CH620761A5 - Solar collector absorption surface - Google Patents
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Description
La présente invention est relative à une surface capable d'absorber sélectivement l'énergie solaire. Plus précisément, la présente invention concerne une surface capable d'absorber sélectivement l'énergie solaire (ci-après désignée par les termes surface d'absorption sélective de collecteur solaire)
dans laquelle un couche de revêtement d'oxyde de métal est formée à partir d'une composition métallique particulière fixée sur un substrat ayant ime surface comme un miroir, la couche ayant une épaisseur prédéterminée.
On connaît bien une méthode pour recueillir le rayonnement solaire utilisant l'effet de serre dans lequel un matériau de revêtement, ayant des propriétés d'opacité dans la longueur d'onde infra-rouge et de transparence dans la longueur d'onde visible, recouvre une surface de base revêtue préalablement d'une substance ayant des propriétés voisines de celles du corps noir, par exemple un pigment noir, ladite surface de revêtement présentant l'effet de serre et un effet de diminution des pertes de chaleur par convection provenant de la conduction classique. La méthode antérieure classique donne un résultat satisfaisant lorsque la température de fonctionnement du collecteur est inférieur à 50°C; mais lorsque ladite température dépasse 50°C environ, la méthode a l'inconvénient de diminuer considérablement le rendement de prise de chaleur du collecteur solaire. Pour écarter cet inconvénient, il est bien connu d'utiliser une surface d'absorption sélective classique ayant les propriétés spectroscopiques de présenter le même taux d'absorption d'énergie que le corps noir dans les longueurs d'onde 0,3-2,5 microns du rayonnement solaire et un taux d'émission faible dans les longueurs d'ondes 3-50 microns à une température de fonctionnement de 100°C qui est la température de fonctionnement du collecteur solaire. H est difficile d'obtenir une surface d'absorption sélective du rayonnement solaire ayant naturellement les caractéristiques mentionnées ci-dessus.
Alors qu'une plaque de zinc suffisamment polie et qu'une plaque de cuivre oxydée naturellement à l'air présentent une propriété d'absorber sélectivement le rayonnement solaire,
leur application à un collecteur solaire est insuffisante pour ôter les inconvénients des collecteurs solaires connus dans lesquels on utilise l'effet de serre du pigment noir; c'est la raison pour laquelle un tentantive pour former artificiellement la surface d'absorption sélective du collecteur solaire a été effectuée.
On a utilisé, comme pour la surface d'absorption sélective de collecteur solaire antérieure artificiellement formée, une plaque de cuivre recouverte d'un oxyde de cuivre formé par traitement chimique, une feuille de fer galvanisé plaqué avec du sulfure de nickel et un substrat doublement revêtu, le substrat ayant le poli miroir étant d'abord revêtu d'un film ayant les propriétés d'opacité dans le visible et de transparence dans l'infra-rouge, puis étant revêtu d'un film transparent ayant la propriété d'empêcher la réflexion du rayonnement solaire, ce film étant déposé par évaporation sous vide, bombardement et décharge d'arc; par exemple un substrat d'aluminium avec revêtement de silicium, puis de silice SÌO2 pour empêcher la réflexion du rayonnement solaire.
La méthode d'évaporation sous vide a été considérée comme une des méthodes les plus sûres parmi les méthodes pour former une surface d'absorption sélective du collecteur solaire ayant la propriété d'empêcher la réflexion grâce à l'effet d'interférence des couches minces, car l'épaisseur de chaque film doit être contrôlée et les substances (corps simple ou composé) de chaque film doivent être choisies de telle sorte que chaque film ayant l'indice de réfraction approprié puisse adhérer sur la surface de base ou avec un autre film.
On a développé des méthodes spéciales d'évaporation sous vide, de bombardement et d'arc, puisque chaque film fabriqué par évaporation sous vide normale ne permet pas cette adhérence. Mis, comme la méthode d'évaporation elle-même présente des inconvénients dus au rendement et au coût de production, des tentatives pour former la surface d'absorption sélective avec surface anti-réfraction par une méthode différente ont été effectuées, à savoir des méthodes chimiques par voies sèche et humide et une méthode par placage.
Par exemple, dans la méthode par placage, la surface d'absorption sélective et anti-réflective par effet d'interférence de couches est produite par formation d'un film de sulfure de nickel ou de films de sulfure de nickel-zinc ou de sulfure de zinc sur une plaque d'aluminium ou de fer galvanisé. Dans la méthode de traitement chimique, la surface d'absorption sélective ayant les effets mentionnés ci-dessus, est produite par formation d'un oxyde de métal sur la plaque d'acier ou d'acier inoxydable selon la même méthode que celle mentionnée ci-dessus pour le sulfure de nickel.
Bien que la film formé par méthodes chimiques par voies sèche et humide ainsi que celui formé par évaporation sous vide ou évaporation sous vide spéciale présentent la propriété d'absorption sélective, il est nécessaire de choisir le domaine approprié d'épaisseur du film formé par méthode chimique pour obtenir une surface d'absorption sélective ayant les mêmes propriétés d'absorption sélective que celles formées par évaporation sous vide ou évaporation sous vide spéciale.
Le but de la présente invention est de réaliser une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire dans lequel le film de revêtement ayant une composition prédéterminée d'oxyde métallique adhère solidement à un substrat ayant une surface comme un miroir, de rugosité déterminée et d'épaisseur donnée, ledit oxyde métallique du film de revêtement étant choisi parmi ceux qui ont la propriété d'absorption sélective et la propriété d'empêcher la réflexion du rayonnement solaire par effet d'interférence du film.
La figure 1 montre la relation entre les longueurs d'onde (en microns) du rayonnement solaire et le coefficient de réflexion (en %) de la surface d'absorption sélective en fonction de la rugosité de la surface du substrat.
Les figures 2 et 3 montrent les relations entre le coefficient d'absorption (a), le coefficient d'émission (e) et le rendement (r)) de la surface d'absorption sélective en fonction des rugosités Ra (microns) et Rz (microns) respectivement.
La figure 4 montre la relation entre les longueurs d'onde et le coefficient de réflexion de la surface sélective pour diverses rugosités du substrat.
La figure 5 montre un exemple de la section droite de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire utilisant comme substrat l'acier inoxydable.
La figure 6 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de transmission dudit film d'oxyde.
La figure 7 montre la relation entre les longueurs d'ondes (microns) et le coefficient de réflexion de l'oxyde métallique sur substrat d'acier inoxydable en négligeant l'effet d'interférence.
La figure 8 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion (%) de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire.
La figure 9 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion (%) des oxydes de
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métal provenant d'aciers ferritiques et austénitiques respectivement.
La figure 10 est une section droite du collecteur solaire avec surface d'absorption sélective.
