Brevet FR2414175A1 — publié le 19790803

La nouvelle enceinte de captage pour chauffage de fluide par l'éner gie'solaire qui fait l'objet de l'invention résulte des travaux de Monsieur JeaarPierre COEURDEROY. Elle. permet d'utiliser de façon particulièrement efficace l'énergie solaire pour le chauffage d'un fluide qui est lui-même ensuite utilisé de façon direc te ou indirecte. Depuis quelques années l'utilisation de l'énergie solaire se dévelop pe pour le chauffage des habitations, la production d'eau sanitaire chaude, le réchauffage de l'eau des piscines, et diverses autres applications. Les enceintes de captage d'énergie solaire comportent de la façon la plus générale des parois étanches qui contiennent un fluide en mouvement, au moins l'une de ces parois étant orientée de façon à recevoir le rayonnement solaire sur sa face extérieure, sa face intérieure étant en contact avec un fluide auquel elle transmet par conduction une partie de l'énergie solaire reçue. L'enceinte est raccordée par ailleurs de façon étanche avec au moins une canalisation d'arrivée et une canalisation de départ de fluide. Afin d'obtenir un rendement aussi élevé que possible, on utilise le plus souvent, pour réaliser les parois de ces enceintes de captage, de l'aluminium ou des allia ges U"aluminitrm qui ont l'avantage d'une grande conductibilité thermique.Laface exposée au rayonnement solaire est en général pourvue d'une peinture ou d'ut vernis absorbant le rayonnement. Elle est par ailleurs protégée des courants d'air par une paroi transparente, le plus souvent en verre, qui permet de réaliser un effet de serre. Le. fluide qui circule à l'intérieur de l'enceinte et qui joue le rôle de caloporteur est le plus souvent utilisé en circuit fermé. I1 transmet la chaleur reçue au cours de son passage dans l'enceinte à un radiateur, ou à un échan geur- qui chauffe alors un fluide secondaire, par exemple de 1 eau sanitaire. L'utilisation d'un caloporteur en circuit fermé permet de résoudre plus facilement les problèmes de corrosion, et éventuellement de gel en hiver, en utilisant des fluides à température de solidificatron suffisamment basse, qui con tiennent des limiteurs de corrosion. Cependant, l'utilisation d'enceintes de captage en alliages d'alumi niuù, ne permet pas de résoudre de façon satisfaisante tous les problèmes qui se posent. C'est ainsi que dans bien des cas, il y aurait intérêt à pouvoir faire circuler directement dans l'enceinte le fluide qu'on se propose de préchauffer afin de simplifier l'installation en supprimant l'échangeur secondaire et la pompe qui fait circuler le caloporteur. Conte cela a été indiqué plus haut, les enceintes en aluminium sont sennibles à la corrosion par l'eau et en particulier par les eaux additionnées d'agents bactéricides tels que l'eau de javel ou l'hypochlorite de Ca. Ces enceintes sont aussi sensibles à la corrosion par les eaux sanitaires ou l'eau de mer. Enfin, même lorsqu'on fait appel à un caloporteur utilisé en circuit fermé et contenant des limiteurs de corrosion, on court le risque de voir se développer des phénomènes de corrosion des enceintes en aluminium ou alliages d'aluminium, quand la température de celles-ci s'élève en été à des niveaux pouvant atteindre 100 à 1500C ou davantage, par suite par exemple d'un arrêt de la circulation du caloporteur. On peut constater alors une décomposition partielle des additifs anti-corrosion et des phénomènes accélérés de corrosion qui entraînent tôt ou tard l'apparition de fuites en général irréparables. Les essais effectués pour substituer aux enceintes de captage en aluminium des enceintes en metaux ayant une meilleure tenue à la corrosion, n'ont pas jusqu a maintenant donné satisfaction, car les métaux ou alliages ayant une très bonne tenue à la corrosion, au contact d'eaux contenant par exemple des ions chlore, sont relativement coûteux. Il est connu en effet, que les nuances les plus courantes d'aciers inoxydables résistent mal à la corrosion par l'eau contenant des ions chlore. C'est ainsi que les aciers inoxydables austénitiques du type 304 présentent des phénomènes de corrosion par piqûre très importants dans de tels