FR3040212A1 - Ensemble isolant thermique et structure isolee par cet ensemble - Google Patents

Abstract

Est concerné un ensemble comprenant : - au moins une structure pourvue d'une paroi périphérique et présentant au moins un volume intérieur où sont présents un fluide en circulation et des éléments de stockage et de restitution d'une énergie thermique, - au moins une couche contenant un matériau à changement de phase (MCP) disposée dans au moins une cavité de la paroi périphérique ou autour de cette paroi, - une série de poches de type panneau isolant sous vide (PIV) : -- réunies par des portions intermédiaires flexibles où deux poches successives peuvent s'articuler l'une par rapport à l'autre, -- contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique, et -- s'étendant autour de ladite paroi extérieure.

Description

ENSEMBLE ISOLANT THERMIQUE ET STRUCTURE ISOLEE PAR CET

ENSEMBLE

La présente invention concerne en particulier, pour une isolation thermique, un ensemble comprenant : - au moins un premier matériau MCP (matériau à changement de phase), - et au moins un second matériau poreux (qui peut être nano-poreux) au sein d’un panneau (à constitution) PIV (panneau isolant sous vide ; VIP en anglais). A toute fin, il est précisé qu’un matériau à changement de phase - ou MCP- désigne tout matériau capable de changer d'état physique dans une plage de température restreinte. Le transfert de chaleur (ou transfert thermique) peut s’opérer par utilisation de sa Chaleur Sensible (CS): le matériau peut céder ou stoker de l'énergie en voyant varier sa propre température, sans pour autant changer d'état, et/ou de sa Chaleur Latente (CL) : le matériau peut alors stocker ou céder de l'énergie par simple changement d'état, tout en conservant une température et une pression sensiblement constante, celle du changement d'état.

Quant aux panneaux PIV, ce sont des isolants thermiques où un noyau en matériau poreux, par exemple un gel/une poudre de silice est pressé en plaque et, entouré, sous vide d’air, d’une feuille enveloppante étanche aux gaz, par exemple en matière plastique et/ou ou aluminium laminé. Le vide obtenu, d’une pression résiduelle comprise entre 10 et 104 Pa, permet typiquement d’abaisser la conductivité thermique à 0,02, voire moins de 0,01 W/m-K environ dans les conditions d’utilisation, à 20°C. On obtient ainsi une efficacité d’isolation 3 à 10 fois supérieure à celle de matériaux isolants plus classiques. « Poreux » désignera un matériau possédant des interstices permettant le passage de l’air. Les matériaux poreux, à cellules ouvertes, incluent donc les mousses mais également les matériaux fibreux (tels que la laine de verre ou de roche). Les interstices de passage que l’on peut qualifier de pores ont des tailles inférieures à 1 ou 2mm de façon à pouvoir garantir une bonne isolation thermique, et de préférence à 1 micron, et préférentiellement encore à 10'9m (structure nanoporeuse), pour des questions en particulier de tenue au vieillissement et donc de possible dépression moins forte dans l’enveloppe PIV.

Par ailleurs, l'industrie est invitée à accélérer la mise sur le marché de nouvelles technologies pouvant réduire les émissions de polluants, lisser d’éventuelles augmentations ponctuelles de charges par rapport à un fonctionnement nominal dimensionnant, mais aussi proposer des solutions pour décaler dans le temps la restitution d’une énergie disponible à un autre moment.

En outre, par exemple dans le domaine automobile, la tendance actuelle à intégrer dans les véhicules d’autres systèmes devant assurer une augmentation de la performance (turbo, super-capacités, ...) alourdit et tend à augmenter le besoin en capacité des systèmes de refroidissement de ces mêmes véhicules.

Or, ni les matériaux MCP ni les panneaux PIV seuls ne semblent pouvoir répondre aux attentes du marché.

Leurs mises en oeuvre sur le terrain est un problème, en particulier leur conditionnement. C’est dans ce contexte qu’est ici proposé un ensemble comprenant : - au moins une structure pourvue d’une paroi périphérique et présentant au moins un volume intérieur où est présent l’un au moins parmi : -- un fluide frigorigène ou caloporteur pouvant circuler, a priori en circuit ouvert, dans le ou lesdits volumes sous l’action de moyens de circulation, -- des éléments de stockage et de restitution d’une énergie thermique, -- au moins un élément à maintenir à une certaine température, et/ou -- au moins un élément dégageant de la chaleur, - au moins une couche contenant un matériau MCP disposée dans la paroi périphérique ou autour de ladite paroi périphérique, - une série de poches à constitution PIV (c.à.d. sous vide partiel) : -- réunies par des portions intermédiaires moins épaisses que les poches et qui sont courbes ou pliées si un angle y est formé ou qui servent d’articulation, -- et contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique poreux.

Deux cas peuvent se présenter pour ces éléments formés de ces poches à constitution PIV réunies par ces portions intermédiaires.

Dans un premier cas, les poches et leurs portions intermédiaires de liaison vont s’étendre autour de ladite paroi périphérique, les portions intermédiaires étant alors flexibles pour que deux poches successives puissent s’articuler l’une par rapport à l’autre.

Dans le second cas, les poches et portions intermédiaires vont être disposées dans la paroi périphérique, et les portions intermédiaires, moins épaisses que les poches, seront alors courbes ou pliées si un angle y est formé (comme figure 8). Ainsi, si un changement de plan dans la paroi est à réaliser, ce sera de préférence à l’endroit d’une portion intermédiaire de liaison. A priori, dans les deux cas, lesdites « portions intermédiaires » seront structurellement les mêmes, à ceci près que dans le second cas, ces portions intermédiaires seront immobilisées dans ou par la structure, plus rigide qu’elles, de la paroi périphérique dans laquelle elles pourront avoir été par exemple moulées. Elles ne seront ainsi plus flexibles, même si elles conservent cette propriété et le redeviendraient si on les extrayait de la paroi avec laquelle elles forment bloc.

