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La présente invention est relative à une structure isotherme du
type oomprenant une paroi exterieure rigide, une paroi intérieure rigide
et, entre ces deux parois, des moyens d'isolation thermique. Elle
s'applique notamment ~ la fabrication des récipients cryogéniques et des
tunnels de refroidissement cryogeniques.
L'invention a pour but de fournir une technique permettant de
réaliser des structures isothermes de toutes formes, notamment de grandes
dimensions qui soient relative~ent légères et peu encombrantesO
A cet effet, l'invention a pour objet une structure isotherme
du type précite, caractérisee en ce que les moyens d'isolation thermique
camprennent un bloc de mousse à cellules fermees rigide formant
entretoise entre les deux parois, la partie externe de ce bloc etant
collee par sa face externe sur la paroi ext~rieure, tandis que la partie
interne de ce bloc s'appuie librement sur la paroi interieure.
Suivant d'autres caracteristiques avantageuses de l'invention :
- l'espaoe délimite entre les deux parois est sous vide ;
- la partie externe du bloc de mousse est également collée par
sa face interne à une paroi intermédiaire rigide.
- la paroi intermédiaire est reliée mécaniquement à la paroi
extérieure, de préférence par l'intermédiaire d'ull élément en matiere
isolante.
Un e~en~le de réalisation de l'invention va maintenant être
décrit ~i regard du dessin annexe sur lequel la figure unique représente
en coupe une partie d'un récipient parallél~pipédique conforme à
llinvention-
Le récipient représenté au dessin est un bac ouvert de formegénérale parallélépipédique destiné à conte m r un liquide cryog~nique,
par exemple de l'azote liquide en vue de réaliser des opérations de
surgélation par immersion de produits alimentaires dans ce liquide. Il
30 est constitué d'une enveloppe intérieure 1 directement au contact du
liquide, d'une enveloppe exterieure composite 2 au contact de l'air
ambiant, et de moyens d'isolation thermique principaux 3 disposés entre
ces deux enveloppes.
L'enveloppe 1 est en tôle d'acier inoxydable d'épaisseur au
35 moins egale à 1,5 mm et à la forme d'ur, parallélépipade ouvert vers le
haut. Le long de son bord supérieur, elle comporte une couronne
exterieure 4 horizontale qui se termine par une aile verticale 5 dirigée
vers le bas.
,~
13 3 ~ 2 f= r~
L'enveloppe ~xterieure 2 est une structure composite
constituee :
- d'une t~le exterieure 6 en acier inoxydable d'épaisseur
inférieure ou égale ~ la tôle 1, s'étendant presque jusqu'au niveau de la
couronne 4 et pr8sentant sur son pourtour supérieur un rebord extérieur
horizontal 7 qui se termine par une aile 8 dirigée vers le bas, cette
derniere étant fixée par une soudure le long de l'aile 5 ;
d'une tôle interieure 9 en acier ou en aluminium,
éventuellement perforée ou du type "Metal Deploye", qui se termine par un
10 rebord exterieur horizontal 10 soudé sur son pourtour sur l'extremité
supérieure de la faoe interne de la tôle 6 et prolongeant vers
l'interieur le rebord 7. Le rebord 10 est constitué d'une collerette
interieure 11 en acier adjaoe nte à la tôle 9, d'une couronne extérieure
12 en acier adja oe nte à la tôle 6, et, entre ces deux éléments, d'un
15 profilé 13 en matière plastique à section en X couche, les éléments 11 et
12 étant fixés par collage dans les évidements correspandants à ce
profil~ ;
- d'une masse de mousse dure 14 maintenue sous vide. Cette
mousse 14 peut, comme représenté, être constituée de plusieurs sous-blocs
20 parall~lépipediques juxtaposés emplissant l'espace délimité par les tôles
6 et 9 et le rebord 10. Dans ce cas, ces sous-blocs sont collés à la t~le
6 sur toute leur surface exterieure, et ils sont 8galement collés à la
tôle 9 sur toute leur surface intérieure ainsi qu'au rebord 10. En
variante, la mousse 14 peut être injec*ée et adhérer lors de sa formation
25 aux tôles 6 et 9 préalablement préparees de fa~on appropriée.
