Brevet FR2493469A1 — publié le 19820507

L'invention concerne les isolations thermiques, et elle a trait plus particulièrement à des dispositifs d'isolation thermique "modulaires", formés de matériaux isolants fibreux. Au cours des dernières années, des dispositifs d'iso- lation thermique "modulaires" ont été de plus en plus utilisés. Ils se présentent sous la forme de blocsd'isolation thermique portant des moyens leur permettant d'être fixés aux parois de fours et d'unités analogues travaillant à haute température. Les modules ou blocs ont généralement des faces de 930 cm2 et une épaisseur de matériaux isolants de 10 à 30 cm. Un module ou bloc typique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique no 4 001 996. Des modules de ce type sont commercialisés sous la marque "Z-BLOK" par la firme Johns-Manville Corporation et ses filiales. Tous les divers dispositifs antérieurs modulaires de ce type sont constitués de couches séparées de fibre isolante, et l'épaisseur de fibre est obtenue par pliage de la fibre comme décrit dans le brevet précité, ou bien par l'utilisation de fi- bres droites de longueurs prédéterminées, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 832 815. Il suffit, pour de nombreux types différents de critères d'isolations demandés, de faire varier l'épaisseur de la couche unique de fibre pour que la chute de température souhaitée de la face chaude du man- teau à la face froide soit obtenue. Cependant, étant donné l-uti- lisation d'une seule couche de fibre, le module doit être entiè- rement constitué d'une fibre pouvant supporter la température de la face chaude. Pour une utilisation à plus faible température, o des matériaux fibreux relativement peu coûteux assurent une isolation convenable, ceci ne constitue pas un inconvénient par- ticulièrement grave. Lorsque la température de la face chaude dépasse environ 650'C, et en particulier lorsqu'elle est supé- rieure à environ 9800C, les limites de la réalisation à une seule couche apparaissent de manière beaucoup plus évidente. Les maté- riaux fibreux conçus pour supporter ces températures élevées des faces chaudes doivent être produits à partir de matières premiè- res tout à fait pures et dans des conditions de production rela- tivement exigeantes et leur coût est donc très élevé. Etant donné qu'il se produit normalement une chute notable de température à travers l'épaisseur d'un module isolant en fibre (cette chute de température étant d'autant plus grande que l'épaisseur du module est grande), le côté de la face froide du module n'exige normalement pas de telles propriétés d'utilisation aux hautes températures pour la fibre. Cependant, étant donné que le bloc est constitué d'un seul type de fibre, la fibre coûteuse, résistant aux températures élevées, doit être utilisée pour for- mer la totalité du bloc. Il en résulte, en fait, un gaspillage coûteux de fibre sur la face arrière du bloc o les propriétés des fibres ne sont pas nécessaires, ce qui élève notablement le coût du module fini. On a tenté de résoudre ce problème en fixant des couches de fibre pour températures élevées sur la face chaude des blocs par divers moyens mécaniques complexes comme décrits, par exem- ple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 4 055 926, n' 4 086 737, n' 4 103 469 et n' 4 123 886. Il est donc très intéressant de pouvoir disposer d'un dispositif d'isolation thermique en forme de module ou de bloc permettant d'utiliser une fibre résistant aux températures éle- vées sur la face chaude de ce bloc ou module, et une fibre résis- tant à des températures moins élevées sur la face froide, tout en offrant un moyen simple pour fixer les couches de fibres entre elles. L'invention concerne un dispositif d'isolation thermi- que conçu pour être fixé à la paroi d'un four ou de toute autre structure et présentant une face chaude et une face froide, la face froide étant adjacente à la paroi et la face chaude présen- tant la surface exposée à la température d'utilisation la plus élevée lorsque le dispositif est en service. Ce dispositif com- prend (a) une première couche d'isolation comprenant un premier manteau isolant fibreux, plié en accordéon; (b) des moyens de fixation assujettis à la première couche d'isolation et destinés à fixer le dispositif à la paroi, la première couche d'isolation présentant ainsi la face froide du dispositif; (c) une