EP1124088B1 - Procédé d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique - Google Patents

Procédé d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique Download PDF

Info

Publication number
EP1124088B1
EP1124088B1 EP01400313A EP01400313A EP1124088B1 EP 1124088 B1 EP1124088 B1 EP 1124088B1 EP 01400313 A EP01400313 A EP 01400313A EP 01400313 A EP01400313 A EP 01400313A EP 1124088 B1 EP1124088 B1 EP 1124088B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thickness
process according
spraying
foam
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01400313A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1124088A1 (fr
Inventor
Rémo Cargnello
Jean-Claude Bonneau
Jean-Pierre Bernard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Euro Cryospace France GIE
Original Assignee
Cryospace LAir Liquide Aerospatiale GIE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cryospace LAir Liquide Aerospatiale GIE filed Critical Cryospace LAir Liquide Aerospatiale GIE
Publication of EP1124088A1 publication Critical patent/EP1124088A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1124088B1 publication Critical patent/EP1124088B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/56—Three layers or more
    • B05D7/58—No clear coat specified
    • B05D7/586—No clear coat specified each layer being cured, at least partially, separately
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/001—Thermal insulation specially adapted for cryogenic vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/066—Plastics

Definitions

  • the invention relates to a method for providing thermal insulation of a metal structure such as a tank or a pipe, for cryogenic use.
  • a preferred application of the invention concerns the thermal insulation of tanks and cryotechnical circuits belonging to vehicles or machines used in the aeronautical and space fields.
  • thermal insulation is generally obtained by gluing thermally insulating panels on the surfaces to be protected from the structure.
  • the glued panels are manufactured separately beforehand.
  • This technique has the advantage of controlling the thickness of the material ensuring the thermal insulation of the structure.
  • it is of a complex and expensive implementation.
  • it is unsuitable for the protection of large structures and complex shapes, such as structures with singularities, ribs, bosses, etc.
  • the thermal insulation material is generally injected into a mold, inside which it is placed prior to the structure to protect.
  • this injection technique makes it possible to control the thickness of the thermal insulation material covering the structure to be protected.
  • its implementation is also complex and expensive.
  • it is also unsuitable for the protection of a complex and large structure.
  • thermal insulation technique does not have these disadvantages. More specifically, it is desirable to have a thermal insulation technique that can be used on any type of metal structure, that is to say, both on small structures and on complex and large structures. , while allowing mass production at a reasonable industrial cost.
  • the thickness of the material projected on the structure (usually between 10 mm and 60 mm) would be difficult to control, especially because of the projection of a thick layer which is usually carried out by means of a high flow gun. Indeed, the product deposited in large quantities would react in a non-homogeneous and difficult to control. In addition, excess thicknesses would inevitably appear in the overlap areas between the adjacent solidified foam previously deposited and the foam being deposited. This would require a subsequent machining of the thermal insulation after projection.
  • thermally insulating material could degrade at high temperatures.
  • the subject of the invention is precisely a method of thermal insulation of a metal structure for cryogenic use, the original design of which enables it to process various sizes and shapes, such as large complex structures, allowing mass production at a reasonable industrial cost.
  • the use of a primary epoxy resin coating facilitates the adhesion of the polyurethane foam to the metal structure.
  • the projections of the attachment layer and additional layers are carried out under an atmosphere whose temperature is regulated at 20 ° C ⁇ 2 ° C.
  • the hygrometry of the atmosphere in which the projections of the bonding layer and additional layers is carried out is advantageously regulated between 30% and 60%.
  • the projections of the attachment layer and the additional layers are preferably carried out at a high pressure of between 100 bars and 180 bars. This contributes to improving the adhesion of said layers to each other and to the primary coating, and also to optimizing the insulation characteristics of the foam.
  • said projections advantageously take place from a nozzle located at a distance. of the surface of the structure between 60 cm and 80 cm.
  • each of the additional layers is preferably projected when the previous layer is stiffened.
  • a minimum time interval of at least 5 minutes between two projections is provided.
  • the projections of the bonding layer and the additional layers are carried out by mixing a polyol and an isocyanate.
  • This mixture is advantageously carried out in proportions of one to one by volume.
  • this type of thixotroped products has a very short cream time (about three seconds) which significantly improves the adhesion, the quality of the foam obtained, and the control of the thickness of the coating.
  • the temperatures of the polyol and of the isocyanate are preferably maintained between 45 ° C. and 55 ° C.
  • the insulating quality of the resulting coating is, again, improved.
  • the laying of the primary coating on the surface to be protected is preferably by projection.
  • the surface of the cryogenic metal structure that is to be protected is prepared. thermally.
