EP1866488A1 - Procede de fabrication d'un panneau isolant thermique sous vide de haute tenue en temperature - Google Patents
Procede de fabrication d'un panneau isolant thermique sous vide de haute tenue en temperatureInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D47/00—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures
Definitions
- the subject of this invention is a method of manufacturing a vacuum thermal insulation board.
- Some insulating panels have the constitution of Figure 1, namely an insulating lining 1 enclosed in a casing 2 usually formed of a lower sheet 3 and an upper sheet 4, at least one of which is folded around the lining 1 in order to adhere to the other leaves.
- a weld 5 is established between the portions near the edges of the sheets 3 and 4 to isolate the volume they include and the lining 1 from the outside.
- the panel can then be inserted behind a shield to form a heat shield. He who is represented is plane but he can be cylindrical or of another form.
- An insulating material commonly used for the liner 1 is a so-called microporous, that is, an agglomerated powder of a material such as silica.
- the sheets 3 and 4 are generally composed of two layers of polyethylene between which an aluminum layer is interposed to increase the strength and sealing of the sheets. Welding therefore concerns the polyethylene layers and is easily carried out.
- FIG. 1 already described illustrates a thermal insulation panel to be constructed
- FIG. 2 represents the panel by explaining the steps of the manufacturing process
- FIG. 3 illustrates the suction device
- FIG. 4 is a detail of the wedge used, - and Figure 5 illustrates a welding tool.
- FIG. 2 is discussed.
- two more superposed sheets 3 'and 4' will be used to enclose an internal volume comprising the lining 1, but the lower sheet 3 'like the top sheet 4 'will now be provided with an appendix 6 on one side of the panel, opened by a hole 7 giving in the interval leaves 3' and 4 'and indirectly in the volume of the lining 8.
- a first weld 8 is executed in a closed contour surrounding the lining 1 and the hole 7, thus passing through the outer edge of the appendix 6.
- FIG. 3 illustrates the suction method used.
- a vise 11 clamps the appendix 6. Its upper jaw opening on the hole 7 is hollow and comprises a conduit 12, opening in front of the hole 7 and leading to a vacuum pump 13.
- the sheets 3 'and 4' are maintained at a sufficient clearance by a hold
- the wedge 14 slipped between them and prevents Appendix 6 from curling up.
- the wedge 14 is provided with grooves
- 3 'and 4' sheets of stainless steel, titanium or low-alloy nickel were used. These metals have given good results. Their alloys, and possibly other metals, may be suitable.
- FIG. 5 represents a possible device, in which two wheels 16 and 17 both dependent on an arm 18 shown in a diagram are arranged facing each other so as to be in contact with the sheets 3 'and 4', respectively.
- the wheels 16 and 17 roll under and on the envelope when the arm 18 pull them. They are both connected to an electrical circuit 19 which imposes a potential difference heating Joule by the effect of the stack of sheets 3 'and 4' located between them.
- the energy is sufficient to produce a melt 20 between the rollers 16 and 17 and a weld bead 21 upon solidification.
- knobs 16 and 17 could also be replaced by a fixed counter-electrode resting on the sheet concerned or on the support of the envelope; it would also be possible to arrange the knurls 16 and 17 side by side, transversely or longitudinally, on the same sheet 3 'and 4', and the melt would still develop between the two sheets 3 'and 4' and between the knurls 16 and 17.
- These design variants belong to the art of knurling.
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Abstract
Le soudage d'une enveloppe étanche est entrepris en deux étapes (8,9), avec une aspiration 5 intermédiaire par un appendice troué (6, 7) pour créer le vide dans l'enveloppe et renforcer l'isolation offerte par la garniture (1). Quand la deuxième soudure (9) a été exécutée, l'appendice portant le trou peut être retiré. Un soudage par résistance électrique à la 10 molette est préféré. On peut recourir ainsi à des procédés de soudage sous atmosphère et souder des enveloppes métalliques.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UN PANNEAU ISOLANT THERMIQtJE SOUS VIDE DE HAUTE TENUE EN TEMPERATURE
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique sous vide .
Certains panneaux isolants ont la constitution de la figure 1, à savoir une garniture isolante 1 enfermée dans une enveloppe 2 usuellement formée d'une feuille inférieure 3 et d'une feuille supérieure 4 dont l'une au moins est pliée autour de la garniture 1 de façon à adhérer à l'autre des feuilles. Une soudure 5 est établie entre les portions rapprochées des bords des feuilles 3 et 4 pour isoler le volume qu'elles englobent et la garniture 1 de l'extérieur. Le panneau peut alors être introduit derrière un écran de protection pour former un écran thermique. Celui qui est représenté est plan mais il peut être cylindrique ou d'une autre forme. Une matière isolante couramment utilisée pour la garniture 1 est ce qu'on appelle un microporeux, c'est-à-dire une poudre agglomérée d'une matière telle que la silice. Les feuilles 3 et 4 sont en général composées de deux couches de polyéthylène entre lesquelles une couche d'aluminium est intercalée pour accroître la résistance et l'étanchéité des feuilles. La soudure concerne donc les couches de polyéthylène et s'effectue facilement.
