Brevet FR2580775A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une isolation thermique multicouche autour et le long d'une- traversée cylindrique solide, une machine à calorifuger pour la mise en oeuvre de ce procédé et une traversée isolée thermiquement obtenue par ce procédé. On utilise dans l'industrie des réservoir#s de fluides cryogéniques en l'occurrence de gaz liquéfiés tels que l'hélium ou l'azote liquide. Ces réservoirs ouverts encore appelés "Dewar" comprennent généralement une cuve en aluminium ou en acier inoxydable, dans l'orifice de laquelle est engagé et fixé un col de remplissage cylindrique qui peut être en matière plastique ou en acier inoxydable. Ces réservoirs doivent être revêtus d'une couche d'isolation thermique à haute performance pour éviter une évaporation trop rapide du liquide stocké. Cette couche d'isolation est gêné- ralement réalisée au moyen de l'enroulement d'au moins une bande isolante tout autour de la cuve et également sur toute la hauteur du col de remplissage.L'enroulement de la ou des bandes isolantes est réalisé au moyen d'une machine de calorifugeage qui enroule la ou les bandes isolantes autour de la cuve et du col du réservoir tandis que ce dernier est entratné en rotation autour de son axe. Pour obtenir une excellente isolation à l'endroit du col de remplissage, il est nécessaire d'obtenir un bon raccordement des couches formant écrans d'isolation sur toute la hauteur de ce col, afin de protéger au mieux le col sur toute sa hauteur à l'encontre des effets de rayonnement# et de refermer au maximum les isothermes tout autour du réservoir. Il est donc nécessaire, au cours de ltenveloppement du réservoir, de faire "monter" progressivement le long du col les diverses couches isolantes constituant l'isolation thermique. Pour obtenir une telle montée des couches isolantes le long du col on connaît déjà un procédé consistant à intercaler, en certains endroits du col, des matelas annulaires en matière isolante, par exemple en la-ine de verre, ces matelas étant disposés entre des groupes de couches isolan tes. IJn tel procédé présente toutefois l'inconvénient qu'il nécessite l'arrêt de la machine pour permettre la mise en place de ces matelas intercalaires. Un autre procédé connu consiste b fixer périodiquement sur le col, b l'extérieur de celui-ci, des collerettes annulaires, su-dessus d'un groupe de couches isolantes, en laissant un vide entre chaque collerette et le groupe de couches isolantes sous-jacent. Là encore ce procédé exige un arrêt de la machine pour la mise en place des collerettes sur le col. Un autre procédé connu consiste å replier sur ellemême chaque couche isolante dans la zone du col. Ce procédé est le plus employé actuellement car il peut être réalisé d'une manière automatique. Par contre avec ce procédé le nombre de couches isolantes est pratiquement imposé par la longueur du col ce qui peut conduire, dans le cas d'un réservoir de très longue autonomie, å col long, un excès de couches isolantes nuisant au poids et à l'encombrement du réservoir dans son ensemble. La présente invention vise è remédier è ces inconvénients en procurant un procédé facile à mettre en oeuvre, économique, pouvant être réalisé de manière automatisée sur des séries importantes et permettant d'obtenir une réparti- tion optimisée des couches isolantes qui autorisent un bon bouclage thermique. A cet effet ce procédé de fabrication d'une isolation thermique multicouche autou-r et le long d'une traversée cylindrique solide, notamment d'un col de remplissage d'un réservoir contenant un fluide cryogénique, dans lequel on enroule, autour de la traversée, une bande en matière isolante thermiquement en formant plusieurs couches superposées, est caractérisé en ce qu'on enroule préalablement sur la traversée cylindrique, avant l'application de la bande isolante, un cordon en matière isolante thermiquement de manière que ce cordon forme une hélice sur toute la longueur de la traversée et on applique ensuite les couches isolantes successives de manière que ces couches prennent appui, h l'endroit où elles sont en contact avec la traversée, sur le cordon hélicoidal préalablement enroulé, en se superposant les unes aux autres le long de ce cordon. Le procédé suivant l'invention offre l'avantage qu'il permet