  • This surface preparation which can take various forms well known to those skilled in the art, has the function of giving said surface a sufficient surface tension to ensure optimal adhesion of the primary coating. It usually consists of one or more degreasing operations.
  • this surface preparation step is followed by a step of laying a primary coating on the surface of the surface. structure to protect.
  • This primary coating consists of an epoxy resin chosen so as to maintain its properties up to a cryogenic temperature of about 20 K.
  • the laying of the primary coating is preferably carried out by spraying.
  • the thickness of said coating is advantageously between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m and preferably substantially equal to 20 ⁇ m.
  • masking elements are then placed on the structure at the appropriate locations.
  • the machine intended to ensure the projection of the polyurethane foam is then prepared and a number of parameters are adjusted, in order to best meet the operating conditions required.
  • the projection machine includes a high-pressure spray gun capable of ensuring good properties and good adhesion of the foam insulating.
  • This gun is equipped with a nozzle whose shape and section are chosen according to the shapes of the surfaces to be protected and the desired projection rate.
  • the nozzle may be round or flat jet, depending on whether the surface to be protected is relatively flat or recessed.
  • the adjustment of the pressure displayed on the gun makes it possible, in conjunction with the size of the nozzle, to control the flow rate of the projected material. In practice, this pressure will generally be between 100 bar and 180 bar, depending on the nozzle used.
  • the projection machine also includes pipes connecting the two-tank gun respectively containing a polyol and an isocyanate.
  • the mixture between these two products is carried out in the spray gun, advantageously in proportions of one to one by volume.
  • Heating means placed at the outlet of each of the two tanks, allow to bring the products to a temperature between 45 ° C and 55 ° C, depending on the gun and the nozzle used. This heating makes it possible in particular to project the foam at a temperature which ensures optimized thermally insulating properties, in combination with other operating parameters such as high-pressure spraying and the characteristics specific to the products used.
  • the use of a polyol and an isocyanate makes it possible to obtain a thixotropic foam whose cream time is particularly short (approximately 3 seconds).
  • a foam of this type ensures good adhesion and contributes, as we already have observed, obtaining optimized insulation properties. It also makes it easier to control the amount of product deposited.
  • the adjustments made at this stage also concern the projection distance, that is to say the distance that separates the nozzle from the surface to be isolated.
  • This projection distance is set to be between 60 cm and 80 cm depending on the type of nozzle chosen. It should be noted that compliance with this distance also contributes to ensuring good adhesion of the foam on its support and to optimize its thermally insulating properties.
  • the relative displacement between the spray gun and the structure to be isolated is advantageously automated.
  • this automation can be obtained by rotating the tank around its axis, at a controlled speed, using appropriate means.
  • the adjustments made at this stage also concern the projection time, that is to say the speed of rotation of the structure to be protected. This adjustment is made taking into account the nature of. the surface on which the thermal insulation material is to be projected.
  • the projection machine In order that the projection of the foam takes place under conditions of temperature and hygrometry that make it possible to optimize the thermally insulating properties of said foam, the projection machine is placed in a room whose atmosphere is controlled.
  • the temperature of the environment (which determines the temperature of the metal structure to be protected) is regulated at 20 ° C ⁇ 2 ° C.
  • the hygrometry of the environment is regulated between 30% and 60%. It should be noted that this control can be obtained in a simple manner and easy to implement industrially.
  • a first layer, of small thickness, of polyurethane foam is then sprayed onto the primary coating previously laid on the metal structure.
  • This first layer is called "hanging layer". Its thickness, preferably close to 3 mm, is in all cases less than 5 mm.
  • This thin layer of attachment layer forms a layer of energy dispersion. Indeed, the energy required for the expansion of the foam dissipates rapidly in the metal structure, which is at room temperature. This leads to a foam with poor performance, because it has a high density.
  • the small thickness of the bonding layer limits the consequences of lowering the characteristics of the foam to this area of reduced thickness.
  • the bonding layer is, vis-à-vis the layers that will be projected later, an insulating layer then allowing the foam to expand normally without the need to heat the metal structure. The industrial implementation of the process is thus greatly facilitated.
  • the thickness of said layer is measured in order to control it.
  • This measurement can be made using any nondestructive thickness measuring means such as an eddy current sensor, or the like.
  • the thickness measurement can be performed very quickly.
  • the times and flow rates of projection can be adjusted according to the zones, so that the thermal insulation of the structure has the desired final thickness, with good accuracy, after the projection of additional layers of polyurethane foam. This avoids the extra thicknesses that may require machining after the projection of the last layer.
  • a second layer of the polyurethane foam is projected on the whole of the bonding layer.
  • the same operations are performed as those that followed the projection of the attachment layer.
  • the thickness of the second layer is measured and, if necessary, the projection times and rates are again adjusted before the next layer is projected.
