Brevet FR2010000A1 — publié le 19700213

l'invention concerne des entretoises pour des systèmes comportant des tubes concentriques entre lesquels existent des écarts de température. Pour la transmission d'énergie élec-5 trique, on a décrit des câbles refroidis à très basse température dans lesquels les conducteurs sont placés à l'intérieur d'un tube rempli d'hélium liquide. la protection thermique vers l'extérieur est assurée par trois autres tubes de diamètre de plus en plus grand entourant le premier tube concentriquement et formant des 10 espaces intermédiaires. Dans l'espace entre le tube intérieur et le deuxième tube on fait le vide, tandis que l'espace entre le deuxième et le troisième tube est rempli d'azote liquide en vue de subdiviser l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur, l'espace intermédiaire entre le troisième et le dernier tuyau, qui 15 est à la température ambiante, est également mis sous vide. Il est également connu d'employer pour le transport de liquides ou de gaz des dispositifs consistant en plusieurs tuyaux concentriques. Dans le cas de deux tuyaux, le tuyau intérieur sert au transport du liquide ou du gaz, tandis que 20 l'espace entre les tuyaux est thermiquement isolé. On peut assurer un isolement thermique par exemple par mise sous vide ou mise en place d'une matière isolante, par exemple une matière sous forme de mousse. Pour le centrage et le maintien de 25 tels dispositifs tubulaires on a proposé des entretoises consistant en traverses de forme hélicoïdale. Mais de telle hélices forment, par suite de l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur, un pont conducteur de la chaleur Ininterrompu entre les tuyaux concentriques. On a donc essayé de réduire la transmission de cha-30 leur entre les tuyaux par un choix approprié des matériaux, par exemple en utilisant des hélices de polytétrafluoréthylène. Toutefois les valeurs des pertes thermiques ainsi obtenues se sont révélées excessives pour une exploitation économique de tels dispositifs coaxiaux. 35 On a aussi proposé de prendrè comme entretoises pour les systèmes tubulaires coaxiaux dans lesquels un-écart de température doit être maintenu entre les tuyaux, trois ou plusieurs éléments de soutien disposés radialement entre les tuyaux deux par deux, et répartis régulièrement autour de l'axé du dispo-40 sitif tabulaire, élément dont la conduction thermique est maintenue 6912225 2 2010000 à une valeur aussi faible que possible par le dimensionnement et/ou le choix de la matière, tout en tenant compte des contraintes mécaniques» les éléments de soutien sont alors maintenus en position par un ou plusieurs anneaux concentriques aux tuyaux. Comme les sur-5 faces touchant les tuyaux sont considérablement diminuées par rapport aux dispositions connues, on obtient des pertes thermiques extrêmement faibles avec une résistance mécanique suffisante. En plus des pertes thermiques inévitables dues aux entretoises et provoquées par la conduction thermi-10 que des éléments de soutiens, il faut tenir compte des pertes thermiques de rayonnement, qui soulèvent des difficultés importantes dans la construction de tels dispositifs tubulaires coaxiaux:. Cela est le cas en particulier quand, dans un système tubulaire coaxial de quatre tuyaux, l'espace intermédiaire entre le deuxième et le 15 troisième tuyau est rempli d'azote liquide et l'espace entre le troisième et le quatrième tuyau5 qui se trouve déjà à la température ambiantes est mis sous vide. L'interposition d'autres tuyaux à chute de température intermédiaire n'est pas ici unœmède, car ai on augmente le nombre de tuyaux concentriques, la possibilité de 20 donner une courbure au système tubulaire, indispensable par exemple pour la pose, diminue considérablement, même si on emploie des tuyaux ondulés. L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients. Elle concerne à cet effet une entre-25 toise pour dispositifs tubulaires coaxiaux présentant un écart de température entre des tubes concentriques, par exemple pour un câble électrique fonctionnant à l'état supraconducteur ou un système tubulaire pour le transport de liquides ou gaz chauffés ou refroi-,dis9 entretoise caractérisée par .plusieurs couches d'une feuille 30 de métal ou de plastique métallisé remplissant l'espace entre deux tubess au moins en certains points le long du système tubulaire, les couches successives en direction radiale étant séparées par des couches intermédiaires de haute résistance mécanique et ther-miquement isolantes, ce qui réduit au minimum les échanges ther-35 miquee. 