Brevet FR2662490A1 — publié le 19911129

ENSEMBLE D'ISOLATION THERMIOUE L'invention concerne un ensemble d'isolation thermique composé de matériaux isolants séparés les uns des autres par des films réfléchissants. Dans les ensembles d'isolation thermique connus, par exemple réservoirs à basse température pour utilisation de longue durée, réutilisables, à structure légère, pour applications aérospatiales, un certain nombre de problèmes se posent, qui n'ont pu être résolus jusqu'ici, tels que par exemple: l'appréciation quantitative de la dégradation dans le temps, la sollicitation alternative dynamique au niveau de l'interface entre l'isolation et la paroi du réservoir, la prévention de la diffusion de l'oxygène à travers l'isolant et de la condensation de l'oxygène sur la paroi du réservoir ou l'accumulation d'un mélange hydrogène-oxygène à l'intérieur de l'isolant, la réduction maximale du poids de l'isolant par l'amélioration de l'efficacité thermique. L'objectif de l'invention est de créer un ensemble d'isolation thermique du type mentionné en introduction, qui élimine par sa structure tous les inconvénients résultant des problèmes cités dans ce qui précède. Le problème est résolu par le fait que l'ensemble d'isolation thermique comporte au moins deux mats à couches multiples séparés l'un de l'autre par un film étanche au gaz, qui sont remplis de gaz différents adaptables à la pression de fonctionnement rencontrée et ne condensant pas en fonctionnement, et en ce que les mats à couches multiples se composent d'au moins deux couches isolantes séparées l'une de l'autre par un film réfléchissant perforé. Selon un mode de réalisation de l'invention, les couches isolantes sont composées de mats de fibre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le mat à couches multiples intérieur appliqué directement sur la paroi du réservoir est rempli d'hélium et le ou les mat(s) à couches multiples extérieur(s) est ou sont rempli(s) d'air ou d'azote. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les films réfléchissants sont composés pour les basses températures de films de Kapton ou de Mylar métallisés, et pour les températures plus élevées, de films céramiques métallisés. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le film étanche au gaz pour les basses températures est composé de films de Kapton multicouches aluminés. Selon un autre mode de réalisation, les couches isolantes sont a assemblées avec les films réfléchissants et les mats à couches multiples sont assemblés avec le film étanche au gaz par collage par points. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les couches isolantes sont composées de fibres de verre. Selon un autre mode de réalisation, les couches isolantes sont composées de fibres avec un diamètre de fibre minimal et/ou les couches isolantes ont une faible densité. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les mats de fibres sont composés de fibres métalliques, de fibres de matière plastique, de fibres céramiques ou de fibres enduites. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le film étanche au gaz est composé d'un film métallique. Selon un autre mode de l'invention, le mat à couches multiples intérieur est relié à la paroi du réservoir par collage par points ou sur l'ensemble de la surface. L'ensemble d'isolation thermique est utilisé pour l'isolation thermique de réservoirs à basse température. Les principaux avantages procurés par l'invention sont problèmes mécaniques limités entre la paroi du réservoir et l'isolant efficacité thermique élevée grâce à la structure en couches, structure simple, par conséquent tenue de longue durée et risques limités du point de vue de la sécurité grâce au remplacement à intervalles réguliers du gaz inerte. Le remplissage avec de l'hélium du mat à couches multiples intérieur présente l'avantage qu'il est le seul gaz à ne pas condenser sur la paroi froide du réservoir La conductibilité thermique de l'hélium étant plus élevée que celle de l'air, l'élément d'isolation thermique est divisé en au moins deux mats à couches multiples, séparés l'un de l'autre par un film étanche au gaz, la température de ce film devant se situer en fonctionnement au-dessus de la température de condensation de l'oxygène La conductibilité thermique par rayonnement et par convexion est fortement réduite par les films réfléchissants disposés entre les couches isolantes à l'intérieur des mats à couches multiples Dans le cas de mat de fibres à fibres très fines, on peut utiliser l'effet de Smoluchowski avec des pressions ambiantes réduites Il est avantageux d'utiliser pour les couches isolantes des fibres de verre, en raison de leur faible poids spécifique, des diamètres de fibres disponibles, de leur incombustibilité ainsi que de la qualité des fibres Les films de Kapton ou de Mylar aluminés à utiliser de préférence pour les basses températures sont disponibles dans le commerce Les films céramiques dorés pour les températures élevées peuvent être fabriqués sans difficulté particulière La liaison entre les couches isolantes et les films par collage par points augmente la résistance au cisaillement de l'ensemble d'isolation thermique L'ensemble d'isolation thermique ainsi obtenu est collé de préférence sur la paroi du réservoir, mais aussi éventuellement sur la structure extérieure Grâce à la flexibilité des couches isolantes et des films, on obtient une bonne adaptation aux variations de forme et de volume qui se produisent. La figure unique montre, à titre d'exemple de réalisation de l'invention, la