FR3106873A1

FR3106873A1 - Système de super-isolation sous vide (SSIV) thermique

Info

Publication number: FR3106873A1
Application number: FR2000981A
Authority: FR
Inventors: Radoslav IONOV
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-06

Abstract

Système de super-isolation sous vide (SSIV) thermique. L’invention décrit de dispositifs et de procèdes permettant d’améliorer la performance et la longévité de la super-isolation thermique par de panneaux d’isolation sous vide (PIV), d’éliminer les ponts thermiques d’air et d’incohérence, d’accroître la résistance de super-isolants aux environnements divers, de réduire l’épaisseur et le coût global de la super-isolation. Le SSIV est composé de PIV entourés sur les bords par de couches de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA), de getters ou de déshydratants, tous intégrés sous vide, dans un ou dans plusieurs compartiments, appelés préchambres sous vide (PCV, mPCV). Les PCV ont des enveloppés adaptés pour maintenir le vide et faire face aux environnements divers sans perturber la conductivité thermique de PIV. Une PCV régénérative équipée de dispositifs d’évacuation de gaz permet de multiples régénérations du vide dans la PCV et dans les PIV. Les procèdes de contrôles statiques et dynamiques de la longévité de la super-isolation consistent à gérer le flux moléculaire à travers de la barrière de PIV par le niveau du vide, par la perméabilité et par les getters dans la PCV. Dans le cas de super-isolation par de SSIV1 composés d’un seul PIV, une matrice 2D super-isolante est construite pour réduire l’impact de ponts thermiques d’air et obtenir une meilleure super-isolation et une grande longévité. Les applications principales de l’invention sont dans l’isolation thermique. La longévité de la super-isolation par SSIV peut dépasser 100 ans en préservant la meilleure performance.

Description

Système de super-isolation sous vide (SSIV) thermique

Domaine technique d'invention.L’invention décrit de dispositifs et de procèdes permettant d’améliorer la performance et la longévité de la super-isolation thermique par de panneaux d’isolation sous vide (PIV), d’éliminer les ponts thermiques d’air et d’incohérence, d’accroître la résistance de super-iso-lants aux environnements divers et de réduire le coût global.

État de la technique et les problèmes techniques posé.Les super-isolants ont une conductivité thermique plus faible que celle de l’air (0,025 W/(mK)). Les aérogels font partie de super-isolants faibles, alors que les panneaux d’isolation sous vide (PIV) sont de super-isolants forts, dépassant de 10 à 15 fois la performance d’isolation de l’air. Aux conditions de pose de PIV actuellement, la présence d’air entre les PIV est inévitable. En conséquence, l’air dans l’espace entre les PIV (marqué en noir sur la Figure 1 A) provoque de ponts thermiques d’air et il est indésirable pour une super-isolation performante. Alors que la présence d’air est souhaitable pour une isolation classique caractérisée par une conductivité thermique plus importante que celle de l’air. Les ponts thermiques d’air sont une spécificité de super-isolants.

En pratique, les bords et la surface de PIV ne sont pas idéals conduisant à l’apparition d’un espace d’air entre les PIV. En général, il varie entre 3mm et 10mm. Cela crée de ponts thermiques d’air (à comprendre ici toutes les molécules d’air inclus les vapeurs d’eau). Ils réduisent, ou peuvent complètement anéantir, l’effet super-isolation par PIV. L’élimination complète de ces ponts thermiques reste toujours une question ouverte et actuellement aucune solution adéquate de leur traitement n’existe pas. En cette raison, la conductivité thermique effective de la super-isolation par PIV est bien plus importante de celle de PIV : en réalité, les isolations par PIV n’atteignent jamais la performance promise par les paramètres super-isolants de PIV.

A part de ponts thermiques d’air, un autre pont thermique appelé pont thermique d’incohérence de super-isolants est spécifique pour la super-isolation et peut perturber sa performance. Il apparaît quand la conductivité thermique de l’espace entre le PIV est plus faible de celle d’air mais plus importante de celle de PIV. Actuellement, aucune solution technique n’existe pas pour l'élimination de deux ponts thermiques : les ponts thermiques d’air et les ponts thermiques d’incohérence.

Les autres deux problèmes importants de super-isolants PIV sont relies à l’effet de bords sur la conductivité thermique effective et à la longévité de la super-isolation dépendante de la perméabilité moléculaire de l’enveloppe de PIV. Ces deux problèmes sont physiquement contradictoires puisque les meilleures barrières de gaz sont les films de métaux (aluminium) alors qu’ils ont de conductivités thermiques très fortes. La solution utilisée actuellement est une barrière de PIV composée de multicouches de polymères et de métaux, permettant d'obtenir une balance optimale entre les deux paramètres : la perméabilité moléculaire à travers de la barrière et la conductivité thermique de bords de PIV. Cette approche d’optimisation d’un film barrière permet de traiter les deux problèmes en même temps. Cependant, elle rend impossible à fabriquer PIV avec les meilleurs paramètres de conductivité thermique et de longévité.

La longévité de l’effet super-isolation dépend du flux de gaz à travers de l’enveloppe de PIV et de l’effet Knudsen déterminé par le rapport entre la taille de pores du matériau cœur et le libre parcours moyen de molécules de gaz. Ce dernier élément est relié directement à la profondeur du vide. La plus petite est la taille de pores du matériau cœur, la plus haute est la pression de désactivation de la super-isolation et donc la longévité de PIV est plus grande. Le principal avantage de PIV est qu’ils arrivent d’éliminer les pertes radiatives et convectives thermiques. La conductivité thermique restant est celle de la matrice de matériau cœur.

La matrice à base de fibres de verre a un faible coût et la plus faible conductivité thermique sous vide (k=0,0015 W/(mK)). A l'état actuel de la technologie, ces pores sont de l’ordre de micromètres résultant en une pression de désactivation de l’effet super-isolation dans les PIV à partir de 5 mbars. En conséquence, les PIV en fibre de verre avec de barrières optimisées ont une longévité de 7 à 15 ans. Ils dominent le marché de la super-isolation ayant relativement courte durée de vie (appareils domestiques, transport, climatisation etc.).

Les PIV à base de silice pyrogène se sont imposés sur les marchés exigeant une longévité plus importante de 20 ans (bâtiment etc.), malgré une conductivité thermique de la matrice cœur 2 fois plus grande et un coût plus élevé par rapport de PIV en fibre de verre. Leur principal atout est la taille de pores de l’ordre de nanomètres désactivant l’effet super-isolation à une pression interne plus importante (à partir de 200mbars). En conséquence, leur longévité aux conditions optimales dans un laboratoire peut atteindre 50 ans. En réalité, leur longévité est d’environ 20 ans pour un climat chaud et humide, et d’environ 35 ans pour un climat sec et froid. C’est dû à la sensibilité de l'enveloppe aux hautes températures et à l’humidité en raison de processus d’hydrolyse de couches de polymères.

Les PIV restent sensibles aux conditions extrêmes reliées à la présence de gaz divers, de liquides, de hautes températures et d’un taux d’humidité élevé.

Il existe des PIV composés d’autres matrices, mais leur conductivité thermique interne est plus élevée et en général ils ont une faible résistance à l’incendie.

Une amélioration de la durée de vie de la super-isolation peut être obtenu par l’intégration dans les PIV de getters ou de déshydratants pour piéger les molécules de gaz ou les vapeurs d’eau. La perméabilité de la barrière et la composition de getters sont optimisées pour un environnement d’air standard (vapeur d’eau, oxygène, azote, argon etc.).