La figure 11 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion de l'oxyde métallique d'acier inoxydable ferritique ayant une faible teneur en carbone.
La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur (angströms) de la couche de revêtement et le temps de traitement chimique (minutes) pour former la couche d'oxyde métallique de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire.
La figure 13 montre la relation entre l'épaisseur (angströms) de la couche de revêtement et le coefficient d'absorption (a) et le coefficient d'émission (e) de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire.
L'une des compositions métalliques utilisée dans la présente invention est la suivante:
0,001 à 0,15 % en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
11,00 à 30,00 % en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel facultativement 0,75 à 5% en poids de molybdène, le reste étant du fer.
Cette composition métallique correspond à celle de l'acier inoxydable communément mis sur le marché, par exemple:
0,005 à 0,08 % en poids de carbone,
0,005 à 1,00% en poids de silicium,
0,005à 2,00% en poids de manganèse,
8,00 à 10,50 % en poids de nickel,
18,00 à 20,00 % en poids de chrome le reste étant du fer (683/XIII 11 (ISO);
0,005 à 0,08 % en poids de carbone,
0,005 à 1,00 % en poids de silicium,
0,005 à 2,00 % en poids de manganèse,
10,00 à 14,00% en poids de nickel,
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
2,00 à 3,00% en poids de molybdène,
le reste étant du fer (683/XIII 20 (ISO);
0,005 à 0,12% en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel,
16,00 à 18,00 % en poids de chrome le reste étant du fer (683/XIII 8 (ISO);
0,005 à 0,12% en poids de carbone,
0,005 à 1,00% en poids de silicium,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel,
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
0,75 à 1,25 % en poids de molybdène le reste étant du fer (434[AISI])
et les autres aciers inoxydables ayant une composition métallique similaire à celles mentionnées ci-dessus.
Quand l'acier inoxydable est utilisé comme composition métallique, l'acier inoxydable martensitique n'est pas convenable; mais les aciers inoxydables austénitique et ferritique conviennent à l'utilisation dans la composition du collecteur solaire, en raison de leurs propriétés de soudage.
Une autre des compositions métalliques utilisées dans la présente invention est l'acier inoxydable ayant une faible teneur en carbone et comprenant un autre métal pour améliorer l'anticorrosion, le façonnage et le soudage par exemple:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
11,00 à 30,00% en poids de chrome et 0,001 à 5,00% en poids de l'un des éléments choisi dans le groupe azote, cuivre, aluminium, vanadium, yttrium, titane, niobium, tantale, uranium,thorium, tungstène, zirconium et hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer, le rapport Me/C+N étant supérieur à 5,0 ou supérieur à 8,00 dans l'acier inoxydable comprenant comme élément additionnel du niobium, du tantale ou du titane.
Lesdites compositions métalliques correspondent à ceux des aciers inoxydables mis couramment sur le marché, par exemple:
0,005 à 0,03 % en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse,
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
0,1 à 1,00 % en poids de titane le reste étant du fer;
0,005 à 0,03 % en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse,
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
0,1 à 1,00 % en poids de titane,
0,75 à 1,25 % en poids de molybdène le reste étant du fer.
Une autre composition métallique utilisée dans la présente invention est l'acier inoxydable à faible teneur en carbone avec un autre métal pour améliorer l'anti corrosion, le formage et le soudage, par exemple:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
0,005 à 22,00% en poids de nickel,
11,00 à 30,00% en poids de chrome et 0,001 à 5,00% en poids de l'un des éléments du groupe azote, cuivre, aluminium, vanadium, yttrium, titane, niobium, tantale, uranium, thorium, tungstène, zirconium et hafnium, facultativement 0,75 à 5 % en poids de molybdène, le reste étant du fer, le rapport Me/C+N étant supérieur à 5,0, supérieur à 8,00 si l'acier inoxydable contient du niobium, du tantale ou du titane comme élément additionnel.
Les méthodes de fabrication de l'oxyde métallique à partir de la composition métallique sont les suivantes:
1] Méthodes de fabrication d'oxyde métallique par voies chimiques humide et sèche.
2] Méthode de traitement chimique pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier inoxydable après que l'acier inoxydable de composition métallique prédéterminée ait adhéré fixement sur le substrat ayant une surface comme un miroir autre que ledit acier inoxydable.
3] Méthodes pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier inoxydable par évaporation sous vide, bombardement et décharge d'arc après que l'acier inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée ait adhéré fixement sur le substrat ayant une surface comme un miroir autre que ledit acier inoxydable.
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4] Méthodes pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier Parmi les méthodes mentionnées ci-dessus, celles qui sont inoxydable en faisant simultanément adhérer et oxyder l'acier préférables sont les méthodes d'oxydation acide et alcaline,
inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée sur comme suit:
le substrat ayant le poli miroir autre que l'acier inoxydable.
a) Méthode d'oxydation acide:
Les conditions d'oxydation sont les suivantes:
Bicarbonate de sodium ou bichromate de potassium 100 à 400 g/1
ou Trioxyde de Chlore 40 à 700 g/1
acide sulfurique 150 à 800 g/1
de préférence 400 à 800 g/1 Température 50°C au point d'ébullition, de préférence 70 à 120°C Temps de trempage 3 à 40 minutes.
b) Méthode d'oxydation alcaline:
Les conditions d'oxydation sont les suivantes:
Hydroxyde de sodium ou hydroxyde de potassium Phosphate trisodique (Na3P04) ou phosphate tripotassique (K3P04)
Nitrite de sodium (NaN02) ou de potassium (KN02):
nitrate de sodium (NaN03) ou de potassium (KN03)
Hydroxyde ferrique Fe(OH)3 Peroxyde de plomb PbÓ2 Température Temps de trempage
130 à 200 g/1
30 à 40 g/1
20 à 30 g/I là 3 g/1 20 à 30 g/1 100 à150°C 3 à 50 minutes
Il est préférable de prétraiter la surface du substrat avant de procéder au traitement chimique ci-dessus. Les méthodes de prétraitement préférables sont celles consistant à tremper le substrat soit dans un mélange aqueux contenant une part en poids d'acide nitrique et une part en poids d'eau, pendant une heure, soit dans un mélange aqueux contenant 30% en poids d'acide perchlorique et 1% en poids de chlorure de potassium pendant deux à trois minutes.
Ledit oxyde métallique provenant de l'acier inoxydable est l'un de ceux ayant la formule chimique FeO(FeCr)203 dans l'acier inoxydable ferritique et (Fe, Ni)0(FE.Cr)203 dans l'acier inoxydable austénitique, les deux oxydes métalliques étant des structures spinelles ayant des défauts de réseau.
Lorsque l'état de surface du substrat ayant une surface comme un miroir satisfait les exigences qui suivent, le genre du matériau du substrat n'est pas limité au cas d'oxyde de métal de composition prédéterminée adhérant sur le substrat.
