Brevet FR2343196A1 — publié le 19770930

L'invention concerne les tubes, spécialement des tubes pouvant servir à véhiculer des fluides, liquides ou gazeux, tout en maintenant pratiquement constante la température des fluides véhiculés. On utilise par exemple des tubes de ce genre dans l'indus- trie chimique et celle du raffinage du pétrole pour véhiculer des échantillons de fluides venant de tuyauteries de traitement ou de réacteurs et les amener à des instruments d'échantillonnage tels que des chromatographes, des spectromètres et des capteurs de pression ou de température. Il est nécessaire de maintenir à une température relativement élevée les écha#ntillons de fluides prélevés afin de maintenir aussi basse que possible la viscosité du fluide et aussi, dans le cas de gaz, d'assurer qu'il ne se produise pas de condensation.En principe, un tube de ce genre comprend un élément tubulaire relativement flexible, formé par exemple d'acier inoxydable et muni de fils électriques chauffants disposés contre l'élément tubulaire, en particulier posés parallèlement à celui-ci ou enroulés en hélice autour de celui-ci. Une telle disposition peut aussi servir à la protection contre le gel. L'assemblage formé par ltélément tubulaire et le ou les éléments chauffants associés est muni d'une isolation et d'un revêtement protecteur comme indiqué par exemple dans le brevet des E.U.A. n0 3 355 572. L'élément tubulaire composite ainsi fabriqué est apparu satisfaisant dans beaucoup d'applications mais l'isolation utilisée jusqu'ici n'est pas entièrement satisfaisante et en outre, les éléments chauffants utilisés ne sont pas capables dans tous les cas de rWpondre aux besoins de certaines applications particulières. L'invention a pour objet un élément composite de tuyauterie comprenant (a) un élément tubulaire (b) des moyens de chauffage disposés à l'extérieur de l'élément tubulaire et (c) une isolation comprenant au moins deux couches dont chacune comprend de la matière alvéolaire et, de préférence, de la ma tière de renforcement. Au moins deux couches au sein de l'isolation sont de pré fronce enroulées hélicoidalement en sens opposé, c'est-à-dire que l'une des couches est enroulée dans un sens-opposé à celui de l'autre, l'invention étant basée entre autres sur cette observation que l'on peut obtenir une isolation convenant spécialement aux tubes pour tuyauterie d'échantillonnage en enroulant héli cordalenent en sens opposé au moins deux couches de matière alvéolaire. Une telle configuration à enroulement hélicoïdal opposé assure que l'isolation reste étanche et exempte de parcours de fuite. Dans certains cas, il peut arriver qu'il ne soit pas nécessaire ou pas désirable de prévoir une matière de renforcement séparée. Par exemple, certaines matières isolantes comme la mousse de polypropylène ont une intégrité structurale suffisante pour servir sans renforcement supplémentaire. Toutefois, chaque couche comprend de préférence à la fois une matière alvéolaire de faible masse volumique et une matière de renforcement de manière à comprendre à la fois une matière calorifuge et une matière de renfor cément et la. disposition-est telle qu'elle empêche la matière alvéolaire calorifuge de faible masse volumique autre écrasée par la matière de renforcement enroulée par dessus.Ainsi, l'isolation comprend de préférence au moins deux couches dont chacune est formée d'une matière alvéolaire calorifuge de faible masse volumique et d'une matière de renforcement, la disposition de la matière alvéolaire et de la matière de mnforcement dans les couches et la disposition des couches étant telles que chaque section de l'isolation comprenne à la fois de la matière alvéolaire et de la matière de renforcement enroulées l'une par dessus l'autre. On peut facilement obtenir une telle disposition en enroulant les couches hélicoidalement en sens opposé, spécialement si chaque couche contient la matière alvéolaire et la matière de renforcement côte à côte. Toutefois, on peut utiliser autres dispositions pour profiter de cet aspect de l'invention. Dans un mode d'execution préférentiel de l'invention, pour former les couches de l'isolation, on enroule hélicoldalement un ruban stratifié comprenant une largeur de matière alvéolaire de faible masse volumique et une largeur de ratièbre alvéolaire de forte masse volumique. On enroule alors hélîcoidalerent autour de l'objet en sens opposé une autre couche de ruban stratifié de manière à former un clément isolant tubulaire final, la matière alvéolaire de faible masse volumique assurant l'isolation thermique nécessaire et la matière de forte masse voluminue as surant l'intégrité structurale nécessaire. Bien entendu, on pourrait former chaque couche de cette isolation en enroulant deux rubans séparés au lien d'un seul ruban stratifié. La matière alvéolaire est en particulier un polyuréthanne bien que l'on puisse utiliser d'autres matières, par exemple le polyéthylène, le polypropylène ou le caoutchouc. Par "matière de faible masse volumique", on entend ici une matière dont la masse volumique ne dépasse pas 64 g/dm3 et par ratière de forte masse volumique", on entend ici une matière dont la masse volumique est d'au moins 96 g/dm3. De préférence, la masse volumique de la matière de faible masse volumique est de 16 à 32 g/dm3 et la masse volumique de la matière de forte masse volumique est de 96 à 