  • each of the additional layers deposited after the bonding layer is determined as a function of the desired final thickness for the thermal insulation. It is the same with the number of these additional layers.
  • the thickness and the number of each of the additional layers deposited after the projection of the bonding layer are determined by giving, preferably, each of these additional layers a thickness of between 5 mm and 10 mm.
  • a thermal insulation 12 mm thick can be obtained by successively projecting three layers of polyurethane including the bonding layer.
  • a thermal insulation of about 40 mm thick can be obtained by successively projecting five or six layers of polyurethane including the bonding layer.
  • the time interval separating the projection of two successive layers of polyurethane can be very short. Indeed, the rapid hardening of the foam simply imposes a minimum time interval of 5 minutes between two layers. This ensures a perfect adhesion of the layers together.
  • thermal insulation is provided which has the required thermal insulation qualities.
  • the thin layer of adhesion adheres satisfactorily with the primary coating and, consequently, with the metallic structure, in particular thanks to the characteristics of the projected products, the projection under high pressure and the respect of a distance satisfactory projection.
  • the projection of the foam in successive layers and the control of the thickness of each of the layers provide thermal insulation of controlled thickness without the need for subsequent machining.
  • the resistance of the coating to transient thermal attack is obtained through a flame retardant agent, easy to implement and allowing good resistance to heat flow, contained in the polyol isocyanate type foam.
  • the projection of the foam in successive layers makes it possible to control the degradation of the material, without there being propagation throughout the thickness of the coating.
  • the surface of each layer acts as a thermal barrier, during a thermal attack.
  • the density of the coating is between 50 kg / m 3 and 70 kg / m 3 .
  • the average thermal conductivity of the coating varies between 0.022 W / mK and 0.044 W / mK and its average heat capacity varies between 570 J / Kg.K and 1605 J / Kg.K.
  • the types of epoxy resin and polyurethane foam used to form the primary coating and the thermal insulation can be any, insofar as these products make it possible to obtain the desired characteristics.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne un procédé permettant d'assurer l'isolation thermique d'une structure métallique telle qu'un réservoir ou une tuyauterie, à usage cryogénique.
  • Une application privilégiée de l'invention concerne l'isolation thermique des réservoirs et des circuits cryotechniques appartenant à des véhicules ou à des engins utilisés dans les domaines aéronautique et spatial.
    • Etat de la technique
  • Pour assurer l'isolation thermique d'une structure métallique à usage cryogénique, deux techniques différentes sont actuellement utilisées, selon que les structures à isoler présentes des dimensions relativement grandes ou relativement petites.
  • Dans le cas de structures de grandes dimensions telles que des réservoirs, l'isolation thermique est généralement obtenue en collant des panneaux thermiquement isolants sur les surfaces à protéger de la structure. Dans ce cas, les panneaux collés sont fabriqués séparément au préalable.
  • Cette technique présente l'avantage de maîtriser l'épaisseur du matériau assurant l'isolation thermique de la structure. Toutefois, elle est d'une mise en oeuvre complexe et coûteuse. De plus, elle est inadaptée à la protection de structures de grandes dimensions et de formes complexes, telles que des structures présentant des singularités, des nervures, des bossages, etc..
  • Dans le cas où la structure métallique à protéger est une structure de petite taille telle que, par exemple, une tuyauterie véhiculant un produit cryogénique, on injecte généralement le matériau d'isolation thermique dans un moule, à l'intérieur duquel on a placé au préalable la structure à protéger.
  • Comme la technique du collage, cette technique d'injection permet de maîtriser l'épaisseur du matériau d'isolation thermique recouvrant la structure à protéger. Toutefois, sa mise en oeuvre est également complexe et onéreuse. De plus, elle est également inadaptée à la protection d'une structure complexe et de grandes dimensions.
  • Une autre technique est connue de GB 2283188 , considéré comme reflétant l'art antérieur le plus proche.
  • Compte tenu des inconvénients présentés par chacune des techniques d'isolation thermique utilisées à ce jour pour protéger les structures métalliques à usage cryogénique, il existe un besoin pour une. nouvelle technique d'isolation thermique ne présentant pas ces inconvénients. Plus précisément, il est souhaitable de pouvoir disposer d'une technique d'isolation thermique utilisable indifféremment sur tout type de structures métalliques, c'est-à-dire aussi bien sur des structures de petites tailles que sur des structures complexes et de grandes tailles, tout en autorisant une production en série à un coût industriel raisonnable.
  • Par ailleurs, il est connu dans l'industrie du bâtiment d'assurer la protection thermique de certaines structures en projetant sur celles-ci une mousse rigide et thermiquement isolante. Cependant, cette technique n'est pas transposable à l'industrie cryogénique ni au domaine spatial, pour les raisons qui vont à présent être exposées.
  • En premier lieu, si la technique de projection était appliquée aux mousses rigides, à cellules fermées et de faible masse volumique (inférieure à 80 kg/m3) constituant les panneaux qui sont actuellement collés sur les structures de grandes tailles, cela se traduirait par une diminution sensible de l'adhérence de la mousse sur la structure. Une telle réduction d'adhérence serait inacceptable, du fait des contraintes subies par la structure en raison de son usage cryogénique. En particulier, une structure à usage cryogénique subit une rétractation lors de la mise en froid qui se produit lors du remplissage et une dilatation lors de la mise en pression effectuée ultérieurement. De plus, dans l'application au domaine spatial, l'isolation thermique subit des agressions aérothermiques et acoustiques qui réclament une très bonne adhérence.
