BE855504A - Procede de fabrication de collecteurs solaires - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication de collecteurs solaires.

  
La présente invention concerne un procédé de fabrication de collecteurs solaires en aluminium ou en alliage d'aluminium et plus particulièrement un procédé suivant lequel un substrat en aluminium ou alliage d'aluminium est immergé dans une solution aqueuse chaude contenant un silicate pour la formation, sur ce substrat, d'un revêtement noir ayant une excellente sélectivité spectrale.

  
Au cours des dernières années, de nombreuses étu- <EMI ID=1.1> 

  
ci, il convient de citer les tôles de cuivre portant une couche d'oxyde de cuivre, les tôles de cuivre ou d'acier portant une couche de noir de nickel ou de noir de chrome, etc.

  
En raison de sa haute conductivité thermique et

  
de son prix peu élevé, l'aluminium est considéré comme convenant éminemment' pour constituer un substrat de collecteur solaire. Toutefois, on n'a fabriqué jusqu'à présent aucun collecteur solaire en aluminium acceptable en pratique et portant une couche superficielle ayant une bonne sélectivité.

  
A la connaissance de la Demanderesse, seuls quelques procédés ont été envisagés pour conférer de la sélectivité spectrale à la surface de l'aluminium ou da sas alliages. Par exemple, on a déjà envisagé les deux procédés suivants.

  
(1) Un procédé consistant à anodiser l'aluminium pour former à sa surface une couche d'oxyde poreuse, puis à le traiter dans un électrolyte contenant des sels métalliques pour déposer des métaux ou oxydes métalliques dans les pores de la couche d'oxyde. (Demande publiée de brevet japonais n[deg.]SHO 51-3333).

  
(2) Un procédé consistant à soumettre l'aluminium à la cémentation métallique par le cuivre, puis à épaissir

  
et rendre brillante la couche de cuivre par une électrodéposition classique et enfin à immerger le substrat dans une solution alcaline contenant un oxydant propre à former un revêtement sélectif sur la surface ainsi traitée. (Demande publiée de brevet japonais n[deg.]SHO 50-141531).

  
Toutefois, ces procédés connus présentent les inconvénients ci-après. Suivant le premier procédé, la couche d'oxyde poreuse doit avoir une épaisseur d'au moins 15 microns pour constituer une surface sélective par dépôt des  <EMI ID=2.1> 

  
lective résultante a une médiocre sélectivité spectrale parce que les bandes d'absorption intenses et étendues de l'oxyde d'aluminium dans l'infrarouge sont à l'origine d'une importante déperdition thermique. Le second procédé comprend deux stades, à- savoir la formation de la couche de cuivre sur le substrat et le dépôt d'un revêtement ayant un pouvoir d'absorption sélectif sur la couche de cuivre. De plus, ces opérations laissent subsister des effluents liquides dont il faut se débarrasser. Ce dernier inconvénient complique le procédé et augmente les frais de fabrication.

  
L'invention a pour objet un procédé simplifié

  
 <EMI ID=3.1> 

  
alliage d'aluminium ayant une excellente sélectivité spectrale.

  
Suivant le procédé de l'invention,on immerge de l'aluminium ou un alliage d'aluminium dans une solution aqueuse chaude contenant 5 à 100 mg/litre de silicate, à exprimer

  
 <EMI ID=4.1> 

  
tion sélectif.

  
L'invention a aussi pour objet un procédé pour fabriquer des collecteurs solaires en alliage d'aluminium comprenant au moins un élément d'alliage choisi parmi le fer, le cuivre, le titane, le nickel, l'argent et l'or.

  
L'aluminium utilisé dans le procédé de l'invention a plus particulièrement une pureté qui est de préférence de

  
 <EMI ID=5.1> 

  
tage. L'aluminium ou l'alliage d'aluminium peut être présenté sous forme de tôle ou de clinquant ou sous toute autre forme appropriée.

  
Les silicates utilisés dans le procédé de l'invention doivent être hydrosolubles et sont de préférence choisis  <EMI ID=6.1> 

  
luble.

  
La concentration en silicate doit être de 5 à

  
 <EMI ID=7.1> 

  
tion en silicate tombant au-dessous de la limite intérieure ne donne que des revêtements non colorés sur le substrat. Au contrarie, une concentration en silicate tombant au-dessus de la limite supérieure provoque une attaque par corrosion du substrat et lui confère une médiocre sélectivité spe< traie en rendant sa surface rugueuse.

  
Le pH de la solution de silicate est de préféren-

  
 <EMI ID=8.1> 

  
 <EMI ID=9.1> 

  
 <EMI ID=10.1> 

  
se 'forme pas même lorsque le substrat est immergé longtemps dans la solution.