Le rôle de l’enveloppe de PIV est de réduire les pertes radiatives de chaleur, de maintenir le vide dans le PIV en minimisant le flux moléculaire vers l’intérieur sans pour autant perturber la conductivité thermique. L’enveloppe de PIV est un film à base de polymères intégrant de couches de résistance mécanique, de couches barrières d’air et de vapeurs d’eau (non métallisées ou métallisées) et une couche de scellage (par exemple thermique en polyéthylène PE). Les feuilles de métaux (aluminium) sont une très bonne barrière moléculaire mais ils ont une conductivité thermique très importante. En cette raison, on utilise actuellement de nano-couches métallisées pour trouver une balance optimale.

Récemment une alternative a été développée en utilisant de films non métalliques intégrant des oxydes de métaux. Ils ont une faible conductivité thermique et une faible perméabilité moléculaire aux conditions standard mais ils restent encore très chers, peu étudiés et fragiles.

La conductivité thermique de PIV dépend également de la géométrie. La réduction de la taille de PIV augmente la conductivité thermique effective de PIV en raison de l’effet de bords, d’où l’intérêt de tailles plus grandes.

Toutes solutions actuelles pour l'enveloppe de super-isolants sont ciblées sur la création d’une barrière de PIV permettant à minimiser simultanément la conductivité thermique de bords en réduisant l’impact de ponts thermiques d'enveloppe et en même temps minimiser la perméabilité de gaz et de vapeurs d’eau pour maintenir le vide et la longévité de l’effet super-isolation. Les deux exigences sont contradictoires techniquement : les meilleures barrières de gaz sont les métaux alors que leur conductivité thermique est très importante. Cette approche d’optimisation simultanée de deux paramètres apporte des solutions sacrifiant leurs meilleures valeurs.

En résumé, les principaux problèmes techniques restant ouverts pour une super-isolation performante sont reliés aux :

Traitement de ponts thermiques d’air spécifiques pour la super-isolation
Traitement de ponts thermiques d’incohérence spécifiques pour de super-isolants
Réduction de flux moléculaire à travers de l’enveloppe de PIV
Augmentation de la longévité de la super-isolation
Minimisation et optimisation de la conductivité thermique effective de PIV
Augmentation de la résistance aux environnements divers
Réduction du coût pour un usage à long terme (bâtiment etc.)
Gestion de tailles de PIV
Réduction de l’épaisseur d’isolation

Expose de l'invention et les solutions techniques.Notre approche vers la super-isolation est fondamentalement différente et elle permet d’obtenir les meilleurs paramètres pour une super-isolation en séparent partialement la gestion de la conductivité thermique et du flux moléculaire à travers de la barrière de PIV en les intégrants dans une préchambre sous vide (PCV). La gérance du vide dans la PCV rend possible à contrôler le flux moléculaire par intermédiaire du gradient de la concentration à travers de l’enveloppe de PIV. Le flux moléculaire est proportionnel à la perméabilité de l’enveloppe de PIV et au gradient de la concentration. Le gradient de la concentration est une valeur plus maniable et contrôlable à l’aide de la PCV. Cela permet d’augmenter largement la longévité de la super-isolation et d'améliorer sa performance.

La PCV est un compartiment a une pression moléculaire interne plus faible que la pression externe (par exemple atmosphérique) et ayant une enveloppe hermétiquement scellée entourant les PIV, représentant une barrière pour de molécules ciblés divers (tels que d’air, les vapeurs d’eau etc.). L’enveloppe de la PCV a une faible perméabilité moléculaire et une faible conductivité thermique ou une bande de coupure de ponts thermiques d'enveloppe sur les bords. L’enveloppe est rigide ou flexible, composée d’au moins d’une couche de résistance mécanique (PET, PP, verre, céramique etc.), d’au moins d’une couche barrière moléculaire non métallique ou intégrant de nano-couches métallisées à faible conductivité thermique et d’une couche scellant (par exemple scellant thermique en polyéthylène PE). Ces caractéristiques peuvent être également intégrés dans une seule couche. Les parties pointues de bords et les faces larges de la PCV sont couverts éventuellement par une feuille métallique (aluminium, etc.) sans se rejoindre sur les bords. Cela minimise la perméabilité moléculaire sans entraver l’isolation thermique.

La PCV peut avoir une forme quelconque en fonction de l’arrangement de PIV.

La paroi de PCV est accrochée sans perforation d'enveloppe à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (d’un mur etc.) par une colle ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants.

Le Système Super Isolant sous Vide (SSIV) est composé tout d’abord par un ou par plusieurs PIV ayants une enveloppe barrière (principalement non métallique ou intégrant de nano-couches métallisées) d’un effet de bords négligeable sur la conductivité thermique déterminée par la matrice cœur. Les PIV peuvent créer de formes géométriques et stériques divers (parallélépipède de type mur, de boîte, des ovales comme de tuyaux etc.). Par la suite ils sont intégrés sous vide dans une PCV. Son enveloppe entoure les PIV et a un impact négligeable sur la conductivité thermique déterminée par les PIV abrités. Un getter ou un déshydratant peuvent être intégrés dans la PCV placés entre le PIV et l’enveloppe de PCV sans traverser l’espace perpendiculaire à la grande surface de PIV, de façon à ne pas impacter la conductivité thermique. La paroi de PIV est accrochée à la paroi de PCV par la pression externe (atmosphérique etc.), par une colle ou par de fixateurs non perforants pour l'enveloppe comme un système de crochets et de boucles collés aux leurs parois respectives ou un système des aimants présents sur leurs surfaces ou dans la PCV et les PIV.

Pour réduire ou éliminer les ponts thermiques d’air à long terme il faut remplir l’espace entre les PIV par de couches de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA) composés de matériaux super-isolants sous vide (fibre de verre, silice pyrogène, aérogel etc.) et en général ayant une conductivité thermique plus faible que celle d’air k < 0,025 W/(mK). La CBPTA peut être introduite séparément de PIV dans l’espace libre entre les PIV ou ensemble avec les PIV en utilisant un dispositif supplémentaire de panneau d’isolation sous vide de base (PIVB). Il est composé de 4 types de PIV possédants de telles couches CBPTA entourant intégralement ou partiellement leurs bords de façon à couvrir tout l’espace vide entre les PIV : PIV2 (2 côtés adjacents de bords entourés), PIV3 (3 côtés de bords entourés : le petit et les deux adjacents), PIV3a (3 côtés de bords entourés : le grand et les deux adjacents) et PIV4 (4 côtés de bords entourés). Le rôle de CBPTA est de bloquer les ponts thermiques d’air entre les PIV en empêchant l’accumulation moléculaire et en assurant une faible conductivité thermique dans cet espace.

Pour pouvoir éliminer effectivement les ponts thermiques d’air à long terme il faut également procéder à une mise sous vide et à une maintenance du vide de la PCV à un vidé plus profond que le vide de désactivation de l’effet de superisolation pour la CBPTA (environ < 5 mbars pour la fibre de verre et < 200mbars pour la silice pyrogène), afin de maintenir cette CBPTA toujours dans l'état superisolant. La plus faible est la conductivité thermique de CBPTA le plus performant est le blocage de pont thermique d’air.

A part de ponts thermiques d’air un autre pont thermique, appelé pont thermique d’incohérence de super-isolants, est spécifique pour la super-isolation et peut perturber sa performance. Il apparaît quand la conductivité thermique de CBPTA est plus importante de celle de PIV et plus faible de celle de l’air. L’effet de ponts thermiques d’incohérence sur la conductivité thermique effective est plus faible par rapport d’effet de ponts thermiques d’air mais il réduit la performance de la super-isolation.

Pour éliminer ces ponts thermiques d’incohérence il faut introduire, dans l’espace entre les PIV, une CBPTA ayant une conductivité thermique sous vide égale ou plus faible que celle de PIV et la maintenir sous un vide plus profond que le seuil de désactivation de l’effet de la super-isolation pour la CBPTA.