  • Par ailleurs, la projection d'une telle mousse sur une structure métallique nécessiterait un chauffage de ladite structure, pour permettre une expansion correcte de la mousse. En effet, dans le cas contraire, l'énergie thermique nécessaire à l'expansion de la mousse serait dissipée trop rapidement dans le métal à température ambiante. Cela conduirait à une mousse de densité élevée, qui ne présenterait pas les caractéristiques d'isolation thermique souhaitées.
  • D'autre part, l'épaisseur du matériau projeté sur la structure (habituellement comprise entre 10 mm et 60 mm) serait difficile à contrôler, notamment du fait de la projection d'une couche épaisse qui s'effectue habituellement au moyen d'un pistolet à gros débit. En effet, le produit déposé en grosses quantités réagirait de façon non -homogène et difficilement maîtrisable. De plus, des surépaisseurs apparaîtraient inévitablement dans les zones de recouvrement entre la mousse adjacente solidifiée déposée précédemment et la mousse en cours de dépôt. Cela nécessiterait un usinage ultérieur de l'isolation thermique après sa projection.
  • Pour la même raison, la masse du matériau d'isolation thermique effectivement déposée sur la structure serait difficile à connaître. Cela rendrait également nécessaire un usinage ultérieur du matériau projeté.
  • En outre, la qualité de l'isolation thermique effectivement réalisée dépend largement des conditions opératoires. La transformation en mousse des matériaux projetés s'effectuerait donc plus ou moins bien selon ces conditions.
  • Enfin, le matériau thermiquement isolant risquerait de se dégrader à haute température.
    • Exposé de l'invention
  • L'invention a précisément pour objet un procédé d'isolation thermique d'une structure métallique à usage cryogénique, dont la conception originale lui permet de traiter des structures de tailles et de formes variées, telles que des structures complexes de grandes dimensions, en autorisant une production en série à un coût industriel raisonnable.
  • Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé d'isolation thermique d'une structure métallique à usage cryogénique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    • pose d'un revêtement primaire d'une résine époxy sur une surface de ladite structure, à isoler thermiquement ;
    • projection d'une couche d'accrochage d'une mousse de polyuréthanne, d'épaisseur inférieure à 5 mm, sur ledit revêtement primaire ;
    • mesure de l'épaisseur de la mousse déposée sur la structure ;
    • projection d'au moins une couche supplémentaire de ladite mousse de polyuréthanne, jusqu'à obtention d'une épaisseur désirée de mousse de polyuréthanne, chaque projection étant suivie d'une nouvelle mesure de l'épaisseur de la mousse déposée sur la structure et chaque couche supplémentaire ayant une épaisseur, fonction de l'épaisseur de mousse mesurée précédemment.
  • Dans le procédé ainsi défini, l'utilisation d'un revêtement primaire en résine époxy facilite l'adhérence de la mousse de polyuréthanne sur la structure métallique. De plus, la projection de la mousse de polyuréthanne sous la forme de plusieurs couches superposées incluant une première couche, dite couche d'accrochage, de faible épaisseur, ainsi que le contrôle de l'épaisseur effectué après chaque projection, permettant d'obtenir une isolation thermique efficace, notamment à haute température, et en permettant une bonne maîtrise de l'épaisseur, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un chauffage du support métallique, ni à un usinage ultérieur du revêtement thermiquement isolant.
  • Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, qui contribue à optimiser _les caractéristiques d'isolation de la mousse, les projections de la couche d'accrochage et des couches supplémentaires s'effectuent sous une atmosphère dont la température est régulée à 20°C ± 2°C.
  • Pour la même raison, l'hygrométrie de l'atmosphère dans laquelle s'effectue les projections de la couche d'accrochage et des couches supplémentaires est avantageusement régulée entre 30 % et 60 %.
  • Par ailleurs, les projections de la couche d'accrochage et des couches supplémentaires s'effectuent de préférence à une haute pression, comprise entre 100 bars et 180 bars. Cela contribue à améliorer l'adhérence desdites couches entre elles et sur le revêtement primaire, et aussi à optimiser les caractéristiques d'isolation de la mousse.
  • En outre, également afin d'optimiser les caractéristiques d'isolation des mousses et d'améliorer l'adhérence lesdites projections s'effectuent avantageusement à partir d'une buse située à une distance. de la surface de la structure comprise entre 60 cm et 80 cm.
  • Pour optimiser encore l'adhérence et les caractéristiques isolantes du revêtement, chacune des couches supplémentaires est projetée de préférence lorsque la couche précédente est rigidifiée. A cet effet, on prévoit un intervalle de temps minimal d'au moins 5 minutes entre deux projections.
  • Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les projections de la couche d'accrochage et des couches supplémentaires s'effectuent en mélangeant un polyol et un isocyanate. Ce mélange s'effectue avantageusement dans des proportions de un pour un en volume. Outre les avantages de simplicité de mise en oeuvre qui en découlent, ce type de produits thixotropés présente un temps de crème très court (environ trois secondes) qui améliore sensiblement l'adhérence, la qualité de la mousse obtenue, et la maîtrise de l'épaisseur du revêtement.
  • Pour que le mélange entre les deux produits s'effectue dans les meilleures conditions possibles, on maintient de préférence les températures du polyol et de l'isocyanate entre 45°C et 55°C. La qualité isolante du revêtement obtenu s'en trouve, là encore, améliorée.