Les enveloppes 1 et 2 délimitent un espace d'interparoi
qu'emplissent les moyens d'isolation 3. Ces derniers sont constitués par
un bloc rigide qui occupe la totalité de l'interparoi et a donc dans son
ensemble la forme gén~rale d'une cuvette parallélépip~dique. Ce bloc est
30 composé de trois sous-blocs de mousse en forme de cuvette emboités les
uns dans les autres, avec interposition d'écrans r~flec*eurs entre ces
sous-blocs et entre le sous-bloc le plus intérieur et l'enveloppe 1
adjacente. Chaque ecran est constitué d'une feuille d'aluminium dont la
face réflechissante est tournée vers l'intérieur du récipient.
Ainsi, on trouve, de l'ext8rieur vers l'intérieur, huit
cuvettes emboitées les unes dans les autres : l'enveloppe exterieure 2,
un sous-bloc 15 en mousse, un écran 16 en feuille d'alumunium, un
".~
sous-bloc 17 en m~usse, un écran 18 en feuille d'aluminium, un sous-bloc
19 en mousse, un ecran 20 en feuille d'aluminium, et l'enveloppe
interieure 1.
Une masse de mousse dure complémentaire 21 complète les moyens
d'isolation 3 pour combler 1'espace délimité entre la cuvette 15, la
ccuronne 4 avec son aile 5 et les rebords 7 et 10. De plus, la cuvette 15
peut 8tre revêtue extérieurement d'un ~cran refléchissant en feuille
d'aluminium (non représenté), ou bien la faoe interne de la t81e 9 peut
être rendue réfléchissante.
A part les enveloppes 1 et 2, qui sont constitu~es ~ partir de
tales planes soudées les unes aux autres, chacune de ces cuvettes est
constituée d'un ensemble de feuilles rectangulaires d'aluminium (~crans
16, 18 et 20) ou de plaques rectangulaires de mousse (cuvettes 15, 17 et
19, mas æ 21 juxtaposées.
Pour construire le recipient, on r~alise les deux enveloppes 1
et 2, on met en place tous les eléments qui campo æ nt les cuvettes 15 ~
20 dans l'enveloppe extérieure 2, puis on met en place la masse de mousse
21 et l'enveloppe intérieure 1 et l'on ferme hermetiquement par soudage
de l'aile 5 de la couranne 4 sur l'aile 8 de l'enveloppe 2 l'espace
d'interparoi delimite par les deux enveloppes. On peut en particulier
effectuer toutes les soudures par soudage du type TIG (Tungsten Inert
Gas). Ensuite, au moyen d'une pompe à vide, on établit un vide de l'ordre
de 10 3mm Hg dans l'interparoi. Le vide est scelle au moyen d'un clapet
special limiteur de pression (non représenté) qui evite l'apparition
d'une surpressian en cas de p~netration accidentelle de liquide
cryogénique dans l'interparoi.
La mousse utilis~e tant pour la masse 14 que pour les moyens
d'isolation 3 est une mousse à cellules fermees suffisamment dure pour
servir d'entretoise entre les plaques planes constituant les enveloppes 1
et 2. Comme la durete d'une mousse croit avec sa densité tandis que ses
performances d'isolation thenmique decroissent lorsque cette densite
augmente, on choisit un compromis ; des resultats satisfaisants ont ete
obtenus avec une mouss de polyurethane ayant une masse volumique de
l'ordre de 50 à 100 kg/m3, de preférence de 50 à 60 kg/m3. On peut en
particulier faire appel à une mousse de polyurethane ayant une telle
masse volumlque et disponible dans le commerce sous la marque "KLEGECEL"~
4 ~ 7
cette ~ousse ayant ete pr~tuv~e pour reduire le temps de powpage pour la
mise sous vide.