milieux. L'acier du type 316, moins sensible à la corrosion par piqûre, présente encore cependant une grande sensibilité à la corrosion caverneuse dans ces milieux. On peut cependant éviter ces problèmes de corrosion en utilisant des nuances d'aciers inoxydables très fortement alliées, telles que l'acier produit nar la société Ugine Aciers sous la marque NSCD, qui contient en Z : Cr 17,5 - Ni 16 Mo 5 - Cu 3 et C 4 0,03. Cependant le coût d'un tel acier en limite les applications. Par ailleurs, de façon générale les aciers inoxydables austénitiques ont l'inconvénient d'une très mauvaise conductivité thermique, qui réduit les échanges. Ceci veut dire que pour atteindre une même efficacité, il faudra augmenter de façon importante la surface d'une enceinte de captage en acier inoxydable par rapport à celle d'une enceinte de captage en aluminium. Les aciers inoxydables ferritiques ou semi-ferritiques, tels que les aciers à 17 X de chrome qui ont une meilleure conductivité thermique et sont moins coûteux, ne permettent pas davantage d'être utilisés à cause de leur tenue insuffisante à la corrosion. L'enceinte de captage qui fait l'objet de l'invention, a permis de résoudre les problèmes de corrosion présentés par les autres types d'enceintes, tout en obtenant un rendement thermique au moins égal, et même supérieur, à celui des enceintes en aluminium ou alliages d'aluminium, le coût de construction demeurant modéré grâce à l'utilisation de matériaux de structure relåtivement bon marché. Cette nouvelle enceinte de captage peut être utilisée aussi bien pour le chauffage-en circuit fermé de fluides caloporteurs de tous types, que pour le chauffage direct d'eau sanitaire, eau de piscine, et aussi tout autre fluide. L'enceinte de captage suivant l'invention a pour caractéristique d'être réalisée en au moins deux matériaux métaliiques, d'une part du cuivre, ce terme comprenant le cuivre non allié et aussi les alliages à base de cuivre de conductivité thermique relativement élevée et ayant une bonne tenue à la corrosion, et d'autre part de l'acier inoxydable, ce terme comprenant l'ensem bleds aciers inoxydables martensitiques, semi-ferritiques, ferritiques, austénoferritiques ou austénitiques. La face de l'enceinte de captage qui reçoit le rayonnement solaire comporte un ou plusieurs éléments en tôle de cuivre relativement minces, dont la face exté rieur est au moins en partie exposée au rayonnement solaire et dont la face intlFtieure est en contact, au moins en partie, avec le fluide à chauffer. La ou les autres parois de l'enceinte de captage sont réalisées en acier inoxydable. La liaison étanche entre les différents éléments de l'enceinte peut être réalisée par toute méthode connue de l'homme de'l'art, telle que sertissage avec intçposition d'un joint étanche, soudage tendre, brasage, soudage par point ou t la molette, collage ou autre. On peut aussi envisager de réaliser suivant la méthode décrite dans le brevet US 2.690.002, le soudage par colaminage d'une bande d'acier inoxydableuet d'une bande de cuivre, en réservant des zones non soudées qui permettent ensuite par gonflage au moyen d'un fluide, d'établir un ou plusieurs passages continus entre les 2 parois, qui seront utilisés pour la circulation du fluide caloporteur. Quelle que soit la méthode d'assemblage utilisée, les dimensions de la surface réceptrice du rayonnement solaire de l'enceinte de captage, ainsi que les dimensions du ou des passages qui seront parcourus par le fluide qu'il s'agit de chauffer, seront calculées de façon connue de l'homme de l'art, en fonction des propriétés du fluide à chauffer, du débit souhaité et du degré d'échauffement désiré pour ce fluide. Les essais ont montré que les enceintes de captage suivant l'invention ont une résistance à la corrosion tout à fait exceptionnelle t considérablement accrue par rapport aux enceintes de type connu. On ; constaté en particulier qu'il était possible de réaliser de telles enceintes-de captage en utilisant pour la partie en acier inoxydable un acier semiferritique ou ferritique contenant 16 à 20 x de chrome, tel que l'acier à 17 Z de Cr nuance F 17 de la société Ugine Aciers ou encore un