Brevet FR2337320A1 — publié le 19770729

L'invention concerne un collecteur d'énergie solaire comprenant un corps métallique recouvert d'une mince couche superficielle absorbant l'énergie des rayonnements. Le corps métallique et la couche superficielle ont de telles propriétés sélectives spectrales, qu' ils absorbent une grande quantité du rayonnement solaire riche en énergie, mais n'émettent qu'un faible rayonnement calorifique pauvre en énergie, par rapport à ce rayonnement solaire. On sait déjà que des couches superficielles ou des rev8tements sur des corps, en particulier sur des corps métalliques, améliorent leur capacité sélective spectrale pour absorber la fraction riche en énergie de la lumière solaire entre autres, mais n'émettent qu'un rayonnement calorifique de faible énergie. L'application d'une telle couche superficielle ou d'un tel revêtement peut se faire selon un procédé électrolytique par exemple. Un corps métallique, par exemple sous forme d'une feuille, est nettoyé très soigneusement et immergé dans un ou plusieurs bains électrolytiques de composition chimique bien déterminée. La tension appliquée pendant l'électrolyse et la durée du traitement doivent être scrupuleusement réglées. Les corps qui ont des surfaces ainsi revêtues peuvent acquérir des propriXtés sélectives spectrales extraordinairement intéressantes. Mais, les procédés d'électrolyse connus jusqu'ici impliquent plusieurs opérations difficiles à régler, consomment une quantité importante d'énergie et sont comateux à exécuter, de plus les résultats sont difficilement reproductibles. En outre, avec de tels procédés, il peut titre nécessaire d'utiliser des sels métalliques et des produits chimiques toxiques et nuisibles à l'environnement. On sait également comment oxyder la surface propre d'un corps métallique à une température élevée dans un four spécial dont l'at mosphère est soigneusement réglée. De plus, on sait également appliquer une couche sélective spectrale par dépôt sous vide dans une chambre à vide. Mais ces procédés sont difficiles, consomment de l'énergie et coûtent cher. D'autres procédés antérieurement connus pour appliquer sur un corps métallique une couche qui confère au corps métallique des propriétés spectrales intéressantes, présentent essentiellement les inconvénients déjà mentionnés. Ils sont compliqués et coûteux et sont difficilement applicables pour la production industrielle de constituants absorbant l'énergie solaire dans un panneau de collecteurs solaires. Conformément à l'invention, on a trouvé qu'un corps métallique dont la mince couche superficielle contient un sulfure du métal qui constitue le corps métallique, possède une capacité d'absorption d'énergie de rayonnement élevée et une capacité d'émission d'énergie rayonnante faible, et est extremement utile comme constituant collectant l'énergie solaire. Le corps métallique est de préférence en fer, par exemple, une plaque ou une t81e de fer, et le sulfure métallique est le sulfure de fer, mais en dehors du fer le corps métallique peut titre constitué de cuivre, d'étain, de plomb ou d'un de leurs alliages, le sulfure métallique étant respectivement un sulfure du métal et du constituant principal de l'alliage constituant le corps métallique. Un corps métallique recouvert d'une mince couche d'un sulfure métallique, par exemple une tôle de fer ou de cuivre ou d'un de leurs alliages, qui est utilisable comme constituant de collecteur d'énergie solaire, peut être obtenu de façon générale selon un simple procédé connu en soi. La surface du corps métallique est d'abord nettoyée et mécaniquement usinée de façon à obtenir une surface métallique parfaitement propre sur le corps métallique. La surface propre du corps métallique est alors mise en contact avec du soufre ou un composé de soufre qui réagit avec le métal de la surface propre du corps métallique, en formant une couche de sulfure du métal sur le corps métallique. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, le corps métallique peut être immergé dans un bain dans lequel on introduit un composé gazeux de soufre. Après 2 à 30 minutes, selon la concentration du composé de soufre, la température du bain, etc. une couche de sulfure métallique s'est formée, qui est utilisable pour l'ab sorpbion de 11 énergie solaire. Le corps métallique recouvert du sulfure métallique est retiré du bain et sdché. Le procédé est facile à régler et les résultats sont aisément reproductibles; ce procédé permet en outre une fabrication industrielle d'absorbeurs d'énergie solaire formant élément de collecteurs.d1énergie solaire. Selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention, la sur face métallique propre du corps métallique peut être mise en contact avec une atmosphère contenant de la vapeur d'eau et un composé de soufre gazeux. Un sulfure métallique se forme sur la surface métallique propre et le corps métallique ainsi recouvert du sulfure métallique est retiré de l'atmosphère réactive et séché. On obtient facilement d'excellents résultats quant à la capacité sélective spectrale, du corps métallique, et les possibilités de reproduction des résultats sont extraordinaires. Le bain saturé du composé gazeux de