d'obtenir la répartition désirée, le long de la traversée ou du col du récipient, du même nombre de couches isolantes que celui des couches utilisées normalement pour l'isolation du récipient. On peut, en choisissant d'une manière appropriée, la nature, le diamètre moyen, le pas et le diamètre d'enroulement du support que constitue le cordon isolant hélicoidal, recouvrir un large domaine de caracté- ristiques. Notamment le pas du cordon hélicoidal peut être constant ou variable le long de la traversée. L'invention a également pour objet une machine à calorifuger mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention, cette machine comprenant des moyens pour entraîner en rotation, autour de son axe, un réservoir de fluide à ca lorifuger, et des moyens pour enrouler autour du récipient et de son col de remplissage au moins une bande isolante formant plusieurs couches isolantes superposées, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour enrouler en hélice, sur le col du réservoir, un cordon isolant avant l'application ultérieure de la bande isolante en appui sur le cordon hélicoïdal formant support. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention la machine comprend une bobine de cordon isolant, une débobineuse comportant un corps cylindrique disposé parallèlement au col du récipient, en étant aligné transversalement avec celui-ci, ce corps cylindrique présenta#nt dans sa surface périphérique un filetage dans lequel passe le cordon isolant issu de la bobine, en formant au moins une spire, le cordon s'étendant entre la débobineuse et le col du réservoir pour constituer sur ce col, au fur et h mesure de la rotation du réservoir et de celle de la débobineuse qui en résulte, une hélice dont le pas est fonction de celui du filetage du corps cylindrique de la débobineuse. L'invention a également pour objet un réservoir pour fluide cryogénique comportant un col isolé par le procédé susmentionné. On décrira ci-après,è titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en perspective partielle de la partie supérieure d'un réservoir de fluide cryogénique en cours de fabrication de l'isolation sur la cuve du réservoir et autour du col de ce réservoir, par le procédé suivant l'invention. La figure 2 est une demi-vue en coupe axiale schématique du col du réservoir recouvert des couches isolantes successives. La figure 3 est une vue en élévation schématique d'une machine à calorifuger suivant l'invention. Comme il est illustré sur les figures 1 et 2, le procédé suivant l'invention vise å assurer une isolation parfaite d'une traversée solide, en l'occurence du col cylindrique 1 d'un réservoir de fluide cryogénique 2 comportant une cuve 3 en aluminium, acier inoxydable ou autre matière, y compris en matière plastique. Le col de remplissage 1 est fixé à la cuve 3, par tout moyen approprié, le long d'une collerette supérieure 4 bordant l'orifice de la cuve 3. L'isolation thermique du réservoir 2 est réalisée par enveloppement du col 1 et de la cuve 3 par une bande isolante 5 formant une succession de spires ou couches isolantes superposées et régulièrement réparties autour de l'axe du réservoir 2. Cet enveloppement est réalisé au moyen d'une machine qui sera décrite plus loin en détail en référence à la figure 3. La bande isolante 5 est de tout type approprié: elle peut être constituée, notamment, par la superposition d'une feuille mince d'aluminium#, formant réflecteur, et d'une feuille de papier isolant formant intercalaire. Suivant l'invention on enroule, sur le col 1, un peu avant l'application des couches isolantes 5, une "ficelle" ou un cordon isolant 6 de manière que ce cordon forme un enroulement hélicoïdal sur le col 1. Par cordon on entend tout corps flexible allongé susceptible d'être enroulé en hélice. Ce cordon ou "ficelle" peut être en n'importe quelle matière isolante thermiquement compatible avec l'utilisation et la fabrication du matériel concerné-. il peut être réalisé, notamment, dans la même matière (papier) que celle constituant l'intercalaire de la bande isolante 5, ou bien encore en polypropylène. On peut également envisager d'utiliser des "ficelles" ou cordons préencollés qui seraient alors rendus solidaires du col après polymérisation de la colle.La "ficelle" ou cordon peut être aussi enrobé d'une