La longévité de la super-isolation par PIV dépend du temps nécessaire pour atteindre la pression de désactivation de la super-isolation du matériel cœur depuis la pression du vide initial. Pour pouvoir gérer ce temps il faut contrôler le flux moléculaire à travers de l’enveloppe dépendant de sa perméabilité moléculaire et du gradient de la concentration moléculaire (donc du vide dans la PCV et le PIV).

En conséquence, le procède de contrôle statique de la longévité de la super-isolation consiste à mettre la PCV sous un vide entre 1 bar et 0,0001 mbars en fonction du but recherché, de l’environnement, de la composition de SSIV, de la perméabilité de la barrière de PIV et de PCV, ou sous un vide plus profond que le vide dans les PIV pour inverser le flux moléculaire et obtenir une super-isolation d’une longévité plus importante.

La longévité et la performance de la SSIV sont largement améliorées par une régénération du vide dans la PCV grâce à une préchambre sous vide régénérative (PCVR) équipée d’un ou de plusieurs dispositifs supplémentaires d’évacuations multiples du gaz, attachés à l’enveloppe. Ces dispositifs peuvent être une vanne à vide, des ouvertures permettant multiples mises sous vide et scellages de l’enveloppe, de tuyaux (par exemple PE) à couper et à sceller après une mise sous vide, des extensions de l’enveloppe comme par exemple un trombone à couper et à sceller etc.

Lors de la procédure de régénération, le getter ou le déshydratant peuvent être renouvelés ou régénérés. La PCVR équipée d’un getter régénératif comme de zéolite permet sa régénération sans remplacement. L’échange de getter ou de déshydratant nécessite une enveloppe de la PCVR étendue, d’au moins d’un côté (un trombone large), assurant plus d’espace pour effectuer l’opération d’échange. Cette extension de l’enveloppe est plus grande pour permettre multiples coupures, scellages après la mise sous vide et en fin un pliage autour de la PCVR.

La périodicité ou les intervalles de temps de la régénération du vide dans la PCVR dépend de la construction de SSIV, de paramètres de super-isolation recherchés, de l’environnement et de sa variation.

La préchambre sous vide régénérative (PCVR) est un dispositif pour pouvoir contrôler de manière dynamique la longévité de la super-isolation par la gérance de niveau du vide.

Le procède de contrôle dynamique de la longévité de la super-isolation consiste tout d’abord à mettre sous vide la PCVR à un vidé plus profond que le vide de désactivation de superisolation pour la CBPTA, à un vidé < 0,01 mbar (dans le cas sans CBPTA) ou à un vidé plus profond du vide dans les PIV pour obtenir une longévité de superisolation plus importante suite de l’inversion du flux moléculaire. Ensuite, le vide dans la PCVR est régénéré une ou plusieurs fois, en intervalles de temps divers, accompagné éventuellement par une régénération du getter ou par un échange de getter ou de déshydratant. Les intervalles de temps de régénération sont déterminés par la construction de SSIV, par la perméabilité des enveloppes de PIV et de PCV, par l’environnement et par les paramètres de superisolation recherchés. Les intervalles de temps et le niveau de profondeur de régénération du vide sont optimisés pour obtenir la longévité souhaitable de la superisolation.

Ce procède de contrôle dynamique est très puissant puisqu’il permet de maintenir la pression interne de PCV et de PIV dans un intervalle souhaitable et rendre la longévité de la super-isolation par un SSIV très importante déterminée plutôt par la longévité physico-chimique de l’enveloppe (environ 300 ans pour PE, PP) que par l’effet Knudsen.

Ce procède amènera à une oscillation de la concentration moléculaire dans le PIV, dans de limités optimales prédéfinis, évitera la détérioration du vide à l’intérieur de PIV et gardera la conductivité thermique à sa valeur minimale. Le contrôle dynamique réduit également l’exigence vers la performance de la perméabilité de la barrière de PIV et rend possible l’utilisation de films non métalliques d’un faible coût. Ce procède permet un élargissement d'utilisation de PIV à base de fibre de verre ayants une meilleure valeur de la conductivité thermique et un faible coût. Le contrôle dynamique peut également rendre possible l’élimination de la CBPTA, du getter et du déshydratant pour réduire encore le prix.

Les SSIV nécessitent une protection et une adaptation pour pouvoir fonctionner dans des environnements hostiles tels que de températures et d’humidité extrêmes, de liquides, de gaz ou en présence de diverses molécules spécifiques comme de méthane, d’ammoniac, d’alcool, de chlore etc. Une multi préchambre sous vide (mPCV, ou régénérative mPCVR) peut faire face à ce challenge. La mPCV (mPCVR) est construite par l’intégration d’une PCV (ou PCVR) dans une ou plusieurs autres PCV (ou PCVR) plus grandes sur le principe de poupées russes de façon que chaque préchambre supplémentaire a une taille plus grande, un getter spécifique pour capter de molécules ciblées et une enveloppe avec une ou plusieurs couches barrières pour les molécules ciblées, adaptés à protéger et à faire face à un environnement exceptionnel de paramètres physico-chimiques divers (températures et humidité extrêmes, présence de liquides, de gaz ou de diverses molécules spécifiques tels que de méthane, d’ammoniac, d’alcool, de chlore etc.). La barrière bloque le flux moléculaire ciblé et le getter capte les molécules ciblées qui ont réussi à pénétrer.

Par exemple, pour un environnement riche en méthane, la SSIV est intégré dans une PCV (ou PCVR) équipée d’un getter de méthane (zéolite etc.) et d’une enveloppe possédant une couche barrière ayant une faible perméabilité pour le méthane.

Le SSIV1 composé d’un seul PIV avec de bords entourés (ou pas) par de CBPTA (l’élément PIV4 de PIVB) intégré dans une PCV (ou dans une PCVR, ou dans mPCV) est un superisolant d’une longévité supérieure à un PIV standard et en général possède une meilleure conductivité thermique. Le PIV peut être sans CBPTA, par exemple intégré dans une PCVR.

Cependant, une rangée de SSIV1 sur un mur ne permet pas d’éliminer les ponts thermiques d’air présents entre les SSIV1. Pour réduire leur l’effet une deuxième rangée, réorientée et décalée par rapport de la première, est nécessaire à superposer dans une matrice 2D super-isolante de façon à couvrir l’espace d’air entre les SSIV1 de la première rangée. Cela réduit au maximum l’impact de ponts thermiques d’air, présent entre les SSIV1, sur la conductivité thermique.

La paroi de SSIV1 de la première et de la deuxième rangée de la matrice est accrochée sans perforation d'enveloppe à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (d’un mur etc.) et aux autres SSIV1 par une colle ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants.

SSIV1 d’une rangée peut être également attaché uniquement à une de parois extérieures ou intérieures par un fil isolant entourant le SSIV1 de cette rangée et cousu à la paroi ou par une fixation mécanique à la paroi grâce aux appuis isolants traversant l’espace entre les SSIV1. Les appuis ont une tige isolante qui traverse l’espace entre les SSIV1. L'un côté de la tige s'accroche à la paroi alors que l'autre retient le SSIV1 par une rondelle large, sur le côté opposé de la fixation de la tige.

Le SSIV est universelle en termes de formes et est applicable par exemple pour un mur, pour de boîtes, pour de tubes etc.

L’intégration de PIV dans une PCV (ou PCVR) permet d’utiliser de barrières non métalliques et donc de réduire sensiblement l’effet de bord sur la conductivité thermique de PIV. Cela facilite la gestion de tailles de SSIV et rend possible l’emploi de PIV de petites tailles (<40x40cm) sans que cela impacte la qualité d’isolation.