soufre et l'atmosphère constituée de vapeur d'eau et d'un composé de soufre gazeux peuvent faire partie d'un système clos. Le composé de soufre gazeux est totalement consommé lors de la formation du sulfure métallique et des produits résiduels qui pourraient nuire à l'environnement ne se forment pas; Le composé de soufre gazeux qui s' échappe de la surface du bain est recyclé dans le bain pour titre consommé dans le procédé. La couche de sulfure métallique améliorant la sélectivité spectrale peut titre appliquée selon les procédés décrits ci-dessus sur des articles en métal de dimensions arbitraires, par exemple un article constitué d'une tale de fer pressée. Des articles ou objets fabriqués au moyen d'un équipement classique de transformation de l'acier, d'un équipement de soudage ou similaire, peuvent recevoir une couche uniforme de sulfure sélective spectrale, selon un procédé très simple et peu coûteux. Il est également possible d'obtenir des corps métalliques avec des couches de sulfures métalliques montrant une bonne sélectivité spectrale en mettant la surface métallique propre du corps métallique en contact avec du soufre amorphe ou cristallisé ou avec un com- posé de soufre 80U8 la forme d'une poudre. Au chauffage, une couche mince et homogène d'un sulfure métallique se forme sur la surface du corps métallique. Le corps métallique estlelors refroidi, le:compsé de soufre ou le soufre n' ayant pas réagi est éliminé et le corps métallique dont la surface est recouverte du sulfure métallique est séché si nécessaire. Avec cette simple technique, on parvient à un degré très élevé de reproductibilité. Si on utilise le soufre, il est opportun d'augmenter la température Jusqu'à, ou au-delà, de sa température de fusion. Si le soufre ou un composé de soufre sous la forme d'une poudre est appliqué ou pressé d'une façon quelconque contre la surface propre du corps métallique pendant l'opération de chauffage, il est possible d'obtenir une couche de sulfure métallique amorphe de bon se qualité, ainsi qu'une bonne reproductibilité à des températures relativement basses. L'invention est illustrée par les exemples non-limitatifs suivants. EXEM;PTE~l On lave une tôle standard d'acier de qualité commerciale usuelle dans un solvant organique, afin d'éliminer soigneusement la crasse et la graisse y adhérant. On retire les couches d'o xyde un peu épaisses par meulage, brossage et polissage de façon à obtenir une surface uniforme, mais le traitement mécanique n'est pas du tout aussi coûteux et aussi long que le traitement mécanique -clas- sique des surfaces de métal avant un traitement électrolytique et un dépit sous vide dans le but de former une couche sur ces surfaces. On immerge totalement les plaques ayant une forme compliquée dans un bain d'eau dans lequel on introduit du sulfure d'hydrogène gazeux jusqu'à une saturation du bain d'eau par le sulfure d'hydrogène. Le sulfure d'hydrogène qui s'échappe de la surface du bain est réintroduit dans le bain. On règle la température du bain à 20QC et le traitement dure de 5 à 15 minutes. La plaque est noircie par la formation d'une mince couche de sulfure de fer et on la sèche à l'air. En plusieurs emplacements des surfaces de la plaque, on vérifie la sélectivité spectrale a' l'aide d'un appareil fonctionnant avec une lumière solaire artificielle. Les résultats obtenus à partir de ces essais montrent que la qualité de la sélectivité spectrale est bien supérieure à celle obtenue à partir d'essais sur une plaque témoin traitée avec de la suie. On examine la morphologie de la couche de sulfure au microscope,. Cet examen révèle que la surface est extraordinairement uniforme et recouvre bien toute la surface de la plaque nettoyée mécaniquement, meme lorsque cette surface est sensiblement repliée. EXEMPLE 2 On applique une mince couche de soufre amorphe sur des plaques planes de cuivre traitées mécaniquement comme décrit dans l'exemple l. On chauffe les plaques pendant 10 minutes. On laisse les plaques refroidir, on élimine le soufre qui n'a pas réagi et on sèche les plaques. On examine ces plaques dans un appareil simulant la lumière solaire, en les comparant à une plaque de fer recouverte d'une couche de suie; les résultats sont variables, mais positifs. BYREPIE 3 On traite en surface deux plaques propres d'alliage de cuivre en appliquant du soufre entre les plaques et en les pressant l'une contre l'autre à une température accrue. Les plaques traitées montrent une bonne sélectivité spectrale quant à la lumière solaire artificielle. - REVENDICATIONS 1 - Collecteur d'énergie solaire comprenant un corps métallique dont la mince couche artificielle à une capacité d'absorption élevée de l'énergie d'un rayonnement et une capacité d'émission d'énergie rayonnante faible, caractérisé en ce que la couche superficielle est constituée d'un sulfure d'un métal qui est celui du corps métallique. 2 - Collecteur d'énergie solaire selon la revendication 1, ca racterisé en ce que le corps métallique est en fer, en cuivre, en étain, en plomb ou en un de leurs alliages et le sulfure métallique est respectivement un sulfure du métal, ou du principal composant de l'alliage constituant le corps métallique.