Brevet FR2508593A1 — publié le 19821231

La présente invention a trait à un dispositif propre à former cale d'écartement entre les deux parois élémentaires d'un système d'isolation par le vide. Il est bien connu que ce genre d'isolation constitue sans aucun doute un moyen excellent pour assurer le maintien de températures élevées ou basses. Comme une forte poussée s'applique sur un tel système du fait que la pression interne est réduite en suite de l'évacuation, il faut y prévoir des parois élémentaires a résistance mécanique élevée. Pour parvenir à pareil résultat lton doit utiliser des matériaux présentant de hautes qualités à cet égard. Il faut en même temps prévoir de fortes épaisseurs. Il est évident que tout cela limite les possibilités de réalisation de systèmes d'isolation par le vide de grandes dimensions. Pour remédier à ces inconvénients la demande de brevet japonais publiée sous le N0 1979-63453 décrit un système du genre en question susceptible de supporter des pressions extérieures considérables appliquées à ses parois élémentaires, gracie à l'insertion entre celles-ci d'un dispositif de cale d'écartement en forme de nid d'abeilles, fait en une matière elle-méme isolante de la chaleur. Du fait de la présence de ce dispositif, la double paroi n'est pas écrasée par la pression atmosphérique lors de l'évacuation et l'on évite toute déformation des parois élémentaires. Toutefois l'on se heurte au fait que ce nid d'abeilles détermine un transfert de chaleur par conduction à travers les éléments plats qui le constituent, ce qui abaisse grandement l'efficacité de l'isolation réalisée par le vide. De plus une autre difficulté est que pour réduire la pression interne de façon régulière lors de l'évacuation à travers une tubulure de sortie appropriée, il faut que chaque élément du nid d'abeilles laisse circuler l'air ainsi aspiré et l'expérience montre qu'il n'est pas facile d'obtenir ce résultat. Pour toutes ces raisons l'on désire depuis longtemps avoir un dispositif de cale d'écartement pour système d'isolation par le vide qui comporte moins de transfert de chaleur et qui soit de fabrication plus facile. La présente invention vise donc à permettre d'établir un tel dispositif de cale d'écartement pour système d'isolation par le vide, qui minimise le transfert de chaleur et améliore par conséquent l'effet obtenu. Un second point visé par l'intervention consiste à réaliser un tel dispositif qui soit de fabrication facile et peu coûteuse. L'invention vise en troisième lieu à établir un dispositif du genre en question qui comporte une haute résistance mécanique et qui puisse supporter aisément la pression atmosphérique lors de l'évacuation. Suivant les formes d'exécution de l'invention ce dispositif peut comprendre des supports faits soit d'un alignement en parallèle de traverses à section rectangulaire, soit de telles traverses disposées sous la forme d'une grille, soit tantôt de l'un de ces genres, tantôt de l'autre en combinaison, ces supports étant disposés suivant au moins trois niveaux de façon que leurs points sse contact ne se chevauchent pas, c'est à dire que ceux d'un premier niveau avec ceux d'un second ne se trouvent pas en face de ceux du premier ou du second avec un troisième. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue en perspective montrant une première forme d'exécution d'un dispositif de cale d'écartement suivant l'invention. Fig. 2 est une coupe suivant I-I (fig. 1) et dans laquelle le trajet d'écoulement de la chaleur a été indiqué par des flèches. Fig. 3 est une vue en perspective montrant une seconde forme d'exécution d'un dispositif à trois niveaux suivant l'invention. Fig. 4 montre de meme manière une troisième forme d'exécution à quatre niveaux. On décrira d'abord la première forme d'exécution de l'invention en référence à fig. 1. Des traverses cl, c2, c3, à section rectangulaire, faites en un matériau isolant, sont alignées parallèlement les unes aux autres pour former support de premier niveau. Un autre support, ou support de second niveau, est établi par le moyen de traverses parallèles bl, b2, b3 orientées à 900 des précédentes sur lesquelles elles sont montées. Il est encore prévu un support de troisième niveau, fait de traverses ai, a2, a3 orientées à 900 de celles du second niveau et reposant sur celles-ci. Fig. 1 montre de plus que les points de contact entre le support de second niveau et celui de troisième (monté sur le précédent) sont disposés en quinconce par rapport à ceux qui correspondent aux supports de premier et de second niveau, de sorte que ces deux