En conséquence, le SSIV permet de résoudre les problèmes de super-isolants tels que

Le traitement de ponts thermiques d’air par leur élimination intégrale ou par la réduction de leur effet.
Le traitement de ponts thermiques d’incohérence par leur élimination.
Le contrôle et l’augmentation de la longévité de super-isolation pour dépasser 100 ans.
La minimisation et l'optimisation de la conductivité thermique effective en élargissant les champs d’application de meilleurs super-isolants, en minimisant les effets de bords, en éliminant les effets de ponts thermiques d’air et d’incohérence.
La réduction de l’épaisseur d’isolation suite d’une meilleure résistance thermique
L’augmentation de la résistance aux environnements divers à l’aide de mPCV.
La réduction du coût global suite d’utilisation d’une matrice bon marché (par exemple de fibre de verre), de films barrières moins sophistiqués et moins chers et en fin en raison d’une augmentation importante de la longévité de la super-isolation.
La gestion de tailles de PIV suite de la réduction des effets de bords et de ponts thermiques
La flexibilité géométrique permettant une super-isolation d’une forme quelconque.

Présentation des Figures: . La Figure 1 A présente un mur couvert par de PIV. L’irrégularité de bords de PIV et la forte différence entre la conductivité thermique de l’air et de PIV sont la cause d’apparition de ponts thermiques d’air entre les PIV (en noir) spécifiques pour les super-isolants.

La Figure 1B présente un dispositif de panneau d’isolation sous vide de base (PIVB) composé de 4 types de PIV avec de bords couverts intégralement (les 4 côtés entourés, PIV4) ou partiellement (les 3 côtés entourés de façon différente (PIV3, le petit et les deux adjacents et PIV3a, le grand et les deux adjacents) ou les 2 côtés adjacents entourés (PIV2)) par de couches (1) de blocage de ponts thermiques d’air appelés CBPTA. Les éléments PIV 4, PIV3, PIV3a et PIV2 s’emboîtent pour éliminer l’espace vide entre les PIV et les ponts thermiques d’air une fois mis sous vide.

La Figure 1C présente un dispositif de super-isolation (SSIV) d’un mur (vu de face) obtenu par l’emboîtement de plusieurs PIVB de 4 éléments en Figure 1B ou par l’arrangement de PIV avec de bords entourés par CBPTA et leur mise sous vide dans une préchambre PCV. Les ponts thermiques d'air en noir en Figure 1A ont disparus. Un dispositif (4) attaché à l’enveloppe de PCV (une vanne à vide, une ouverture ou un tube scellables) permet la régénération du vide et transforme la préchambre PCV en PCVR.

La Figure 1D présente le même dispositif SSIV (de Figure 1C) en coupe, vu de profil. Les PIV sont intégrés dans la préchambre sous vide PCV délimitée par l’enveloppe (2). Les bords de chaque PIV sont entourés par une couche (1) de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA) : les ponts thermiques sont éliminés en sens perpendiculaire à la face interne (6) et à la face externe (7) du mur. Une couche (3) de getter (ou déshydratant) est attaché sur un ou les deux côtés (interne et externe) de PIV de façon à ne pas perturber la conductivité thermique dans le sens perpendiculaire de (6) et (7). La bande (9) coupe le pont thermique de l’enveloppe et élimine les effets de bords de l’enveloppe (2). Le dispositif (4) représente une vanne à vide, une ouverture ou un tube scellables permettant l’évacuation du gaz, la régénération du vide dans la PCV et la transforme en PCVR.

La Figure 1E présente le même dispositif SSIV de Figures 1C et 1D mais avec une extension de l’enveloppe de la PCV en forme de trombone (5), remplaçant le dispositif (4) et permettant une régénération du vide de PCV. Il transforme la préchambre PCV en une PCVR. Un tuyau (5a) est introduit à l’intérieur de la trombe pour éviter son obturation par la pression atmosphérique lors d’évacuation du gaz à travers de la trombe.

La Figure 1F présente l’enveloppe de la PCV du même dispositif SSIV de Figures 1C et 1D renforcé par un revêtement en feuilles de métal. L’enveloppe est composée d’un film barrière performante métallisé ou non métallisé, revêtue par de feuilles de métal (feuilles de métal ou de multicouches métallisées) de deux côtés de la PCV, l’extérieur (7) et l’intérieur (6), couvrant la partie pointue (8) de bords sans se rejoindre. La bande (9) est une couche à faible conductivité thermique et à faible perméabilité moléculaire et elle ferme l’enveloppe de manière hermétique. Cette bande coupe le pont thermique sur le bord de l’enveloppe.

La Figure 1G présente une matrice 2D super-isolante (un mur) composé de 2 rangées de dispositifs super-isolants SSIV1 (10). Les SSIV1 de la deuxième rangée sont réorientés et décalés par rapport de SSIV1 de la première rangée de manière à couvrir l’espace vide entre les SSIV1 de la première rangée et à réduire l’effet de ponts thermiques d’air. Chaque dispositif SSIV1 intègre un seul PIV4 ou un PIV les bords entourés (ou pas) par CBPTA. La fixation mécanique (11) est un appui ayant une tête rondelle pour maintenir les SSIV1 et une tige isolante qui traverse l’espace vide entre les SSIV1 d’une rangée et s’attache uniquement à une de parois (interne ou externe). La fixation mécanique (12) est un fil isolant entourant le SSIV1 d’une rangée et cousu uniquement sur une de parois (interne ou externe).

Expose détaillé.Notre dispositif Système Super Isolant sous Vide (SSIV, Figure 1C et Figure 1D) a en général trois éléments principaux: un ou plusieurs panneaux d’isolation sous vide (PIV), une ou plusieurs préchambres sous vide (PCV) et éventuellement de couches de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA). Le SSIV permet d’augmenter largement la performance et la longévité de la super-isolation thermique. Sans la CBPTA, le SSIV serait toujours meilleur par rapport de super-isolants PIV actuels, mais n’exploitera pas pleinement son potentiel.

La préchambre sous vide (PCV) est un compartiment (Figures 1C, 1D, 1E et 1F) ayant une pression moléculaire interne plus faible que la pression externe (par exemple atmosphérique) et une enveloppe (2) hermétiquement scellée, entourant les PIV et représentant une barrière pour de molécules ciblés externes divers (tels que d’air, les vapeurs d’eau etc.).

L’enveloppe barrière de la PCV a une faible perméabilité moléculaire à l’air et aux vapeurs d’eau, une faible conductivité thermique ou une bande (9) de coupure de ponts thermiques sur les bords.

L’enveloppe (2) de PCV est rigide ou flexible, composée d’au moins d’une couche apportant une résistance mécanique (polymères de PET, PP, verre, céramique etc.), d’au moins d’une couche barrière moléculaire non métallique (polymère, composite de polymère et d’oxydes de métaux etc.) ou intégrant de nano-couches métallisées à faible conductivité thermique et d’une couche de scellant hermétique (par exemple thermoscellant à base de polyéthylène PE etc.). Ces caractéristiques peuvent être également intégrés dans une ou deux couches.

Si les films barrière de l’enveloppe de PCV intègrent de feuilles de métal (ou de multicouches métallisées), elles peuvent couvrir les grandes surfaces de l’extérieur (6) et de l’intérieur (7) inclus la partie pointue (8) de bords (Figure 1F) sans se rejoindre sur les bords. La bande (9) représente un film à faible conductivité thermique pour couper les ponts thermiques de bords de l’enveloppe de la PCV. La bande (9) peut être composée, par exemple de couches non métallisées (polymère, composite de polymère et d’oxydes de métaux etc.) ou de film composite à faible conductivité thermique intégrant de nano-couches de métaux. La coupe de pont thermique de l’enveloppe peut se faire:

par un scellage de la bande (9) aux films couvrants les grandes surfaces (6) et (7) ou
par un enveloppe intégrale (ou hybride) de la PCV d’un film composite à faible conductivité thermique et revêtu sur les grands surfaces (6), (7) et sur la partie pointue (8) de bords par de feuilles métallisées (aluminium etc.) ayants très faible perméabilité moléculaire sans se rejoindre sur les bords (laissant une bande non revêtue (9) de séparation).

