Brevet FR2476145A1 — publié le 19810821

PROCEDE DE PROTECTION CONTRE LA CORROSION DE LA PAROI INTERNE DE CIRCUITS TUBULAIRES INTEGRES La présente invention concerne un procédé de protection contre la corrosion de la paroi interne de circuits tubulaires intégrés sous forme de panneaux utilisés comte échangeurs thermiques et destinés plus particulièrement à absorber l'énergie solaire et à la transmettre directement à des fluides plus ou moins corrosifs qui sont véhiculés dans lesdits circuits. L'homme de l'art sait, notamment par l'enseignement du brevet français nO 1 129 511, que l'on peut fabriquer des panneaux à circuits tubulaires intégrés par un procédé comprenant les étapes suivantes - nettoyage à la brosse métallique d'au moins une des faces de deux ou plusieurs tôles planes à base d'aluminium ou de cuivre pour éliminer les oxydes et autres impuretés, - dépôt, sur l'une au moins de ces faces nettoyées, d'une encre antisoudage suivant le tracé des circuits à développer, - mise en regard l'une de l'autre des faces nettoyées de deux ou plusieurs tôles planes et colaminage, de façon à créer une liaison mécanique au niveau des faces non encrées, - ouverture sur l'ensemble ainsi réalisé d'un canal en liaison avec les parties encrées et débouchant vers l'extérieur, - gonflage par insufflation d'un fluide sous pression, au niveau du canal, de façon à développer des circuits ; ce développement étant limité localement en plaçant I'ensemble entre les deux plateaux d'une presse afin d'éviter tout arrachement lors du gonflage, - ouverture d'un ou plusieurs orifices de liaison destinés à raccorder les panneaux à des circuits extérieurs. Les panneaux, ainsi obtenus, sont en général utilisés comme échangeurs thermiques entre des fluides circulant respectivement à l'intérieur et à l'extérieur des dits panneaux et, de plu5 , ils peuvent servir à capter l'énergie solaire par leur surface externe, moyennant un traitement pour la rendre absorbante, et à la transmettre à un fluide qui circule à 1' intérieur. Le plus souvent, les fluides empruntant l'intérieur des circuits tubulaires sont des composés organiques tels que, par exemple, des fréons, des glycols, etc,.. qui ne présentent aucun danger de corrosion pour le matériau constituant les panneaux. Cependant, il y a des cas où les panneaux sont traversés par des fluides se renouvelant en permanence et dont la réactivité vis-à-vis des métaux tels que le cuivre et l'aluminium statère suffisamment grande pour provoquer des dommages pouvant aller jusqu'au percement des panneaux. Certaines solutions ont été préconisées reposant, notamment, sur l'utilisation de tôles composites, compte tenu du fait que la composition de la tôle apte à résister à la corrosion ne convient pas forcément à la formation d'une surface absorbante et qu'il fallait donc recourir à l'utilisation de deux matériaux différents. C'est ainsi, par exemple, que des panneaux ont été réalisés à partir de tôles obtenues par placage d'alliages d'aluminium du type 7072 sur de l'aluminium 1050 ou sur l'alliage 3003. Toutefois, outre le prix de revient élevé de tels composites, la technique de colaminage mise en oeuvre pour obtenir les circuits tubulaires intégrés ne peut s'appliquer à tous les types de composite, par suite des caractéristiques mécaniques parfois inadaptées de leurs composants. De plus, ces composites ne conviennent que pour des fluides ayant des compositions bien déterminées. Cette spEo ffl ité en diminue alors particulièrement 1' in- béret. D'autres solutions ont été appliquées comme l'ajout d'inhibiteurs de corrosion mais, en dehors du prix élevé de tels traitements du fluide véhiculé, cette solution n'est pas compatible avec certains fluides dont on veut maintenir l'intégrité, comme c'est le cas, par exemple, de l'eau destinée à la consommation des ménages. Ayant en vue l'obtention de panneaux utilisés comme échangeurs thermiques, à l'intérieur desquels on pourrait faire passer les fluides les plus variés sans risquer de les endomnager et sans nuire à l'intégrité de ces fluides, la demanderesse a cherché et trouvé un procédé qui permet de résoudre ce problème de corrosion tout en maintenant la capacité d'échange thermique des panneaux obtenus. Selon l'invention, ce procédé de protection contre la corrosion de la paroi interne de circuits tubulaires intégrés sous fonte de panneaux utilisés comme échangeurs thermiques, fabriqués par colaminage d'au moins deux tôles planes à base d'aluminium dont les faces en regard ont été initialement nettoyées et séparées par une encre anti-soudure suivant le tracé des circuits à développer, puis gonflés par insufflation d'un fluide sous pression aux endroits encrés de façon à développer lesdits circuits, est caractérisé en ce que l'intérieur des circuits tubulaires développés est revêtu par un film mince de vernis protecteur. L'invention consiste donc à former, après encrage et colaminage des surfaces préparées, un film mince de vernis à l'intérieur des circuits tubulaires qui ont été développés par gonflage ; ce vernis est choisi en fonction de son inertie chimique vis-à-vis des fluides véhiculés. Comparé aux techniques de vernissage de tubes rectilignes, le vernissage de l'intérieur de circuits intégrés s'avère beaucoup plus délicat en raison des courbures accentuées de ces circuits et de leur ramification en un ou plus moins grand nombre de chemins parallèles ou non. En effet, les pertes de charge sont plus ou moins importantes