FR2862122A1 - Materiau isolant thermique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un matériau isolant thermique 1 flexible constitué d'éléments réflecteurs séparés par un matériau intercalaire, enroulé autour d'une surface courbe fermée 7.Il comprend une feuille réfléchissante 4 sur laquelle est déposée un matériau intercalaire 3 poreux présentant des tailles de pores inférieures à 1 m, ladite feuille réfléchissante 4 étant enroulée en spirale sur elle-même pour délimiter les éléments réflecteurs. La feuille réfléchissante 4 est une feuille d'aluminium d'épaisseur comprise entre 5 et 100 micron et la poudre 3 est disposée selon une épaisseur comprise entre 10 et 1000 micron.Application du matériau à l'isolation thermique d'éléments plats ou à surfaces courbes.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des matériaux
isolants thermiques à hautes performances.
On connaît des isolants dénommés superisolants constitués de plaques ou de feuilles réfléchissantes métalliques ou métallisées séparées entre elles par un intercalaire généralement constitué par une résille ou un feutre. Le principe d'un superisolant est de réduire les échanges de chaleur par rayonnement sans augmenter les échanges par conduction solide, tout en s'affranchissant de la conduction l0 gazeuse. Cet isolant convient parfaitement dans tout système d'isolation dans lesquels la pression est de l'ordre de 10-6 mbar, ce qui correspond à un vide poussé.
Un superisolant est doué d'un coefficient d'isolation thermique de l'ordre de 0,01 à 0,1 mW/(m.K) à une pression de 10-6 mbar. L'inconvénient majeur des superisolants réside dans les difficultés techniques pour réaliser et maintenir un vide poussé.
Ainsi, on citera un isolant constitué par des feuilles de MYLAR aluminisé avec un tulle de polyester comme intercalaire. Moyennant un vide poussé (<10-6 bar), ces matériaux isolants permettent l'obtention de conductivités de l'ordre de 0,01 à 0,1 mW/(m.K). Mais dans des applications hautes températures, on a proposé de remplacer les feuilles de MYLAR par une feuille d'aluminium et une feuille de papier ou de coton comme intercalaire. Mais l'augmentation d'épaisseur liée à ces feuilles dégrade considérablement l'efficacité de l'isolant d'un facteur estimé à 10. De plus, la tenue en compression est très mauvaise car un effort de compression de l'ordre de 100 g/cm2 rapproche localement les feuilles isolantes, augmente les aires de contact, donc la conduction solide, et élève la conductivité. Il faut alors prévoir des écarteurs dont la fonction est de maintenir un écart minimum entre les parois de l'espace sous vide. Ces écarteurs vont augmenter les flux thermiques locaux, ce qui nuit à la performance d'isolation thermique globale du système.
La présente invention propose une approche innovante offrant un isolant doué d'une excellente qualité d'isolation combinée à une simplicité de mise en uvre et utilisable à différentes pressions de l'ordre de 0,1 à 5. 106 Pa, et offrant une bonne tenue à la compression. Le but de la présente invention est également de fournir un excellent isolant utilisable à différentes pressions et à des températures basses cryogéniques ou élevées, supérieures à 400 C, et d'un prix de revient peu élevé.
L'invention a pour objet un matériau isolant thermique flexible constitué d'un empilement d'éléments réflecteurs séparés par un intercalaire, caractérisé en ce qu'il comprend une feuille réfléchissante sur laquelle est déposé un matériau intercalaire poreux présentant une taille de pores inférieures à 1 m, ladite feuille réfléchissante étant enroulée sur ellemême ou repliée pour délimiter les éléments réflecteurs.
Selon une caractéristique de l'invention, ledit matériau intercalaire est constitué principalement de poudre de silice pyrogénée ou d'un aérogel de silice.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'aérogel 20 est maintenu dans un tapis de fibres pour se présenter sous la forme d'un voile.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la poudre présente une granulométrie de base sensiblement de l'ordre de 5 à 20 nm et une densité comprise entre 50 et 250 kg/m3 et des pores de taille moyenne inférieure à 1 m.
Selon encore une caractéristique de l'invention, ledit matériau intercalaire est renforcé à l'aide de fibres ou d'un tissu.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la 30 feuille réfléchissante est une feuille d'aluminium d'épaisseur comprise entre 5 et 100 micron.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la poudre intercalaire est disposée selon une épaisseur comprise entre 10 et 1 000 micron.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la feuille réfléchissante est disposée en couches successives entre lesquelles la poudre est disposée.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la feuille réfléchissante est enroulée en spirale sur elle-même autour d'une surface courbe fermée.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la feuille réfléchissante est pliée en accordéon, la poudre 5 étant interposée entre les différents plis.
Selon encore une caractéristique de l'invention, des feuilles réfléchissantes sont disposées cote à cote suivant une bande de recouvrement.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la 10 poudre comporte des fibres minérales ou est recouverte à l'aide d'un tissu.