Ce type de revêtement de l’enveloppe minimise la perméabilité moléculaire sans entraver l’isolation thermique.

La PCV peut avoir une forme quelconque en fonction de l’arrangement de PIV.

Les considérations ci-dessus sont valable pour toutes formes géométriques et stériques: parallélépipède (mur), boîte, ovales (tuyaux) etc. Pour chaque variation de la forme, la PCV suit de manière adéquate la forme quelconque déterminée par l’arrangement de PIV.

La paroi de PCV est accrochée sans perforation à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (d’un mur etc.) par une colle ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants collés ou intégrés à l’enveloppe ou placés à l’intérieur de la PCV et sur les parois externes.

Le Système Super Isolant sous Vide (SSIV, Figure 1C et Figure 1D) est composé tout d’abord par un ou par plusieurs PIV fabriqués avec une enveloppe barrière principalement non métallique (ou intégrant de nano-couches métallisées) ayant un effet de bord négligeable sur la conductivité thermique. Les PIV peuvent être arrangés pour obtenir de formes géométriques et stériques divers (parallélépipède de type mur, de boîte, des ovales comme de tuyaux etc.). Par la suite ils sont intégrés sous vide dans une PCV. Son enveloppe entoure les PIV et a un impact négligeable sur la conductivité thermique déterminée par les PIV abrités.

Les PIV de SSIV ont une matrice cœur (fibre de verre, silice pyrogène, aérogel etc.) mise sous vide sous une enveloppe composée d’une ou plusieurs couches barrières ayant une conductivité thermique suffisamment faible pour rendre l’effet de bords insignifiant (<5%). En conséquence, leur conductivité thermique effective est quasi-équivalente à celle de la matrice cœur composée d’un matériau superisolant mis sous un vide suffisant. Pour cela, l’enveloppe de ces PIV ne contient pas en général de couches métallisées ou de feuilles de métal comme c’est le cas pour les PIV actuels sur le marché. L’essentiel pour les PIV composant le SSIV est d’avoir une conductivité thermique effective égale ou très proche à celle de la matrice cœur.

Une caractéristique de SSIV est que l’exigence d’une très faible perméabilité de la barrière de PIV est réduite puisque l’effet est compensé et amélioré par le contrôle du gradient de la concentration moléculaire à travers de la barrière. Le flux moléculaire à travers de l’enveloppe est géré par la perméabilité de la barrière de PIV mais également, de manière plus importante, par une réduction forte du gradient de la concentration moléculaire suite d’une intégration de PIV dans une préchambre sous vide (PCV). Le vide externe, crée dans la PCV, joue un rôle déterminant pour gérer le flux et pour augmenter fortement la longévité de PIV. Le contrôle de flux moléculaire à travers de la barrière de PIV de SSIV est effectué par deux mécanismes:

de manière passive par la perméabilité de la barrière de PIV et de la PCV et
de manière statique ou dynamique par le gradient moléculaire à travers de la barrière de PIV et géré par la variation du vide dans la PCV.

Ce dernier mécanisme est nouveau, important et déterminant. Il est même capable d’inverser le sens du flux moléculaire. En conséquence, les PIV n’ont plus besoin en général de getter. Le getter est déplacé dans la préchambre PCV.

Un getter ou un déshydratant (3) peuvent être intégrés dans la PCV placés entre le PIV et l’enveloppe de PCV sans traverser l’espace perpendiculaire à la grande surface de PIV de façon à ne pas influencer la conductivité thermique (par exemple de couches de getter collés ou accrochés par un système de boucles et de crochets ou par un système des aimants à la grande surface de PIV, côté (6) ou (7)).

La paroi de PIV est accrochée à la paroi de PCV par la pression externe (atmosphérique), par une colle ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles collés aux leurs parois ou par un système des aimants présents dans la PCV et les PIV.

Pont thermique d’air de super-isolants.Un vide plus profond de 0,01 mbars dans la PCV élimine les ponts thermiques d’air (Figure 1A) à court terme. Cependant, les molécules d’air et d’eau s’accumulent progressivement de manière préférentielle dans l’espace entre les PIV et régénèrent les ponts thermiques d’air.

Pour éliminer les ponts thermiques d’air à long terme il faut remplir l’espace entre les PIV par de couches (1) de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA) composés de matériaux super-isolants sous vide (fibre de verre, silice pyrogène, aérogel etc.) et en général ayant une conductivité thermique plus faible que celle d’air k < 0,025 W/(mK).

La CBPTA (1) peut être introduite séparément de PIV dans l’espace libre entre les PIV ou ensemble avec les PIV en utilisant un dispositif supplémentaire de panneau d’isolation sous vide de base (PIVB).

Le dispositif PIVB (Figure 1B) est composé de 4 types de PIV possédants de telles couches CBPTA entourant intégralement ou partiellement leurs bords de façon à couvrir tout l’espace vide entre les PIV : PIV2 (2 côtés adjacents de bords entourés), PIV3 (3 côtés de bords entourés : le petit et les deux adjacents), PIV3a (3 côtés de bords entourés : le grand et les deux adjacents) et PIV4 (4 côtés de bords entourés). Le rôle de CBPTA est de bloquer les ponts thermiques d’air entre les PIV en empêchant l’accumulation moléculaire et en assurant une faible conductivité thermique dans cet espace.

Pour pouvoir éliminer effectivement les ponts thermiques d’air à long terme il faut également procéder à une mise sous vide de la PCV, à un vidé plus profond que le vide de désactivation d’effet de super-isolation pour la CBPTA (environ < 5 mbars pour la fibre de verre et < 200 mbars pour la silice pyrogène). La plus faible est la conductivité thermique de CBPTA le plus performant est le blocage de pont thermique d’air.

Pont thermique d’incohérence de super-isolants.A part de ponts thermiques d’air un autre pont thermique, appelé pont thermique d’incohérence de super-isolants, est spécifique pour la super-isolation et peut perturber sa performance. Il apparaît quand la conductivité thermique de CBPTA (1) sous vide est plus importante de celle de PIV et plus faible de celle de l’air. Par exemple, un PIV à base de fibre de verre entouré par de CBPTA de fibre de verre produira une super-isolation performante. Cependant, la performance de la super-isolation serait perturbée si ce PIV est entouré par de couches de silice pyrogène, dont la conductivité thermique sous vide est deux fois plus importante. Cette différence causera l’apparition de ponts thermiques d’incohérence de super-isolants.

La perturbation de la super-isolation par les ponts thermiques d’incohérence réduit la performance de la super-isolation même si cette perturbation est plus faible de celle-ci causée par les ponts thermiques d’air.

Pour éliminer ces ponts thermiques d’incohérence il faut introduire dans l’espace entre les PIV une CBPTA ayant une conductivité thermique sous vide égale ou plus faible de celle de PIV et la mettre sous un vide plus profond du seuil de désactivation de l’effet de la super-isolation pour la CBPTA.