1) Pour obtenir la caractéristique de surface d'absorption sélective, c'est-à-dire le haut coefficient de réflexion dans l'infra-rouge, la couche d'oxyde métallique est transparente dans le rayonnement infra-rouge, l'infra-rouge se réfléchissant sur le substrat en traversant la couche d'oxyde métallique fixée au substrat.
2) L'adhérence de la couche d'oxyde métallique au substrat dépend de la rugosité de la surface du substrat. La couche de revêtement fixée sur la surface douce du substrat devient dense.
3) Quand la surface du substrat possède une surface comme un miroir dans les longueurs d'onde du visible et du proche infra-rouge, l'effet d'interférence ne décroît pas tandis que l'effet d'empêchement de réflexion apparaît nettement. Au cas où la surface du substrat devient rugueuse, le coefficient d'absorption du rayonnement solaire croît. Ainsi, on laisse au fabricant le choix, soit de l'effet d'empêchement de la réflexion, soit celui d'accroissement du coefficient d'absorption.
4) Il est préférable de rendre douce la surface polie comme un miroir du substrat pour abaisser le rayonnement infrarouge. Si le substrat devient trop rugueux, le caractère spectro-scopique de la surface sélective diminuera tellement que les longueurs d'ondes absorbantes du rayonnement solaire dans la surface d'absorption sélective atteindront les longueurs d'ondes infra-rouges 3 à 8 microns; un tel substrat rugueux n'est pas convenable.
Diverses sortes de plaques de métal, la plaque inoxydable et la plaque plastique peuvent être utilisées comme matériau de substrat.
Au vu de cé qui précède, on a trouvé que l'état de surface du substrat sur lequel doivent adhérer les oxydes métalliques de l'acier inoxydable, est le facteur le plus important pour que soit rempli pleinement la caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective dans lequel le coefficient d'absorption du rayonnement solaire est élevée (le coefficient de réflexion est faible), tandis que le coefficient d'émission dans l'infra-rouge est faible (coefficient de réflexion grand).
On reconnaissait comme préférable, pour améliorer le rendement de la surface d'absorption sélective, de choisir une rugosité de surface grande vis-à-vis de la longueur d'onde de rayonnement solaire et faible vis-à-vis de la longueur d'onde infra-rouge. Mais ceci n'a pas été confirmé par les résultats expérimentaux. Généralement parlant, une surface de substrat grossièrement finie tend à accroître le coefficient d'absorption par des réflexions répétées, mais à diminuer l'effet d'anti-réflexion par interférence, puisque les deux effets dépendent des limitations de la rugosité de la surface d'absorption sélective.
Un autre objet de la présente invention est relatif à la détermination de la rugosité de la surface du substrat lorsque l'oxyde métallique d'acier inoxydable est formé sur la surface du substrat. Pour déterminer la rugosité du substrat, l'expérience suivante a été effectuée.
L'acier inoxydable ayant la composition métallique suivante:
0,005 à 0,12% en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse,
16 à 18,00% en poids de chrome le reste étant une petite quantité de métal additionnel et de fer (430[AISI], 683/XIII8 [ISO]), a été oxydé dans un bain 65 aqueux acide contenant 100 g/1 de bichromate de sodium et 400 g/1 d'acide sulfurique, à la température de 106-108°C, pendant 30 à 35 minutes pour former la couche d'oxyde métallique à la surface dudit acier inoxydable.
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Les relations entre le coefficient d'absorption (a) intégré sur le spectre solaire, le coefficient d'émission (e) intégré sur le corps noir et la rendement (r)) ont été examinés respectivement.
Le rendement (rç) est représenté par l'équation:
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r) = a—e
J
dans laquelle:
o est la constante de Stefan Boltzmann (4,88 10~8Kcal/m2h K°)
r est le facteur de température de fonctionnement.
Ici nous supposons 373°K.
J représente la puissance du rayonnement solaire (800 Kcal/ m2h).
La rugosité de la surface de base est déterminée par la déviation arithmétique moyenne (Ra) et de la hauteur de dix points (Rz) selon le standard ISO RECOMENDATION R468.
Les résultats expérimentaux sont montrés dans les figures 1 et 2.
Dans la figure 1, la courbe 1 montre la relation entre le coefficient de réflexion (en ordonnées en %) et la longueur d'onde (en abscisses en microns) avec Ra = 0,36 microns ou Rz = 3,5 microns;
La courbe 2 avec Ra = 0,19 microns ou Rz = 0,6 microns; La courbe 3 avec Ra = 0,12 microns ou Rz = 0,5 microns; La courbe 4 avec Ra = 0,08 microns ou Rz = 0,3 microns; La courbe 5 avec Ra = 0,04 microns ou Rz = 0,1 microns.
On observe que la variation du coefficient de réflexion vis- à-vis de la variation de la rugosité de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire est faible dans le visible, et grande dans l'infra-rouge.
Plus le rapport Ra/Rz devient faible, plus le coefficient de réflexion devient grand.
La figure 2 montre les relations entre les valeurs de Ra, le coefficient d'absorption (a), le coefficient d'émission (e) et le rendement (r|).
Pour (a) l'ordonnée est graduée de 0,5 à 1.
Pour (e) de 0, à 0,25, pour r] de 50 à 100.
Dans la figure 2, la valeur du coefficient d'absorption (a), de la surface d'absorption sélective n'est pas très affecté par la valeur de Ra. La valeur du coefficient d'émission (e) décroît brusquement lorsque Ra devient inférieur à 0,07 et croît proportionnellement à Ra pour les valeurs de Ra supérieures à 0,07.
La valeur du rendement rj décroît brusquement lorsque Ra devient supérieur à 0,07 et montre des valeurs supérieures à 75%.
On observe par la courbe 2, que le meilleur résultat est obtenu pour une surface d'absorption sélective fabriquée par oxydation chimique de la surface de la plaque d'acier inoxydable ayant une valeur de Ra inférieure à 0,07.
Dans la figure 3, la valeur du coefficient d'absorption (a) de la surface d'absorption sélective n'est pas trop affectée par la valeur de Rz. La valeur du coefficient d'émission (e) décroît soudainement pour les valeurs de Rz inférieures à 0,2 et le rendement r) présente une valeur supérieure à 75 % pour Rz inférieur à 0,2.