L'invention concerne également l'application du matériau à l'isolation d'une surface courbe fermée par un enroulement en spirale de la feuille réfléchissante.
Un avantage du matériau selon l'invention est de présenter une relative haute qualité d'isolation thermique selon une gamme de pression allant de 0,1 à 5.106 Pa.
Un autre avantage du matériau selon l'invention est d'assurer un écoulement gazeux du type moléculaire entre les éléments réflecteurs.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels: - la figure 1 illustre une première réalisation de l'isolant selon l'invention, - la figure 2 illustre une coupe radiale d'un second mode de l'isolant selon l'invention, - la figure 3 illustre un autre mode de réalisation de 30 l'isolant selon l'invention, - la figure 4 illustre en coupe longitudinale un mode de l'isolant selon l'invention appliqué à une courbe fermée, et la figure 5 illustre la réalisation d'un isolant de grande largeur.
Selon la figure 1, on a représenté un premier exemple de réalisation de l'isolant 1 selon l'invention obtenu par empilage de feuilles métalliques 2 minces constituant des réflecteurs. Ces feuilles sont séparées par une couche fine de poudre intercalaire 3 constituant le matériau intercalaire. Chaque feuille 2 est une feuille réfléchissante 4 de grande dimension sur laquelle est préalablement disposée la poudre 3. La poudre intercalaire 3 peut être disposée sur la feuille réfléchissante 2 en faisant passer cette dernière dans un bac contenant ladite poudre 3. La feuille réfléchissante 2 est avantageusement une feuille métallique, par exemple une feuille d'aluminium.
On emploie avantageusement une feuille d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 5 et 100 micron disponible dans le commerce en largeur d'environ 1 m. La poudre 3 présente avantageusement une granulométrie de l'ordre de 5 à 20 nm et une densité comprise entre 50 et 250 kg/m3. Cette poudre 3 est disposée sur chaque feuille 2 suivant une épaisseur de l'ordre 10 à 1 000 micron. Bien entendu, on peut utiliser différentes épaisseurs de feuilles 2 ou faire varier cette épaisseur suivant un ordre croissant ou décroissant. Il en est de même des couches de poudre 3.
Le matériau intercalaire 3 peut être par exemple l'alumine, le silicate de calcium, la silice précipitée ou encore le dioxyde de titane. Le matériau retenu se présente avantageusement sous la forme poudreuse d'aérogel de silice ou de silice pyrogénée. La qualité essentielle de cette poudre 3 est de présenter une faible conduction solide et des pores de taille inférieure à 1 micron. Ceci permet d'offrir de bonnes capacités isolantes sans limite de température d'utilisation 1000 C) et pour différentes pressions d'utilisation.
A titre d'exemple, on obtient les résultats suivants à 30 une température de 50 C: Pression (mbar) Conductivité thermique (mW/(m.K) 0,05 1 14 1000 19 Ainsi, pour des températures inférieures à 100 C sur la face chaude et une pression de l'ordre de 0,05 mbar on obtient une conductivité thermique de 0,5 à 1,5 mW/(m.K).
On voit que l'isolant selon l'invention permet d'atteindre des performances bien supérieures à celle d'un isolant du type microporeux classique pour des pressions du même ordre qui peuvent être obtenues de manière industrielle par exemple par pompage sur site. De plus, le matériau isolant selon l'invention est doué d'une grande flexibilité permettant un enroulement autour de tubes de n'importe quel diamètre, en particulier des diamètres faibles de l'ordre de 1 cm.
Le matériau isolant peut être utilisé classiquement dans toute application nécessitant une isolation poussée et sur lequel est exercée une contrainte. C'est le cas par exemple d'un tube, d'un container, etc... Le matériau ainsi fabriqué est doué d'une grande flexibilité.
Sur la figure 2, on a représenté en coupe radiale une application particulière de l'isolant 1 destiné à protéger une surface courbe fermée, du type cylindrique, un tube par exemple. L'isolant 1 se présente sous la forme d'un enroulement continu en spirale d'une feuille réfléchissante 4 emprisonnant la poudre 3 intercalaire en couches successives.
Ainsi, on obtient en partant radialement d'un tube 7 à protéger une succession d'éléments isolants. La feuille réfléchissante 4 empêche de façon connue le rayonnement thermique et la poudre 3 empêche de façon connue également la convection et la conduction. La conduction est principalement évitée en interdisant les contacts entre les différentes spires de la feuille réfléchissante 4. Cette fonction est assurée par la poudre intercalaire 3 qui joue un rôle d'écarteur entre les spires successives de la feuille 4. La dernière spire de l'isolant 1 est protégée par un moyen approprié 6, un cerclage ou une tôle métallique mince.