séries de points de contact ne se superposent pas, en ce sens que ceux de l'une ne se trouvent pas directement au dessus ou au dessous de ceux de l'autre. En d'autres termes le point de contact 2 entre une traversea2 du support de troisième niveau et une autre b2 de celui de second niveau se trouve situé à mi-chemin entre les points de contacts 6 et 7 où se croisent la traverse b2 du support de second niveau et celles cl et c2 du support de premier niveau, ces points 6 et 7 d'une part et le point 2 d'autre part étant disposés sur des bords respectifs opposés de la traverse b2. Comme le montre cette meme fig. 1, les autres traverses bl et b2 du second niveau comportent la même disposition, laquelle ressort bien de fig. 2 (coupe suivant I-I, fig. 1). Bien que cela n'ait été illustré, il existe des#surfaces de transfert de chaleur (parois élémentaires du système d'isolation) qui viennent au contact des bords supérieurs des traverses al, a2, a3 du support de troisième niveau, ainsi que des bords inférieurs de celles cl, c2, c3 du support de premier niveau. Quand l'air a été évacué entre ces deux surfaces ou parois de manière à créer le vide entre elles, le transfert de chaleur s'effectue surtout par conduction à travers les supports ainsi que par rayonnement dans l'espace intermédiaire et par convection, c'est à dire sous l'effet du libre parcours moyen des molécules gazeuses qui subsistent dans ledit espace, par exemple en allant vers une surface de transfert de chaleur disposée dans le bas, si la surface supérieure comporte une température plus élevée que celle-ci. Le transfert de chaleur par conduction s'effectue à travers la totalité du support dans le cas du troisième niveau. Au contraire, pour aller du troisième niveau au second cette chaleur doit passer par les points de contact à section réduite de ce support de troisième niveau avec celui de second niveau et la chaleur ainsi transférée doit cheminer latéralement à travers les traverses de ce support de second niveau pour parvenir aux points de contact entre ces traverses et celles du support du premier niveau. Ainsi, comme le montre bien fig. 2, la chaleur est transférée à la traverse b2 du support de second niveau à partir de celle a2 du support de troisième niveau en passant par le point de contact 2 ; puis elle diffuse vers la droite et vers la gauche et elle est transférée aux traverses cl et c2 du support de premier niveau à travers les points de contact 6 et 7. Dans le cas d'un dispositif de cale d'écartement classique à un seul niveau, tel que ceux en nid d'abeilles connus, les sections de transfert de chaleur correspondant aux surfaces ou parois supérieure et inférieure sont constituées par les zones suivant lesquelles la grille constitutive de la cale est en contact avec les surfaces ou parois précitées et le trajet de conduction est égal à la distance qui sépare ces surfaces en ligne droite. Au contraire dans le cas d'un dispositif de cale tel que celui représenté en fig. 1, dans lequel les points de contact des supports ne se chevauchent pas (au sens indiqué plus haut), le transfert de chaleur par conduction est considérablement réduit du fait des faibles sections de passage aux points de contact entre les supports des niveaux successifs et de la longueur du trajet que la chaleur doit parcourir le long des traverses du support de second niveau. Les matériaux utilisés pour établir un support suivant l'invention, c'-est à dire un dispositif de cale d'écartement isolant, peuvent être n'importe quel mauvais conducteur de la chaleur, par exemple un thermodurcissable tel que la bakélite, une résine époxy ou d'urée, etc..., ou bien un thermoplaste comme le polypropylène, le polyéthylène à haute densité, un polyester, une résine ABS (acrylonitri le-butadiène-s tyrene) , etc..., ou encore du papier imprégné ou de la pulpe armée de résine. Bien entendu, lors du choix du matériau approprié l'on doit tenir compte de la température mise en oeuvre dans le système d'isolation et il faut prendre en considération la tenue à la chaleur de ce matériau. Les céramiques sont particulièrement à recommander quand le système s'utilise à des températures élevées. Il est avantageux que les points de contact entre les divers niveaux soient collés ou bien assemblés à embrèvement de façon à réaliser un ensemble rigide et stable. Une autre méthode de fabrication possible consiste à mouler un tel ensemble d'une seule pièce. C'est la résistance mécanique des matériaux utilisés pour les deux parois élémentaires du système qui détermine ce que doit être la largeur des intervalles