On a observé que le meilleur résultat est apporté pour les surfaces d'absorption sélectives fabriquées par oxydation chimique de la surface d'acier inoxydable ayant une rugosité Rz inférieure à 0,2. La surface d'absorption sélective ayant une rugosité Ra inférieure à 0,07 ou Rz inférieure à 0,2 respectivement donne une surface tout à fait douce à la longueur d'onde infra-rouge et donne un rapport faible du coefficient de réflexion par diffusion à la réflexion hémisphérique (somme du coefficient de réflexion de type miroir et du coefficient de réflexion par diffusion) et empêche une diminution du coefficient de réflexion venant des réflexions multiples, montrant ainsi une valeur supérieure à 80% de la réflexion hémisphérique aux longueurs d'onde infra-rouge supérieures à 7 microns et améliorant remarquablement la propriété d'absorption sélective de ladite surface du collecteur solaire. Il est nécessaire d'achever de rendre uniforme la surface de la plaque de métal de manière à fabriquer un film d'oxyde uniforme et stable lorsque le traitement d'oxydation de la surface de l'acier inoxydable est effectué.
D'une manière générale, la surface de l'acier inoxydable est inhomogène en raison de la structure métallographique, de la composition, du processus d'élaboration, du traitement thermique local et de la distribution des tensions internes. Tant que la surface de la plaque d'acier inoxydable est inhomogène, il ne peut être formé de film d'oxyde uniforme.
Un des buts de la présente invention est d'améliorer la propriété d'absorption sélective de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire en finissant la suface du substrat d'acier inoxydable ayant une rugosité Ra inférieure à 0,07 ou Rz inférieure à 0,2 par polissage mécanique, abrasion chimique et polissage électronique, pour prévenir les nombreux désavantages venant d'une surface de plaque de métal inhomogène. Un des exemples montrant le rendement de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire, ayant la rugosité convenable est représenté dans la figure 4.
Dans cet exemple, l'acier inoxydable (304[AISI] 683/XIII 11[150]) a été traité par une méthode d'abrasion liquide utilisant de la poudre de verre dont les particules ont une taille de 20 à 100 microns pour élaborer une surface propre ayant une rugosité de surface de Ra = 0,2 microns ou Rz = 1,0 microns; on a ensuite oxydé la surface selon la méthode d'oxydation acide du paragraphe (3 a).
Le coefficient de réflexion spectral du film d'oxyde de l'acier inoxydable est représenté dans la figure 4, courbe (a).
En ordonnée, le coefficient en %. En abscisses la longueur d'onde en microns.
Dans un autre exemple, ledit acier inoxycable a été plongé dans une solution aqueuse contenant 10% en poids d'acide nitrique et 2% en poids d'acide fluorhydrique pour former une surface propre ayant une rugosité de Ra = 0,14 microns ou Rz = 0,6 microns, puis oxydé en surface selon la méthode du paragraphe (3a).
Le coefficient de réflexion en fonction de la longueur d'onde est représenté par la courbe (b) dans la figure 4. Dans l'exemple de la présente invention, ledit acier inoxydable a été poli après exécution éventuelle des traitements mécaniques et/ou chimiques pour donner à la surface une rugosité Ra inférieure à 0,07 microns ou Rz inférieure à 0,2 microns, puis oxydé par la méthode d'oxydation acide du paragraphe (3a). Le résultat de cet essai est représenté par la courbe (c) de la figure 4. On remarque que le film d'oxyde de la présente invention présente le plus fort coefficient de réflexion aux longueurs d'onde de l'infra-rouge par rapport aux coefficients des courbes (a) et (b).
On aborde maintenant le problème de la détermination de l'épaisseur du film d'oxyde lorsque les oxydes de métal de la composition métallique sont fixés à la surface du substrat selon les procédés ci-après.
(1) Méthode pour effecteur l'oxydation acide ou alcaline à la surface de l'acier inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée.
(2) Méthode d'évaporation sous vide particulière, méthodes
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de bombardement ou de décharge d'arc pour améliorer la propriété d'adhérence entre le film d'oxyde et le substrat.
(3) Méthode pour fixer les poudres d'oxyde métallique de composition métallique prédéterminée sur le substrat en utilisant un liant ayant la transparence realtive pour l'infra-rouge, par exemple polyéthylène et résine silicone, etc...
(4) Méthode pour effectuer des traitements d'oxydation de l'acier inoxydable fixé solidement au substrat, excepté pour l'acier inoxydable, par exemple métal de chromalisation oxydée ou métal de revêtement.
Le caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire et l'effet d'anti-réflexion du film d'oxyde s'expliquent comme suit: le caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective est d'avoir moins de réflexion dans les longueurs d'onde du rayonnement solaire (0,3 à 2,5 microns) et une grande réflexion dans les longueurs d'onde infra-rouge (3 à 50 microns).
La figure 5 représente une vue en section droite de l'absor-beur du collecteur solaire dans lequel le film d'oxyde est fixé au substrat ayant une surface comme un miroir pour montrer la réflexion du rayon incident sur les surfaces interfaciales entre l'air et le film et entre le film et le substrat respectivement. Dans la figure 5, le rayon incident venant de l'air 1 est partiellement réfléchi sur la surface interfaciale entre l'air 1 et le film d'oxyde 2 pour former le rayon réfléchi 4. Le rayon incident restant pénètre à travers le film d'oxyde 2 sans être atténué et se réfléchit sur la surface interfaciale entre le film 2 et le substrat 3 pour former le rayon réfléchi 5. L'interférence entre les rayons 4 et 5 dépend de l'épaisseur du film d'oxyde; l'épaisseur du film d'oxyde est choisie de telle sorte que l'interférence se produise de manière à éviter la réflexion. La courbe 6 de la figure 7 montre les variations du coefficient de réflexion (en %) en fonction de la longueur d'onde (en microns) de la surface d'absorption sélective d'oxyde métallique d'acier inoxydable sur la surface du substrat ayant une surface comme un miroir, en négligeant l'effet d'interférence. La figure 6 montre les variations du coefficient de transmission (en %) de l'oxyde métallique de l'acier inoxydable en fonction de la longueur d'onde (en microns). Ledit acier inoxydable possède la composition métallique correspondant à 683/XIII 8 (ISO) et 430 (AISI).
Le film d'oxyde comprenant principalement des oxydes de chrome et Fe304 (Fe203 FeO ou Fe304) est produit par trempage dans une solution acide de bichromate de sodium à 200 g/1 et d'acide à 400 g/1 pendant 30 à 35 minutes à la température de 106-108°C.
Le film d'oxyde d'acier inoxydable ayant l'épaisseur appropriée de la couche de revêtement fixé sur le substrat ayant une surface comme un miroir présente un caractère d'absorption sélective considérable en négligeant l'effet d'interférence.
La courbe 7 de la figure 7 montre la caractère spectroscopique supérieur de la surface d'absorption sélective ayant une épaisseur de couche de revêtement telle que l'effet d'interférence réduit le coefficient de réflexion à la longueur d'onde du rayonnement solaire. En général, on a prévu une couche de revêtement de matériau diélectrique ayant une valeur d'indice de réfraction intermédiaire entre ceux des matériaux ayant des caractères optiques différents de manière à diminuer le coefficient de réflexion à l'interface desdits matériaux.