structure d'un ensemble d'isolation thermique 1 utilisé dans le cas d'un réservoir rempli d'hydrogène liquide L'ensemble d'isolation thermique 1 qui est disposé entre une paroi de réservoir 2 et une paroi de structure 3, qui est par exemple la paroi extérieure d'un engin spatial, se compose d'un mat à couches multiples intérieur 4 et d'un mat à couches multiples extérieur 5, qui sont séparés l'un de l'autre par un film 6 étanche au gaz Le mat à couches multiples intérieur 4 se compose de deux mats de fibres 8 séparés par un film réfléchissant 7 perforé, et est rempli d'hélium, dont la pression peut être adaptée à la pression ambiante au moyen de dispositifs non représentés Le mat à couches multiples extérieur 5 se compose par exemple de trois mats de fibres 8 séparés par des films réfléchissants 7 perforés et est rempli, soit avec de l'air, soit avec de l'azote. Les films réfléchissants 7 perforés sont des films de Kapton ou de Mylar aluminés Le film 6 étanche au gaz est par exemple constitué de films de Kapton à couches multiples aluminés Les mats de fibres 8 sont fabriqués par exemple à partir de fibres de verre Les mats de fibres 8 sont assemblés avec les films réfléchissants 7, et les mats à couches multiples 4 et 5 sont assemblés avec la paroi du réservoir 2, le film 6 étanche au gaz et la paroi de structure 3, par exemple par collage ponctuel ou en grande surface. Il est possible dans le cadre de l'invention d'utiliser, le cas échéant, pour les films réfléchissants 7, par exemple des films céramiques dorés ou des films métalliques Pour le film 6 étanche au gaz, on peut utiliser, selon le besoin, par exemple également des films métalliques ou d'autres films étanches au gaz Les mats de fibres 8 peuvent être fabriqués en utilisant d'autres fibres, telles que par exemple des fibres métalliques, des fibres de matière plastique, des fibres céramiques ou des fibres enduites En outre, la structure des mats à couches multiples 4 et 5 peut varier en utilisant un nombre différent de mats de fibres 8 et de films réfléchissants 7. On peut également utiliser plusieurs mats à couches multiples 5 respectivement séparés par un film 6 étanche au gaz On peut imaginer d'autres techniques à la place du collage par points pour améliorer la résistance au cisaillement de l'ensemble d'isolation thermique, par exemple un assemblage par cordon de soudure. Le présent principe d'isolation peut être transposé à d'autres cas d'utilisation, comme par exemple des conteneurs remplis de gaz liquide, par modification évidente pour l'homme de l'art des matériaux utilisés, du gaz de remplissage, du nombre de films, etc Il entre également dans le cadre de l'invention d'utiliser pour les couches isolantes des couches comportant des éléments d'espacement isolants, tels que par exemple des structures ondulées, ou également des matériaux moussés à la place des mats de fibres. REVENDICATIONS 1 Ensemble d'isolation thermique composé de matériaux isolants séparés les uns des autres par des films réfléchissants, caractérisé en ce qu'ils comportent au moins deux mats à couches multiples ( 4, 5) séparés l'un de l'autre par un film étanche au gaz ( 6), qui sont remplis de gaz différents adaptables à la pression de fonctionnement rencontrée et ne condensant pas en fonctionnement, et en ce que les mats à couches multiples ( 4, 5) se composent d'au moins deux couches isolantes séparées l'une de l'autre par un film réfléchissant ( 7) perforé. 2 Ensemble d'isolation thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches isolantes ( 8) se composent de mats de fibres. 3 Ensemble d'isolation thermique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mat à couches multiples ( 4) intérieur disposé directement contre la paroi du réservoir ( 2) est rempli d'hélium et le (les) mat(s) à couches multiples extérieur(s) ( 5) est (sont) rempli(s) d'air ou d'azote. 4 Ensemble d'isolation thermique selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les films réfléchissants ( 7) sont composés pour les basses températures de films de Kapton ou de Mylar métallisés, et pour les températures élevées de films céramiques métallisés. Ensemble d'isolation thermique selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le film étanche au gaz ( 6) est composé pour les basses températures de films de Kapton multicouches aluminés. 6 Ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que les couches isolantes ( 8) sont assemblées avec les films réfléchissants ( 7) et les mats à couches multiples ( 4, 5) sont assemblés avec le film étanche au gaz ( 6) par collage par points. 7 Ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches isolantes ( 8) sont composées de fibres de verre. 8 Ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les couches isolantes ( 8) sont composées de fibres ayant un diamètre de fibre minimal et/ou les couches isolantes ont une faible densité. 9 Ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les mats de fibres ( 8) sont composés de fibres métalliques, de fibres de matière plastique, de fibres céramiques ou de fibres enduites. 10 Ensemble d'isolation thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film étanche au gaz ( 6) est composé d'un film métallique. 11 Ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mat à couches multiples ( 4) interne est relié à la paroi du réservoir ( 2) par collage par points ou sur l'ensemble de la surface. 12 Utilisation de l'ensemble d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, en liaison avec des réservoirs à basse température.