Procède de contrôle statique de la longévité.La longévité de la super-isolation par PIV est déterminée par le temps nécessaire pour atteindre la pression de désactivation de la super-isolation du matériel cœur depuis la pression du vide initial. Pour pouvoir gérer ce temps il faut contrôler le flux moléculaire à travers de l’enveloppe de PIV. Le flux est proportionnel à la perméabilité et au gradient de la concentration moléculaire à travers de la barrière. Plus faibles sont leurs valeurs plus la longévité est importante. Le gradient moléculaire peut être contrôlé par la pression dans la PCV. Un contrôle statique de la longévité de la super-isolation signifie à définir un procède de mise sous vide de la PCV déterminant les conditions de départ pour un SSIV. En général, chaque pression dans la PCV plus faible que la pression atmosphérique réduira le flux moléculaire vers le PIV. Cependant, pour avoir un effet notable le vide dans la PCV est souhaitable d’être au moins deux fois plus faible que la pression atmosphérique au niveau de mer.

Pour obtenir une plus grande longévité la pression initiale dans la PCV devrait être plus faible possible. Cela assurera plus de temps pour que les molécules d’air pénètrent et remplissent tout d'abord la PCV, jusqu’à atteindre la pression atmosphérique, et ensuite encore plus de temps pour qu'elles remplissent les PIV jusqu’à la pression de désactivation de la super-isolation de la matrice cœur de PIV. Plus le vide dans la PCV est profond plus la longévité de la super-isolation serait longue. Cependant, la valeur minimale possible du vide initial dans la PCV est déterminée par la perméabilité et la résistance mécanique de l’enveloppe de PCV (2).

Une meilleure longévité statique à long terme peut être obtenue si on met la PCV sous une pression plus faible que celle dans le PIV. Dans ce cas le flux moléculaire est négatif à travers de la paroi de PIV : flux de PIV vers PCV. Cela peut durer jusqu’à deux années. Ensuite, la différence de pression entre le PIV et la PCV s’équilibrera et sera suivi par un changement du sens de flux moléculaire (de PCV vers PIV) avec l’augmentation progressive de la pression dans la PCV au fur et mesure des années. Une fois la pression dans la PCV atteint le seuil de la désactivation de la super-isolation de la CBPTA (1) les ponts thermiques d’air apparaissent. Ils détériorent la super-isolation sans pour autant de la faire disparaître puisque le vide dans le PIV est toujours sous le seuil de désactivation de la super-isolation de la matrice cœur de PIV. Dans cette situation, le SSIV arrivera à la performance d’isolation thermique de PIV de la technologie actuelle. L’apparition de ponts thermiques pour une CBPTA en fibre de verre est actuellement à partir de 5 mbars. Aux conditions optimales cela offre une période de performance d’environ 15 ans sans ponts thermiques d’air. Pour la silice pyrogène ces paramètres sont de 200mbars et d’environ 35 ans, respectivement.

Autrement dit, le SSIV se transformera en une super-isolation de la technologie PIV actuelle en termes de conductivité thermique dans 15 ans (pour la fibre de verre) ou dans 35 ans (pour la silice pyrogène). Cependant, l’effet de contrôle du gradient moléculaire par PCV fonctionnera encore plusieurs années puisque la pression dans la PCV restera toujours au-dessous de la pression atmosphérique. Il continuera de restreindre le flux moléculaire à travers de la paroi de PIV.

En conséquence, la disparition totale de l’effet super-isolation de PIV pour un système SSIV à base de fibre de verre serait à partir de 60 ans et pour une composition à base de silice pyrogène à partir de 80 ans. Cette augmentation de la longévité est due du fait que le gradient de la concentration moléculaire à travers de paroi de PIV reste très longtemps faible en raison du vide dans la PCV. Le vide réduit le gradient moléculaire et a un effet d’une barrière supplémentaire.

Le SSIV bénéficie en réalité d’une triple barrière reliée aux deux perméabilités des parois de PCV et de PIV ainsi du vide dans la PCV réduisant le gradient moléculaire à travers de la paroi de PIV.

La disparition totale de l’effet super-isolation transformera le SSIV en un isolant classique caractérisé par la matrice de PIV.

En conséquence, le procède de contrôle statique de la longévité de la super-isolation consiste à mettre la PCV sous un vide entre 1 bar et 0,0001 mbars en fonction du but recherché, de l’environnement, de la composition de SSIV, de la perméabilité de la barrière de PIV et de PCV ou sous un vide plus profond que le vide dans les PIV pour inverser le flux moléculaire et obtenir une super-isolation d’une longévité plus importante.

Préchambre sous vide régénérative (PCVR) et procède de contrôle dynamique de la longévité de la super-isolation.La possibilité de contrôler la pression dans la PCV permet à gérer de manière dynamique le gradient moléculaire et en fin de contrôler la longévité de SSIV.

La longévité et la performance de la SSIV peuvent être largement améliorées par une régénération du vide dans la PCV grâce à une préchambre sous vide régénérative (PCVR) équipée un dispositif supplémentaire (4,5) d’évacuations multiples du gaz, attaché à l’enveloppe. Ce dispositif (4, en Figure 1C et 1 D) peut être une vanne à vide, des ouvertures permettant multiples ouvertures et scellages de l’enveloppe, de tuyaux à couper et à sceller (par exemple un tube en PE ou un tube avec une couche de PE). La Figure 1 E représente une autre version de ce dispositif (5) : une extension de l’enveloppe de la PCVR sous la forme d’un trombone à couper et à sceller. Un tuyau à l’intérieur (5a) permet d’éviter l’obturation de la trombe par la pression atmosphérique lors d’évacuation du gaz. Pour refaire le vide, on coupe la trombe (5), ou le tuyau (4), et ensuite on la scelle à nouveau.

Lors de la procédure de la régénération, le getter ou le déshydratant (3) peuvent être renouvelés ou régénérés. La PCVR équipée d’un getter régénératif (par exemple zéolite) permet sa régénération sans remplacement. L’échange de getter ou de déshydratant nécessite une enveloppe de la PCVR étendue d’au moins d’un côté (par exemple un trombone large (5)) assurant plus d’espace pour effectuer l’opération d’échange. Cette extension de l’enveloppe est suffisamment longue pour pouvoir la couper plusieurs fois, la sceller après la mise sous vide et en fin la plier autour de la PCVR.

La périodicité ou les intervalles de temps de la régénération du vide dans la PCVR dépend de la construction de SSIV, les paramètres de super-isolation recherchés, de l’environnement et de sa variation.

La préchambre sous vide régénérative (PCVR) est un dispositif pour pouvoir contrôler de manière dynamique la longévité de la super-isolation par la gérance du niveau du vide.

Le procède de contrôle dynamique de la longévité de la superisolation consiste tout d’abord à mettre sous vide la PCVR à un vidé plus profond que le vide de désactivation de superisolation pour la CBPTA, à un vidé < 0,01 mbar (dans le cas sans CBPTA) ou à un vidé plus profond de vide dans les PIV pour obtenir une longévité de superisolation plus importante. Ensuite, le vide dans la PCVR est régénéré une ou plusieurs fois, en intervalles de temps divers, accompagné éventuellement par une régénération du getter ou par un échange de getter ou de déshydratant. Les intervalles de temps de régénération sont déterminés par la construction de SSIV, par la perméabilité d'enveloppe de PIV et de PCV, par l’environnement et par les paramètres de superisolation recherchés. Les intervalles de temps et le niveau de profondeur de régénération du vide sont optimisés pour obtenir la longévité souhaitée de la superisolation.

Par exemple, la régénération du vide peut se faire chaque 7 ans pour un SSIV à base de fibre de verre et chaque 15 ans pour un SSIV à base de silice pyrogène aux conditions normales atmosphériques en France. La longévité de SSIV serait plus importante pour une régénération du vide plus fréquente, par exemple chaque 2 ans. La régénération du vide de la PCVR élimine ou retarde l’apparition de ponts thermiques d’air, réduit sensiblement le flux moléculaire à travers de paroi de PIV (ou de PIVB, Figure 1B), régénère le PIV, renforce la barrière et rends possible une longévité de SSIV dépassant les 100 ans.