Si lesdits matériaux possède la transparence parfaite, la bande d'absorption provenant de l'effet d'interference apparaître de manière pointue. Même si les matériaux possèdent des propriétés intermédiaires entre les diélectriques et les conducteurs électriques, l'effet d'interférence apparaîtra par l'existence d'un rayon pénétrant. L'oxyde de métal de l'acier inoxydable ne possède pas la propriété diélectrique parfaite mais une propriété d'absorption sélective importante.
Cependant, ledit film d'oxyde peut être utilisé comme surface présentant la propriété d'absorption sélective en prenant en considération l'effet d'interférence. Il est possible de rendre minimal le coefficient de réflexion de la surface d'absorption sélective si les équations ci-après sont satisfaites.
n^=no-n2=n2 1
_ _X_ jU _5X_ IX 4 ' 4 ' 4 ' 4
Dans les équations, ni représente l'indice de réfraction du matériau de revêtement; no représente l'indice de réfraction de l'air (no = 1); n2 représente l'indice de réfraction du substrat; d représente l'épaisseur du film.
X
nid = .
4
représente la longueur d'onde de la bande d'absorption primaire.
Si l'acier inoxydable est utilisé comme substrat (3) comme montré dans la figure 5, l'indice de réfraction n2 est 3,5 à 3,9 alors que l'indice de réfraction ni est 2 à 2,5, mesurés à l'analyseur ellipsométrique. Bien que l'indice de réfraction (2,0-2,5) du film d'oxyde de métal de l'acier inoxydable ne satisfasse pas l'équation (1) et que l'indice de réfraction à la longueur d'onde d'absorption primaire ne devienne pas nul lorsque l'épaisseur optique du film est
K
4
ledit film présente une propriété d'absorption sélective comme le montrent les courbes 8 et 9 de la figure 8 où sont représentées les variations du coefficient de réflexion en % en fonction des longueurs d'onde en microns.
Dans la figure 8, les courbes 8 et 9 montrent que les coefficients de réflexion spectrale présentent respectivement une valeur maximale de pouvoir émissif lorsque les longueurs d'onde d'absorption primaire sont respectivement égales à 0,5 et 0,8 microns. Cependant on déduit de la courbe 8 que la plus grande propriété d'absorption sélective a lieu lorsque la longueur d'onde d'absorption primaire (11) est 0,5 microns et que l'absorption maximale de la surface d'absorption sélective se présente pour une longueur d'onde d'absorption primaire égale environ à 0,8 microns, en prenant en considération la distribution spectrale du rayonnement solaire. Maintenant, lorsque le coefficient (a) d'absorption du rayonnement solaire des courbes 8 et 9 est calculé dans l'hypothèse où la masse d'air est 2, lesdites valeurs (a) des courbes 8 et 9 s'élèvent à 0,90 et 0,94 respectivement.
Dans les courbes 8 et 9 de la figure 8, le coefficient d'émission (e) s'élève à la même valeur sensiblement égale à 0,12 aux grandes longueurs d'onde. Les valeurs montrant le minimum de coefficient de réflexion dans l'absorption primaire (11) et le pic primaire de coefficient de réflexion 12 dans l'épaisseur optique du film de
X.
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sont quelque peu différentes dans les courbes 8 et 9, puisque les constantes optiques de dispersion dans la couche de revêtement d'oxyde de métal et dans la plaque de base à certaines longueurs d'onde sont quelque peu différentes. Une meilleure sélectivité sera obtenue dans la longueur d'onde d'absorption primaire de 0,8 microns que dans celle de 0,5 microns.
Précisément, la coefficient de réflexion minimal de la courbe 9 est inférieur à celui de la courbe 8 à la longueur d'onde d'absorption primaire (11) alors que le coefficient de réflexion maximal de la courbe 9 est plus petit que celui de la courbe 8 à la longueur d'onde du pic primaire (12). La ligne 10 de la s
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figure 8 montre la courbe du coefficient de réflexion idéal de la surface d'absorption sélective à la température de fonctionnement de 100°C.
Pour ce qui est de l'indice de réfraction de l'oxyde de métal dudit acier inoxydable, on doit signaler que des pores se déve- s loppent à la surface de l'acier inoxydable dans une certaine direction.
Généralement, plus la porosité devient grande, plus la valeur de l'indice de réfraction se rapproche de celui de l'air,
alors que plus la porosité devient faible, plus la valeur de 10 l'indice de réfraction se rapproche de celui de l'oxyde de métal.
L'indice de réfraction de la magnétite (Fe304) est 2,4-2,5 dans la longueur d'onde de rayonnement visible alors que l'indice de réfraction de l'oxyde de métal de l'acier inoxydable 15 est 2,0-2,5 mesurés à l'analyseur ellipsométrique.
On déduit de ce qui précède que la porosité de l'oxyde de métal d'acier inoxydable correspond à 0-20% du volume de la couche d'oxyde de métal. Le fait a été confirmé par des mesures au microscope de transmission. 20
L'épaisseur convenable (de) de la couche de revêtement d'oxyde de métal d'acier inoxydable ayant l'effet anti-réflexion est comprise entre 500 et 1250 angströms, lorsque l'épaisseur optique (nid) de ladite couche est telle que: 1250 angströms C nid <2500 angströms et lorsque l'indice de réfraction ni 25 est tel que 2,0 < ni < 2,5.
Même si l'épaisseur de la couche est en dehors de ce domaine, la propriété d'absorption sélective de la surface se manifeste grandement, de telle sorte que l'épaisseur convenable de la couche de revêtement sera choisie entre 500 et 2000 30 angströms. Ladite épaisseur de couche de revêtement peut être appliquée aussi bien à l'acier inoxydable comme substrat qu'à un substrat autre que l'acier inoxydable. Si le substrat est choisi parmi les matériaux ayant un indice de réfraction supérieur à 4,0, la surface d'absorption de rayonnement solaire 3S fabriquée avec le substrat est améliorée vis-à-vis de celle faite avec l'acier inoxydable comme substrat.
Exemple 1
Les deux sortes d'acier inoxydable ferritique et austénitique 40 ayant les compositions métalliques 683/XIII 8 (ISO), 430 (AISI) et 638/XIII11 (ISO) 304 (AISI) ont été oxydées chimiquement dans les conditions suivantes pour former le film d'oxyde à la surface de l'acier inoxydable.
45
Conditions d'oxydation:
Bichromate de sodium (NA2 Cr2 07) 100 g/1
Acide sulfurique (H2 S04) 400 g/1
Trempage de 30 à 35 minutes à la température de 106-108°C. so
La figure 9 montre le coefficient de réflexion (en %) en fonction de la longueur d'onde (en microns) pour une surface d'absorption réalisée avec ces aciers, en comparaison avec la surface d'absorption sélective de collecteur solaire ordinaire.