De ce qui précède, on aura compris que sera « périphérique » une paroi (5 ci-après) ou un emplacement qui entourera en tout ou partie un dit « volume » (intérieur, repéré 7 ou 77 ci-après), qu’il s’agisse d’une zone à isoler thermiquement de l’extérieur (EXT : l’environnement hors de l’ensemble isolé) ou d’une zone intermédiaire entre deux dites parois ou volumes intérieurs 7,77, comme deux éléments de batterie électrique (39 ci-après) à disposer côte-à-côte.

Pour être à constitution PIV, les poches seront, individuellement, par groupes ou toutes ensembles fermées dans un ou plusieurs espaces clos, sous vide partiel (typiquement 10 à 104 Pa), via une ou plusieurs enveloppes périphériques, étanches au(x) matériau(x) contenu(s), à l’air et de préférence à l’eau. Favorablement cette/ces enveloppes périphériques seront flexibles. Elle(s) se présentera(ont) de préférence sous forme de feuille(s) ou de film(s). La fermeture de cette(ces) enveloppe(s) sera typiquement obtenue par scellage (thermique ou chimique).

Le terme « feuille » doit être interprété comme correspondant à, ou compris entre, un film polymère, ou complexe polymère/métal (pour le scellage) d’environ 0.05 à 0.2 mm d’épaisseur (par exemple un polyéthylène) et une fine plaque de métal, pliable à la main mais tenant la forme qu’on lui a donnée par pliage, d’environ 0.05 à 1mm d’épaisseur (par exemple une plaque d’acier inoxydable mise en forme).

Pour faciliter leur fabrication en série et leur montage, voire leur démontage pour maintenance, il est proposé que la série de poches et lesdites portions intermédiaires définissent ensemble un panneau articulable pouvant : - être fermé sur lui-même, - être déployé sensiblement à plat.

Dans le même but, afin de simplifier cette fabrication et permettre que la(les) enveloppe(s) précitées soient multifonction, il est proposé que certaines au moins des portions intermédiaires réunissant deux poches sont définies par au moins une feuille ou film créant une discontinuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.

Ainsi, certes il y aura cette discontinuité d’isolation, mais la(les) enveloppe(s) agiront comme barrière permettant le vide partiel et comme moyen d’articulation compte tenu de leur structure.

Pour favoriser encore l’isolation thermique attendue, et limiter les problèmes de pont thermique, il est toutefois aussi prévu que : - certaines au moins des portions intermédiaires puissent contenir au moins un matériau isolant thermique, identique à ou différent du matériau isolant thermique des ou de chaque poche(s), - voire même de préférence que les portions intermédiaires contenant au moins un matériau isolant thermique soient à constitution PIV.

Dans ce cas, il pourra être favorable, en termes de facilité de fabrication et fiabilité, que certaines au moins des portions intermédiaires réunissant deux poches soient définies continûment par au moins une structure imprégnée d’un matériau isolant thermique, assurant ainsi une continuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.

Pour favoriser la mise en place des poches à constitution PIV autour de la structure précitée à volume intérieur fonctionnalisé, il est par ailleurs proposé: - que la paroi périphérique présente extérieurement au moins une première partie de liaison mécanique, - et que certaines au moins des portions intermédiaires réunissant deux poches présentent individuellement une portion renflée définissant ou portant une seconde partie de liaison mécanique, complémentaire de la première pour une fixation mécanique entre lesdites portions intermédiaires et la paroi périphérique.

Quant à l’optimisation de l’isolation thermique opérationnelle, par exemple pour un stockeur/échangeur sur un véhicule, elle pourra conduire à ce que certaines au moins des poches à constitution PIV et/ou des portions intermédiaires contiennent au moins un matériau MCP identique à ou différent du matériau de ladite au moins une couche contenant un matériau MCP. Avec le matériau MCP on accumulera de l’énergie thermique et on lissera les variations de température, avec le « matériau isolant thermique » on isolera. Les deux fonctions ensemble doivent permettre en outre d’alléger la structure entourée.

Concernant la manière de réaliser lesdites poches, il est en particulier proposé, de nouveau par souci de facilité de mise en œuvre, coûts maîtrisés et stockage/manutention, que certaines au moins des poches à constitution PIV comprennent : - au moins un premier élément contenant le matériau MCP, à côté duquel est disposé un second élément contenant ledit matériau poreux, et - au moins une enveloppe extérieure fermée qui contient les premier et second éléments et est constituée d’au moins une feuille flexible étanche au matériau MCP, avec : -- soit ladite feuille flexible qui est en outre scellable et étanche au matériau poreux et à l’air, de sorte qu’un vide d’air régnant dans l’enveloppe extérieure fermée, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, -- soit le second élément isolant thermique contenu à l’intérieur d’une seconde enveloppe fermée qui est scellable et étanche au matériau poreux et à l’air, de sorte qu’un vide d’air régnant dans la seconde enveloppe, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini.

Dans un souci de réalisation opérationnelle performante par exemple dans le cadre de l’isolation d’un caisson, il est proposé que: - le panneau formé par les poches et leurs parties intermédiaires de liaison puisse être disposé pour se développer globalement dans un plan, - que dans une direction perpendiculaire audit plan et à une épaisseur du panneau, au moins plusieurs dites portions intermédiaires présentent une première longueur supérieure à une seconde longueur de poches disposées entre lesdites plusieurs portions intermédiaires d’articulation, lesquelles présentent ainsi des sur-longueurs, - et que l’ensemble précité comprenne au moins un fond ou un couvercle présentant des passages de réception desdites sur-longueurs.