Pour maintenir le niveau de vide malgre le d~gazage des
cellules de la mousse, on prévoit dans la cuvette interieure 19, du côté
de l'enveloppe 1, un logement 22 dans lequel est disposee une quantité
convenable d'un adsorbant 23. Pour un r~cipient d'azote liquide, on peut
choisir comme adsorbant un melange de charbon actif et de zeolites.
Avant la mise sous vide, toutes les plaques constituant le
recipient sont déjà au contact les unes des autres. La dureté de la
mousse est choisie suffisante pour assurer un support efficace aux deux
enveloppes lorsque le vide est realisé. Ainsi, les deux enveloppes ne
subissent pas de deformation notable, la pression a~l~spherique assurant
un appui uniforme et re~ulier de leurs plaques sur la mousse, tout en
permettant des dilatations-contractions relatives des deux enveloppes.
lS La mise sous vide de la mousse ameliore son coefficient de
conductibilité thermique et permet, pour des performances identiques, de
rédllire l'épaisseur totale de mousse et, par suite, le co~t et
l'encombrement du récipient. La presence des ecrans d'aluminium reduit
les pertes thermiques par rayonnement.
Par ailleurs, grâoe à sa structure composite collee,
l'enveloppe 2 presente une bonne r~sistance à la flexion et peut servir à
l'accrochage de support du recipient, par exemple de pieds (non
représentés), directement sur sa paroi externe 6, tout en conservant un
appui uniforme des tôles sur la mousse. Le recipient participe alors
lui-même à la resistance mkcanique de l'ensemble, et l'on peut se passer
de tout bâti-support, ce qui est tras avantageux du point de vue de
l'enoombrement et du co~t de construction, notamment pour les recipients
de grandes dimensions.
Il est à noter à ce sujet que dans certains cas, le collage de
la mousse 14 sur sa seule face exterieure, c'est-à-dire à la tôle 6, peut
suffire pour assurer la résistance mécanique nécessaire du recipient. On
peut alors se passer de la tôle 9, de preference en la remplaçant par une
feuille d'alum m ium r~flechissante. Par ailleurs, lorsque la mousse 6 est
collee aux deux tôles 6 et 9, la presence du rebord 10 est facultative et
a essentiellement un rôle de securite.
Dans tous les cas, le collage est reali æ dans une r~gion
isolee de la partie très froide du recipient, où la colle ne resisterait
1~ ~ '3 ~
pas, et ce collage ne g~ne pas les dilatations-contractions en partie
froide.
Il est ~ noter t~ue le profile 13 es~ dispose de façon ~ couper
de façon optLmale la liaison thermique entre les toles 6 et 9, ce qui
~vite l'appari~ion de givre dans la r~gion du rebord 7.
La m~me technit~ue pourrait s'appliquer à la realisation de
récipients de revolution. Par exemple, pour un récipient t~ylindrit~ue, on
utiliserait un bloc de mousse façonne en forme d'anneau cylindrit~ue,
éventuellement en deux ou plusieurs set_teurs. La fonction d'entretoise
remplie par ce bloc permettrait de di~inuer l'épaisseur des tôles
ct~nstituant les deux enveloppes jusqu'à la valeur juste ne oe ssaire pour
effectuer les operations de soudage sans détériorer la mousse.
En variante, pour faciliter le pompage lors de la mise sous
vide de l'interparoi, on peut utiliser des blocs ou des plaques de mousse
rainures.
La technique de construction décrite ci-dessus peut également
s'appliquer à la fabrication d'autres structures isolantes destinees ~
conserver une ambian oe tres froide, par ex~.~le de tunnels de surgelation
alimen~;re ou de refroidissement cryogenique d'objets. La rigidite de la
construction permet en effet de r~aliser de façon economique et avec un
encombrement réduit des formes ouvertes de grandes dimensions, notamment
à faces planes, qui ne se déforment pratiquement pas, et en particulier
des couvercles de tunnels à section en U inverse ayant une longueur de
l'ordre de dix fois la largeur et supérieure à 10 m.
