EP0261033A1 - Insulating structure - Google Patents
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Definitions
- the casing 2 has good resistance to bending and can be used to hang the container support, for example feet (not shown), directly on its external wall 6, while maintaining a uniform support of the sheets on the foam.
- the container then itself participates in the mechanical strength of the assembly, and one can do without any support frame, which is very advantageous from the point of view of space and construction cost, in particular for large containers.
- the profile 13 is arranged so as to optimally cut the thermal connection between the sheets 6 and 9, which avoids the appearance of frost in the region of the rim 7.
Abstract
Description
La présente invention est relative à une structure isotherme du type comprenant une paroi extérieure rigide, une paroi intérieure rigide et, entre ces deux parois, des moyens d'isolation thermique. Elle s'applique notamment à la fabrication des récipients cryogéniques et des tunnels de refroidissement cryogéniques.The present invention relates to an isothermal structure of the type comprising a rigid outer wall, a rigid inner wall and, between these two walls, thermal insulation means. It applies in particular to the manufacture of cryogenic receptacles and cryogenic cooling tunnels.
L'invention a pour but de fournir une technique permettant de réaliser des structures isothermes de toutes formes, notamment de grandes dimensions qui soient relativement légères et peu encombrantes.The object of the invention is to provide a technique making it possible to produce isothermal structures of all shapes, in particular of large dimensions which are relatively light and compact.
A cet effet, l'invention a pour objet une structure isotherme du type précité, caractérisée en ce que les moyens d'isolation thermique comprennent un bloc de mousse à cellules fermées rigide formant entretoise entre les deux parois, la partie externe de ce bloc étant collée par sa face externe sur la paroi extérieure, tandis que la partie interne de ce bloc s'appuie librement sur la paroi intérieure.To this end, the subject of the invention is an isothermal structure of the aforementioned type, characterized in that the thermal insulation means comprise a block of rigid closed-cell foam forming a spacer between the two walls, the external part of this block being glued by its external face to the external wall, while the internal part of this block rests freely on the internal wall.
Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
- l'espace délimité 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'un élément en matière isolante.According to other advantageous features of the invention:
- the space delimited between the two walls is under vacuum;
- The external part of the foam block is also glued by its internal face to a rigid intermediate wall.
- The intermediate wall is mechanically connected to the outer wall, preferably by means of an element made of insulating material.
Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé sur lequel la figure unique représente en coupe une partie d'un récipient parallélépipédique conforme à l'invention.An exemplary embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying drawing in which the single figure shows in section a part of a rectangular container according to the invention.
Le récipient représenté au dessin est un bac ouvert de forme générale parallélépipédique destiné à contenir un liquide cryogénique, par exemple de l'azote liquide en vue de réaliser des opérations de surgélation par immersion de produits alimentaires dans ce liquide. Il est constitué d'une enveloppe intérieure 1 directement au contact du liquide, d'une enveloppe extérieure composite 2 au contact de l'air ambiant, et de moyens d'isolation thermique principaux 3 disposés entre ces deux enveloppes.The container shown in the drawing is an open container of generally parallelepiped shape intended to contain a cryogenic liquid, for example liquid nitrogen in order to carry out deep-freezing operations by immersion of food products in this liquid. It consists of an inner casing 1 directly in contact with the liquid, a composite outer casing 2 in contact with the ambient air, and main thermal insulation means 3 arranged between these two casings.
L'enveloppe 1 est en tôle d'acier inoxydable d'épaisseur au moins égale à 1,5 mm et à la forme d'un parallélépipède ouvert vers le haut. Le long de son bord supérieur, elle comporte une couronne extérieure 4 horizontale qui se termine par une aile verticale 5 dirigée vers le bas.The casing 1 is made of stainless steel sheet at least 1.5 mm thick and in the shape of a parallelepiped open upwards. Along its upper edge, it has a horizontal
L'enveloppe extérieure 2 est une structure composite constituée :
- d'une tôle extérieure 6 en acier inoxydable d'épaisseur inférieure ou égale à la tôle 1, s'étendant presque jusqu'au niveau de la couronne 4 et présentant sur son pourtour supérieur un rebord extérieur horizontal 7 qui se termine par une aile 8 dirigée vers le bas, cette dernière étant fixée par une soudure le long de l'aile 5 ;
- d'une tôle intérieure 9 en acier ou en aluminium, éventuellement perforée ou du type "Métal Déployé", qui se termine par un rebord extérieur horizontal 10 soudé sur son pourtour sur l'extrémité supérieure de la face interne de la tôle 6 et prolongeant vers l'intérieur le rebord 7. Le rebord 10 est constitué d'une collerette intérieure 11 en acier adjacente à la tôle 9, d'une couronne extérieure 12 en acier adjacente à la tôle 6, et, entre ces deux éléments, d'un profilé 13 en matière plastique à section en X couche, les éléments 11 et 12 étant fixes par collage dans les évidements correspondants à ce profilé ;