160 g/dm3. Dans un autre mode d'exécution préférentiel de l'invention, la matière de renforcement est formée de cordon ou tube de matière plastique, par exemple de cordon de polypropylène ou de "Nylon" enroulé hélicoidalement en même temps que la matière alvéolaire de faible masse volumique. Ainsi, dans ce mode d'exécution, pour former chaque couche, on peut commencer par enrouler hélicolda- lement du ruban de faible masse volumique et ensuite, dans le meme sens, on enroule hélicoidalement le cordon de polypropylène. Il peut entre avantageux dans d'autres cas d'enrouler simultanément cte à cate la matière alvéolaire de faible masse volumique et le cordon. S'il est vrai que deux couches sont en général suffisantes pour remplir les conditions d'isolation, on comprend que dans certaines applications il peut être approprié d'utiliser trois couches ou davantage, spécialement lorsque la flexibilité de 11 élément composite de tuyauterie a relativement peu d'importance. En pareil cas, les couches adjacentes deux à deux sont de préférence enroulées hélicoidalement en sens opposé. L1isolation obtenue par enroulement des diverses couches peut etre finalement couverte d'une gaine extérieure de matière plastique, par exemple de polychlorure de vinyle ou de polyéthylène et on comprend que d'autres matières peuvent être incluses dans l'isolation de l'élément de tuyauterie dans des buts particuliers, par exemple qutil peut être approprié d'ajouter une tresse, par exemple de la tresse de fibres de verre ou un ruban, pour assurer une isolation thermique à haute température. Les moyens de chauffage peuvent comprendre par exemple un ou plusieurs fils électriques chauffantsenroulés hélicoTdalement autour de l'élément tubulaire et avantageusement, maintenus en position par des liens formés de fibre ou ruban de "Nylon". Ou encore, un ou plusieurs des fils chauffants peuvent être disposés parallèlement à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire. Toute- fois, dans les formes préférentielles de l'invention, l'élément chauffant est formé d'une bande chauffante à autorégulation dont la résistance électrique augmente à mesure que la température s'élève et qui est de préférence munie d'une protection mécanique incorporée.Une bande chauffante spécialement appropriée, que l'on peut enrouler hélicoIdalement autour de l'élément tubulaire ou placer-parallèlement à l'axe longitudinal de celui-ci, est celle qui est vendue sous la marque commerciale "Auto-Trace" par Chemelex Inc., filiale de Raychem Corporation, et qui est décrite par exemple dans les brevets britanniques n0 1 449 261, 1 449 262 et 1 456 047. Toutefois, on peut utiliser dans l'invention d'autres moyens de chauff#age, y compris par exemple des moyens non électriques tels qu'un tuyau mince à travers lequel on fait passer de la vapeur ou un autre fluide de chauffage. L'épaisseur de la matière alvéolaire de faible masse volumique et de la matière de renforcement varie selon l'application mais en général, l'épaisseur de la matière utilisée dans chaque couche est de 3,18 à 9,53 mm, donnant une épaisseur totale d'au moins 6,35 mm. On comprend que l'isolation utilisée dans l'invention peut titre appliquée facilement à l'élément de tuyauterie et aux moyens de chauffage associés. Toutefois, dans certains cas, il peut être avantageux de former un élément isolant préfabriqué à deux couches dans lequel on peut pousser ou#tirer l'élément de tuyauterie pour former l'objet composite final. On décrira maintenant, à titre d'exemple seulement, divers modes d'exécution de l'invention à proros des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 montre une première forme d'objet tubulaire composite selon l'invention la figure 2 une deuxième forme d'objet tubulaire composite selon 11 invention ; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1 et la figure 4 montre une partie-d'un élément chauffant propre à servir dans l'invention. La figure 1 montre une tuyauterie d'échantillonnage composite 1 comprenant un élément tubulaire 2 formé par exemple d'acier inoxydable ou d'une matière plastique telle que le polytétrafluoréthylène ou le "Nylon", muni d'un élément chauffant électrique 3 fixé en position relativement à l'élément tubulaire 2 par un ruban 4 de sorte qu'il occupe une position pratiquement parallèle à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire 2.Selon l'invention, pour isoler l'assemblage comprenant l'élément tubulaire 2 et l'élément chauffant 3, on commence par enrouler autour de l'assemblage un ruban stratifié 5 comprenant une largeur 6 de mousse de polyuréthanne de faible masse volumique et une deuxième largeur plus petite 7 de mousse de polyuréthanne de forte masse volumique, puis on enroule par dessus l'enroulement 5, mais en sens opposé, un ruban similaire 8. On protège finalement l'isolation ainsi obtenue au moyen d'une gaine extérieure de matière plastique 9. On considérera maintenant la figure 2 ; elle montre un assemblage plus ou moins similaire 11 dans lequel l'élément tu; bulaire 12 est muni d'un élément chauffant électrique enroulé hélicordalement 13, maintenu en position par un ruban 14. L'ensemble ainsi obtenu est isolé au moyen d'un ruban 15 enroule hélicoidalement, forme de mousse de polyuréthanne de faible masse volumique renforcé de plusieurs spires 16 de cordon de polypropylène, enroulées hélicoldalement autour