Brevet FR2101078A1 — publié le 19720331

La présente invention concerne des structures d'isolation thermique. Ces structures peuvent etre utilisées pour des dispositiis mis en oeuvre aux basses températures, et notamrnent aux températures cryogéniques, tels que cuves, turnes, congélateurs, etc... Il est convenu par exemple de réaliser l'isolation thermique dc cuves destinées à contenir un liquide cryogénique, en disposant des plaques d'un matériau isolant entre la paroi intérieure ou paroi froide de la cuve et la paroi extérieure ou paroi chaude. les matériaux pouvant être utilisés dans ce but sont généralement des matériaux alvéolaires à cellules fermées comme ceux du type polvuréthane expansé.Un de ces matéri u.{ a été décrit dans le brevet français 1.310.473 déposé le 21 novembre 1962 au nom de S.A. Polyplastic. Cependant ces structures isolantes ne conviennent que pour des températures ne descendant pas au-dessous de - 60 C. Si lton envisage des cuves de stockage d'un liquide cryogénique tel que l'azote liquide, dont la température d'utilisation peut atteindre - 1960C, l'efficacité de l'isolation thermie ne dépend essentiellemen de t étanchéité existant entre la paroi froide et la paroi chaude. En effet, il existe pour ces agDlications une forte rétraction des matériaux isolants utilisés ; les intervalles ou espaces résultant de cette rétraction perrnetta1t la création de courants de convection naturelle importants entre la paroi chaude et la paroi froide.Ces courants de convection entraident une forte augmentation des pertes thermiques et il y a apparItion de plaques de glace et de condensation sur la paroi extérieure de la cuve. La présente invention a pour objet la réalisation d'une structure d'isolation thermiaue ne présentant pas ces divers inconvénients et utili- sable aux basses températures, notaamerlt aux températures cryogéniques, dans des conditions sat5sfpisantes. L'invention concerne une structure d'isolation thermique comprenant un matériau composite disposé entre une paroi froide et une paroi chaude. Selon la présente invention, le matériau composite comprend de la paroi froide vers la paroi chaude, une couche d'un premier matériau isolant possédant un faible coefficient de dilatation linéaire, une autre couche d ' un deuxième matériau alvéolaire isolant relativement élastique. On choisit ainsi pour chaque zone de température de la structure isolante m matériau dont les propriétés physiques sont adaptées à ses candi tiens d'utilisation. On peut doncitiliser au mieux les possibilités de cliacun des matériaux. Dans une forme de réalisation préférée, le deuxième matériau est monté en compression, ce qui lui permet de compenser ses propres contractions lors de la mise en froid et de conférer au matériau isolant composite une bonne étanchéité en évitant ainsi toute convection gazeuse entre la paroi extérieure ou chaude et la paroi intérieure ou froide. Par exemple, le premier matériau est une mousse cellulaire de chlorure de polyvinyle, telle que décrite dans le brevet français 1.310.413 déjà mentionné, tandis que le deuxième matériau est du polystyrène expansé. L'invention ressortira mieux de la description suivante donnée uniquement à titre d'exemple dans le cas dtune cuve pour un liquide cryogénique, par référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'une cuve cryogénique incorporant une structure isolante conforme à l'invention, - les figures 2, 3, 4 sont respectivement des vues de détail des régions cerclées en A, B et C sur la figure 1. La figure 1 montre en coupe une cuve cryogénique 10 comportant une paroi froide ou intérieure il et une paroi chaude ou extérieure 12. Deux couches 14 et 15 de matériaux de natures différentes, sous forme de plaques, sont disposées entre les parois 11 et 12, respectivement au contact de la paroi 11 et de la paroi 12. Ces matériaux sont adaptés à la zone de températures pour laquelle ils sont mis en oeuvre. Ainsi, le matériau de la couche 14 qui est au contact de la paroi froide Il est un matériau à faible coefficient de dilatation linéaire et présentant de bonnes caractéristiques mécaniques à très basse température. Ce matériau, sans que