  • En outre, la pose du revêtement primaire sur la surface à protéger s'effectue de préférence par projection.
    • Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention
  • Un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple illustratif et non limitatif,
  • Dans un premier temps, et de façon classique, on prépare la surface de la structure métallique à usage cryogénique que l'on désire protéger thermiquement. Cette préparation de surface, qui peut prendre différentes formes bien connues de l'homme du métier, a pour fonction de donner à ladite surface une tension superficielle suffisante pour assurer une adhérence optimale du revêtement primaire. Elle consiste généralement en une ou plusieurs opérations de dégraissage.
  • Dans un délai aussi court que possible (généralement, moins de 8 heures) afin d'éviter une nouvelle pollution de la surface, cette étape de préparation de surface est suivie d'une étape de pose d'un revêtement primaire sur la surface de la structure à protéger. Ce revêtement primaire est constitué d'une résine époxy choisie de façon à pouvoir conserver ses propriétés jusqu'à une température cryogénique d'environ 20 K. La pose du revêtement primaire s'effectue de préférence par projection. L'épaisseur dudit revêtement est avantageusement comprise entre 10 µm et 50 µm et, de préférence, sensiblement égale à 20 µm.
  • Lorsque certaines parties de la structure métallique à protéger, telles que des inserts, ou autres, ne doivent pas être 'recouvertes d'isolation thermique, on met ensuite en place sur la structure des éléments de masquage aux emplacements appropriés.
  • La machine destinée à assurer la projection de la mousse de polyuréthanne est ensuite préparée et un certain nombre de paramètres sont réglés, afin de respecter au mieux les conditions opératoires requises.
  • La machine de projection comprend un pistolet de projection à haute pression apte à assurer de bonnes propriétés et une bonne adhérence de la mousse isolante. Ce pistolet est équipé d'une buse dont la forme et la section sont choisies selon les formes des surfaces à protéger et le débit de projection souhaité. Par exemple, la buse peut être à jet rond ou à jet plat, selon que la surface à protéger est relativement plane ou en creux. Le réglage de la pression affichée sur le pistolet permet, conjointement avec la taille de la buse, de maîtriser le débit du matériau projeté. Dans la pratique, cette pression sera généralement comprise entre 100 bars et 180 bars, selon la buse utilisée.
  • La machine de projection comprend également des tuyaux reliant le pistolet à deux cuves contenant respectivement un polyol et un isocyanate. Le mélange entre ces deux produits s'effectue dans le pistolet de projection, avantageusement selon des proportions de un pour un en volume. Des moyens de chauffage, placés à la sortie de chacune des deux cuves, permettent d'amener les produits à une température comprise entre 45°C et 55°C, selon le pistolet et la buse utilisés. Ce chauffage permet notamment de projeter la mousse à une température qui assure des propriétés thermiquement isolantes optimisées, en combinaison avec d'autres paramètres opératoires tels que la projection à haute pression et les caractéristiques propres aux produits utilisés.
  • En ce qui concerne les caractéristiques des produits, l'utilisation d'un polyol et d'un isocyanate permet d'obtenir une mousse thixotropée dont le temps de crème est particulièrement court (environ 3 secondes). Une mousse de ce type permet d'assurer une bonne adhérence et contribue, comme on l'a déjà observé, à l'obtention de propriétés d'isolation optimisées. Elle permet aussi de maîtriser plus aisément la quantité de produit déposée.
  • Les réglages effectués à ce stade concernent également la distance de projection, c'est-à-dire la distance qui sépare la buse de la surface à isoler. Cette distance de projection est réglée de façon à être comprise entre 60 cm et 80 cm en fonction du type de buse choisie. Il est à noter que le respect de cette distance contribue également à assurer une bonne adhérence de la mousse sur son support et à optimiser ses propriétés thermiquement isolantes.
  • Le déplacement relatif entre le pistolet de projection et la structure à isoler est avantageusement automatisé. Dans le cas où la structure à protéger est un réservoir, cette automatisation peut être obtenue en faisant tourner le réservoir autour de son axe, à vitesse régulée, à l'aide de moyens appropriés. Dans ce cas, les réglages effectués à ce stade concernent également le temps de projection, c'est-à-dire la vitesse de rotation de la structure à protéger. Ce réglage s'effectue en tenant compte de la nature de. la surface sur laquelle le matériau d'isolation thermique doit être projeté.
  • Afin que la projection de la mousse s'effectue dans des conditions de température et d'hygrométrie permettant d'optimiser les propriétés thermiquement isolantes de ladite mousse, la machine de projection est placée dans une salle dont l'atmosphère est contrôlée. En particulier, la température de l'environnement (qui détermine la température de la structure métallique à protéger) est régulée à 20°C ± 2°C. En outre, l'hygrométrie de l'environnement est régulée entre 30 % et 60 %. Il est à noter que ce contrôle peut être obtenu de façon simple et facile à mettre en oeuvre industriellement.
  • Lorsque les différents paramètres de la machine de projection et de son environnement ont été réglés, on vérifie, de préférence, que les différents choix effectués sont satisfaisants, en procédant à un essai.