Outre l’ensemble, avec toute ou partie des caractéristiques évoquées, est aussi concerné par l’invention un panneau articulable pouvant : - être fermé sur lui-même, - être déployé sensiblement à plat le panneau comprenant une série de poches à constitution PIV : - contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique poreux, et - réunies par des portions intermédiaires où deux poches successives peuvent s’articuler l’une par rapport à l’autre.

Comme déjà mentionné, un tel mode de réalisation est pratique d’emploi (stockage/manutention/montage/démontage) et de fabrication aisée, puisqu’à plat.

Et comme là encore déjà mentionné, il est donc proposé que certaines au moins des portions intermédiaires réunissant deux poches soient définies: - par au moins une feuille flexible ou déformable créant une discontinuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches, et/ou, - continûment par au moins une structure flexible ou déformable imprégnée d’un matériau isolant thermique, assurant ainsi une continuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.

Si nécessaire, l’invention sera encore mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d’unité de type stockeur-échangeur d’énergie thermique, en vue éclaté ; - la figure 2 montre, en vue éclaté, l’un de ses modules entouré de blocs isolants thermiques enveloppés, à la manière d’un panneau articulable continu; - la figure 3 schématise une isolation externe d’une batterie ou d’un élément de batterie par d’un panneau articulable continu isolant thermique qui peut être celui de la figure 2, avec toutefois un quatrième côté et des dimensions différentes ; - les figures 4,18 schématisent un état fermé de deux panneaux articulables différents ; - les figures 5 à 8 montrent une réalisation alternative des poches et portions intermédiaires, à la manière d’un panneau articulable continu moulé avec le matériau de la paroi périphérique, laquelle est soit monobloc (figures 5,7) soit en plusieurs parties (figures 6,8) ; - les figures 9 à 17 à schématisent, suivant des bandes, parfois partielles, des alternatives de réalisation desdites poches, avec leurs portions intermédiaires, - les figures 19,20 schématisent, en vue locale (à prolonger de part et d’autre dans le cas d’un panneau articulable) deux structures possibles d’enveloppes de poches isolantes ; - la figure 21 schématise une alternative de réalisation de la structure de la figure 18, avec des piliers d’angles saillants à surface extérieure convexe coopérant avec des zones en creux de positionnement, pour l’isolation thermique; - la figure 22 schématise une trame thermiquement isolante et flexible de portion intermédiaire reliant deux poches de façon entièrement thermiquement isolante ; - et figure 23 schématise des poches 19 à forme courbe, au moins localement.

Le schéma de la figure 1 montre donc un ensemble de type stockeur-échangeur d’énergie thermique 1 qui comprend : - au moins une, ici plusieurs structures 3, chacune pourvue d’une paroi périphérique 5 et présentant un volume intérieur 7, - au moins une couche 15 contenant un matériau MCP qui peut être disposée dans au moins une cavité 17 (figure 2) de la paroi périphérique 15 ou autour de ladite paroi périphérique, en particulier à l’intérieur des poches 19 des figures suivantes, - et donc une série de telles poches 19 à constitution PIV, ces poches : -- étant réunies par des portions intermédiaires flexibles 21 où deux poches successives peuvent s’articuler l’une par rapport à l’autre, -- contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique 23, et -- s’étendant autour de la paroi extérieure 5, pour l’isoler thermiquement, avec son contenu.

Ace sujet, dans le volume intérieur 7, sont ici présents : - un fluide 9 frigorigène ou caloporteur pouvant circuler, en circuit ouvert, dans lesdits volumes sous l’action de moyens 11 de circulation, - et des éléments 13 de stockage et de restitution d’une énergie thermique.

Il peut en particulier s’agir de billes ou sphères 130....

La paroi périphérique 5 sépare donc de l’environnement extérieur (EXT) le volume 7 qu’elle entoure latéralement, c’est-à-dire transversalement à la direction (ici 27) suivant laquelle les modules 3 sont alignés ou superposés.

Dans l’exemple de la figure 1, la solution consiste en deux structures 3, empilées suivant l’axe 27 qui est perpendiculaire à leurs fonds respectifs 29, lesquels ferment les structures, transversalement à la paroi périphérique 5 et axialement à l’opposé d’une ouverture 31.

Des passages 30 communicants au moins deux à deux, dans les fonds 29, permettent au fluide 9 (qui peut être de l’eau ou de l’huile, voire un gaz, tel de l'air), de circuler, depuis une entrée 33 jusqu’à une sortie 35, entre les modules ou structures 3. Là où cela est nécessaire, dès lors que les structures ouvertes 3 peuvent être disposées notamment dos à dos (figure 1) ou au contraire face à face, un ou plusieurs couvercles 32, ici deux doubles, ferment les ouvertures 31, de façon à étancher chaque volume 7. Extérieurement, chaque couvercle 32 peut être doublé par une poche unique 34 à constitution PIV. Et une plaque 36 de protection mécanique peut fermer le tout, suivant l’axe 27, comme illustré. Les entrée 33 et sortie 35 traversent les pièces 32,34,36 pour déboucher dans les volumes 7 respectifs, comme montré figure 1. Et un fourreau 38 de protection mécanique ouvert aux deux extrémités, par exemple en plastique dur, enveloppe les modules 3, les pièces 32,34,36 et les poches 19 qui sont donc interposées entre les parois 5 et ce fourreau.

Ainsi, l’ensemble 1 est, dans l’exemple, de construction modulaire, ce qui doit permettre de limiter le poids global de l’ensemble et de favoriser les performances thermiques. A ce sujet, la performance thermique des matériaux MCP est reconnue. Et un complexe local MCP/isolant thermique, de préférence sous constitution PIV, permettra d’associer : - une isolation thermique entre modules, - une capacité de lissage des variations de température du fluide 9 passant dans le stockeur-échangeur 1 et/ou (via le matériau MCP) des éléments présents dans le volume interne du module considéré (cas par exemple de la solution « batterie » de la figure 3).