  
 <EMI ID=11.1> 

  
tion d'autres ions métalliques, comme. des ions zinc, magné-

  
 <EMI ID=12.1> 

  
licate favorise le noircissement de la surface du substrat et améliore ainsi la sélectivité spectrale. Même si un revêtement d'un noir profond ne peut être obtenu dans une so-

  
 <EMI ID=13.1> 

  
plusieurs de ces ions métalliques conduit à des résultats satisfaisants sans qu'il soit nécessaire de modifier les autres conditions de traitement. 

  
ces ions métalliques tombede préférence dans les intervalles suivants:

  

 <EMI ID=14.1> 
 

  

 <EMI ID=15.1> 


  
Il est préférable d'utiliser de l'eau désionisée ou distillée pour préparer les solutions de silicate afin

  
 <EMI ID=16.1> 

  
ions sur la sélectivité spectrale du revêtement formé. La résistance spécifique de l'eau désionisée ou distillée est

  
 <EMI ID=17.1> 
-l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de l'eau désionisée ou distillée. Il a été établi qu'un revêtement brun ou noir ayant une bonne sélectivité spectrale peut être obtenu dans de l'eau contenant de faibles quantités d'ions fer, potassium et/ou chrome. Les concentrations maximales admissibles sont de 1,0, de 8,0 et de 1,0 mg par litre pour les ions fer, potassium et chrome, respectivement.

  
La Demanderesse a étudié également quelles sont les variétés d'alliages d'aluminium qui conviennent cesse substrats pour l'application du procédé de l'invention.

  
 <EMI ID=18.1> 

  
en poids des éléments d'alliage énumérés ci-après à de l'a-

  
 <EMI ID=19.1> 

  
le béryllium, le bore, le magnésium, le silicium, le titane, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, le zirconium, le molybdène, l'argent, le cadmium, l'étain, l'antimoine, le tantale et l'or.

  
 <EMI ID=20.1>   <EMI ID=21.1> 

  

 <EMI ID=22.1> 


  
L'expérience révèle ainsi que les alliages d'aluminium contenant un peu de fer, de nickel, de titane, de cui-

  
 <EMI ID=23.1> 

  
formation d'un revêtement noir.

  
La Demanderesse a découvert aussi que les alliages d'aluminium contenant un ou plusieurs de ces éléments d'alliage peuvent acquérir un revêtement ayant une excellente sélectivité spectrale lorsque la quantité de ces éléments tombe dans les intervalles suivants.

  

 <EMI ID=24.1> 


  
 <EMI ID=25.1> 

  
 <EMI ID=26.1>   <EMI ID=27.1> 

  
sélectivité spectrale. Lorsque les quantités tombent au-dessus des limites supérieures, les revêtements noirs formés sont poudreux et ont une médiocre sélectivité spectrale parce qu'il se forme des composés intermétalliques non colorés tandis qu'apparaissent des piqûres de corrosion.

  
Le procédé de l'invention offre les avantages suivants.

  
 <EMI ID=28.1> 

  
voir d'absorption sélectif qui convertit l'énergie solaire en énergie thermique avec un rendement élevé.

  
(2) Sa simplicité le rend applicable à un prix admissible.

  
 <EMI ID=29.1> 

  
lourds toxiques et évite donc la pollution des eaux.

  
L'invention est davantage illustrée, sans être limitée, par les exemples suivants dans lesquels, sauf indication contraire, les quantités sont précisées en pour-cent

  
 <EMI ID=30.1> 

  
 <EMI ID=31.1> 

  
En utilisant de l'eau désionisée dont la résistan-

  
 <EMI ID=32.1> 

  
tion aqueuse contenant de l'orthosilicate de sodium en les différentes quantités précisées au tableau II. On ajuste

  
 <EMI ID=33.1> 

  
addition de quelques gouttes d'une solution aqueuse diluée d'ammoniaque ou d'acide sulfurique.

  
 <EMI ID=34.1> 

  
 <EMI ID=35.1> 

  
 <EMI ID=36.1> 

  
le de laminage et la mince couche d'oxyde à la surface sans

  
 <EMI ID=37.1>  

  
 <EMI ID=38.1> 

  
les les revêtements colorés indiqués au tableau II. Ces différents revêtements ont une sélectivité spectrale qui dépend de l'intensité de coloration.

TABLEAU II

  

 <EMI ID=39.1> 


  
La Fig. 1 portant en ordonnées la réflectance spectrale en pour-cent et en abscisses la longueur d'onde en microns est un diagramme de la réflectance spectrale du revêtement formé par immersion d'une tôle d'aluminium dans la solution contenant 40 mg d'orthosilicate de sodium par litre.