  • Dans les conditions opératoires définies préalablement, on projette ensuite une première couche, de faible épaisseur, de mousse de polyuréthanne sur le revêtement primaire préalablement posé sur la structure métallique. Cette première couche est appelée "couche d'accrochage". Son épaisseur, de préférence voisine de 3 mm, est dans tous les cas inférieure à 5 mm. Cette couche d'accrochage de faible épaisseur forme une couche de dispersion d'énergie. En effet, l'énergie nécessaire à l'expansion de la mousse se dissipe rapidement dans la structure métallique, qui est à température ambiante. Cela conduit à une mousse aux caractéristiques moins performantes, du fait qu'elle présente une densité élevée. Toutefois, la faible épaisseur de la couche d'accrochage limite les conséquences de l'abaissement des caractéristiques de la mousse à cette zone d'épaisseur réduite. De plus, la couche d'accrochage constitue, vis-à-vis des couches qui seront projetées ultérieurement, une couche isolante permettant ensuite à la mousse de s'expanser normalement sans qu'il soit nécessaire de chauffer la structure métallique. La mise en oeuvre industrielle du procédé s'en trouve ainsi grandement facilitée.
  • Lorsque la couche d'accrochage a été déposée sur l'ensemble des surfaces à protéger de la structure, on mesure l'épaisseur de ladite couche, afin de la contrôler. Cette mesure peut être faite à l'aide de tout moyen de mesure d'épaisseur non destructif tel qu'un capteur à courants de Foucault, ou similaire.
  • Du fait que le produit s'expanse de façon presque instantanée après sa projection, la mesure d'épaisseur peut être effectuée très rapidement.
  • A l'issue de la mesure de l'épaisseur de la couche d'accrochage, les temps et débits de projection peuvent être ajustés selon les zones, pour que l'isolation thermique de la structure présente l'épaisseur finale désirée, avec une bonne précision, après la projection de couches supplémentaires de la mousse de polyuréthanne. On évite ainsi les surépaisseurs qui pourraient nécessiter des usinages après la projection de la dernière couche.
  • Après avoir mesuré l'épaisseur de la couche d'accrochage et modifié, si nécessaire, les temps et débits de projection, on projette une deuxième couche de la mousse de polyuréthanne sur l'ensemble de la couche d'accrochage. Lorsque cette projection est terminée, on procède aux mêmes opérations que celles qui ont suivi la projection de la couche d'accrochage. En d'autres termes, on mesure l'épaisseur de la deuxième couche et on ajuste à nouveau, si besoin est, les temps et débits de projection avant de projeter la couche suivante.
  • Les opérations qui précèdent sont répétées autant de fois que nécessaire, de façon à obtenir une isolation thermique présentant l'épaisseur désirée, avec une précision satisfaisante, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un usinage ultérieur.
  • Dans la pratique, l'épaisseur de chacune des couches supplémentaires déposées après la couche d'accrochage est déterminée en fonction de l'épaisseur finale désirée pour l'isolation thermique. Il en est de même du nombre de ces couches supplémentaires.
  • Plus précisément, on détermine l'épaisseur et le nombre de chacune des couches supplémentaires déposées après la projection de la couche d'accrochage en donnant, de préférence, à chacune de ces couches supplémentaires une épaisseur comprise entre 5 mm et 10 mm. Par exemple et uniquement à titre d'illustration, une isolation thermique de 12 mm d'épaisseur peut être obtenue en projetant successivement trois couches de polyuréthanne incluant la couche d'accrochage. Par comparaison, une isolation thermique d'environ 40 mm d'épaisseur peut être obtenue en projetant successivement cinq ou six couches de polyuréthanne incluant la couche d'accrochage.
  • Comme on l'a déjà observé, l'intervalle de temps séparant la projection de deux couches successives de polyuréthanne peut être très court. En effet, le durcissement rapide de la mousse impose simplement un intervalle de temps minimal de 5 min entre deux couches. On assure ainsi une parfaite adhérence des couches entre elles.
  • Du fait que la couche d'accrochage de faible épaisseur isole thermiquement de la structure métallique les couches de mousse déposées ultérieurement, on réalise une isolation thermique qui présente les qualités d'isolation thermique requises.
  • Par ailleurs, la couche d'accrochage de faible épaisseur adhère de façon satisfaisante avec le revêtement primaire et, par conséquent, avec la structure métallique, notamment grâce aux caractéristiques des produits projetés, à la projection sous haute pression et au respect d'une distance de projection satisfaisante.
  • En outre, la projection de la mousse par couches successives et le contrôle de l'épaisseur de chacune des couches permettent d'obtenir une isolation thermique d'épaisseur contrôlée sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un usinage ultérieur.
  • Il est à noter également, que la résistance du revêtement à des agressions thermiques transitoires est obtenue grâce à un agent ignifuge, de mise en oeuvre aisée et permettant une bonne tenue aux flux thermiques, contenu dans la mousse de type polyol isocyanate. De plus, la projection de la mousse par couches successives permet de contrôler la dégradation du matériau, sans qu'il y ait propagation dans toute l'épaisseur du revêtement. En effet, la surface de chaque couche joue le rôle de barrière thermique, lors d'une agression thermique. Ainsi, des essais ont montré que le revêtement ne présente qu'une dégradation surfacique et une faible diminution de son épaisseur, sous des flux allant jusqu'à 67 kW/m2.
  • Des essais ont également montré que la masse volumique du revêtement est comprise entre 50 kg/m3 et 70 kg/m3. A une température variant entre 130 K et 350 K, la conductivité thermique moyenne du revêtement évolue entre 0,022 W/m.K et 0,044 W/m.K et sa capacité calorifique moyenne varie entre 570 J/Kg.K et 1605 J/Kg.K. Ces résultats sont conformes aux exigences requises pour les protections thermiques équipant les structures métalliques à usage cryotechnique, dans les domaines aéronautique et spatial.
  • Il est à noter que différents paramètres peuvent être modifiés. Ainsi et uniquement à titre d'exemple, les types de résine époxy et de mousse de polyuréthanne utilisés pour former le revêtement primaire et l'isolation thermique peuvent être quelconques, dans la mesure où ces produits permettent d'obtenir les caractéristiques désirées.