Le matériau thermiquement isolant 23 de chaque poche 19 isolante thermique de préférence à constitution PIV ne sera pas un matériau MCP, mais un isolant tel qu’une laine de verre, une mousse de polyuréthane ou de polyisocyanurate, ou encore plus favorablement un matériau thermiquement isolant poreux, tel qu’une silice nano-poreuse, disposé dans une enceinte sous vide, pour définir donc au moins un tel panneau isolant sous vide, PIV.

Dans l’exemple de la figure 1, le (ici chaque) volume intérieur 7 contient donc des éléments 13 de stockage et de restitution d’une énergie thermique avec lesquels le fluide frigorigène ou caloporteur 9 vient en échange thermique.

En tant que constitution des éléments 13 (ou 15 ou 81 ci-après), on pourra prévoir une composition de caoutchouc telle que décrite dans EP2690137 ou dans EP2690141, à savoir dans le second cas une composition réticulée à base d'au moins un élastomère silicone « RTV » vulcanisé à température ambiante et comprenant au moins un matériau à changement de phase (MCP), ledit au moins un élastomère silicone présentant une viscosité mesurée à 23°C selon la norme ISO 3219 qui est inférieure ou égale à 5000 mPa.s.

Dans cette composition, la matrice élastomère sera majoritairement constituée (i.e. selon une quantité supérieure à 50 pce, de préférence supérieure à 75 pce) d'un ou de plusieurs élastomères silicones « RTV ». Ainsi, cette composition pourra avoir sa matrice élastomère comprenant un ou plusieurs élastomères silicones selon une quantité totale supérieure à 50 pce et optionnellement un ou plusieurs autres élastomères (i.e. autres que des silicones « RTV ») selon une quantité totale inférieure à 50 pce. Le matériau à changement de phase (MCP) thermique est constitué de n-hexadécane, d'eicosane ou d'un sel de lithium, tous présentant des points de fusion inférieurs à 40° C.

Un matériau à base de paraffine, d’acide gras eutectique (myristique-caprique) ou de sel hydraté eutectique (chlorure de calcium + potassium) pourrait aussi être utilisé en tant que matériau constitutif, seul ou non, des éléments précités. En alternative, le matériau MCP des éléments cités pourrait être à base d’acide gras, de paraffine, ou de sel eutectique ou hydraté. D’autres possibilités existent, comme un MCP imprégné dans un réseau poreux.

De fait, le choix du matériau et son conditionnement dans chaque élément concerné, en particulier sa dispersion au sein d’une matrice polymère, dépendra de l’application prévue et des résultats attendus. A priori les éléments 13, ici individualisés, telles les billes évoquées, seront disposés en vrac dans les volumes 7. Le rapport taille des structures individualisées / dimensions de chaque sous-volumes sera alors défini en conséquence, afin de préférence d’optimiser les surfaces d’échange éléments 13/fluide 9.

Dans l’autre exemple de la figure 3 d’application à une batterie électrique 39 pour véhicule, cette batterie présente une paroi périphérique 5 à isoler thermiquement. Intérieurement, dans son volume 7, la batterie contient a minima une anode 41, une cathode 43 et un électrolyte 45 où sont immergés l’anode et la cathode dont on voit les bornes extérieures de connexion. L’électrolyte 45 définit un élément à maintenir à une certaine température (via la ou les couches à MCP et/ou les poches 19 à constitution PIV, et ce pour un fonctionnement optimisé de la batterie). Et cet électrolyte et/ou l’anode 41 et la cathode 43 définissent un ou plusieurs éléments dégageant de la chaleur, puisqu’il y aura production d’électricité. Les éléments 13 en dégageront aussi dans certaines situations. Et leur température peut aussi être à maintenir dans une certaine gamme.

Bien que ceci ne soit pas strictement imposé comme le montre la figure 3 où on a affaire à une sorte de manchon 47 entourant, sur une périphérie fermée, la batterie électrique 39 (dans l’exemple), il sera a priori préféré, si la série de poches 19 et lesdites portions intermédiaires flexibles 21 sont disposées autour de la paroi 5, que celles-ci définissent ensemble, un panneau articulable 50 pouvant : - typiquement dans un état opérationnel, être fermé sur lui-même (voir figures 4 ou 18, où la structure 50 est à imaginer à disposer ainsi autour d’une paroi 5 à isoler), - et être déployé sensiblement à plat, par exemple pour être stocké et dans un état qui peut être non opérationnel (voir figures 9-17).

Le fait qu’il s’agisse d’une structure fermée sur elle-même n’y changeant rien, le manchon 47 est défini par des poches 19 réunies successivement, deux à deux, par des portions intermédiaires flexibles 21, comme c’est le cas pour le panneau 50 des figures concernées.

Quant aux cas des figures 5-8, ils indiquent qu’en alternative à une solutions à poches 19 et portions intermédiaires 21 disposées autour de la paroi périphérique, on peut aussi prévoir d’intégrer ces poches 19 et portions intermédiaires avec la paroi périphérique 5.

La paroi périphérique 5 sera alors a priori plus rigide que les poches 19 et portions intermédiaires 21 qui conserveront leurs propriétés, bien qu’immobilisées par, ou dans, cette paroi par la matière environnante de celle-ci. Ces poches et portions intermédiaires 21, voire les bandes 50 si les poches et portions intermédiaires ont été ainsi formées, pourront d’ailleurs avoir conservées les spécificités ci-avant présentées. Les portions intermédiaires 21 qui réunissent les poches 19 sont moins épaisses que celles-ci et sont alors courbes ou pliées si un angle y est formé, comme figure 8 où on se situe à un angle 52 de la paroi 5.