Ce procède de contrôle dynamique est très puissant puisqu’il peut rendre la longévité de la super-isolation par un SSIV indépendante de l’effet Knudsen et donc très importante : par exemple un vide de PCVR plus profond que le vide dans les PIV peut inverser le flux moléculaire pendant une période de 1 à 2 ans pour maintenir pendant ce temps la meilleure valeur de la conductivité thermique du PIV. Une régénération du vide dans la PCVR jusqu’à le niveau initial, à la fin de cette période, régénérera également le PIV. Dans ce cas la longévité de la super-isolation est déterminée plutôt par la longévité physico-chimique de l’enveloppe (environ 300 ans pour PE, PP) que par l’effet Knudsen. Pour le secteur de la construction la longévité de SSIV peut atteindre ou dépasser la longévité du bâtiment.

Ce procède amènera à une oscillation de la concentration moléculaire dans le PIV, dans de limités optimales prédéfinis, évitera la détérioration du vide à l’intérieur de PIV et gardera la conductivité thermique à sa valeur optimale.

Le contrôle dynamique réduit également l’exigence vers la performance de la perméabilité de la barrière de PIV, rend possible l’utilisation de films non métalliques d’un faible coût. Il peut permettre également la construction de SSIV sans CBPTA, sans getter et sans déshydratant pour encore réduire le coût. Cela nécessite un vide suffisant (< 0,01 mbars) et une régénération plus fréquente du vide dans la PCVR.

Protection et l’adaptation de la super-isolation aux conditions extrêmes.Les SSIV nécessitent une protection et une adaptation pour pouvoir fonctionner dans des environnements hostiles tels qu'une température et une humidité extrêmes, une présence de liquides, de gaz ou de diverses molécules spécifiques tels que de méthane, d’ammoniac, d’alcool, de chlore etc. Une multi préchambre sous vide (mPCV, ou régénérative mPCVR) peut faire face à ce challenge.

La mPCV (mPCVR) est construite par l’intégration d’une PCV (ou PCVR) dans une ou plusieurs autres PCV (ou PCVR) plus grandes sur le principe de poupées russes de façon que chaque préchambre supplémentaire a une taille plus grande, un getter (3) spécifique pour capter les molécules ciblées et une couche barrière pour de molécules ciblées dans son enveloppé (2), adaptés à faire face à un environnement exceptionnel de paramètres physico-chimiques divers (températures et humidité extrêmes, présence de liquides, de gaz ou de diverses molécules spécifiques tels que de méthane, d’ammoniac, d’alcool, de chlore etc.).

Par exemple, pour un environnement riche en méthane le SSIV est intégré dans une PCV (ou PCVR) équipée d’un getter de méthane et d’une enveloppe résistant au méthane assuré par une couche barrière ayant une faible perméabilité pour le méthane.

Pour de climats chaudes et humides, comme dans de villes de Kuala Lumpur ou d’Athènes, une deuxième préchambre sous vide serait très utile. La préchambre externe protège la barrière de la préchambre interne d’une dégradation à cause de l’hydrolyse en réduisant son exposition aux vapeurs d’eau. Les deux PCV permettront de porter la durée de vie de SSIV aux ces conditions au-delà de 60 ans.

Optimisation de la super-isolation par de SSIV1 composés d’un seul PIV.Le SSIV1 ((10), Figure 1G) composé d’un seul PIV ayant de bords entourés (ou pas) par de CBPTA (ou de l’élément PIV4, Figure 1B) et intégré dans une PCV (ou dans une PCVR, ou une mPCV) est un superisolant d’une longévité supérieure à celle-ci d'un PIV standard et en général possède une meilleure conductivité thermique. Le PIV peut être sans CBPTA, par exemple intégré dans une PCVR.

Cependant, une rangée de SSIV1 sur un mur ne permet pas d’éliminer les ponts thermiques d’air (Figure 1A) présents entre les SSIV1. Pour réduire leur l’effet une deuxième rangée, réorientée et décalée par rapport de la première, est nécessaire à superposer dans une matrice 2D super-isolante de façon à couvrir l’espace d’air entre les SSIV1 de la première rangée. Cela réduit au maximum l’impact sur la conductivité thermique de ponts thermiques d’air présents entre les SSIV1 (10). Des formes d’emboîtements particuliers de bords de SSIV1 ne sont pas suffisantes pour réduire effectivement l’effet de ponts thermiques d’air.

La paroi de SSIV1 de la première et de la deuxième rangée de la matrice est accrochée sans perforation à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (d’un mur etc.) et aux autres SSIV1 par une colle ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants collés sur les parois ou intégrés dans la SSIV1.

SSIV1 d’une rangée peut être également attaché uniquement à une de parois extérieures ou intérieures par un fil isolant (12) entourant le SSIV1 de cette rangée et cousu à la paroi ou par une fixation mécanique à la paroi grâce aux appuis (11) isolants. Les appuis ont une tige isolante qui traverse l’espace entre les SSIV1. L'un côté de la tige s'accroche à la paroi et l'autre retient le SSIV1 par une rondelle, sur le côté opposé de la fixation de la tige.

Dans le cas d’une PCVR, le SSIV1 est régénérable.

Le SSIV est universel en termes de formes et il est applicable par exemple pour un mur, pour de boîtes, pour de tubes etc.

Les considérations ci-dessus pour le SSIV sont valable pour toutes formes géométriques et stériques : parallélépipède de type mur ou de boîte, des ovales comme de tuyaux etc. Pour chaque variation de la forme composée par l'arrangement de PIV, la PCV suit de manière adéquate cette forme quelconque.

Par exemple, pour une boîte la PCV enveloppe la boîte intégralement. Si l’intérieur de la boîte doit être accessible régulièrement (par exemple réfrigérateur etc.), la PCV enveloppera les 5 parois de la boîte et la 6^èmeparoi serait composée de SSIV1 (10).

Pour un tube (un tuyau, un cylindre etc.), la PCV enveloppera le tube.

Applications industrielles.Les applications principales de l’invention sont dans les domaines d’isolation thermique concernant les industries suivantes : le bâtiment, le transport, la climatisation, les appareils électroménagers, le sport extrême et l’exploration polaire, la pêche et les serres agricoles, les appareils biomédicaux, la distribution alimentaire et biomédicale.