Claims (11)

  1. Procédé d'isolation thermique d'une structure métallique à usage cryogénique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    - pose d'un revêtement primaire d'une résine époxy sur une surface de ladite structure, à isoler thermiquement ;
    - projection d'une couche d'accrochage d'une mousse de polyuréthanne, d'épaisseur inférieure à 5 mm, sur ledit revêtement primaire ;
    - mesure de l'épaisseur de la mousse déposée sur la structure ;
    - projection d'au moins une couche supplémentaire de ladite mousse de polyuréthanne, jusqu'à obtention d'une épaisseur désirée de mousse de polyuréthanne, chaque projection étant suivie d'une nouvelle mesure de l'épaisseur de la mousse déposée sur la structure, et chaque couche supplémentaire ayant une épaisseur déterminée en fonction de l'épaisseur de la mousse mesurée précédemment.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque couche supplémentaire a une épaisseur au plus égale à environ 10 mm.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les projections de la couche d'accrochage et de chaque couche supplémentaire s'effectuent sous une atmosphère dont la température est régulée à 20°C ± 2°C.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les projections de la couche d'accrochage et de chaque couche supplémentaire s'effectuent sous une atmosphère dont l'hygrométrie est régulée entre 30 % et 60 %.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les projections de la couche d'accrochage et de chaque couche supplémentaire s'effectuent à une pression comprise entre 100 bars et 180 bars.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les projections de la couche d'accrochage et de chaque couche supplémentaire s'effectuent à partir d'une buse située à une distance de ladite surface de la structure comprise entre 60 cm et 80 cm.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un intervalle de temps minimal d'au moins 5 minutes sépare deux projections.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les projections de la couche d'accrochage et de chaque couche supplémentaire s'effectuent en mélangeant un polyol et un isocyanate.
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on mélange le polyol et l'isocyanate dans des proportions de un pour un en volume.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, dans lequel on maintient les températures du polyol et de l'isocyanate entre 45°C et 55°C.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on dépose le revêtement primaire sur ladite surface par projection.
EP01400313A 2000-02-11 2001-02-08 Procédé d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique Expired - Lifetime EP1124088B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0001724 2000-02-11
FR0001724A FR2805023B1 (fr) 2000-02-11 2000-02-11 Procede d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1124088A1 EP1124088A1 (fr) 2001-08-16
EP1124088B1 true EP1124088B1 (fr) 2008-07-16