Dans la figure 9, la courbe 1 montre le coefficient de ss réflexion de la surface d'absorption sélective avec film oxyde fabriqué à partir d'acier inoxydable ferritique; la courbe 2 montre celui du film d'oxyde fabriqué à partir d'acier inoxydable austénitique, la courbe 3 montre celui de la surface revêtue d'oxyde de cuivre fabriqué par oxydation alcaline 60 d'une plaque de cuivre, la figure 4 celui du sulfure de nickel sur placage nickel, les deux étant plaqués sur l'acier, la courbe 5 montre le coefficient de réflexion spectral idéal d'une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire fonctionnant à la température de 100°C. La surface d'absorption sélective es revêtue d'oxyde de cuivre présente un coefficient de réflexion excessif aux longueurs d'ondes supérieures à 4 microns. Ceci correspond à un coefficient de réflexion 3 à 5% plus élevé que celui de la surface d'absorption sélective du film d'oxyde d'acier inoxydable, tel que présenté aux courbes 1 et 2, aux longueurs d'onde du rayonnement solaire de 0,3 à 2,5 microns en prenant en considération la réflexion diffuse; par contre, dans la surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable ferritique comme montré dans la courbe 1, le coefficient de réflexion est très petit aux longueurs d'onde inférieures à 2,0 microns et très élevé aux grandes longueurs d'onde supérieures à 2,0 microns. La surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable ferritique est supérieur dans la même mesure, à la surface sélective fabriquée à partir de l'oxyde de cuivre. Comme il est montré dans la courbe 2 de la figure 9, le coefficient de réflexion de la surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable est quelque peu inférieure à celle fabriquée à partir de l'acier inoxydable ferritique dans les longueurs d'onde du rayonnement du corps noir à la même température que celle du fonctionnement du collecteur solaire. Bien que la surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable austénitique soit quelque peut inférieure dans sa propriété spectroscopique, ladite surface est valable pour constituer une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire commercial en raison des propriétés supérieures d'anticorrosion et de soudage de l'acier inoxydable austénitique.
Comme mentionné ci-dessus, les surfaces d'absorption sélective de la présente invention fabriquées à partir des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques sont utilisables avantageusement comme surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire, car lesdites surfaces possèdent de bonnes propriétés spectroscopiques et des propriétés d'anticorrosion et de résistance à la chaleur supérieures, qui sont spécifiques de l'acier inoxydable. Les surfaces de revêtement fabriquées à partir des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques par procédé d'oxydation chimique sont uniformes et stables sans altérer les propriétés inhérentes d'anticorrosion de l'acier inoxydable.
La propriété de résistance à la chaleur de la surface d'absorption sélective de la présente invention est du même ordre de grandeur que celle de l'acier inoxydable, même si un autre substrat que l'acier est utilisé.
La figure 10 montre une vue en coupe d'un collecteur solaire avec surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydables ferritique et austénitique. Dans la figure 10, un rayon solaire incident représenté par une flèche est converti en chaleur par transmission à travers les couches de revêtement (une à trois feuilles de verre ou résine) prévue pour protéger des pertes de chaleur par convection dans l'air (2), et par absorption par le film (3) d'oxyde d'aciers inoxydables ferritique et austénitique. La chaleur absorbée est transmise à un milieu d'échange comme l'air ou l'eau à travers le substrat (4) ou tous autres matériaux conventionnels liés au substrat 4 par méthode de revêtement ou procédés de diffusion. Dans la figure 10, la référence 6 désigne une couche d'air prévue comme isolant thermique, la référence 7 désigne le matériau isolant comprenant laine de verre, amiante ou structure nid d'abeilles. On a observé que la surface absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable austénitique ou ferritique par oxydation chimique présente un effet supérieur de receuil de chaleur lorsque ladite surface est utilisée pour un collecteur solaire.
Exemple 2
Bien que la surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable ferritique ayant la composition métallique définie dans l'exemple 1 montre une propriété spectroscopique supérieure et un bas prix de revient, elle possède légèrement des désavantages de soudage, de formabilité et de propriété anticorrosion. Pour pallier ces désavantages, l'acier inoxydable à faible teneur en carbone a été traité dans les conditions
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d'oxydation chimique montrées dans l'exemple 1. La figure 11 montre la relation entre le coefficient de réflexion (en %) et la longueur d'onde (en microns) d'une surface faite à partir d'acier inoxydable à faible teneur en carbone contenant en outre du titane, du molybdène et des métaux additionnels; la s courbe 2 montre la relation pour une surface sélective faite à partir d'acier inoxydable à faible teneur en carbone ne contenant pas de titane, de molybdène et de métaux additionnels; la courbe 3 montre la courbe idéale.
On observe par la figure 11 que la surface d'absorption io sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable contenant des métaux additionnels possède des propriétés spectroscopiques supérieures à celles d'une surface classique d'acier inoxydable sans métaux additionnels.
Exemple 3 xs
L'expérience suivante a été faite pour prouver le fait que la surface d'absorption sélective de collecteur solaire ayant la propriété d'antiréflexion par effet d'interférence et un coefficient de réflexion spectral supérieur est fabriquée en choisissant les conditions d'oxydation de la formation de film d'oxyde 20 ayant l'épaisseur convenable de 500 à 2000 angströms à la surface de l'acier inoxydable.
La plaque d'acier inoxydable correspondant à la composition métallique 683/XIII 8 (ISO), 430 (AISI) a été oxydée chimiquement par trempage dans une solution aqueuse ayant 25 les compositions (A) et (B) et en faisant varier le temps de trempage.
La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur de la couche de revêtement (en ordonnées en angströms) et le temps de trempage (en abscisses en minutes); la figure 13 montre les 30 variations du coefficient d'absorption a (courbe 15) sur le spectre solaire (le poids de l'air est 2), du coefficient d'émission a (courbe 16) intégré sur le rayonnement du corps noir et la température de fonctionnement du collecteur solaire (50 à 100°C), en fonction de l'épaisseur de la couche de revêtement 35 (en angströms). L'échelle relative à a est à gauche de la figure 13, celle relative à e à droite.
Les conditions d'oxydation de la surface d'acier inoxydables sont les suivantes:
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A)
Bichromate de sodium (NA2 Cr2 07) 100 g/1
Acide sulfurique (H2 S04) 400 g/1
Température de traitement 106 à 108 °C
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B)
Trioxyde de chrome (Cr 03) 250 g/1
Acide sulfurique (H2 S04) 500 g/1
Température de traitement 70°C
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La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur (en angströms) de la couche de revêtement et le temps de traitement (en minutes) obtenu par mesure de la variation de la position (la longueur d'onde) de l'absorption primaire dans laquelle l'épaisseur optique est nid = Ji/4, où ni représente la valeur ss moyenne 2,2 de la valeur mentionnée ci-dessus 2,0-2,5.
