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.
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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. The present invention relates to an isothermal structure of the type including a rigid exterior wall, a rigid interior wall and, between these two walls, thermal insulation means. She applies in particular to the manufacture of cryogenic receptacles and cryogenic cooling tunnels.
The invention aims to provide a technique for produce isothermal structures of all shapes, especially large ones dimensions which are relative ~ ent light and space-savingO
To this end, the invention relates to an isothermal structure of the aforementioned type, characterized in that the thermal insulation means include a block of rigid closed cell foam forming spacer between the two walls, the external part of this block being glued by its outer face to the outer wall, while the part internal of this block rests freely on the interior wall.
According to other advantageous characteristics 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 wall exterior, preferably through a material element insulating.
An e ~ en ~ the embodiment of the invention will now be describes ~ i look at the accompanying drawing in which the single figure represents in section part of a parallel container ~ piped according to llinvention-The container shown in the drawing is an open tray of generally parallelepipedal shape intended for tale of a cryogenic liquid, for example liquid nitrogen in order to carry out freezing by immersion of food products in this liquid. he 30 consists of an inner casing 1 directly in contact with the liquid, of a composite outer casing 2 in contact with air ambient, and main thermal insulation means 3 arranged between these two envelopes.
The casing 1 is made of thick stainless steel sheet at 35 less equal to 1.5 mm and ur-shaped, parallelepipad open towards the high. Along its upper edge, it has a crown exterior 4 horizontal which ends with a vertical wing 5 directed down.
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13 3 ~ 2 f = r ~
The envelope ~ xterieure 2 is a composite structure constituted:
- a t ~ the outside 6 stainless steel thick less than or equal to ~ sheet 1, extending almost to the level of the crown 4 and having an outer rim on its upper periphery horizontal 7 which ends with a wing 8 directed downwards, this the latter being fixed by a weld along the wing 5;
an internal sheet 9 of steel or aluminum, possibly perforated or of the "Metal Deploye" type, which ends in a 10 horizontal outer rim 10 welded around its perimeter superior of the internal faoe of the sheet 6 and extending towards inside the rim 7. The rim 10 consists of a flange interior 11 in steel adjaoe nte to sheet 9, of an external crown 12 in steel already attached to sheet 6, and between these two elements 15 plastic profile 13 with X-layer section, elements 11 and 12 being fixed by gluing in the recesses corresponding to this profile ~;
- a mass of hard foam 14 maintained under vacuum. This foam 14 can, as shown, consist of several sub-blocks 20 parallel ~ juxtaposed lepipedic filling the space delimited by the sheets 6 and 9 and the rim 10. In this case, these sub-blocks are glued to the t ~ the 6 over their entire outer surface, and they are also glued to the sheet 9 over their entire inner surface as well as at the edge 10. In variant, the foam 14 can be injected and adhere during its formation 25 to sheets 6 and 9 previously prepared fa ~ on appropriate.
Envelopes 1 and 2 define an inter-wall space that the insulation means fill 3. The latter are constituted by a rigid block which occupies the entire interwall and therefore has in its together the general shape of a parallelepip bowl. This block is 30 composed of three cup-shaped foam sub-blocks fitted together one inside the other, with interposition of reflective screens between these sub-blocks and between the innermost sub-block and envelope 1 adjacent. Each screen is made of aluminum foil, the reflective side faces the inside of the container.
Thus, we find, from outside to inside, eight cuvettes fitted into each other: the outer casing 2, a foam sub-block 15, a screen 16 of aluminum foil, a ". ~
sub-block 17 in m ~ usse, a screen 18 in aluminum foil, a sub-block 19 in foam, a screen 20 in aluminum foil, and the envelope interior 1.
A mass of additional hard foam 21 completes the means of insulation 3 to fill the space defined between the bowl 15, the ccuronne 4 with its wing 5 and the edges 7 and 10. In addition, the bowl 15 can be coated externally with a ~ reflective sheet aluminum (not shown), or the internal faoe of the t81e 9 can be made reflective.
Apart from envelopes 1 and 2, which are formed from flat plates welded to each other, each of these bowls is consisting of a set of rectangular aluminum sheets (~ notches 16, 18 and 20) or rectangular sheets of foam (bowls 15, 17 and 19, mas æ 21 juxtaposed.