1*invention concerne également les dispositifs tubulaires coaxiaux équipés dlentretoises conformes à l'une des revendications précédentes. Grâce à la faible quantité de ma-40 tière de ces entretoises, les pertes thermiques de conduction sont 6912225 3 2010000 réduites au minimum. De plus les pertes de rayonnement à travers la surface métallique des feuilles étagées sont considérablement diminuées, tandis que les couches isolantes intermédiaires assurent la stabilité nécessaire du système tubulaire même pendant le trans-5 port et la pose. Selon une autre caractéristique de 18 invention, les couches formant entretoises pour les tuyaux concentriques et/ou les couches intermédiaires peuvent être enroulées en spirale ou en hélice sur la tuyau intérieur d'une paire de 10 deux tuyaux concentriques. Il est alors souvent avantageux de placer les couches et/ou couches intermédiaires avec des lacunes. Par exemple les couches intermédiaires isolantes, soit un tissu de fibres de verre, ou une trame ou une natte de fibres de verre, 15 peuvent être tissées avec lacune, une lacune étant chaque fois recouverte par la couche de fibres de verre qui se trouve au-dessus. Une telle façon de procéder permet de réduire encore la quantité de matière pour de telles entretoises. Mais au lieu d'enrouler les diffé-20 rentes couches en spirale ou en hélice, il est aussi possible, et souvent particulièrement avantageux, d'utiliser, pour les différentes couches et couches intermédiaires, des feuilles de plastiques ou trames de fibres de verre en forme de bande ayant reçu une couche métallique par vaporisation, lesquelles sont enroulées sur toute 25 la longueur autour du tuyau portant ces couches comme entretoises, les différentes couches peuvent être alors disposées bord à bord ou avec recouvrement. Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif, sur les des-30 sins ci-joints dans lesquels s - la figure 1 montre en coupe partielle, un câble électrique muni d'une entretoise selon l'invention, - la figure 2 montre le détail de 35 cette entretoise. - Pour assurer le fonctionnement à l°état .supraconducteur: du câble électrique, consistant - d'ans l"es tuyaux 1,2, 3 et 4 placés concentriquement, il y a de l'hélium liquide à la température'd'environ 4°K dans le tuyau intérieur 1, 40 . . dans lequel s.ont - introduits les fils isolés 5 de faible diamètre. 6912225 4 2010000 1"espace entre les tuyaux 1 et 2 est évacué, alors que les entretoises pour ces deux tuyaux sont formées par des corps moulés 7 en forme de rouleaux ou de galets placés sur un support 6 en forme de bande, lesquels, répartis régulièrement sur la périphérie, pré-5 sentent un contact en forme de ligne avec le tuyau 2, de sorte que la transmission de chaleur par conduction est limitée à un minimum 0 Les mêmes entretoises se., trouvent aussi entre les tuyaux 2 et 3, tandis que le support 9 portant les corps moulés en rouleaux ou en galets 8 est enroulé en hélice sur le tuyau 2. L'espace entre 10 les tuyaux 2 et 3 est rempli d'azote liquide à environ 77 °K» Pour limiter au minimum les pertes thermiques par rayonnement et conduction malgré la chute de température de 77°K entre le tuyau 3 et le tuyau extérieur 4 qui est à la température ambiante;, il est prévu d'employer comme entretoi-15 ses 10 entre les tuyaux 3 et 4, comme on le voit en particulier dans la figure 2, plusieurs couches d'une feuille de plastique métallisées par exemple cuivre ou analogue avec des couches intermédiaires en fibre de verre, pour remplir, en différents endroits répartis le long du câble„ l'espace' existant entre les tuyaux et 20 dans lequel le vide peut être en outre établi. Une telle disposition d*écartement, qui peut être utilisée aussi pour le remplissage des espaces intermédiaires entre les autres tuyaux 1 à 3, et qui se distingue par une