qui séparent les traverses adjacentes constitutives du support de chaque niveau. Quand on réduit cet intervalle entre traverses voisines, l'importance du transfert de chaleur à travers le dispositif augmente considérablement. Plus les traverses constitutives d'un support sont d'épaisseur réduite, plus ce transfert diminue. Toutefois c'est la résistance mécanique exigée d'un support qui constitue le facteur décisif du choix de cette épaisseur. Dans le cas où l'on utilise une résine synthétique, on peut considérer comme convenable une épaisseur de traverse de 1 à 2 mm avec un intervalle de 10 à 50 mm entre les traverses successives. Fig. 3 est une vue semblable à celle de fig. 1, mais montrant un autre exemple de dispositif de cale d'écartement à trois niveaux suivant l'invention. Les supports respectifs A et C de troisième et de premier niveau sont tous deux#réalisés par des traverses en matériau isolant comportant une section rectangulaire agencées de façon à constituer une grille. Ces supports ou grilles reçoivent la poussée des parois élémentaires du système d'isolation auquel le dispositif est associé et plus particulièrement quand ce système est plat, ils forment appui à l'encontre de la pression extérieure. Le support B de second niveau est constitué par une série de traverses isolantes Bl, B2, B3, également à section rectangulaire, disposées parallèlement les unes aux autres. On peut voir en fig. 4 un exemple de dispositif de cale d'espacement suivant l'invention comportant quatre niveaux. Ici les supports respectifs D et A de premier et de quatrième niveau, qui se trouvent en face des parois élémentaires du système d'isolation, sont l'un et l'autre établis sous la forme de grilles. Les supports C et B de second et de troisième niveau sont tous deux réalisés par alignement de traverses parallèles sans points de contact se chevauchant entre un niveau et l'autre. Pour établir un tel dispositif à quatre niveaux l'on peut par exemple mouler d'une seule pièce l'ensemble du second et du troisième en une résine thermoplastique appropriée. Cet ensemble de deux supports d'une seule pièce peut encore s'utiliser pour le troisième et le quatrième niveau. Il suffit de placer les éléments les uns sur les autres, préférablement en les collant, pour obtenir un dispositif complet à quatre niveaux. Le dispositif suivant l'invention s'insère entre les deux parois élémentaires d'un système d'isolation par le vide, pour les supporter et les renforcer. Comme chacun des espaces délimités par les supports n'est pas fermé, l'évacuation s'effectue aisément et l'on peut éventuellement procéder sans difficulté à un remplissage de perlite ou de poudre d'aérogel, comme cela se fait couramment dans de tels systèmes. Le libre parcours moyen des molécules du gaz qui subsiste dans l'espace évacué se trouve réduit par un remplissage de perlite. Cela aboutit à une diminution du transfert direct de chaleur par ces molécules et a pour résultat une meilleure isolation. On peut en outre insérer entre certains niveaux d'un dispositif de cale à trois niveaux ou plus, des feuilles d aluminium propres à former réflecteurs en vue d'abaisser le transfert de chaleur par rayonne ment. Le dispositif suivant l'invention peut s'utiliser non seulement dans le cas de parois élémentaires planes, mais également quand celles-ci sont cylindriques ou sphériques. Il n'est pas besoin de dire que les supports doivent être prévus pour de telles surfaces courbes. Il n'est pas nécessaire d'appliquer le dispositif à toute l'étendue du système d'isolation intéressé. On peut le limiter à la partie de celui-ci dans laquelle un renfort est exigé. A titre d'exemple on peut citer le cas d'une bouteille isotherme cylindrique, dans laquelle le dispositif s'utilise uniquement pour le fond en vue de supporter l'élément intérieur de la bouteille, ce qui renforce celle-ci sans abaisser l'efficacité de l'isolation. On trouvera ci-dessous les résultats d'essais d'un dispositif de cale d'espacement suivant l'invention~: Cet essai a été effectué en utilisant un récipient fait d'un élément intérieur (300 x 300 mm) et d'un élément extérieur (340 x 340mm), tous les deux en tole d'acier inoxydable de 1 mm d'épaisseur, ces deux éléments étant combinés l'un avec l'autre pour réaliser un système d'isolation à double paroi. Un dispositif de cale d'écartement de 20 mm d'épaisseur était inséré dans l'espace compris entre les deux éléments du récipient, on fermait cet espace et on l'évacuait à 6 x 10-7 torr pour réaliser l'isolation par le vide de l'élément intérieur. On utilisait un dispositif