acier du même type additionné de 0,5 à 3 Z de Mo et stabilisé au titane ou au niobium, tel que l'acier F 17 MT de la société Ugine Aciers qui contient : Cr 17 ' - Mo 1 s et Ti " 7 x C Z la teneur en C étant de l'ordre de 0,04 Z. La partie de ces enceintes de captage qui reçoit le rayonnement est de préférence réalisée en cuivre non allié ou très faiblement allié tel que par exemple certains alliages de cuivre à faible teneur en chrome, ou étain. On a constaté que les enceintes de captage suivant l'invention pouvaient être utilisées pour le chauffage direct d'eau sanitaire ou d'eau de piscine pouvant être additionnée de bactéricides contenant des ions chlore, ou encore d'eau saumâtres contenant plusieurs grammes par litre de chlorures métalliques, sans formation de piqûres sur l'acier inoxydable et aussi sans apparition de phénomènes de corrosion caverneuse dans les zones où le fluide ne se renouvelle pas. Par comparaison les essais d'enceintes de captage semblables entièrement en acier F 17 ou F 17 HT ont conduit en quelques mois à la formation de piqûres et aussi de phénomènes de corrosion caverneuse, qui ont rapidement conduit à l'apparition de fuites rendant ces enceintes inutilisables. De plus, les enceintes de captage entièrement en acier inoxydable ont un rendement thermique sensiblement inférieur à celui des enceintes en acier inoxydable comportant une paroi en cuivre réceptrice du rayonnement solaire. Enfin, l'utilisation d'une enceinte bimétallique acier inoxydable et cuivre, permet de conférer à l'enceinte de captage, les caractéristiques de rigidité et de résistance mécanique propres à l'acier inoxydable. La paroi en cuivre peut être réalisée en une tôle de faible épaisseur dépourvue par elle-même de rigidité et qui peut être maintenue en place et protégée contre les déformations grâce à la rigidité de la structure en acier inoxydable qui constitue le reste de l'enceinte. On peut en particulier éviter les risques d'éclatement de cette paroi en cuivre en assurant en de nombreux points ou en de nombreuses zones peu écartées les uns des autres, sa liaison, par soudage, brasage, sertissage, codéformation ou autre, avec la structure en acier inoxydable à laquelle elle est associée. La paroi en cuivre peut éventuellement être fragmentée en petits éléments liés chacun à la structure en acier inoxydable par l'une des méthodes qui viennent d'être évoquées. Les enceintes de captage suivant l'invention, conviennent particulièrement bien pour le chauffage direct des eaux de piscine. Les températures relativement peu élevées pour cette application n' entraînent pas de risque important de dépôts adhérents de calcaire dans l'enceinte. Le chauffage direct constitue un moyen simple, économique et rapide de réchauffage en un temps relativement court d'un volume important d'eau de piscine. De très nombreuses autres applications en chauffage direct ou indirect de fluide sont rendues possibles et économiques, par des enceintes de captage suivant l'invention. C'est ainsi qu'on peut par exemple utiliser de tels dispositifs pour empêcher la fermentation acétique du vin par chauffage à environ 7000C. REVENDICATIONS 1. Enceinte de captage de rayonnement solaire pour le chauffage d'un fluide, caractériséeen ce que ses parois sont constituées d'au moins deux matériaux, l'acier inoxydable et le cuivre, la paroi de l'enceinte qui reçoit le rayonnement solaire, comportant un ou plusieurs éléments en tôle de cuivre dont une face est exposée au moins en partie au rayonnement solaire, et dont l'autre face est en contact au moins en partie avec le fluide à chauffer. 2. Enceinte suivant revendication 1, caractérisée en ce que l'acier inoxydable utilisé est un acier semi-ferritique ou ferritique, contenant 16 à 20 Z de Cr. 3. Enceinte suivant revendication 2, caractérisée en ce que l'acier inoxydable comporte une addition de Mo de 0,5 à 3 X. 4. Enceinte suivant revendication 3, caractérisée en ce que l'acier inoxydable est stabilisé par addition d'au moins un des éléments Ti, Zr, Nb ou Ta. 5. Enceinte suivant revendication 1, caractérisée en ce que l'acier inoxydable utilisé est un acier austénitiaue, ou austénoferritique.