très faible quantité de matière conjuguée avec une haute résis-25 tance mécanique, est représentée dans la figure 2 à une échelle agrandie par rapport à la figure 1. Par-dessus la feuille de plastique 11 munie d'une couche métallique 12, la-construction par couches comprend la trame de fibres de verre 13» Cette trame pu tissu maintient l'écart entre les feuilles de plastique métallisé t1 placées 30 l'une au-dessus de 1'autre, empêche donc une conduction thermique ininterrompue, et assure d'autre part la forte résistance, mécanique exigée des entretoises. Les couches métalliques 12 vaporisées sur les feuilles de plastique s'opposent au dégagement de cha-35 leur vers l'extérieur par rayonnement, ces feuilles ne formant pas d'accumulateur de chaleur par suite de leur très faible épaisseur» A la place des feuilles de plastique métallisé, on peut aussi employer des feuilles métalliques, par exemple des feuilles de cuivre ou d'un autre métal approprié, 40 qui sont séparées les unes des autres par des trames de fibres de 6912225 5 2010000 verre. Si les feuilles sont enroulées sur la longueur autour du tuyau portant ces feuilles comme entretoises, on répartira avantageusement sur la périphérie du tuyau les points de joint ou de re~ 3ouvrement des différentes douches. . " 1jsm3 l.9sseiaplo a© réalisation re présenté, les tuyaux, i h 4 sont 'représentés coasse des tuyaux lisses. Mais pour faciliter le transport'et assurer X'étanchéité ab= solue des tuyaux servant d5écran thermique au câble supraconducteur, il s5est révélé particulièrement avantageux d'employer à cet 10 effet des tuyaux dits ondulés en métal, par exemple cuivre, alumi= nium ou acier, qui peuvent être fabriqués en grandes longueurs, et admettent d'être pliés comme les câbles ordinaires. De tels tuyaux, d'autre part, en plus de 1'étancheité indispensable, sont capables d'accepter de grandes dilatationsthermiques. 15 31©n entendu? l'invention n8est pas limitée aux exemples de réalisation,, ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 6912225 6 2010000 K1TIISICÀ î I 0 11 S 1°) Entra boise pour dispositifs tubulaires coaxiaux présentant un écart de température entre des tubes concentriques j par exemple pour xm. câble électrique fonc—, 3tonnant à 12 état supraconducteur ou un système tubulaire pour le •transport de liquides ou gaz chauffés ou refroidis9 entretoise ea-raetërisée par plusieurs couches d!une feuille de métal ou de plastique métallisé remplissant 1°espace entre deux tubes, au moins en certains points le long du système tubulaire„les couches successi-10 ves en. direction radiale étant séparées par des couches intermédiaires de haute résistance mécanique et thermiquement isolantes, ce qui réduit au minimum les échanges thermiques. 2°) Entretoise selon la revendication 15 caractérisée par- ce que les couches ®t/ou les couches inter-aédiaires formant entretoise sons enroulées en spirale ou en hélice sur le tuyau intérieur d'une paire de deux tuyaux concentriques. 3°) Entretoise selon la revendication 1s caractérisée par ce que les différentes couches et/ou les couches intermédiaires sont produites par des bandes courant tout 20 du long et enroulées autour du tuyau intérieur d'une paire de tuyaux concentriques» 4°) Entretoise selon les revend!-cations 2 ou caractérisé© en ce que Isa couches et/ou les couches intermédiaites formant entretoise sont enroulées avec des la-25 cunes,, soit "bord à bord,, soit avec recouvrement. - 5°) Intretoise selon la revendica tion 4 caractérisée par ce que les emplacements des lacunes, les emplacements de joints et de recouvrement des diverses couqhes sont répartis sur la périphérie du tuyau. 30 6°) Entretoise selon la revendica tion 1 j, caractérisée par ce que9 comme couche thermiquement isolante de haute résistance mécaniques on emploie une trame ou -une natte de fibres de verre. - . - 7°) Entretoise selon la revendica-35 tion 1 -, caractérisé par ce que comme feuilles de matières isolante métalliséeg on emploie des feuilles de matière plastique recouvertes par vaporisation d'une couche métallique. 8°) Dispositifs tubulaires coaxiaux équipés d8entretoises conformes à l'une des revendications précé-40 denteso 3BAD ORIGINAL