Les figures 5,7 schématisent le cas où les poches 19 et leurs portions intermédiaires 21 sont moulées de façon monobloc avec le matériau moulable de la paroi 5 (comme une résine thermoplastique chargé de fibres et injecté, ou un thermodurcissable imprégnant un tissu ou un mat, tel un tissé ou un non tissé).

Les figures 6,8 schématisent le cas où les poches 19 et leurs portions intermédiaires 21 sont au cœur de la paroi 5 ; mais celle-ci est en plusieurs parties. Un plan de joint 93 passant par les poches 19 et leurs portions intermédiaires 21 permet d’accoler les deux parties 5a,5b de la paroi 5 qui seront fixées ensemble par tout moyen adapté : collage ou autre.

De façon générale, la paroi périphérique 5 définira un élément enrobant pour les poches 19 et leurs portions intermédiaires 21. Elle pourra notamment être en élastomère, en matériau polymère plus rigide (polyéthylène moyenne ou haute densité, par exemple), ou en composite (chargée de fibres).

Les figures 5-8 montrent aussi que, du fait qu’elles sont moins épaisses que les poches 19, les portions intermédiaires 21, intrinsèquement flexibles, peuvent être disposées en ligne (figures 5-7) , mais aussi courbes ou pliées si un angle 52 y est formé (figure 8 ) ou encore de façon à créer un décalage de niveau entre deux poches successives. Les poches 19 étant plus rigides, c’est à l’emplacement d'une portion intermédiaire que l’on réalisera favorablement un changement de plan (décalage de niveau, angle ou coin, vif ou arrondi, etc) dans la paroi.

Si une réalisation avec des «zones 191,193» comme ci-après est prévu, c’est à l’endroit de ces zones et des portions renflées 59 que seront de préférence créés lesdits changements de plan dans la paroi 5.

Indépendamment d’une disposition desdits éléments 19,21 autour de la paroi périphérique ou intégrée avec elle, ce qui suit présente maintenant une réalisation favorable de ces poches et portions intermédiaires, comme schématisé figures 9 à 18, avec l’un des modes de fabrication mieux visible figures 19,20 où seule une poche 19 est montrée, mais il suffit de reproduire le modèle ensuite de part et d’autre. Ainsi, on peut prévoir que certaines au moins des poches 19 à constitution PIV comprennent : - au moins un premier élément, ou une première couche, 15 contenant le matériau MCP, à côté (opérationnellement à l’extérieur) duquel est disposé un second élément constitué dudit matériau isolant thermique 23 qui sera donc ici poreux compte tenu de la constitution PIV à réaliser, et - au moins une enveloppe extérieure 37 fermée qui contient les premier et second éléments et est constituée d’au moins une feuille 49 flexible étanche au matériau MCP, avec : -- a) soit ladite feuille flexible 49 qui est en outre scellable (thermiquement/chimiquement, en 49a,49b autour de la poche) et étanche au matériau poreux 23 et à l’air (voire aussi à l’eau), de sorte qu’un vide d’air régnant dans l’enveloppe 37, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, comme montré figure 19, -- b) soit le second élément isolant thermique 23 contenu à l’intérieur d’une seconde enveloppe fermée 51 à feuille flexible 53 scellable et étanche au matériau poreux et à l’air (voire aussi à l’eau), de sorte qu’un vide d’air régnant dans la seconde enveloppe, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, comme montré figure 20. A noter que deux couches 15 contenant un ou plusieurs matériaux MCP pourraient être disposées de part et d’autre de la couche de matériau poreux 23.

Cet isolant thermique poreux 23 se composera favorablement d’un matériau nano-poreux (à nanostructure, tel poudre de silice ou un aérogel ou son pyrolat, tel un aérogel de silice) confiné donc de préférence dans une feuille 49 ou 53 qui ne laissera passer ni les vapeurs d’eau ni les gaz. Le PIV obtenu sera vidé de son air pour obtenir par exemple une pression de quelques millibars, puis pourra être scellé. Typiquement, la conductivité thermique λ d’un tel PIV sera de 0.004/0,008 W/m.K. à température de 20°C. L'utilisation de panneaux isolants sous vide devrait permettre d'atteindre une résistance thermique R = 5 m2.K / W avec seulement 35 mm d'isolant.

Une possible composition du matériau 23 est la suivante : 80-85 % de dioxyde de silice (Si02), 15-20 % de carbure de silicium (SiC) et possiblement 5 % d’autres produits (liant/charges). Une épaisseur de 0.4 à 3 cm est possible. Des exemples, pouvant ici s’appliquer, de panneau PIV et de matériau super-isolant sont en outre fournis dans PCT/FR2014/050267 et dans WO2014060906 (matériau poreux), respectivement.

Les solutions présentées ci-avant doivent permettre, dans un volume et poids acceptables notamment par des constructeurs aéronautiques ou automobiles, un stockage rapide d’une énergie thermique disponible au bout d’environ 6-10 minutes, le maintien de cette énergie pendant 12 à 15 heures, avant sa restitution rapide, typiquement quelques minutes (en particulier moins de 2-3mns), par exemple à un moteur lors d’une phase de démarrage à froid.

Les feuilles flexibles 49,53 du panneau PIV pourront typiquement être réalisées sous la forme d’un film multicouche comportant des films polymère (PE et PET) et de l’aluminium sous forme par exemple laminée (feuille d’épaisseur de l’ordre d’une dizaine de micromètre) ou métallisée (dépôt sous vide d’un film de quelques dizaines de nanomètre). La métallisation peut être effectuée sur une face ou sur les deux faces d’un film PE et plusieurs films PE métallisés peuvent être complexés pour former un film unique. Exemple de conception du film : - Scellement intérieur PE, environ 40 pm - Métallisation sous vide Al, env. 0.04 pm -Couche extérieure PET, environ 60 pm.