L'isolant est enroulé autour du tube 7 de la manière suivante. Le tube 7 est par exemple mis en rotation autour de son axe, par un dispositif non représenté, de manière à enrouler autour de lui la feuille réfléchissante 4 et la poudre 3. La feuille réfléchissante 4 prend alors la forme d'une spirale entre les spires de laquelle est emprisonnée une épaisseur de poudre 5 sensiblement constante. La poudre 3 est disposée sur la feuille comme indiqué précédemment. 1l va de soi que cette mise en oeuvre peut être appliquée sur toute surface courbe fermée.
Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation de l'isolant 2 obtenu à partir d'une feuille unique 9 repliée en accordéon et dont les différents plis 11 sont séparés par une couche de poudre 10. La feuille 9 et la poudre 10 sont de même nature que la feuille 4 et la poudre 3. Bien entendu, le matériau isolant ainsi obtenu peut être utilisé dans une conduite, un container, ou tout autre application.
Dans ce qui précède, on a décrit un matériau intercalaire se présentant sous la forme d'une poudre. Toutefois, la cohésion de cette poudre peut être renforcée à l'aide de fibres, par exemple des fibres minérales. Cette poudre peut être également piégée dans un tapis de fibres pour constituer un voile.
Le figure 4 montre une coupe longitudinale du tube 7 protégé par l'isolant selon la figure 2. Après enroulement de la feuille 4 enrobée avec la poudre 3 autour du tube 7. 1l est avantageux de cercler l'enroulement isolant constitué par la feuille réfléchissante 4 par un cerclage cylindrique de contention 6 que l'homme du métier pourra réaliser sans difficulté.
Ce cerclage de contention 6 assure une meilleure tenue de l'ensemble isolant autour du tube 7 et limite les déplacements éventuels de poudre 3 au niveau des surfaces courbes.
Une tel mode de réalisation met en oeuvre pour la partie isolante que de la silice et de l'aluminium. Ceci autorise la montée en température de l'ensemble. Le fait de pouvoir bobiner le tube et de n'utiliser que des matériaux supportant les hautes températures rend réalisable en pratique l'étuvage d'un tel tube.
Sur les figures précédentes, les différentes coupes permettent de montrer la disposition des différentes spires ou plis délimitées par la feuille 4 séparées par la couche de poudre 3 ou 10. Il va de soi que l'espacement des spires ou des plis est élargi pour des raisons de commodité de représentation. Il va de soi que la feuille et la poudre sont en contact intime comme expliqué précédemment.
Sur la figure 5, on a représenté un mode de réalisation de l'isolant 1 suivant une largeur importante pour protéger un tube de grande longueur. On utilise à cette fin des feuilles 11, 12, 13 disponibles dans le commerce que l'on place côte à côte suivant la largeur désirée, la longueur de chaque feuille étant par définition ajustable au gré de l'utilisateur. Pour assurer la continuité de la réflexion des Io feuilles réfléchissantes, on réalise un recouvrement partiel sur le bord de chaque feuille. Sur la figure, on a représenté une bande de recouvrement 14 entre les feuilles 11 et 12 et une bande de recouvrement 15 entre les feuilles 12 et 13. Il est ainsi aisé de réaliser un isolant de grande dimension par enroulement en spirale autour d'un tube ou d'une enceinte ou un enroulement en accordéon comme représenté sur la figure 3.

Claims (1)

  1. 8 REVENDICATIONS
    1. Matériau isolant thermique (1) flexible constitué d'un empilement d'éléments réflecteurs séparés par un intercalaire, caractérisé en ce qu'il comprend une feuille réfléchissante (2, 4, 9) sur laquelle est déposé un matériau intercalaire (3, 9) poreux présentant des tailles de pores inférieures à 1 m, ladite feuille réfléchissante (2) étant enroulée sur elle-même ou repliée pour délimiter les éléments réflecteurs.
    2. Matériau isolant thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau intercalaire (3, 9) est constitué d'une poudre de silice pyrogénée ou d'un aérogel de silice.
    3. Matériau isolant thermique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aérogel est maintenu dans un tapis de fibres pour se présenter sous la forme d'un voile.
    4. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau intercalaire (3, 9) présente une granulométrie sensiblement comprise entre 5 et 20 nm et une densité comprise entre 50 et 250 kg/m3 et des pores de taille moyenne inférieure à 1 gm.
    5. Matériau isolant thermique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau intercalaire thermique est renforcé à l'aide de fibres ou d'un tissu.
    6. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite feuille réfléchissante (2, 4, 9) est une feuille d'aluminium d'épaisseur comprise environ entre 5 et 100 micron.
    7. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau intercalaire (3, 9) est disposé selon une épaisseur comprise entre 10 et 1 000 micron.
    8. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille réfléchissante (2) est disposée en couches successives entre lesquelles le matériau intercalaire (3) est disposé.
    9. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la feuille réfléchissante (4) est enroulée en spirale sur elle-même autour d'une surface courbe fermée (7).
    10. Matériau isolant thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la feuille réfléchissante (9) est pliée en accordéon, le matériau intercalaire (10) étant interposée entre les différents plis (11).
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