  
 <EMI ID=40.1> 

  
sente une surface d'une excellente sélectivité dont l'absorbance spectrale est élevée, à savoir de 85 à 96% dans le visible et le proche infrarouge (0,30 à 2,0 microns) tandis que l'émittance spectrale reste faible, à savoir de 3 à 25% dans l'infrarouge (au delà de 6 microns).

  
 <EMI ID=41.1> 

  
On prépare des solutions aqueuses contenant 3, 7 et 14 mg de métasilicate de potassium par litre, respective- <EMI ID=42.1> 

  
AA-3003 comme dans l'exemple 1 et on les immerge dans cha-

  
 <EMI ID=43.1> 

  
On forme ainsi à la surface des tôles des revêtements ayant les colorations indiquées au tableau III. Ces différents revêtements ont une: sélectivité spectrale qui dépend de l'intensité de coloration.

TABLEAU III

  

 <EMI ID=44.1> 


  
EXEMPLE 1 -

  
On prépare une solution aqueuse contenant 10 mg de métasilicate de sodium par litre en opérant comme dans l'exemple 1 et on ajuste son pH à 9,5 par addition de triéthanolamine. On dégraisse une tôle d'aluminium AA-1100 comme dans l'exemple 1 et on l'immerge dans la solution à
95[deg.]C pendant 10 minutes. On obtient ainsi un revêtement noir ayant une excellente sélectivité spectrale.

  
EXEMPLE 4 -

  
On prépare une solution contenant 16,3 mg d'orthosilicate de sodium par litre et 20,0 mg de sulfate de magné-

  
 <EMI ID=45.1> 

  
la solution à 9,5 comme dans l'exemple 4 puis on la porte à l'ébullition. On immerge une tôle d'aluminium dégraissée

  
 <EMI ID=46.1> 

  
ainsi un revêtement noir ayant une bonne sélectivité spectrale. 

  
 <EMI ID=47.1> 

  
On prépare une solution contenant 16,3 mg d'orthosilicate de sodium par litre et 10,0 mg de sulfate de zinc, à exprimer en ions Zn,par litre et on ajuste son pH à 10,0 en opérant comme dans l'exemple 1, puis on la porte à l'ébullition. On immerge une tôle d'aluminium dégraissée AA-1100 dans la solution pendant 10 minutes. On obtient ainsi un revêtement noir ayant une bonne sélectivité spectrale. EXEMPLE 6 -

  
On prépare une solution contenant 16,3 mg d'orthosilicate de sodium par litre, 10,0 mg de sulfate de magnésium, à exprimer en ions Mg,par litre et 5,0 mg de sulfate de zinc,  à exprimer en ions Zn,par litre, puis on ajuste son pH à 9,5 en opérant comme dans l'exemple 1, après quoi on la porte à l'ébullition. On immerge une tôle d'aluminium dégraissée AA-1100 dans la solution pendant 10 minutes pour obtenir un revêtement noir. Celui-ci a une bonne sélectivité spectrale. EXEMPLE ? -

  
On prépare une solution en ajoutant 4,3 mg d'orthosilicate de sodium par litre, 5,0 mg de sulfate de calcium,

  
 <EMI ID=48.1> 

  
ryllium, à exprimer en ions Be, par litre à de l'eau de distribution contenant,par litre, 12 mg de Si02, 0,08 mg d'ions Fe et 5,4 mg d'ions K. On ajuste le pH de la solution à 10,5 par addition d'une solution diluée d'hydroxyde de sodium, puis on la porte à l'ébullition. On immerge une tôle d'aluminium dégraissée AA-1100 dans la solution pendant 10 minutes. On obtient ainsi un revêtement noir semblable à ceux formés dans les solutions préparées à l'aide d'eau désionisée et ayant aussi une bonne sélectivité spectrale.

  
EXEMPLE 8 -

  
Au moyen d'eau désionisée, on prépare une solution  <EMI ID=49.1> 

  
de sulfate de zinc, à exprimer en ions Zn,par litre, puis on

  
 <EMI ID=50.1> 

  
luée d'ammoniaque. On dégraisse une tôle d'aluminium AA-1100 par immersion dans une solution de soude caustique à 1% à
60[deg.]C pendant 1 minute, puis on l'immerge pendant 10 minutes dans la solution de silicate à 92-95[deg.]C. On obtient ainsi

  
un revêtement noir ayant une excellente sélectivité spectrale. EXEMPLE 9 -

  
Au moyen d'eau distillée, on prépare une solution contenant 24 mg d'orthosilicate de sodium par litre, puis on ajuste son pH à 10,0 par addition d'une solution diluée d'acide sulfurique et on la porte à l'ébullition. On immerge une tôle d'aluminium dégraissée AA-1100 dans cette solution pendant 10 minutes. On obtient un revêtement noir ayant une excellente sélectivité spectrale.