Une autre considération est que le contenu de l'enveloppe 2 doit être maintenu sous vide pour
conserver de bonnes caractéristiques d'isolation. La mise en place de l'enveloppe 2 autour de la garniture 1 et son soudage s'effectuent donc sous vide, dans une cloche, d'après le procédé connu, par une simple pince chauffée qui amollit le polyéthylène .
On s'est intéressé à employer de tels panneaux isolants à des températures plus hautes que d'accoutumée, à 4000C environ. Si la garniture en microporeux convient encore, ce n'est plus le cas de l'enveloppe connue, le polyéthylène fondant. On a donc cherché à remplacer l'enveloppe principalement en polyéthylène par d'autres matières, mais des difficultés sont apparues. Utiliser une simple feuille d'aluminium ne convient pas à cause des difficultés de soudage de ce métal. D'autres métaux pourraient être employés mais leur soudage s'effectue à haute température. Or il est difficile de ne pas produire un effritement d'au moins une petite quantité de la garniture pendant la fabrication, de sorte que de la poudre de silice est libérée et atteint la région de la soudure. Elle se décompose à haute température, et la vaporisation de l'oxygène nuit à la qualité de la soudure par la création de bulles ou d'oxydes. La qualité d'étanchéité parfaite de la soudure ne peut donc plus être garantie, notamment pour les très fines épaisseurs inférieures à 100 microns.
Une autre difficulté provient de ce que les procédés de soudage habituels de métaux s'effectuent sous atmosphère contrôlée (gaz neutres) et font appel, quand ils sont automatisés, à des systèmes articulés, qui doivent être lubrifiés, pour déplacer l'outil de
soudage le long d'un contour périphérique de la garniture scellée sous vide. On est donc dans l'embarras pour établir le soudage de l'enveloppe en atmosphère sous vide comme on peut le faire avec l'enveloppe en polyéthylène qui doit être remplacée.
Il s'agissait donc de trouver une matière d'enveloppe résistante à toute température d'utilisation et un procédé de soudage adapté à ce contexte particulier de fabrication d'un panneau isolant thermique composé d'une garniture et d'une enveloppe refermée par soudure étanche autour de la garniture, la garniture étant sous vide, où la garniture libérée peut endommager la soudure, avec un moyen de production du vide dans l'enveloppe alors que le soudage ne serait pas réalisé sous vide. On y est parvenu au moyen d'un procédé qui comprend les étapes suivantes :
- fabrication de l'enveloppe au moyen de deux feuilles de métal avec un appendice sur deux bords superposés à souder des feuilles, l'appendice étant troué,
- exécution d'une première soudure sous atmosphère, incluant la garniture isolante et l'appendice dans un volume interne à l'enveloppe, - aspiration d'un contenu gazeux du volume interne à l'enveloppe à travers l'appendice,
- exécution d'une seconde soudure, excluant l'appendice du volume interne, ou le séparant du volume contenant la garniture. Un procédé de soudage particulièrement adapté à cette application et convenant pour la plupart
des métaux à considérer (l'acier, le titane, le nickel ou leurs alliages donnent de bons résultats) est un soudage par résistance électrique par décharge de courant entre deux molettes animées en rotation. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, dont :
- la figure 1 déjà décrite illustre un panneau isolant thermique à construire,
- la figure 2 représente le panneau en explicitant les étapes du procédé de fabrication,
- la figure 3 illustre le dispositif d' aspiration,
- la figure 4 est un détail de la cale utilisée, - et la figure 5 illustre un outil de soudage .
On aborde la figure 2. Pour construire une enveloppe avec le procédé de l'invention, on utilisera encore deux feuilles 3 ' et 4 ' superposées pour enclore un volume interne comprenant la garniture 1, mais la feuille inférieure 3 ' comme la feuille supérieure 4 ' seront désormais pourvues d'un appendice 6 d'un côté du panneau, ouvert par un trou 7 donnant dans l'intervalle des feuilles 3 ' et 4 ' et indirectement dans le volume de la garniture 8. Dans une première étape de l'invention, on exécute une première soudure 8 selon un contour fermé entourant la garniture 1 et le trou 7, et passant donc par le bord externe de l'appendice 6.