seconde couche d'isolation comprenant un second manteau isolant fibreux, plié en accordéon, cette seconde couche d'isolation étant appliquée contre la surface de la première couche d'isolation opposée à la surface à laquelle les moyens de fixation sont assujettis, la seconde couche d'isolation présentant ainsi la face chaude du dispositif; et (d) au moins l'un des plis du second manteau isolant faisant saillie de la seconde couche d'isolation dans la première couche d'isolation et étant disposé dans l'un des plis du premier manteau isolant, jusqu'à une pro- fondeur suffisante pour que les première et seconde couches d'isolation soient retenues appliquées l'une contre l'autre sans qu'il soit nécessaire de les relier par des moyens mécaniques supplémentaires. Dans une forme de réalisation, la seconde cou- che d'isolation comprend elle-même plusieurs manteaux isolants dont des plis sont imbriqués de la même manière que les plis des premier et second manteaux isolants sont imbriqués comme décrit ci-dessus en (d). Dans une forme préférée de réalisation, plu- sieurs plis de la seconde couche d'isolation sont imbriqués avec des plis de la première couche d'isolation comme décrit ci-dessus en (d). L'invention sera décrite plus en détail en regard du- dessin annexé-à titre d'éxemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective, avec arrache- ment partiel, du dispositif d'isolation selon l'invention prêt à être installé; et 25. la figure 2 est une vue en bout montrant uniquement la structure des manteaux pliés en accordéon. La figure 1 représente un bloc ou module unique 2 selon l'invention, sous la forme dans laquelle il est normalement transporté et manipulé pour être installé. Ce bloc 2, comme représenté, est constitué de deux manteaux isolants fibreux 4 et 6 (pour plus de commodité, ces manteaux seront désignés ci- après par les expressions "couche à face chaude" 4 et "couche à face froide" 6). Des moyens 8 de fixation sont assujettis à la surface extérieure de la couche à face froide 6. Aux fins de l'invention, il suffit d'indiquer que les moyens 8 de fixation sont assujettis à la couche à face froide 6 à l'aide d'une trin- gle 10 qui est noyée dans un pli intérieur 12 du manteau de la couche à face froide et qui est reliée aux moyens 8 de fixation par un organe 14 de liaison replié de manière à former des pattes 16 qui sont enclenchées avec les moyens 8 de fixation en passant dans des fentes 18. Normalement, les blocs modulaires 2 de ce type comportent au moins deux de ces éléments reliant la couche 6 à face froide aux moyens 8 de fixation; sur la figure 1, des seconds éléments de liaison sont indiqués par les références numériques 16' et 18'. Il convient également de noter que d'au- tres fentes 18" sont prévues dans les moyens 8 de fixation afin de permettre l'utilisation d'un plus grand nombre d'éléments de liaison si cela est souhaité. Les moyens 8 de fixation se présen- tent sous la forme d'un profilé en C que l'on peut monter sur une paroi de four en plaçant d'abord une attache à bride (non repré- sentée) contre la paroi de four, puis en faisant glisser le pro- filé des moyens 8 de fixation sur cette attache afin que les ailes des moyens 8 de fixation s'enclenchent avec les brides de l'attache de montage. La structure à couches d'isolation thermique est consti- tuée de plusieurs plis en accordéon formés par les deux couches 4 et 6. Normalement, ces manteaux pliés en accordéon sont réali- sés mécaniquement à partir d'une bande continue de manteau de fibre ayant la largeur souhaitée. Une machine convenant à la réa- lisation de tels plis est décrite dans la demande de brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 921 682, déposée aux noms de R. N.Cunningham et D.D. Smith. Chaque couche d'une unité ou d'un bloc indépendant 2 peut contenir autant de plis que souhaité, mais il est courant d'utiliser environ 7 ou 8 plis lorsqu'un manteau d'épaisseur nomi- nale de 2,5 cm constitue les couches pliées. Il convient de noter que les sens des plis alternent dans chacune des couches 4 et 6. Pour plus de commodité, les plis aboutissant au plus près de la face froide 22 du bloc 2 (c'est-à-dire la surface du bloc adja- cente à la paroi de four après l'isolation, et donc soumise aux températures les plus basses) seront désignés "plis intérieurs" et les plis aboutissant vers la face chaude 24 du bloc 2 (c'est- à-dire la surface du bloc exposée directement à la chaleur du four en service) seront désignés "plis extérieurs". Il apparaît que la tringle 10 d'assujettissement de la couche à face froide 6 aux moyens 8 de fixation est toujours placée dans un pli inté- rieur 12 plutôt que dans un pli extérieur 26 de la couche à face froide 6. La caractéristique importante de la présente invention réside dans l'imbriquement de certains plis intérieurs prolongés 28 de la couche 4 avec certains plis intérieurs 12' de la couche à face froide 6. La couche 4 présente une structure en accordéon dont un grand nombre des plis intérieurs (désignés en 28') et la totalité des plis extérieurs 30 ont une profondeur uniforme. Cependant, à certains intervalles le long de la couche à face chaude 4 pliée en accordéon, des plis intérieurs 28 sont prolon- gés et font saillie vers l'intérieur (c'est-à-dire vers la face froide 22) de la couche à face chaude 4. Chacun de ces plis inté- rieurs prolongés 28 pénètre dans un pli intérieur élargi 12' de la couche 6 à face froide, comme représenté sur les figures. Chaque pli prolongé 28 pénètre normalement sur toute la profon- deur du pli intérieur élargi 12' pour établir un imbriquement maximal entre les deux plis et produire ainsi des forces maxima- les de compression et de frottement fixant la couche 4 à face chaude à la couche 6 à face froide. Sur les figures, deux plis intérieurs prolongés 28 sont représentés pour un seul module ou bloc 2. Cette utilisation de deux plis est préférée, car il est apparu que ce nombre de plis imbriqués convient tout à fait à l'établissement d'un liaison fixe entre les couches 4 et 6. Cependant, si cela est souhaité, il est possible d'utiliser, pour chaque module ou bloc 2, tout nombre quelconque de plis imbriqués 28 et 12', ce nombre s'étendant d'une seule paire de plis 28 et 12' imbriqués à tous les plis intérieurs de la couche 4. Cepen- dant, aucune de ces dispositions extrêmes n'est préférée, car une seule paire de plis imbriqués 28 et 12' risque de ne pas établir une liaison suffisamment solide entre les couches 4 et 6, et l'utilisation d'un grand nombre de paires de plis imbriqués 28 et 12' tend à nuire aux fins de l'invention en exigeant une épaisseur excessive pour le manteau isolant fibreux constituant la couche 4 à face chaude. Les plis prolongés 28 peuvent être formés de diverses manières différentes. Par exemple, on peut simplement retourner à la main l'un des plis extérieurs 30 pour former un pli pro- longé 28 ayant la même longueur que les plis en accordéon de la couche à face chaude 4. En variante, une machine peut être programmée pour effectuer un tel retournement des plis à inter- valles prédéterminés tout en formant les plis normaux de la partie restante de la couche 4 à face chaude. Dans une autre forme de réalisation, une machine peut être programmée pour réa- liser les plis normaux mais pour former également, à intervalles réguliers, des plis de plus grande longueur destinés à cons- tituer ensuite les plis prolongés 30. Dans cette dernière forme de réalisation, les plis plus longs peuvent avoir toute longueur souhaitée et ils peuvent ne pas être limités à une partie prolon- gée ayant la même longueur que les plis réguliers comme c'est le cas lorsque ces plis réguliers sont simplement retournes. Il convient de noter que la seule liaison entre les cou- ches 4 et 6, bien que ces dernières soient en contact à l'inter- face 32, est réalisée par l'engagement des surfaces des plis 28 et 12'. Etant donné que les deux couches sont constituées de maté- riaux fibreux, ce contact des surfaces réalise un assujettissement mécanique important des fibres de surface et établit de grandes forces de frottement tendant à empêcher un pli 28 de sortir d'un pli 12, de sorte qu'il est inutile d'utiliser des dispositifs de fixation mécaniques séparés ou extérieurs (tels que des agrafes ou du fil). En outre, lorsque les modules sont assemblés sur la paroi de four dans la disposition classique en quinconce (décrite, par exemple, dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 3 819 468), les blocs adjacents 2 exercent des forces de compression les uns sur les autres, ce qui tend à refermer les plis 12' et donc à serrer plus fortement les plis prolongés 28. Ces forces de com- pression des blocs adjacents sont normalement obtenues par fabri- cation des blocs