de la couche 15 dans le même sens. Une deuxième couche de la meme structure est alors enroulée en sens opposé par dessus la première couche. A nouveau, l'isolation est finalement protégée au moyen d'une gaine extérieure de matière plastique 17. Enfin, la figure 4 montre 1'extrémité d'un élément chauffant propre à servir dans l'lnvention. Il comprend deux électrodes parallèles et espacées 21 et 22 enrobées dans une composition polymère chargée de carbone et protégées par une couche isolante 23 et une tresse métallique 24 (dans certains cas, la tresse métallique peut être omise). Un élément chauffant de ce genre est décrit par exemple dans les brevets britanniques n0 1 449 261, 1 449 262 et 1 456 047 déjà cités et convient spécialement à l'utilisation dans l'invention. On a décrit l'invention en parlant spécialement d'éléments tubulaires de tuyauterie d'échantillon, mais il est entendu qu'elle est applicable aussi à d'autres domaines et il est entendu aussi que le mot "tubulaire11, employé ici, ne limite pas 1'int vention à des éléments cylindriques droits creux mais s'étend à des éléments de section irrégulière et/ou variable, aussi qu'à des éléments comportant une ou plusieurs branches, par exemple à des éléments en Y, en T et en X. D'autres modifications et variantes comprises dans l1inven- tion apparattront à lthomme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Elément de tuyauterie composite caractérisé par le fait qu'il comprend (a) un élément tubulaire, (b) des moyens de chauffage disposés à l'intérieur ou à ltexté- rieur de l'élément tubulaire et (c) une isolation comprenant au moins deux couches dont chacune comprend de la matière alvéolaire. 2 - Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins deux couches de l'isolation sont enroulées héli coidalement en sens opposé. 3 - Elément selon l'une des revedications 1 et 2, caractérisé par le fait que la matière alvéolaire est une matière calo rifuge-de faible masse volumique. 4 - Elément selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la masse volumique de la matière alvéolaire est de 16 à 32 g/dm3. 5 - Elément selon l'use des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque couche de 11 isolation comprend aussi une matière de renforcement. 5 - Elément selon lune des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'isolation comprend au moins deux couches formées chacune d'une matière alvéolaire calorifuge de faible masse volumique et d'une matière de renforcement, 12 disposition de la matière alvéolaire et de la matière de renforcement dans chaque couche et la disposition des couches étant telles que chaque section longitudinal de l'isolation comprenne à la fois de la matière alvéolaire et de la matière de renforcement enroulées l'une par dessus l'autre. 7 - Riment selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait ue la matière de renforcement est une matière alvéolaire de forte masse volumique. 8 - Slwmentselm ll revendication 7, caractérisé par le fait que la masse volumique de la matière alvéolaire est de 96 à 160 g/dm3. 9 - Elément selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait qu'au moins une couche de l'isolation est formée dtun ruban stratifié comprenant une largeur de matière alvéolaire de faible masse volumique et une largeur de matière alvéolaire de forte masse volumique. 10 - Elément selon l'une des revendications 5 à 9, cerac- térisé par le fait qu'au moins une couche de l'isolation comprend comme matière de renforcement du cordon ou du tube de matière plastique. 11 - Elément selon la revendication 1G, caractérisé par le fait que la matière plastique est le polypropylène ou le ylon. 12 - Elément selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé par le fait qutau moins une couche de l'isolation est formée d'une bande de matière alvéolaire et d'une bande de tire de renforcement. 13 - Elément selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la bande de matière alvéolaire et la bande de matière de renforcement sont disposées c#te à côte. 14 - Elément selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la bande de matière alvéolaire et la bande de matière de renforcement sont enroulées l'une par dessus l'autre. 15 - Elément selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la matière alvéolaire d'au moins une couche de 1 t isolation est un polyuréthanne. 16 - Elément selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait due la matière alvéolaire d'au moins une couche de l'isolation est un polypropylène. 17 - Elément selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la matière alvéolaire d'au moins une couche de l'isolation est un polyéthylène ou un caoutchouc. 18 - Elément selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que l'éraisseur de chaque couche de l1iso- lation est de 3,18 à 9,53 mm. 19 - Elément selon l'une des revendicaticns 1 à 18, caractérisé par le fait que l'isolation comprend une raine extérieure de matière plastique. 20 - Elément selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que l'isolation est munie d'une couche de tresse assurant l'isolation à haute bempérature. 21 - Elément selon l'une des revendications 1 à nC, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage comprennent une bande chauffante à autorxulation ont la roslotence électrique augmente à mesure que la température s'élève.