Claims

Ensemble, destiné à améliorer la performance et la longévité de la super-isolation thermique, appelé Système Super Isolant sous Vide (SSIV), caractérisé par un arrangement d’un ou de plusieurs panneaux d’isolation sous vide (PIV) sous une forme quelconque et leurs intégrations dans une préchambre sous vide (PCV) entourant cette forme quelconque, possédant ou pas de getters ou de déshydratants et ayant une enveloppe de la PCV à l’impact négligeable sur la conductivité thermique déterminée par les PIV abrités. La paroi de PIV est accrochée, sans perforation d’enveloppe, à la paroi de PCV par la pression externe (atmosphérique etc.), par des adhésifs (une colle etc.) ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants. Les PIV de SSIV ont une enveloppe d’un effet de bord négligeable sur la conductivité thermique déterminée par la matrice cœur. Les getters et les déshydratants sont arrangés de façon à ne pas impacter la conductivité thermique.
Dispositif, composant de SSIV, destiné à protéger et à mettre un ou plusieurs panneaux d’isolation sous vide (PIV) dans un environnement à faible pression moléculaire pour améliorer la performance et la longévité de la super-isolation, selon la revendication 1, appelé préchambre sous vide (PCV), caractérisé par la constitution d’un compartiment d’une forme quelconque ayant une pression moléculaire interne plus faible que la pression externe et une enveloppe hermétiquement scellée entourant les PIV, ayant une faible perméabilité moléculaire représentant une barrière pour de molécules externes (tels que d’air, les vapeurs d’eau etc.), possédant une faible conductivité thermique ou une bande (9) de coupure de pont thermique sur les bords de l’enveloppe. L’enveloppe de la PCV est rigide ou flexible composée d’au moins d’une couche de résistance mécanique, d’au moins d’une couche barrière moléculaire non métallique ou intégrant de nano-couches métallisées à faible conductivité thermique et d’une couche scellant. Les parties pointues de bords (8) et les faces larges (6), (7) de la PCV sont couverts éventuellement par une feuille de protection (métallique etc.) sans se rejoindre sur les bords. La paroi de PCV est éventuellement accrochée, sans perforation d'enveloppe, à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (d’un mur etc.) par un adhésif (une colle etc.) ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants.
Dispositif, composant de SSIV, destiné à réduire ou à éliminer les ponts thermiques d’air pour améliorer la performance de la super-isolation à long terme, selon la revendication 1, caractérisé par la mise en place, dans l’espace entre les PIV de SSIV, d’une couche (1) de blocage de ponts thermiques d’air (CBPTA) ayant une conductivité thermique k < 0,025 W/(mK) ou par l’application d’un ensemble de panneaux d’isolation sous vide de base PIVB (Figure 1 B) composé de 4 types de PIV possédants de telles couches CBPTA (1) entourant intégralement ou partiellement leurs bords de façon à couvrir tout l’espace vide entre les PIVlors d’un assemblage: PIV2 (2 côtés adjacents de bords entourés par CBPTA), PIV3 (3 côtés entourés: le petit et les deux adjacents ), PIV3a (3 côtés entourés: le grand et les deux adjacents) et PIV4 (4 côtés entourés). La CBPTA est composée d’un matériel superisolant comme la fibre de verre, la silice pyrogène, l’aérogel etc.
Procède d’élimination de ponts thermiques d’air de la super-isolation pour améliorer la performance de SSIV, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé tout d’abord par une mise sous vide pour un dégazage de la PCV de SSIV, suivi par une maintenance du vide de la PCV soit à une pression du vidé plus profonde que le seuil d’activation d’effet de super-isolation pour la CBPTA, afin de garder cette couche (1) dans l'état superisolant, soit à une pression du vidé < 0,01 mbar pour une PCV sans CBPTA.
Dispositif, composant de SSIV, destiné à éliminer les ponts thermiques d’air et les ponts thermiques d’incohérence de super-isolants pour améliorer la performance de SSIV à long terme, selon les revendications 1 et 3, caractérisé par la pose dans l’espace entre les PIV d’une CBPTA (ou utilisation de PIVB avec telle couche) ayant une conductivité thermique sous vide égale ou plus faible que celle de PIV et maintenue sous une pression du vide permettant l’activation de l’effet de la super-isolation pour cette CBPTA (1).
Procède de contrôle statique de la pression moléculaire dans la PCV et de la longévité du SSIV, selon les revendications 1 et 2, caractérisé tout d’abord par la mise sous vide de la PCV pour un dégazage de SSIV, suivi par une mise sous vide et un scellage définitive de la PCV soit à une pression du vidé entre 1 bar et 0,0001mbars en fonction de la composition de SSIV, de l’environnement et de la longévité recherchée, soit à une pression du vidé plus profonde que le vide dans les PIV pour inverser le flux moléculaire et obtenir une super-isolation d’une longévité plus importante.
Dispositif, composant de SSIV, destiné à protéger et à mettre un ou plusieurs panneaux d’isolation sous vide (PIV) dans un environnement à faible pression moléculaire pour améliorer la performance et la longévité de la super-isolation, selon les revendications 1 et 2, appelé préchambre sous vide régénérative (PCVR), caractérisé par une transformation de la PCV en attachant à son enveloppe d’un ou de plusieurs dispositifs (4), (5) permettant de multiples mises sous vide de la PCV, et en intégrant éventuellement un getter régénératif dans la PCV ou en utilisant une enveloppe étendue de la PCV, rendant possible l’échange de getter ou de déshydratant. Les dispositifs (4), (5) peuvent être de vannes à vide, des ouvertures permettant de multiples scellages de l’enveloppe, de tuyaux à couper et à sceller, des extensions de l’enveloppe comme un trombone à couper et à sceller etc.
Procède de contrôle dynamique de la pression moléculaire dans la PCVR et de la longévité du SSIV selon les revendications 1, 6 et 7, caractérisé tout d’abord par la mise sous vide de la PCVR conformément au procède de la revendication 6, à un vidé plus profond que le vide de désactivation de super-isolation pour la CBPTA, à un vidé < 0,01 mbar (dans le cas sans CBPTA) ou à un vidé plus profond du vide dans les PIV, suivi par une ou par plusieurs régénérations du vide dans la PCVR en intervalles de temps divers et éventuellement accompagnées par une régénération du getter ou par un échange de getter ou de déshydratant. La régénération de la pression du vide dans la PCVR se fait avant la désactivation de la super-isolation de CBPTA ou de PIV abrités, en répétant ce procède. Les intervalles de temps optimaux de régénération de la PCVR sont déterminés par la construction de SSIV, par l’environnement et par la longévité recherchée.
Ensemble, destiné à renforcer la protection de PIV et l’adaptation aux conditions extrêmes de SSIV pour améliorer leur performance et leur longévité, selon les revendications 1, 2 et 7, caractérisé par l’intégration, sur le principe de poupées russes, d’une PCV (ou PCVR) et le SSIV associé dans une ou plusieurs autres PCV (ou PCVR) plus grandes, appelées multi préchambres sous vide (mPCV ou mPCVR régénérative). Chaque préchambre supplémentaire a une taille plus grande, enveloppe le SSIV et la PCV précédente, possède un getter pour capter de molécules spécifiques ciblées et une enveloppe avec une ou plusieurs couches barrières pour de molécules ciblées, adaptés à protéger le SSIV et à faire face à un environnement exceptionnel de paramètres physicochimiques divers (températures et humidité extrêmes, présence de liquides, de gaz ou de diverses molécules spécifiques tels que de méthane, d’ammoniac, d’alcool, de chlore etc.).
Ensemble, destiné à optimiser la performance de la super-isolation produite par plusieurs SSIV1, intégrant chacun un seul PIV, selon les revendications 1 et 9, appelé matrice 2D super-isolante, caractérisée par la mise en place de deux rangées ( Figure 1 G), chacune intégrant plusieurs SSIV1 (10), de façon que la deuxième rangée est décalée et réorientée par rapport de la première pour couvrir l’espace d’air entre les SSIV1 de la première rangée afin de réduire au maximum l’impact sur la conductivité thermique de ponts thermiques d’air présent entre les SSIV1. La paroi de SSIV1 de la première et de la deuxième rangée de la matrice est accrochée sans perforation d'enveloppe à la paroi d’extérieur ou d’intérieur (un mur etc.) et aux autres SSIV1 par un adhésif (une colle etc.) ou par de fixateurs comme un système de crochets et de boucles ou des aimants. Le SSIV1 peut être également attaché uniquement à une de parois extérieures ou intérieures par un fil (12) isolant entourant le SSIV1 et fixé (cousu etc.) à la paroi ou par une fixation mécanique à l’aide des appuis (11) isolants, dont la tige isolante traverse l’espace entre les SSIV1, l'un côté s'accroche à la paroi et l'autre retient le SSIV1 par une plaque (rondelle etc.).