de manière que les plis des couches 4 et 6 soient relativement comprimés avant la pose du bloc dans un four ou une structure analogue. Pour maintenir cette compression, il est cou- rant d'envelopper sur trois côtés le bloc 2 à l'aide d'une feuille 34 de carton ou de toute autre matière résistante analogue, et de fixer cette feuille 34 en position au moyen de sangles 36. Après que les modules ou blocs individuels ont été fixés à la paroi de four et que la disposition en quinconce a été réalisée, un ouvrier vient et coupe chacune des sangles 36 afin de permettre l'enlèvement des feuilles 34 et desdites sangles 36.Les forces de compression auxquelles les couches 4 et 6 ont été soumises pré- cédemment sont ainsi libérées, ce qui permet aux couches de s'expanser vers l'extérieur. Cependant, en raison de la disposi- tion en quinconce des blocs adjacents, les couches ne se dépla- cent pas sur une distance importante, mais transmettent plutôt les forces de compression au- bloc immédiatement adjacent. Non seulement ceci présente l'avantage d'accroître la fixation des plis prolongés 28 dans les blocs selon l'invention, mais ceci tend également à refermer les espaces formés entre les blocs adjacents et qui permettraient autrement le passage de flux de chaleur et réduiraient l'efficacité du garnissage iso- lant du four ou de toute structure analogue. Les figures représentent deux couches 4 et 6 constituant la forme préférée de réalisation de l'invention. Il est cependant évident que le concept des plis imbriqués, représenté pour deux couches, s'applique également à davantage de couches formées d'un manteau d'isolation thermique, de sorte qu'une structure à trois couches, à quatre couches ou plus est possible. La forme de réalisation à deux couches est cependant préférée, car le degré de fixation diminue nettement pour les couches disposées au-delà de la face froide. De plus, la chute de température à travers un module isolant d'épaisseur classique (10 à 30 cm) n'est normalement pas suffisante pour justifier l'utilisation de plus de deux types différents de manteaux de fibre, comme décrit ci-après. Chacune des couches 4 et 6 (et des couches supplémentai- res, le cas échéant) est normalement composée de fibres isolan- tes. Les fibres de la couche à face chaude 4 diffèrent normale- ment des fibres de la couche à face froide 6, par le fait qu'elles sont beaucoup plus résistantes à la température. Parmi les diverses combinaisons de fibres pouvant être utilisées, on peut citer: une couche à face chaude 4 constituée de fibres d'alumine (température d'utilisation de 1 6700C) et une couche à face froide 6 composée de fibres de silice/alumine/oxyde de chrome (température d'utilisation de 1 430'C); une couche à face chaude 4 composée des fibres précitées de silice/alumine/ oxyde de chrome et une couche 6 à face froide composée de fibres classiques d'alumino-silicate (température d'utilisation de 1 260'C); une couche à face chaude 4 composée des fibres préci- tées d'alumino-silicate et une couche à face froide 6 composée de l'une quelconque des fibres décrites dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique no 4 055 434 (température d'utilisation de 760- 1090 C); ou une couche à face chaude 4 composée des fibres préci- tées, décrites dans le brevet n0 4 055 434 précité, et une couche à face froide 6 composée de toutes fibres de verre, de laines minéralesou de lainesde roche classiques. D'autres combinaisons, telles que des fibres de silice/alumine/oxyde de chrome pour la couche à face chaude 4, doublées par des fibres du type décrit dans le brevet n0 4 055 434 précité pour la couche à face froide 6, peuvent également être utilisées si l'épaisseur de la couche à face chaude 4 est suffisante pour ramener la température de l'interface 32 à une valeur comprise dans la plage dès tempéra- tures d'utilisation des fibres composant la couche à face froide 6. La détermination de la fibre appropriée à utiliser pour la couche à face chaude 4 dépend de la température présente sur la face chaude 24, tandis que la détermination de la fibre appropriée à utiliser pour la couche à face froide 6 dépend de la tempéra- ture présente à l'interface 32, cette dernière température dépen- dant elle-même à la fois de la température de la face chaude 24 et de l'épaisseur de la couche à face chaude 4, ainsi que du degré de transmission de chaleur à