- d'une masse de mousse dure 14 maintenue sous vide. Cette mousse 14 peut, comme représenté, être constituée de plusieurs sous-blocs parallélépipédiques 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 tôle 6 sur toute leur surface extérieure, et ils sont également collés à la tôle 9 sur toute leur surface intérieure ainsi qu'au rebord 10. En variante, la mousse 14 peut être injectée et adhérer lors de sa formation aux tôles 6 et 9 préal ablement préparées de façon appropriée.The outer envelope 2 is a composite structure consisting of:
- an outer sheet 6 of stainless steel of thickness less than or equal to the sheet 1, extending almost to the level of the
- an
- a mass of
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 générale d'une cuvette parallélépipédique. Ce bloc est composé de trois sous-blocs de mousse en forme de cuvette emboîtés les uns dans les autres, avec interposition d'écrans réflecteurs entre ces sous-blocs et entre le sous-bloc le plus intérieur et l'enveloppe 1 adjacente. Chaque écran est constitué d'une feuille d'aluminium dont la face réfléchissante est tournée vers l'intérieur du récipient.The envelopes 1 and 2 delimit an inter-wall space which the insulation means 3 fill. The latter consist of a rigid block which occupies the entire inter-wall and therefore as a whole has the general shape of a bowl. parallelepiped. This block is composed of three sub-blocks of cup-shaped foam nested one inside the other, with the interposition of reflective screens between these sub-blocks and between the innermost sub-block and the adjacent casing 1. Each screen is made of aluminum foil, the reflective side of which is facing the inside of the container.
Ainsi, on trouve, de l'extérieur vers l'intérieur, huit cuvettes emboîtées les unes dans les autres : l'enveloppe extérieure 2, un sous-bloc 15 en mousse, un écran 16 en feuille d'aluminium, un sous-bloc 17 en mousse, un écran 18 en feuille d'aluminium, un sous-bloc 19 en mousse, un écran 20 en feuille d'aluminium, et l'enveloppe intérieure 1.Thus, there are, from the outside to the inside, eight bowls nested one inside the other: the outer casing 2, a
Une masse de mousse dure complémentaire 21 complète les moyens d'isolation 3 pour combler l'espace délimité entre la cuvette 15, la couronne 4 avec son aile 5 et les rebords 7 et 10. De plus, la cuvette 15 peut être revêtue extérieurement d'un écran réfléchissant en feuille d'aluminium (non représenté), ou bien la face interne de la tôle 9 peut être rendue réfléchissante.A mass of complementary
A part les enveloppes 1 et 2, qui sont constituées à partir de tôles planes soudées les unes aux autres, chacune de ces cuvettes est constituée d'un ensemble de feuilles rectangulaires d'aluminium (écrans 16, 18 et 20) ou de plaques rectangulaires de mousse (cuvettes 15, 17 et 19, masse 21 juxtaposées.Apart from the envelopes 1 and 2, which are formed from flat sheets welded to each other, each of these bowls consists of a set of rectangular aluminum sheets (
Pour construire le récipient, on réalise les deux enveloppes 1 et 2, on met en place tous les éléments qui composent les cuvettes 15 à 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 hermétiquement par soudage de l'aile 5 de la couronne 4 sur l'aile 8 de l'enveloppe 2 l'espace d'interparoi délimité per les deux enveloppes. On peut en particulier effectuer toutes les soudures par soudage du types 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 scellé au moyen d'un clapet spécial limiteur de pression (non représenté) qui évite l'apparition d'une surpression en cas de pénétration accidentelle de liquide cryogénique dans l'interparoi.To build the container, we make the two envelopes 1 and 2, we put in place all the elements that make up the
La mousse utilisée tant pour la masse 14 que pour les moyens d'isolation 3 est une mousse à cellules fermées suffisamment dure pour servir d'entretoise entre les plaques planes constituant les enveloppes 1 et 2. Comme la dureté d'une mousse croît avec sa densité tandis que ses performances d'isolation thermique décroissent lorsque cette densité augmente, on choisit un compromis ; des résultats satisfaisants ont été obtenus avec une mousse de polyuréthane ayant une masse volumique de l'ordre de 50 à 100 kg/m3, de préférence de 50 à 60 kg/m3. On peut en particulier faire appel à une mousse de polyuréthane ayant une telle masse volumique et disponible dans le commerce sous la marque "KLEGECEL", cette mousse ayant été préétuvée pour réduire le temps de pompage pour la mise sous vide.The foam used both for the
Pour maintenir le niveau de vide malgré le dégazage des cellules de la mousse, on prévoit dans la cuvette intérieure 19, du côté de l'enveloppe 1, un logement 22 dans lequel est disposée une quantité convenable d'un adsorbant 23. Pour un récipient d'azote liquide, on peut choisir comme adsorbant un mélange de charbon actif et de zéolites.To maintain the vacuum level despite the degassing of the foam cells, there is provided in the
Avant la mise sous vide, toutes les plaques constituant le récipient 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 réalisé. Ainsi, les deux enveloppes ne subissent pas de déformation notable, la pression atmosphérique assu rant un appui uniforme et régulier de leurs plaques sur la mousse, tout en permettant des dilatations-contractions relatives des deux enveloppes.Before the evacuation, all the plates constituting the container are already in contact with each other. The hardness of the foam is chosen to be sufficient to ensure effective support for the two envelopes when the vacuum is achieved. Thus, the two envelopes do not undergo any noticeable deformation, the atmospheric pressure ensuring a uniform and regular support of their plates on the foam, while allowing relative expansions-contractions of the two envelopes.