Dans le cas b) ci-avant où il y a une double feuille : intérieure 53 et extérieure 49, la feuille 49 pourra par contre n’être donc un simple film polymère, tel un PE de 0.05 à 0.2 mm d’épaisseur, l’objet de cette feuille extérieure 49 pouvant alors n’être que de créer un simple sac pour contenir/réunir ensemble les éléments ou matelas 15 et 23. A noter aussi que la/chaque enveloppe 37,51 pourra être typiquement formée de deux feuilles disposées de part et d’autre du/desdits éléments à matériau 15 et 23 et réunies ensemble, comme en 49a,49b figure 19.

Quoi qu’il en soit, on pourra tirer parti de cette ou ces feuilles, pour que certaines au moins des portions intermédiaires 21 réunissant deux poches 19 successives soient définies par la continuation physique de cette ou ces feuilles, comme schématisé figures 9-18.

Toutefois, l’utilisation simple de cette ou ces feuilles flexibles créera une discontinuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches consécutives 19 ainsi réunies.

Dans certains cas, les portions intermédiaires 21 pourraient présenter des surfaces non négligeables d’autant plus gênantes en termes de ponts thermiques ; mais on peut aussi avoir à placer un panneau 50 ou un manchon 47 en appui, par exemple pour le positionner correctement par rapport à son environnement. D’autant plus dans ces cas, on pourra trouver un intérêt à ce qu’un enroulement 55 ou une portion renflée 59 soit disposé entre deux poches successives ceci de façon régulière ou non dans la chaîne.

Chaque enroulement 55 sera favorablement un isolant thermique en rouleau (blanket en anglais). Un matériau nano-structuré, ou nano-poreux, conviendra particulièrement, tel un aérogel de silice. Il peut par exemple s’agir du produit souple, en rouleau, dénommé Spaceloft®, un isolant SIPA (Super Isolant à Pression Atmosphérique) proposé par la société ISOLProducts avec une conductivité thermique: λ = 0,0044 à 0,021 W/m.K à pression atmosphérique et température de 20°C.

Comme montré figure 4, chaque enroulement 55 pourra être entouré étroitement par la/les feuilles flexibles précitées réunissant les poches 19, et ainsi naturellement lié à elles.

En complément ou alternative, cette ou ces feuilles flexibles précitées réunissant deux poches 19 successives pourront envelopper, directement ou avec interposition d’une couche MCP 15 (figure 16), un matériau isolant thermique poreux 57 identique à ou différent du matériau isolant thermique 23 des ou de chaque poche(s), comme montré figures 15,17,18. Une portion renflée 59 sera alors définie entre deux zones d’articulation 191,193 (chacune formée par la ou les feuilles flexibles précitées appliquées l’une contre l’autre), chaque zone étant elle-même réunie latéralement d’un côté à la poche 19 concernée.

Enveloppés donc par la ou lesdites feuilles flexibles précitées, les enroulements 55 et/ou les portions renflées 59 seront sous vide partiel d’air, comme des structures PIV. Et tant l’un que l’autre présenteront favorablement une surface extérieure convexe. Ceci pourra notamment permettre un appui contre des surfaces extérieures complémentaires 61 de positionnement, concaves si les portions 59 et/ou les enroulements 55 enveloppés sont extérieurement convexes, comme schématisé figure 21.

Les surfaces extérieures 61 pourraient être situées en périphérie d’une structure 63 à isoler thermiquement de l’extérieur et qui pourra être par exemple la batterie électrique précitée, ou encore l’un des modules 3 d’une unité de stockage et de restitution d’une énergie thermique, comme dans le cas de l’échange entre le fluide 9 et les éléments 13 à matériau MCP. Les surfaces extérieures 61 pourront aussi en particulier se situer à l’endroit de zones d’angles (voir figure 21) concaves ou convexes, pour associer alors articulation et fixation mécanique, dans le sens maintien ou positionnement. Des formes convexes sphériques ou cylindriques devraient être utiles.

Tant dans la solution à enroulement(s) 55 que dans celle à portion(s) renflée(s) 59, les portions intermédiaires 21 ne sont totalement ni thermiquement isolantes.

On peut pourtant souhaiter associer les fonctions d’articulation entre poches 19 et d’isolation thermique sans, ou avec peu de, ponts thermiques, - étant noté, en relation avec ces questions de positionnement ou fixation mécanique relative, l’intérêt de la solution schématisée dans son principe figure 4, - et étant précisé que ce qui suit est transposable dans le cas où on choisit d’intégrer ces poches et portions intermédiaires avec la paroi 5, comme figures 7,8. Ainsi les solutions des figures 4 et 9-16 sont applicables à une solution « intégrée ».

Dans cette solution, le panneau 50 peut être disposé pour se développer globalement dans un plan 67, comme repéré figures 9,11. Et, dans une direction perpendiculaire à ce plan et en référence à une épaisseur e du panneau, portions renflées à structure 55 ou 59 présentent une première longueur U. supérieure à une seconde longueur L2 de poches 19 disposées entre plusieurs portions intermédiaires d’articulation, lesquelles présentent ainsi des sur-longueurs 69. Un fond 71 et/ou un couvercle 73 sont placés en bout de ces sur-longueurs, parallèlement à leur direction générale d’allongement 76, pour les recevoir, de manière à obtenir un volume intérieur 77 thermiquement isolé de l’extérieur où par exemple la batterie 39 peut être favorablement placée pour un fonctionnement optimisé ; voir figure 21.