cela soit limitatif, est avantageusement choisi parmi les matières alvéolaires, et dans l'exemple décrit, il s'agit d'une mousse cellulaire de chlorure de polyzinyle, telle qu'envisagées dans le brevet français 1.310.473. Dans ce cas particulier, le coefficient de dilatation linéaire moyen du matériau choisi est de 4.10-5/OK entre 200K et 3000K à 20 ss près, cette propriété étant définie pour un matériau ayant une masse spécifique comprise entre 30 et 50 kg/m3. Le deuxième matériau dont est constituée la couche 15 au contact de la paroi chaude 12 est de préférence un matériau alvéolaire relativement élastique, ce qui lui permet de compenser ses propres contractions lors de la mise en froid de la cuve cryogénique et en outre d'épouser étroitement les éventuelles irrégularités de surface de la paroi chaude. Dans ce même but, le matériau est monté en compression. Dans l'exemple envisagé, le deuxième matériau est du polystyrène expansé de masse spécifique comprise entre 9 et 15 kg/m3. Ltétanchéité à la vapeur d'eau de la structure isolante conforme à la figure 1 est complétée en doublant les zones de jonction de la paroi chaude 12, normalement assemblées par des points de soudure 17, au moyen de bandes adhésives étanches 18 (figure 2). De plus, le jointoiement des plaques de la couche 14 ou 15, disposées à angle droit, est réalisé en escaliers ou gradins 19, 20, pour diminuer les risques de convection. La figure 4 illustre une traversée 22 nénagée dans le fond de la cuve, à travers la structure isolante, destinée à permettre un piquage. Cette traversée est entourée par un manchon 24 d'un matériau isolant ayant une meilleure rigidité que celui constituant la couche 14 et une bonne résistance à la compression, ce qui permet d'obtenir une étanchéité correcte par serrage sans détérioration lors de la mise en froid. Le matériau constitutif du manchon 24 est similaire à celui de la couche 14 mais a une masse spécifique supérieure, comprise entre 50 et 60 kg/m3. Les structures d'isolation selon l'invention peuvent être notam ment mises en oeuvre dans le cas des récipients cryobiologiques et des tunnels de congélation. REVEND I CÂT IONS 1. Structure d'isolation thermique comprenant un matériau isolant composite disposé entre une paroi froide et une paroi chaude, caractérisée en ce que ledit matériau composite comprend de la paroi froide vers la paroi chaude, une couche d'un premier matériau isolant possédant un faible coefficient de dilatation linéaire, une autre couche d'un deuxième matériau isolant relativement élastiaue. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier matériau a un coefficient de dilatation linéaire moyen de 4,10-5/ K entre 200K et 300 E à 20 % près. 3. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le premier matériau est une mousse cellulaire de chlorure de polyviayle de masse spécifique comprise entre 30 et 50 kg/m3. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le deuxième matériau est du polystyrène expansé. 5. Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que le polystyrène expansé a une masse spécifique comprise entre 9 et 15 kg/m3. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce aue le deuxième matériau est monté en compression. 7. Structure d'isolation thermique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 et comportant une traversée, caractérisée en ce que ladite traversée est entourée par un manchon constitué par une mousse cellulaire de chlorure de polvvinyle ayant une masse spécifique comprise entre 50 et 60 kg/m3. 8. Structure d'isolation thermique conforme à l'une ae1eonqrle des ree^dications 1 à 7 dont 1ndite couche et ladite autre couche comprennent res pectîvement wne pluralité de plaques du premier matériau et une pluralité de plaques du deuxième matériau, certaines plaques d'un même matériau étant disposées selon un angle droit, caractérisé en ce que le jointoiement des plaques à angle droit est réalisé en gradins ou escaliers. 9. Structure dtinolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que les zones de jonction de la paroi chaude sont rend1aes étanches à la vapeur d'eau au moins par le collage de bandes adhésives étanches.