La mise sous vide de la mousse améliore son coefficient de conductibilité thermique et permet, pour des performances identiques, de réduire l'épaisseur totale de mousse et, par suite, le coût et l'encombrement du récipient. La présence des écrans d'aluminium réduit les pertes thermiques par rayonnement.The vacuuming of the foam improves its coefficient of thermal conductivity and makes it possible, for identical performance, to reduce the total thickness of foam and, consequently, the cost and the bulk of the container. The presence of aluminum screens reduces heat losses by radiation.
Par ailleurs, grâce à sa structure composite collée, l'enveloppe 2 présente une bonne résistance à la flexion et peut servir à l'accrochage de support du récipient, par exemple de pieds (non représentés), directement sur sa paroi externe 6, tout en conservant un appui uniforme des tôles sur la mousse. Le récipient participe alors lui-même à la résistance mécanique de l'ensemble, et l'on peut se passer de tout bâti-support, ce qui est très avantageux du point de vue de l'encombrement et du coût de construction, notamment pour les récipients de grandes dimensions.Furthermore, thanks to its bonded composite structure, the casing 2 has good resistance to bending and can be used to hang the container support, for example feet (not shown), directly on its external wall 6, while maintaining a uniform support of the sheets on the foam. The container then itself participates in the mechanical strength of the assembly, and one can do without any support frame, which is very advantageous from the point of view of space and construction cost, in particular for large containers.
Il est à noter à ce sujet que dans certains cas, le collage de la mousse 14 sur sa seule face extérieure, c'est-à-dire à la tôle 6, peut suffire pour assurer la résistance mécanique nécessaire du récipient. On peut alors se passer de la tôle 9, de préférence en la remplaçant par une feuille d'aluminium réfléchissante. Par ailleurs, lorsque la mousse 6 est collée aux deux tôles 6 et 9, la présence du rebord 10 est facultative et a essentiellement un rôle de sécurité.It should be noted in this regard that in some cases, the bonding of the
Dans tous les cas, le collage est réalisé dans une région isolée de la partie très froide du récipient, où la colle ne résisterait pas, et ce collage ne gêne pas les dilatations-contractions en partie froide.In all cases, the bonding is carried out in a region isolated from the very cold part of the container, where the glue would not resist not, and this bonding does not interfere with the expansions-contractions in the cold part.
Il est à noter que le profilé 13 est disposé de façon à couper de façon optimale le liaison thermique entre les tôles 6 et 9, ce qui évite l'apparition de givre dans la région du rebord 7.It should be noted that the
La même technique pourrait s'appliquer à la réalisation de récipients de révolution. Par exemple, pour un récipient cylindrique, on utiliserait un bloc de mousse façonné en forme d'anneau cylindrique, éventuellement en deux ou plusieurs secteurs. La fonction d'entretoise remplie par ce bloc permettrait de diminuer l'épaisseur des tôles constituant les deux enveloppes jusqu'à la valeur juste nécessaire pour effectuer les opérations de soudage sans détériorer la mousse.The same technique could be applied to the production of revolution vessels. For example, for a cylindrical container, a block of foam shaped like a cylindrical ring would be used, possibly in two or more sectors. The spacer function filled by this block would make it possible to reduce the thickness of the sheets constituting the two envelopes to the value just necessary to carry out the welding operations without damaging the foam.
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 rainurés.Alternatively, to facilitate pumping during the evacuation of the interwall, it is possible to use blocks or grooved foam plates.
La technique de construction décrite ci-dessus peut également s'appliquer à la fabrication d'autres structures isolantes destinées à conserver une ambiance très froide, par exemple de tunnels de surgélation alimentaire ou de refroidissement cryogénique d'objets. La rigidité de la construction permet en effet de réaliser de façon économique 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 inversé ayant une longueur de l'ordre de dix fois la largeur et supérieure à 10 m. The construction technique described above can also be applied to the manufacture of other insulating structures intended to maintain a very cold atmosphere, for example food freezing tunnels or cryogenic cooling of objects. The rigidity of the construction makes it possible to produce economically and with a reduced overall size open shapes of large dimensions, in particular with flat faces, which practically do not deform, and in particular tunnel covers with inverted U section having a length of the order of ten times the width and greater than 10 m.
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