Figures 9-13, on a par ailleurs des exemples où certaines au moins des portions intermédiaires 21 réunissant des poches 19 sont définies, continûment ou non (figure 13), par au moins une structure (de préférence intrinsèquement flexible) 79 à matériau isolant thermique 81 (de préférence poreux pour être intégré à une structure PIV globale), assurant ainsi une continuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches. Le matériau 81 pourra être identique au(x) matériau(x) isolant(s) thermique(s) poreux 23,57. Sur ces figures, la structure générale est celle, plus favorable, du panneau 50, mais il pourrait s’agit d’une constitution du manchon 47 flexible vers ses angles.

Dans l’exemple de la figure 4,13, le matériau poreux (ici en forme de plaque) 81 de chaque structure flexible 79 qui s’étend suivant l’épaisseur entre les feuilles de l’enveloppe 37, ou les parties de ladite feuille, flexible(s) 49 s’interrompt dans le matériau isolant thermique poreux 23 qui remplit les poches 19.

Plus épaisses que les tissus imprégnés, par exemple plus de 2.5 à 3 fois plus épaisses, et par exemple formées en bloc, comme schématisé, les poches 19 à matériau isolant thermique 23 seront typiquement plus rigides que les structures flexibles d’articulation 79.

Pour que le panneau 50 acquière sa constitution PIV, sous vide partiel, on procédera bien sûr à une telle mise sous vide, avec scellement, après que les couches ou plaques de matériaux poreux 23,81 aient été toutes enveloppées par la ou les feuilles étanches flexibles 49.

Les exemples des figures 9-12 sont identiques au cas des figures 4,13, à ceci près que la structure 79 est ici une sorte de bande continue ayant la même structure à support flexible (par exemple en maillage polymère imprégné d’aérogel) que celle précitée. Tant les plaques 81 que la bande continue 79 peuvent s’étendre dans un plan d’articulation unique.

Figures 9,10, la bande 79 s’étend en partie intermédiaire de l’épaisseur des poches 19. Figures 11,12, c’est le long d’un même bord de ces poches 19.

Figures 9,11, les poches 19 sont sans matériau MCP. Mais elles peuvent bien sûr en intégrer, suivant au moins une couche 15 comme figures 10,12.

Pour réaliser les structures 79, on pourra en particulier utiliser, comme schématisé figure 22, un support flexible 83 en maillage polymère de quelques mm d’épaisseur imprégné d’un aérogel 81, par exemple de silice, ou son pyrolat (aérogel pyrolysé, étant précisé que cette alternative de pyrolat s’applique à chaque cas de la présente description où un matériau poreux thermiquement isolant est concerné). Le support flexible 83 sera favorablement formé d’une trame vierge (par exemple un tissé, non tissé organique ou inorganique) tel un polyester ou un polyamide imbibé de particules isolantes d’aérogel (monolithique fin fractionné par exemple) coincées entre les fibres, ce qui permettra de conserver une bonne flexibilité. L’obtention de la constitution PIV des panneaux 50 pourra être bien sûr être à enveloppe simple (37) ou multiple (telles les au moins deux enveloppe précitées 37,51) formée à partir d’une ou plusieurs feuille(s) flexibles 49.

Pour information, une structure d’isolation présentée ci-avant 47,50 avec pour matériaux cœur des aérogels nano-poreux ou de leur pyrolat pourra présenter une conductivité thermique inférieure à 10mW.m-1.K-1 pour une pression interne de 2 à 5 à 10'3 Pa à température de 20°C. La dépression dans les poches, voire les portions 21, pourra être celle habituelle des PIV : 10'2 à 10'3 Pa.

En liaison avec les figures 7,8,15,16 on notera encore, comme déjà mentionné, qu’il pourra être avantageux que certaines au moins des poches à constitution PIV et/ou des zones de portions intermédiaires contiennent au moins un matériau MCP, tels les couches ou blocs multiples 15a, 15b de ces figures, ce matériau 15 étant identique à ou différent de celui des éléments 13 à matériau MCP. S’il y a deux couches de ce matériau, la seconde couche 15b sera, là où les deux couches existent, disposée autour de la première couche 15a, avec interposition entre elles du matériau 23. Ainsi, on pourra s’arranger pour qu’une température extérieure excessivement froide ou chaude n’interfère que peu avec celle dans le(s) volume(s) intérieur(s) 7. La première couche 15a pourra être définie pour lisser en périphérie les variations internes de température dans ce(s) volume(s), voire au sein du fluide 9 si un tel fluide y est présent. La première couche 15a aura une première température de changement d’état, la seconde couche 15b en ayant une seconde, différente. La première température de changement d’état sera a priori supérieure à la seconde température de changement d’état, de façon à isoler au mieux l’intérieur, en combinaison avec les poches à constitution PIV 19 interposées entre ces couches. S’il n’y a qu’une seule couche de ce matériau 15, elle sera donc favorablement entourée par la couche de matériau 23, à l’endroit des poches 19, et par le matériau 81 si les portions intermédiaires flexibles 21 en sont pourvues. Figures 10,12, on a d’ailleurs marqué INT le côté destiné à être placé vers le volume 7 et EXT la face à placer vers l’environnement extérieur à l’unité 1. De nouveau, à l’abri thermique des poches 19, voire aussi de celui des portions intermédiaires 21, on régulera ainsi les à-coups de production de chaleur à l’intérieur du/des volume(s) 7 via la couche à MCP 15.

