que se extiende desde una pared interior del horno en el lugar en donde el tubo penetra dentro del horno hasta un lugar adyacente al conducto de entrada de gas de la cámara de reacción ; el método se caracteriza porque el dispositivo de sellado tubular está asegurado en su sitio de tal manera que forma una parte que es prácticamente impermeable al gas a través de la cual se extiende el tubo, y porque al menos una parte del dispositivo de sellado tubular es flexible transversalmente, para adaptarse a las diferencias en posición entre los extremos respectivos del dispositivo de sellado tubular en los sitios en donde el conjunto de sellado está asegurado a la pared del horno y se encuentra adyacente al conducto de entrada de gas.