To build the container, we make the two envelopes 1 and 2, we put in place all the elements that campo æ nt the bowls 15 ~
20 in the outer envelope 2, then the mass of foam is put in place 21 and the inner casing 1 and hermetically closed by welding of wing 5 of couranne 4 on wing 8 of envelope 2 space interparity delimited by the two envelopes. We can in particular perform all TIG (Tungsten Inert) welds Gas). Then, using a vacuum pump, we establish a vacuum of the order of 10 3mm Hg in the interwall. The vacuum is sealed by means of a valve special pressure relief valve (not shown) which prevents the appearance an overpressure in case of accidental penetration of liquid cryogenic in the interwall.
The foam used both for the mass 14 and for the means insulation 3 is a closed cell foam hard enough to serve as a spacer between the flat plates constituting the envelopes 1 and 2. As the hardness of a foam increases with its density while its thermal insulation performance decreases when this density increases, we choose a compromise; satisfactory results have been obtained with a polyurethane foam having a density of from 50 to 100 kg / m3, preferably from 50 to 60 kg / m3. We can particular use a polyurethane foam having such density and commercially available under the brand "KLEGECEL" ~
4 ~ 7 this foam having been prepared to reduce the powpage time for the vacuum.
To maintain the vacuum level despite the degassing of foam cells, in the inner bowl 19, on the side of the envelope 1, a housing 22 in which is disposed a quantity suitable for an adsorbent 23. For a container of liquid nitrogen, one can choose a mixture of activated carbon and zeolites as an adsorbent.
Before evacuating, all the plates constituting the container are already in contact with each other. The hardness of the foam is chosen sufficient to provide effective support to both envelopes when the vacuum is achieved. So the two envelopes don't undergo no significant deformation, the pressure at the spherical ~ ensuring uniform support and re ~ ulier of their plates on the foam, while allowing relative dilations-contractions of the two envelopes.
lS Vacuuming the foam improves its coefficient of thermal conductivity and allows, for identical performance, redllire the total thickness of foam and, consequently, the cost the size of the container. The presence of reduced aluminum screens heat losses by radiation.
Furthermore, thanks to its bonded composite structure, the envelope 2 has good flexural strength and can be used to the attachment of the container support, for example feet (not shown), directly on its outer wall 6, while retaining a uniform support of the sheets on the foam. The recipient then participates itself to the mechanical resistance of the whole, and we can do without of any support frame, which is very advantageous from the point of view of size and construction cost, especially for containers large dimensions.
It should be noted in this regard that in some cases, the collage of the foam 14 on its only outer face, that is to say the sheet 6, can sufficient to ensure the necessary mechanical strength of the container. We can then do without sheet 9, preferably by replacing it with a reflective aluminum foil. Furthermore, when the foam 6 is glued to the two sheets 6 and 9, the presence of the rim 10 is optional and essentially has a security role.
In all cases, the bonding is done in a region insulated from the very cold part of the container, where the glue would not resist 1 ~ ~ '3 ~
not, and this bonding does not g ~ do not expand / contract partly cold.
It is ~ note t ~ ue the profile 13 es ~ has so ~ cut optically the thermal bond between the sheets 6 and 9, which ~ quickly the pairing of frost in the region of the ledge 7.
The same technique could apply to the realization of revolution containers. For example, for a container t ~ ylindrit ~ ue, we would use a foam block shaped like a cylindrit ~ ue ring, possibly in two or more set_teurs. The spacer function filled by this block would di ~ inuer the thickness of the sheets ct ~ nstituant the two envelopes until the fair value is not necessary for carry out welding operations without damaging the foam.
As a variant, to facilitate pumping during placing under empty of the wall, we can use blocks or foam plates grooves.
The construction technique described above can also apply to the manufacture of other insulating structures intended ~
keep a very cold environment, eg ~. ~ the freezer tunnels ~ re food or cryogenic cooling of objects. The rigidity of the construction makes it possible to achieve economically and with a reduced dimensions of large open forms, in particular with flat faces, which practically do not deform, and in particular reverse U-section tunnel covers with a length of about ten times the width and more than 10 m.