Une aspiration du contenu gazeux du volume enclos par l'enveloppe formée par les feuilles 3' et 4' est ensuite entreprise en aspirant par le trou 7.
Enfin, une deuxième soudure 9 est exécutée pour séparer l'appendice 6 et le trou 7 du reste de l'enveloppe et isoler complètement la garniture 1 de l'extérieur, le vide étant maintenu pendant cette deuxième soudure 9. L'appendice 6 peut ensuite être coupé à la ligne 10 pour reconstituer un bord d'enveloppe peu saillant de la garniture 1.
La figure 3 illustre la méthode d'aspiration utilisée. Un étau 11 pince l'appendice 6. Sa mâchoire supérieure donnant sur le trou 7 est creuse et comporte un conduit 12, débouchant devant le trou 7 et menant à une pompe à vide 13. Les feuilles 3' et 4' sont maintenues à un écartement suffisant par une cale
14 glissée entre elles et qui empêche l'appendice 6 de se recroqueviller. La cale 14 est pourvue de rainures
15 à sa surface supérieure, sous le trou 7, afin de maintenir un trajet d'aspiration ouvert (figure 4). L 'étau 11 et la cale 14 sont donc installés dès que la première soudure 8 a été exécutée, et retirés seulement quand la deuxième soudure 9 a été exécutée.
A des essais différents, on a utilisé des feuilles 3' et 4' en acier inoxydable, en titane ou en nickel faiblement alliés. Ces métaux ont donnés de bons résultats. Leurs alliages, et éventuellement d'autres métaux, peuvent convenir.
Plusieurs procédés de soudage ont aussi été essayés, et certains ont donné de bons résultats pour le soudage de deux feuilles minces, comme le brasage, le soudage TIG à faible puissance, notamment avec utilisation de plasma par un orifice calibré donnant une colonne ionisée mince, et de préférence avec une
gaine de gaz de protection autour de la torche et du bain de fusion. Le procédé le plus adapté à l'application présente, qui est la plus robuste vis-à- vis des pollutions par la silice libre, est cependant le soudage par résistance électrique à la molette qui a la particularité de développer le bain fondu d'abord à l'interface entre les feuilles 3' et 4', où la résistance électrique est la plus grande. La figure 5 représente un dispositif possible, dans lequel deux molettes 16 et 17 dépendantes toutes deux d'un bras 18 représenté en schéma sont disposées face à face de façon à être en contact avec les feuilles 3 ' et 4 ' respectivement. Les molettes 16 et 17 roulent donc sous et sur l'enveloppe quand le bras 18 les tirent. Elles sont toutes deux reliées à un circuit électrique 19 qui leur impose une différence de potentiel échauffant par effet Joule l'empilement des feuilles 3' et 4' situé entre elles. L'énergie est suffisante pour produire un bain de fusion 20 entre les molettes 16 et 17 et un cordon de soudure 21 à la solidification. Une des molettes pourrait aussi être remplacée par une contre- électrode fixe en appui sur la feuille concernée ou sur le support de l'enveloppe ; il serait aussi possible de disposer les molettes 16 et 17 côte à côte, transversalement ou longitudinalement , sur la même feuille 3 ' et 4 ' , et le bain de fusion se développerait tout de même entre les deux feuilles 3 ' et 4 ' et entre les molettes 16 et 17. Ces variantes de conception appartiennent à l'art du soudage à la molette.
Claims
REVENDICATIONS
1) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique composé d'une garniture et d'une enveloppe refermée par soudure autour de la garniture, la garniture étant sous vide, caractérisé en ce que l'enveloppe est en métal et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- fabrication de l'enveloppe avec un appendice (6) sur deux bords superposés des feuilles
(3' et 4') à souder, l'appendice étant troué (7),
- exécution d'une première soudure sous atmosphère, incluant la garniture et l'appendice (6) dans un volume interne à l'enveloppe, - aspiration d'un contenu gazeux du volume interne à l'enveloppe à travers l'appendice,
- exécution d'une seconde soudure (9), excluant l'appendice, du volume interne.
2) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape finale d'enlèvement de 1 ' appendice .
3) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une mise en place d'une cale (14) rainurée (15) dans l'appendice, entre les bords à souder, avant l'exécution du premier cordon de soudure.
4) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la garniture est une poudre agglomérée de silice.
5) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe a une matière choisie parmi l'acier, le titane, le nickel ou leurs alliages.
6) Procédé de fabrication d'un panneau isolant thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les soudures sont entreprises par effet Joule entre une ou plusieurs molettes (16, 17).
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