Family

ID=8846911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01400313A Expired - Lifetime EP1124088B1 (fr) 2000-02-11 2001-02-08 Procédé d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1124088B1 (fr)
AT (1) ATE401527T1 (fr)
DE (1) DE60134803D1 (fr)
ES (1) ES2310542T3 (fr)
FR (1) FR2805023B1 (fr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2860059B1 (fr) * 2003-09-18 2006-01-21 Cryospace L Air Liquide Aerosp Procede d'isolation thermique d'un double fond separant deux ergols d'un reservoir
FR2903114B1 (fr) * 2006-07-03 2012-09-28 Cryospace L Air Liquide Aerospatiale Primaire d'accrochage pour tenue cryogenique et son utilisation
FR2904086B1 (fr) * 2006-07-19 2008-10-10 Cryospace L Air Liquide Aerosp Procede de reparation d'un revetement thermiquement isolant a la surface d'un equipement cryotechnique en cas d'anomalie d'adherence
FR3018464B1 (fr) * 2014-03-11 2017-10-13 Euro Cryospace Procede et dispositif de traitement de surface par laser d'une structure metallique, destinee a la fabrication d'un reservoir cryogenique
FR3018904B1 (fr) * 2014-03-20 2019-03-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil de separation de gaz par distillation ou lavage a une temperature subambiante

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2283188B (en) * 1993-10-26 1997-01-15 Balmoral Group Coated pipes and methods of making them
EP0943372A3 (fr) * 1998-03-19 2002-05-15 Peter Ribnitz Régulateur commandé de débit de poudre

Also Published As

Publication number Publication date
ES2310542T3 (es) 2009-01-16
FR2805023B1 (fr) 2002-09-13
ATE401527T1 (de) 2008-08-15
EP1124088A1 (fr) 2001-08-16
FR2805023A1 (fr) 2001-08-17
DE60134803D1 (de) 2008-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3017084B1 (fr) Procede de preparation a la depose d'un revetement metallique par projection thermique sur un substrat
EP1899638B1 (fr) Pièce de raccordement de conduites comportant une chemise interne, procede de revetement et procede d'assemblage
EP0650620B2 (fr) Procede de fabrication d'une carte comprenant au moins un element electronique et carte obtenue par un tel procede
CA2681329C (fr) Procede de revetement d'un substrat et installation de depot sous vide d'alliage metallique
FR2672536A1 (fr) Procede pour la fabrication d'un produit creux en matiere plastique, en utilisant une resine soluble dans l'eau.
CH645178A5 (fr) Tuyau revetu d'un enduit et procede de fabrication.
EP3630399B1 (fr) Procédé de fabrication amélioré d'une pièce à microstructure duale
FR2480487A1 (fr) Procede de production d'un article a gaine protectrice stratifiee et article, cable ou tube, a gaine stratifiee ainsi obtenu
WO1998002387A1 (fr) Fond de filiere a tetons rapportes
FR2805023A1 (fr) Procede d'isolation thermique d'une structure metallique a usage cryogenique
EP1846588B1 (fr) Procédé d'élaboration par projection thermique d'une cible à base de silicium et de zirconium
FR2612255A1 (fr) Tuyauterie d'un motopropulseur, notamment tuyauterie de refroidissement dans la construction aeronautique et procede de fabrication de la tuyauterie
WO2004065106A1 (fr) Procede de realisation d'un revetement de protection thermique d'une structure de propulseur
EP1279885A1 (fr) Procédé d'isolation thermique d'une structure metallique dont les deux faces sont soumises à des températures cryogéniques
EP0670190B1 (fr) Moule de fonderie et son procédé de réalisation
WO2005110717A1 (fr) Corps creux composite, procede et dispositif de fabrication
EP3071722B1 (fr) Procédé intégré de frittage pour microfissuration et tenue à l'érosion des barrières thermiques
CA2266936C (fr) Structure de protection thermique
FR2460775A1 (fr) Procede de realisation d'un corps moule en matiere plastique avec revetement de surface
EP1431650B1 (fr) Complexe de protection thermique
US5360050A (en) Method of preparing disappearing model
FR2676051A1 (fr) Piece en composite ceramique a revetement metallique, procede de realisation et composition de poudre utilisee.
FR2729886A1 (fr) Procede de realisation d'un revetement sur une surface d'une piece en matiere plastique et utilisation
FR2464282A1 (fr) Masse injectable isolante stabilisee, procede et appareillage pour son obtention et sa mise en oeuvre
EP0124403A1 (fr) Procédé de fabrication de brides à collerette, haute pression, en matériau composite, et produit obtenu

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT DE ES FR GB IT

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FR GB IT LI

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20020202

AKX Designation fees paid

Free format text: AT BE CH CY DE DK ES FR GB IT LI

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AT DE ES FR GB IT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070817

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT DE ES FR GB IT

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 60134803

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20080828

Kind code of ref document: P

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2310542

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20090417

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 16

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 17

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20200211

Year of fee payment: 20

Ref country code: AT

Payment date: 20200121

Year of fee payment: 20

Ref country code: DE

Payment date: 20200211

Year of fee payment: 20

Ref country code: GB

Payment date: 20200219

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20200228

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20200331

Year of fee payment: 20

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R071

Ref document number: 60134803

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: PE20

Expiry date: 20210207

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MK07

Ref document number: 401527

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20210208

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

Effective date: 20210207

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20211230

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

Effective date: 20210209