Dans la figure 12, la courbe 13 est relative aux conditions de traitement (A), alors que la courbe 14 est celle obtenue pour les conditions de traitement (B).
La figure 13 montre la relation entre le coefficient d'absorp- ">° tion (a) et l'épaisseur (en angströms) de la couche de revêtement, à la température de fonctionnement (100°C) du collecteur solaire. On a représenté également, pour les mêmes conditions, les variations du coefficient d'émission (e).
La courbe 15 est la courbe relative au coefficient d'absorption (a), la courbe 16 est la courbe relative au coefficient d'émission (e).
L'examen des courbes 15 et 16 montre que la valeur (a) est supérieure à 0,80 pour les épaisseurs de la couche de revêtement de 500 à 2000 angströms et que la valeur (a) est 0,94 pour une épaisseur de 900 angströms lorsque la longueur d'onde de l'absorption primaire due à l'effet d'interférence est 0,80 microns; on remarque en outre que la valeur (a) décroit lentement pour les épaisseurs de la couche de revêtement supérieures à 1000 angströms.
L'examen de la figure 13 montre également que le coefficient d'émission (s) croît jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche de revêtement atteigne 1500 angströms environ; cette valeur (e) est supérieure à 0,2 lorsque l'épaisseur de la couche de revêtement atteint plus de 2000 angströms. La surface d'absorption sélective a donc une propriété d'absorption sélective plus grande lorsque l'épaisseur du film d'oxyde d'acier inoxydable atteint 500-2000 angströms.
En vue de ce qui précède, on a prouvé que la surface d'absorption sélective est la meilleure, quelque soit le procédé d'oxydation de la surface de revêtement, lorsque l'épaisseur de la surface de revêtement atteint 500 à 2000 angströms.
Les caractéristiques de la surface d'absorption sélective de l'invention sont les suivantes:
(1) La surface d'absorption sélective ayant les meilleures propriétés d'endurance, de résistance à la chaleur, d'anticorrosion et d'ahérence est celle fabriquée selon le procédé de la présente invention lorsque l'acier inoxydable est utilisé comme substrat.
[1] Dans la surface d'absorption sélective comprenant l'oxyde de cuivre, la propriété spctroscopique ne diminue pas notablement à la température de 180-200°C (24 heures) où la surface change de couleur, mais diminue à une température supérieure à 210°C (24 heures) puisque la structure de surface d'oxyde de métal est détruite.
[2] Dans ladite surface d'absorption sélective classique de cuivre, on a observé à partir des variations de l'état de surface et du caractère spectroscopique de la surface, que, lorsque la surface est exposée à l'air, la structure de surface diminue notablement, car l'exposition à la pluie provoque l'exfoliation de l'oxyde de métal; le coefficient d'émission dans l'infrarouge croît notablement ce qui provoque une diminution du coefficient de réflexion et un défaut dans la propriété d'absorption sélective.
Dans la surface d'absorption sélective selon la présente invention, de telles propriétés médiocres n'ont pas été observées.
[3] La surface d'absorption sélective ayant le meilleur caractère spectroscopique et un bas prix de revient est celle fabriquée selon le procédé de la présente invention lorsque l'acier inoxydable ferritique est utilisé comme substrat; mais cette surface présente le propriétés de défaut de soudabilité, de formabilité et de propriété d'anticorrosion par rapport à l'acier inoxydable austénitique. Pour pallier ces inconvénients, ladite surface est fabriquée à partir d'une composition métallique d'acier inoxydable ferritique à faible taux de carbone, ou d'un acier inoxydable ferritique avec ime petite quantité de métaux additionnels spécifiques, ou d'un acier inoxydable ferritique à faible teneur en carbone avec une petite quantité de métaux additionnels spécifiques ce qui empêche la corrosion de contrainte qui se développe dans l'acier inoxydable austénitique et fournit une résistance mécanique du même ordre de grandeur que celle de l'acier inoxydable austénitique.
B
5 feuilles dessins
Claims (21)
1. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire caractérisée par le fait qu'elle comprend une surface de revêtement d'oxyde métallique d'épaisseur comprise entre 500 et 2000 angströms sur un substrat ayant une surface comme un s miroir et ayant un facteur d'absorption supérieur à 0,80 aux longueurs d'onde de 0,3 à 2,5 microns et un facteur de rayonnement d'énergie inférieur à 0,2 aux longueurs d'onde de 3 à
50 microns.
2,00 à 3,00% en poids de molybdène,
le reste étant du fer.
2. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire io selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'oxyde métallique a la composition suivante:
0,001 à 0,15 % en poids de carbone,
0,005 à 3,00 % en poids de silicium, îs
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
2
REVENDICATIONS
3
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3. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'oxyde métallique a la composition suivante:
25
0,001 à 0,15 % en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
4
4. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'oxyde métallique a la composition suivante:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
5. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la composition métallique de la couche de revêtement d'oxyde de métal est ss celle de l'acier inoxydable (683/XIII 11 (SIO), consistant en:
0,005 à 0,08 % en poids de carbone,
0,005 à 1,00 % en poids de silicium,
0,005 à 2,00% en poids de manganèse 60
6. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon 65 la revendication 1, caractérisée par le fait que la composition métallique de la couche de revêtement d'oxyde de métal est celle de l'acier inoxydable (683/XIII 20 (ISO), consistant en:
0,005 à 0,08 % en poids de carbone,
0,005 à 1,00% en poids de silicium,
0,005 à 2,00 % en poids de manganèse,
7. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la composition métallique de la couche de revêtement d'oxyde de métal est celle de l'acier inoxydable (683/XIII 8 (ISO), consistant en:
0,05 à 0,12% en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel,
8. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la composition métallique de la couche de revêtement d'oxyde de métal est celle de l'acier inoxydable consistant en:
0,05 à 0,12% en poids de carbone,
0,05 à 1,00 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel,
8,00 à 10,50% en poids de nickel,
9. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la composition métallique de la surface de revêtement d'oxyde de métal est celle de l'acier inoxydable consistant en:
0,005 à 0,03 % en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse,
10. Surface d'absorption sélective de collecteur solaire selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la composition métallique de la surface de revêtement d'oxyde de métal est celle de l'acier inoxydable consistant en:
0,005 à 0,03 % en poids de carbone,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse,
10,00 àl4,00%en poids de nickel,
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel,
et 0,001 à 5,00% en poids d'au moins un élément additionnel choisi dans le groupe formé par l'azote, le cuivre, l'aluminium, le vanadium, l'yttrium, le niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer, est chimiquement oxydé dans un bain alcalin comprenant 130 à 200 g/1 d'hydroxyde de sodium ou de potassium, 30 à 40 g/1 de phosphate trisodique ou tripotassique, 20 à 30 g/1 de nitrate de sodium ou de potassium ou de nitrure de sodium ou de potassium, 1 à 3 g/1 d'hydroxyde ferrique et 20 à 30 g/1 de peroxyde de plomb, à une température comprise entre 100 et 150°C, le temps de trempage étant compris entre 3 et 50 minutes de manière à former le film d'oxyde.