  
EXEMPLE 10 -

  
Au moyen d'eau désionisée, on prépare une solution aqueuse contenant 20 mg d'orthosilicate de sodium par litre et 1 mg de sulfate de fer, à exprimer en ions Fe,par litre

  
et on la porte à l'ébullition. On immerge une t8le d'aluminium AA-1100 dégraissée pendant 1 heure dans cette solution. La Fig. 2,dont les coordonnées sont les mêmes que celles de la Fig. l,est un diagramme de la réflectance spectrale du

  
 <EMI ID=51.1> 

  
le revêtement a une sélectivité spectrale relativement bonne, bien qu'il ne manifeste qu'une légère absorption dans l'infrarouge. Il est donc évident que le fer en quantité de 1 mg par litre n'a.pas d'effet nuisible pour la formation de la surface absorbant le rayonnement.

  
 <EMI ID=52.1> 

  
 <EMI ID=53.1>   <EMI ID=54.1> 

  
(2) 0,1% d'argent et

  
(3) 0,1% de nickel

  
pour obtenir trois alliages d'aluminium qu'on présente sous forme de tôles. On dégraisse les tôles comme dans l'exemple 1. On ajoute 25,0 mg d'orthosilicate de sodium à 1 li-

  
 <EMI ID=55.1> 

  
merge chaque tôle dégraissée dans la solution chaude pendant
30 minutée. Les revêtements sur les différentes tôles sont noirs et ont une excellente sélectivité spectrale, comme il ressort de la Fig. 3 dont les coordonnées sont les mêmes que

  
 <EMI ID=56.1> 

  
(3) sont relatives aux alliages contenant du fer, de l'argent et du nickel respectivement.

  
 <EMI ID=57.1> 

  
A de l'aluminium à 99,99%, on ajoute

  
 <EMI ID=58.1> 

  
 <EMI ID=59.1> 

  
pour obtenir deux alliages d'aluminium qu'on présente sous forme de tôles. On traite les alliages dans la même solution et dans les mêmes conditions que dans l'exemple 11.

  
On obtient sur les différentes tôles un revêtement noir ayant une bonne sélectivité spectrale, comme il ressort de

  
 <EMI ID=60.1> 

  
 <EMI ID=61.1> 

  
deux alliages ci-dessus, respectivement.

  
 <EMI ID=62.1> 

  
Comme exemples de tôles d'alliages d'aluminium contenant deux éléments d'alliage davantage, on élabore des alliages de la constitution précisée au tableau 4, on les

  
 <EMI ID=63.1> 

  
 <EMI ID=64.1>   <EMI ID=65.1> 

  
se les réflectances spectrales à différentes longueurs d'onde des revêtements formés sur chaque tôle d'alliage.

  
 <EMI ID=66.1> 

  

 <EMI ID=67.1> 


  
L'invention a par conséquent pour objet un procédé plus simple pour produire des collecteurs solaires ayant une bonne sélectivité.

  
Bien que divers modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi

  
 <EMI ID=68.1> 

  
difications sans sortir de son cadre. 

  
 <EMI ID=69.1> 

  
1 - Procédé pour fabriquer des collecteurs solaires, caractérisé en ce qu'on immerge de l'aluminium ou un alliage d'aluminium dans une solution aqueuse alcaline chaude contenant,par litre/d'eau,5 à 100 mg d'un silicate, à ex-

  
 <EMI ID=70.1> 

  
pouvoir d'absorption sélectif sur l'aluminium ou sur l'alliage.

Claims (1)

1. <EMI ID=71.1>

   sé en ce que la solution aqueuse alcaline chaude se trouve à une température de 80[deg.]C ou davantage.

   3 - Procédé suivant la revendication 1, caractéri-

   <EMI ID=72.1>

   tion aqueuse alcaline est de l'eau désionisée ou distillée.

   4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les teneurs en ions fer, potassium et chrome de'l'eau utilisée pour la préparation de la solution aqueuse alcaline sont de 1,0 mg par litre au maximum, de 8,0 mg

   <EMI ID=73.1>

   pectivement.

   5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution aqueuse chaude contient en outre au moins un ion choisi parmi les ions zinc, magnésium, calcium, strontium et béryllium en quantités de 3 à 30 mg par litre, de 5 à 35 mg par litre, de 1 à 20 mg par litre, de

   1 à 20 mg par litre et de 1 à 20 mg par litre,respectivement.

   6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium comprend au moins un élément d'alliage choisi parmi le fer, le cuivre, le titane, le nickel, l'argent et l'or en quanti-

   <EMI ID=74.1> <EMI ID=75.1>

   <EMI ID=76.1>

   vement.