travers la couche à face chaude 4. Bien que, normalement, les fibres des deux couches aient des compositions différentes, il est possible que les deux cou- ches comprennent des fibres de même composition. Bien que cette forme de réalisation n'apporte évidemment pas d'avantages thermi- ques ou financiers supplémentaires, elle peut être utilisée pour simplifier la réparation des blocs thermiques lorsque la détério- ration de leur surface pose un problème fréquent. Ainsi, lorsque la face chaude de tels blocs est détériorée, il suffit de retirer la couche extérieure ou couche 4 à face chaude et de la remplacer par une couche à face chaude 4 neuve dont les plis 28 sont alors coincés dans les plis 12' de la couche à face froide 6 existante. Une telle disposition pourrait également être avantageuse s'il était impossible d'entreprendre immédiatement la réparation d'un bloc endommagé, car, même si la face chaude 4 est arrachée pen- dant le fonctionnement du four, la couche 6 à face froide res- tante assurerait un certain degré d'isolation thermique, évitant ainsi une perte totale de chaleur par la partie endommagée. Les blocs modulaires selon l'invention sont utiles à des applications d'isolation thermique très diverses. Ils peuvent être utilisés pour le garnissage des surfaces intérieures de fours industriels, d'autres fours et d'autres appareils industriels analogues, travaillant à haute température. Dans de tels équipe- ments, ils peuvent être utilisés pour revêtir des parois, des plafonds, des portes ou n'importe quelle autre surface par laquelle il faut éviter une perte de chaleur. Des applications particulières de ces fours existent dans les industries de la poterie et des céramiques, dans les industries de l'acier et dans les industries du verre. D'autres dispositifs analogues sont uti- lisés pour recuire des articles de verre tels que des bouteilles et des vitres, pour la cuisson de peintures et de revêtements et pour le revenu d'objets métalliques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif d'isolation thermique destiné à être fixé à une surface d'un four ou autre structure et présentant une face chaude et une face froide, cette dernière étant adja- cente à ladite surface et la face chaude étant exposée à la température d'utilisation la plus élevée régnant dans le four ou autre structure lorsque le dispositif d'isolation est en service, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: (a) une première couche (6) d'isolation comprenant un premier manteau isolant fibreux plié en accordéon; (b) des moyens (8) de fixation assujettis à la première couche d'isolation et destinés à fixer le dispositif à ladite surface du four ou autre structure, cette première couche d'iso- lation présentant la face froide du dispositif; (c) une seconde couche (4) d'isolation comprenant un second manteau isolant fibreux plié en accordéon et appliquée contre ladite première couche d'isolation,sur la face de cette dernière opposée à celle à laquellessot assijetts les troyens ih F1xatiorbla seconde couche d'isolation présentant ainsi la face chaude du dispositif; et (d) au moins l'un (28) des plis du second manteau iso- lant fibreux faisant saillie de la seconde couche d'isolation dans la première couche d'isolation et étant disposée dans l'un (12') des plis du premier manteau d'isolation thermique plié, sur une profondeur suffisante pour retenir les première et seconde couches d'isolation l'une contre l'autre sans qu'il soit nécessaire d'utiliser entre elles d'autres liaisons mécaniques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres isolantes constituant la première couche d'iso- lation ont une composition différente de celle des fibres cons- tituant la seconde couche d'isolation et ont également une résis- tance thermique supérieure à celle des fibres de la seconde couche. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs plis du second manteau isolant sont disposés dans un nombre égal de plis de la première couche d'isolation. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque bloc contient deux paires de plis imbriqués. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde couche d'isolation comprend plusieurs manteaux isolants fibreux, pliés en accordéon, chaque manteau comportant des plis imbriqués avec les plis du manteau immédiatement adjacent, comme indiqué en (d) dans la revendica- tion 1.