620 761
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,001à 5,00% en poids d'au moins un élément additionnel choisi dans le groupe formé par l'azote, le cuivre, l'aluminium, l'yttrium, le vanadium, le titane, le 60 niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer, est chimiquement oxydé dans un bain d'acide consistant en 100 à 400 g/1 de bichromate de sodium ou de potassium ou 40 à 700 g/1 de trioxyde de 65 chrome et 150 à 800 g/1 d'acide sulfurique, à une température comprise entre 50°C et le point d'ébullition, le temps de trempage étant compris entre 3 à 40 minutes de manière à former un élément additionnel choisi dans le groupe formé par l'azote, le cuivre, l'aluminium, le vanadium, l'yttrium, le titane, le niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer, est chimiquement oxydé dans un bain d'acide comprenant 100 à 400 g/1 de bichromate de sodium ou de potassium ou 40 à 700 g/1 de trioxyde de chrome et 150 à 800 g/1 d'acide sulfurique à une température comprise entre 50°C et le point d'ébullition, le temps de trempage étant compris entre 3 et 40 minutes de manière à former le film d'oxyde.
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste 40 étant du fer,
est chimiquement oxydé dans un bain alcalin comprenant 130 à 200 g/1 d'hydroxyde de sodium ou de potassium, 30 à 40 g/1 de phosphate trisodique ou tripotassique, 20 à 30 g/1 de nitrate de sodium ou de potassium ou de nitrure de sodium ou de 45 potassium, 1 à 3 g/1 d'hydroxyde ferrique et 20 à 30 g/1 de peroxyde de plomb, à une température comprise entre 100 et 150°C, le temps de trempage étant compris entre 3 et 50 minutes de manière à former un film d'oxyde.
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel,
0,001 à 5,00% en poids d'au moins
0,001 à 0,15 % en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium, 35
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,001 à 5,00% en poids d'au moins un élément additionnel choisi dans le groupe formé par l'azote, le cuivre, l'aluminium, l'yttrium, le titane, le niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, facultativement 0,75 à 5% en poids de molybdène, le reste étant du fer, est chimiquement oxydé dans un bain alcalin comprenant 130 à 200 g/1 d'hydroxyde de sodium ou de potassium, 30 à 40 g/1 de phosphate trisodique ou tripotassique, 20 à 30 g/1 de nitrate de sodium ou de potassium, ou de nitrure de sodium ou de potassium, 1 à 3 g/1 d'hydroxyde ferrique et 20 à 30 g/1 de peroxyde de plomb, à une température comprise entre 100 et 150°C, le temps de trempage étant compris entre 3 et 50 minutes de manière à former le film d'oxyde.
11. Surface d'absorption sélective de collecteur solaire selon l'une des revendications 3,4, 9 et 10, caractérisée par le fait que le rapport métal/(carbone+azote) est supérieur à 5,0 ou supérieur à 8,0 si l'acier inoxydable contient comme élément additionnel du niobium, du tantale ou du titane.
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005à22,00%en poids de nickel 45
et 0,001 à 5,00% en poids d'au moins un élément additionnel choisi dans le groupe comprenant l'azote, le cuivre, l'aluminium, le vanadium, l'yttrium, le titane, le niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, so facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer.
11,00 à 30,00% en poids de chrome
30
35
et 0,001 à 5 % en poids d'au moins un élément additionnel choisi dans le groupe comprenant l'azote, le cuivre, l'aluminium, le vanadium, ryttrium, le titane, le niobium, le tantale, l'uranium, le thorium, le tungstène, le zirconium et l'hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène et le reste étant du fer.
11,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel facultativement 0,75 à 5,00% de molybdène, le reste étant du 20 fer.
12. Surface d'absorption sélective de collecteur solaire selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisée par le fait que l'état de surface du substrat ayant une surface comme un miroir a une rugosité Ra inférieure à 0,07 microns ou Rz inférieure à 0,2 microns déterminée selon la méthode de ISO Recommendation R 468.
13. Surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisée par le fait que l'épaisseur optique de la couche de revêtement est déterminée de telle sorte que la longueur d'onde d'absorption primaire représentée par la formule nid=M 4 où ni représente s l'indice de réfraction de la couche de revêtement, d l'épaisseur de la couche de revêtement, ï. représente la longueur d'onde en microns soit égale à environ 0,8 microns.
14. Procédé de fabrication d'une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire selon la revendication 1, caractérisé io par le fait que l'on oxyde par trempage dans un bain acide ou basique un acier inoxydable ayant un état de surface de rugosité Ra inférieure à 0,07 micron ou Rz inférieure à 0,2 micron déterminé selon la méthode ISO Recommendation R 468.
15. Procédé de fabrication selon la revendication 14, carac- is térisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la composition:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00 % en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse, 20
16. Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la composition:
le film d'oxyde.
16,00 à 30,00% en poids de chrome,
0,005 à 22,00% en poids de nickel facultativement 0,75 à 5% en poids de molybdène, le reste étant du fer est chimiquement oxydé dans un bain acide consis- 2s tant en 150 à 800 g/1 d'acide sulfurique et, 100 à 400 g/1 de bichromate de sodium ou de potassium ou 40 à 700 g/1 de trioxyde de chrome, à une température comprise entre 50°C et le point d'ébullition, le temps de trempage étant compris entre 3 et 40 minutes de manière à former un film d'oxyde. 30
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
0,1 à 1,0 % en poids de titane,
0,75 à 5,00% en poids de molybdène le reste étant du fer.
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
0,1 à 1,0 % en poids de titane le reste étant du fer.
16,00 à 18,00 % en poids de chrome,
0,75 à 1,25% en poids de molybdène le reste étant du fer.
16,00 à 18,00% en poids de chrome le reste étant du fer.
16,00 à 18,00% en poids de chrome,
17. Procédé de fabrication selon la revendication 14, carac- so térisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la composition:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00 % en poids de manganèse, 55
18. Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la compositon:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
18,00 à 20,00% en poids de chrome le reste étant du fer.
19. Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la composition:
0,001 à 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00% en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
20. Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'acier inoxydable ayant la composition:
0,00 là 0,15% en poids de carbone,
0,005 à 3,00 % en poids de silicium,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse,
21. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisé par le fait qu'un traitement de surface est effectué par voie chimique, physique et par polissage électroly-tique.
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