propre à détecter la température d'une eau disposée à l'intérieur de l'appareil et l'on agençait sur le haut de celui-ci une ouverture de 63,5 mm de diamètre. Au cours de l'essai on se servait d'un dispositif de cale d'isolement à quatre niveaux suivant fig. 4, fait en résine phénolique, la section des traverses étant de 2 x 5 mm. L'intervalle des traverses des supports de premier et de quatrième niveau du dispositif utilisé au cours de l'essai était de 30 mm. Celui existant entre les traverses de second et de troisième niveau avait la même valeur. On insérait en outre une feuille d'aluminium entre les supports de troisième et de quatrième niveau. On remplissait le récipient à double paroi ainsi établi de 18 litres d'eau bouillante et on lisait les variations de température de celle-ci à l'aide d'un termo-couple installé à l'intérieur du récipient. On a atnsi relevé qu'il fallait 6 heures pour que la température s'abaisse de 80 à 600 C. Au contraire lorsque le même récipient était équipé d'un dispositif de cale d'écartement en nid d'abeilles de 20 mm d'épaisseur (fait en résine phénolique avec des traverses de 2 mm d'épaisseur, écartées les unes des autres d'environ 30 mm) il ne fallait que 4h 30 pour que la température s'abaisse ainsi de 80 à 600 C. Ce résultat démontre qu'un dispositif suivant la présente invention comporte une efficacité meilleure que ceux de la technique antérieure. Dans le cas d'un récipient semblable équipé d'une couche isolante de 20 mm d'épaisseur faite en mousse d'uréthanne rigide, il suffisait de 2 heures pour réaliser ce même abaissement de température de 80 à 600 C. Cela confirme que l'isolation par vide réalisée conformément à l'invention comporte des caractéristiques particulièrement supérieures. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précede n'a été donnée qu'à titre d'exemple, et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de cale d'espacement pour système d'isolation par le vide, destiné à être inséré entre les deux parois élémentaires de ce système, caractérisé en ce qu'il comporte des supports sur au moins trois niveaux, chaque support comprenant plusieurs organes faits en matière isolante, les organes de chaque niveau étant disposés de façon telle que les points de contact entre les deux organes de ce niveau et ceux du niveau suivant (ou précédent) ne se trouvent pas en face des points de contact entre les organes de ce niveau suivant (ou précédent) et ceux d'un troisième niveau. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins son premier niveau comprend plusieurs traverses à section rectangulaire disposées parallèlement les unes aux autres et faites en un matériau isolant. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un autre de ces niveaux comprend des traverses à section rectangulaire, faites en un matériau isolant et disposés à la façon d'une grille. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que son premier niveau comprend plusieurs traverses parallèles les unes aux autres, tandis que son second niveau, adjacent au premier, comporte de son côté plusieurs traverses perpendiculaires à celles du premier niveau. 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les niveaux adjacents de part et d'autre du premier comprennent des traverses à section rectangulaire, faites en un matériau isolant et disposées sous la forme d'une grille dans ces niveaux adjacents. 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième et un quatrième niveau, tous deux faits de traverses disposées sous la forme d'une grille, le premier et le second niveau étant un ensemble pris en sandwich entre le troisième et le quatrieme, de manière que ce soient ces derniers qui viennent en contact avec les faces ou parois en vis-à-vis du système d'isolation. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins son premier niveau comprend des traverses à section rectangulaire faites en un matériau isolant et disposées suivant une grille. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins un autre de ses niveaux comprend plusieurs traverses à section rectangulaire faites en un matériau isolant et disposées parallèlement les unes aux autres. 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les espaces compris entre les traverses de chaque niveau sont remplis de perlite. 10. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les espaces compris entre les traverses de chaque niveau sont remplis de poudre d'aérogel. 11. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs feuilles métalliques réfléchissantes insérées entre des niveaux adajacents.