Sur certaines figures, on pourra encore remarquer en 87, comme en 49a,49b, la schématisation des zones de fermeture des ensembles poches 19 et portions intermédiaires 21, par scellage étanche, feuille contre feuille ou partie de feuille contre partie de feuille s’il n’y en a qu’une. Ainsi on obtiendra une structure bien fermée dans laquelle le vide partiel d’air sera préservé. Un thermo-soudage ou un collage sera en particulier une solution pratique et fiable. En 89a,89b, on par ailleurs figuré les moyens de maintien sur elle-même de la bande 50, une fois pliée sur elle-même. On peut imaginer une solution par clip, par bande auto-agrippante, type Velcro (TM), ou autre.

Il est aussi à noter que les poches 19 ne seront pas nécessairement strictement planes. Ainsi, une forme courbe est possible, comme dans l’exemple de la figure 23, Cette forme peut être réalisée en raccourcissant la longueur L3 de la feuille de l’enveloppe 37 d’un côté par rapport à la longueur L4 de la feuille de l’autre côté. Une fois scellée, la poche se cintre naturellement sous la tension mécanique exercée.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble comprenant : - au moins une structure pourvue d’une paroi périphérique (5) et présentant au moins un volume intérieur (7) où est présent l’un au moins parmi : -- un fluide (9) frigorigène ou caloporteur pouvant circuler dans le ou lesdits volumes sous l’action de moyens (6) de circulation, -- des éléments (13) de stockage et de restitution d’une énergie thermique, -- au moins un élément (39, 45) à maintenir à une certaine température, et/ou -- au moins un élément (41,43,45) dégageant de la chaleur, - au moins une couche (15,15a, 15b) contenant un matériau à changement de phase (MCP) disposée dans la paroi périphérique, - une série de poches (19) à constitution PIV : -- réunies par des portions intermédiaires (21) moins épaisses que les poches et qui sont courbes ou pliées si un angle y est formé, -- disposées avec elles dans la paroi périphérique (5), et -- contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique (23) poreux.
2. 2. Ensemble comprenant : - au moins une structure pourvue d’une paroi périphérique (5) et présentant au moins un volume intérieur (7) où est présent l’un au moins parmi : -- un fluide (9) frigorigène ou caloporteur pouvant circuler dans le ou lesdits volumes sous l’action de moyens de circulation, -- des éléments (13) de stockage et de restitution d’une énergie thermique, -- au moins un élément (39, 45) à maintenir à une certaine température, et/ou -- au moins un élément (41,43,45) dégageant de la chaleur, - au moins une couche (15) contenant un matériau MCP disposée dans ou autour de ladite paroi périphérique (5), - une série de poches (19) à constitution PIV : -- réunies par des portions intermédiaires (21) où deux poches successives peuvent s’articuler l’une par rapport à l’autre, -- contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique (23) poreux, et -- s’étendant avec lesdites portions intermédiaires autour de ladite paroi périphérique (5).
3. 3. Ensemble selon la revendication 2, où la série de poches et lesdites portions intermédiaires flexibles (21) définissent ensemble un panneau articulable (50) pouvant : - être fermé sur lui-même, - être déployé sensiblement à plat.
4. 4. Ensemble selon l’une des revendications précédentes où, entre deux poches (19) et entre deux portions intermédiaires (21), est interposé un enroulement (55), ou une portion renflée (59), contenant un matériau isolant thermique (23,57) identique à ou différent du matériau isolant thermique (23) des poche(s).
5. 5. Ensemble selon la revendication 4, où l’enroulement (55) ou la portion renflée (59) est à constitution PIV.
6. 6. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, où certaines au moins des portions intermédiaires (21) réunissant deux poches sont définies par au moins une feuille (49,53): - à l’endroit de laquelle est créé un angle (51 ) ou bien qui est flexible, - et qui créé une discontinuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches (19).
7. 7. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, où certaines au moins des portions intermédiaires (21) réunissant deux poches (19) sont définies continûment par au moins une structure (79) imprégnée d’un matériau isolant thermique (81), assurant ainsi une continuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.
8. 8. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, où certaines au moins des poches (19) à constitution PIV et/ou des portions intermédiaires (21) contiennent au moins un matériau MCP (15,81) identique à ou différent du matériau de ladite au moins une couche (15) contenant un matériau MCP.
9. 9. Ensemble selon la revendication 8, où certaines au moins des poches à constitution PIV comprennent : - au moins un premier élément contenant le matériau (15) MCP, à côté duquel est disposé un second élément contenant ledit matériau poreux (23), et - au moins une enveloppe extérieure (37) fermée qui contient les premier et second éléments et est constituée d’au moins une feuille (49,53) flexible étanche au matériau MCP, avec : -- soit ladite feuille (49) flexible qui est en outre scellable et étanche au matériau poreux et à l’air, de sorte qu’un vide d’air régnant dans l’enveloppe extérieure fermée, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, -- soit le second élément isolant thermique contenu à l’intérieur d’une seconde enveloppe (53) fermée qui est scellable et étanche au matériau poreux et à l’air, de sorte qu’un vide d’air régnant dans la seconde enveloppe, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini.
10. 10. Panneau articulable pour un ensemble selon la revendication 1 ou 2, le panneau pouvant : - être fermé sur lui-même, - être déployé sensiblement à plat le panneau comprenant une série de poches (19) à constitution PIV : - contenant individuellement au moins un matériau isolant thermique poreux (23), et - réunies par des portions intermédiaires (21) où deux poches successives peuvent s’articuler l’une par rapport à l’autre.
11. 11. Panneau selon la revendication 10, où certaines au moins des portions intermédiaires (21) réunissant deux poches sont définies par au moins une feuille (49) ou une structure flexible créant une discontinuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.
12. 12. Panneau selon la revendication 10 ou 11, où certaines au moins des portions intermédiaires (21) réunissant deux poches (19) sont définies continûment par au moins une structure (79) imprégnée d’un matériau isolant thermique (81), assurant ainsi une continuité d’isolation thermique entre lesdites deux poches.