couche de résine intumescente permettant d'augmenter la zone d'appui des couches isolantes 5. Comme on le verra plus loin, l'application du cordon isolant hélicosdal 6 et-des couches isolantes 5 s'effectue alors que l'ensemble du réservoir 2 est entraîné en rotation autour de son axe. Comme on peut le voir sur la figure 1, le cordon isolant 6 vient en contact avec la surface périphérique du col i en un point A en étant tangent à cette surface en ce point, tandis que chaque couche isolante 5 quitte le col 1, pour recouvrir ensuite la cuve 3, en un point B en étant sensiblement tangente au col en ce point. Le point A est situé en arribre du point B en considérant le sens de rotation du réservoir 2 indiqué par la flèche f sur la figure 1 (sens des aiguilles d'une montre), d'un angle qui peut être par exemple d'environ 900.Ceci a pour effet que le cordon isolant 6 est appliqué au contact de la surface du col 1, au point A, environ un qua#rt de tour avant qu'en ce même point A soit appliquée une spire de la bande isolante 5. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, les couches isolantes successives 5 prennent appui, par leur bords proches du col 1, sur les spires successives du cordon isolant 6 enroulé préalablement en hélice sur le col 1. On voit donc qu'il est possible, en choisissant d'une ma nière appropriée la nature, le diamètre moyen, le pas et le diamètre d'enroulement du cordon isolant 6 qui forme un support pour les couches isolantes 5, de recouvrir un large domaine de caractéristiques d'isolation dans la zone du col 1. Le cordon hélicoïdal isolant 6 permet donc de répartir judicieusement, le long du col 1, les couches isolantes 5 en contact à cet endroit avec le col et le nombre des spires formées par le cordon 6 sur le col 1 correspond au nombre de couches d'isolation superposées nécessaires pour l'isolation totale du réservoir 2. Sur la figure 3 est représentée une machine à calorifuger permettant d'obtenir l'isolation parfaite d'un réservoir telle que représentée sur les figures 1 et 2. Cette machine comporte un arbre horizontal 7 entraîné en rotation et sur lequel est enfilé et bloqué le col 1 du réservoir 2, de manière à entraîner en rotation l'ensemble du réservoir 2 autour de son axe, c'est-à-dire de l'axe de l'arbre d'entraînement horizontal 7. La machine comporte par ailleurs un ensemble d'enrubannage 8 qui comporte des bobines 9 de bandes isolantes 5 et éventuellement des bobines 9a de bandes très minces Sa d'aluminium (réflecteur), cet ensemble d'enrubannage 8 étant monté à rotation, de la manière habituelle, autour d'un axe horizontal incliné par rapport à l'axe de l'arbre 7 et recoupant cet axe. Suivant l'invention la machine comporte une bobine 11 montée à rotation sur un support 12 et à partir de laquelle est dévidé la "ficelle" ou le cordon isolant 6. Ce cordon 6 passe ensuite à travers un frein 13 assurant une tension régulière du cordon 6, puis sur une débobineuse 14 parallèle au col 1 du réservoir et alignée transversalement avec ce col. Cette débobineuse i4 est constituée par un corps cylindrique de même diamètre que le col 1 du réservoir et dans la surface périphérique duquel est ménagé un filetage 15. Ce corps cylindrique est monté à rotation de manière à pouvoir tourner librement autour de son axe horizontal 17 qui est parallèle à l'axe de l'arbre 7.Le cordon 6 est enroulé dans le filetage 15 du corps cylindrique de manière à former au moins une spire et il quitte ensuite ce corps cylindrique pour s'étendre en direction du col 1 sur lequel il est enroulé en hélice. Le pas du filetage de la débobineuse 14 est fonction du pas de l'enroulement hélicoïdal désiré du cordon 6 sur le col 1. Au démarrage d'une opération d'isolation-on fixe le cordon isolant 6 sur la partie basse du col 1, c'est-à-dire à proximité immédiate de la cuve du réservoir. Lorsque la machine est mise en marche, le réservoir 2 est entraîné en rotation autour de son axe, par l'arbre 7, et par conséquent le cordon 6 est enroulé autour du col 1. La rotation du col 1 est transmise, par le cordon 6, à la débobineuse 14 qui tourne alors à la même vitesse que le col 1 du fait que celui-ci et le corps de la débobineuse 14 ont le même diamètre. Du fait que le cordon 6 est engagé dans le filetage 15, ce cordon quitte la débobineuse 14 en un point qui se déplace régulièrement parallèlement à l'axe 17. Ceci a pour conséquence que le cordon 6 est enroulé progressivement, sur le col 1, suivant une hélice dont le pas est fonction de celui du filetage 15. Par conséquent si l'on désire changer de répartition des couches isolantes le long du col 1 et/ou de diamètre de col, il suffit de changer en conséquence le modèle de la débobineuse 3. L'utilisation de diamètres et de pas différents permet d'obtenir des pas variables pour l'hélice formée par le cordon 6. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une isolation thermique multicouche autour et le long d'une traversée solide, notamment d'un col de remplissage d'un reservoir contenant un fluide cryog#que, dans lequel on enroule autour de la traversée et de la cuve du réservoir-au moins une bande en matière isolante thermiquement en formant plusieurs couches superposées, caracttrise en ce qu'ai fixe chaque emplacement de contact de la bande (5) avec la traversée (1) au moyen d'un cordon (6) appliqué en hélice sur ladite traversée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'on enroule prealablement le cordon (6) sur la traversée (1), juste avant l'application de la bande isolante (5), et on applique ensuite les coraches isolantes successives (5) de manière que ces ouches prennent appui, à l'endroit od elles sont en contact avec la traversée (1), sur le cordon hélicoïdal (6) préalablement enroulé, en se superposant les unes aux autres le long de ce codon (6). 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise un cordon (6) en matière isolante thermiquement. 4. -#.fl suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise un cordon isolant -(6) en la mAme matière que l'intercalaire isolant de la bande isolante (5) lorsqu'elle est du type double, à feuille d'aluminium formant réflecteur et à feuille de papier isolant farinant intercalaire. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caracterise en ce qu'on applique le cordon (6) sur la traversée (1) en un point (A) situé à environ un quart de tour en avant du point (B) de la traversée ou est applique ensuite la bande isolante (5). 6. Machine à oalorifuger mettant en oeuvre le procédé suivant la revendication 1, comprenant des des moyens pour entrainer en rotation, autour de son axe, un réservoir de fluide à calorifuger, et des moyens pour enrouler autour du récipient et de son col de remplissage au moins une bande isolante formant plusieurs couches isolantes superposées, caracttrisée en ce qu'elle comprend des mayens (11, 13, 14) pour enrouler en milice un cordon (6) sur le col (1) du réservoir, 7.Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens (11, 13, 16) d'enroulement du cordon (6) sont adaptés pour appliquer ce dernier sur le col (1) juste avant liapplication ultérieure de la bande isolante (5) en appui sur le cordon hélicoïdal (6) formant support. 8. Machine suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une bobine (11) de cordon (6), une débobineuse (14) comportant un corps cylindrique disposé parallèlement au col (1) du récipient, en étant aligné transversalement avec celui-ci, ce corps cylindrique présentant dans sa surface périphérique un filetage (15) dans lequel passe le cordon (6) issu de la bobine, en formant au moins une spire, le cordon (6) s'étendant entre la débobineuse (14) et le col (1) du réservoir pour constituer sur ce col, au fur et à mesure de la rotation du réservoir et de celle de la débobineuse (14) qui en résulte, une hélice dont le pas est fonction de celui du filetage du corps cylindrique de la débobineuse (14). 9. Machine suivant la revenedication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un frein (13) de régulation de la tension du cordon (6), entre la bobine (11) et la débobineuse (14). 10. Machine suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la débobineuse (14) est interchangeable en fonction du changement de la répartition des couches isolantes le long du col (1) et/ou du diamètre de ce col. 11. Réservoir pour fluide cryogénique comportant un col de remplissage (1) isolé au moyen de couches successives (5) dont l'emplacement de contact avec le col est fixé par un cordon (6) enroulé en hélice sur le col et obtenu par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5.