d'un circuit à l'autre, et le vernis a tendance à se répartir de façon irrégulière provoquant des accumulations locales ou, au contraire, des manques allant jusqu'à laisser à nu certains éléments de surface. De plus, des techniques particulières, comme celles exposées dans le brevet français nO 2 276 106, et consistant à faire circuler en force un piston à l'intérieur du tube à vernir, ne sont pas applicables dans le cas de panneaux en raison de leur géométrie complexe. C'est pourquoi, la demanderesse a été amenée à mettre au point un procédé destiné à former un film mince de vernis uniforme sur toute la surface interne des circuits. Le procédé utilisé est caractérisé en ce que les circuits tubulaires sont remplis complétement de vernis au moyen d'une pompe dont le refoulement est relié à le ou les orifices de liaison inférieurs du panneau, puis vidangés; le ou les orifices de liaison supérieurs sont alors fermés et l'intérieur des circuits est mis sous une pression réduite comprise entre la pression atmosphérique et la pression d'évaporation des solvants du vernis à la température ambiante ; le panneau est ainsi égoutté puis chauffé afin d'assurer l'évaporation des solvants et la cuisson du film de vernis qui est resté sur la paroi interne des circuits. Le procédé revendiqué nécessite donc, d'abord, le remplissage des circuits au moyen d'une pompe dont on a branché l'aspiration à une source de vernis et le refoulement à le ou les orifices de liaison inférieurs du panneau,. de façon à assurer un remplissage complet de bas en haut des circuits. Lorsque ce remplissage est terminé, la pompe est arrêtée et son fonctionnement est inversé afin d'aspirer le vernis et de vidanger les circuits. Mais, on peut également désolidariser la pompe du ou des orifices du panneau et laisser s'écouler le vernis par gravité. Le remplissage et la vidange peuvent s'effectuer de façon à avoir une variation du niveau du vernis à 1' intérieur des circuits inférieurs à îoe cm/minute, étant entendu que cette vitesse varie en fonction inverse de la viscosité. Lorsque la vidange est pratiquement terminée et que le vernis ne s'écoule plus que par intermittence, le ou les orifices de liaison supérieurs du -panneau sont fermés par un moyen d'étanchéité quelconque, et on procède alors à l'égouttage par mise sous pression réduite de l'intérieur des circuits à l'aide d'une pompe branchée sur le ou les orifices de liaison inférieurs par l'intermédiaire d'un flacon récepteur, et permettant d'atteindre des pressions minimum de quelques millimètres de mercure. Cette opération a pour but d'obtenir une répartition homogène des vapeurs de solvant à l'intérieur des circuits et, par suite, un dépôt régulier de vernis sur les parois. En effet, lorsqu'on opère à pression atmosphérique, on constate un enrichissement en solvant dans les parties des circuits éloignées des orifices de liaison entraînant dans ces zones un dépôt de vernis d'épaisseur plus faible. Après égouttage, le panneau dont l'intérieur reste maintenu sous pression réduite, est introduit dans un four et chauffé de manière à assurer l'évaporation des solvants et la cuisson du film de vernis. Au cours de cette dernière étape, il est nécessaire d'avoir une pression réduite à l'intérieur des canaux, de façon à évacuer les vapeurs de solvant au fur et à mesure de leur libération du vernis. Si l'on opère à pression atmosphérique, les solvants libérés s'accumulent dans certaines régions du circuit et ont pour effet de redissoudre et d'entrainer le vernis ce qui conduit à un revêtement final défectueux. Au cours des étapes d'égouttage et de chauffage, la pression réduite maintenue à l'intérieur des circuits est comprise entre la pression atmosphérique et la pression d'évaporation des solvants à la température ambiante car, si la pression est inférieure à la pression d'évaporation, il se produit un huilage du vernis qui est préjudiciable à ses propriétés de protection. Suivant une variante du procédé, la vidange peut aussi être faite sous pression réduite. Il y a donc lieu, dans ce cas, de fermer le ou les orifices de liaison supérieurs du panneau dès la fin du remplissage. De cette façon, on améliore encore la répartition du vernis à la surface des circuits. Suivant une autre forme de l'invention, on peut, pendant l'égouttage et le chauffage, procéder à de très brèves introductions d'air par le ou les orifices supérieurs de liaison Ces introductions peuvent ramener la pression intérieure à une valeur voisine de la pression atmosphérique. Ceci a pour effet de parfaire l'évacuation des solvants. Une autre variante du procédé consiste à n'effectuer le chauffage sous pression réduite que pendant la phase d'évaporation des solvants alors que la cuisson du vernis est réalisée sous pression atmosphérique. Ceci permet de recourir à des moyens de chauffage classiques pour la cuisson tels que par exemple des fours à passage. Pour l'exécution du procédé, il est préférable de placer la majeure partie des circuits du panneau verticalement. De cette façon, lors de son ascension dans les circuits, le vernis mouille régulièrement toute la surface et, lors de sa vidange, il n'y a pas de stagnation locale. La composition du vernis utilisé est fonction de la nature du fluide qui traversera le panneau. Mais, c'est en général un vernis à adhérence directe, thermo-réticulable du type époxy, époxy-phénolique ou phénolique. Cependant, il est évident que tout autre revêtement, choisi en vue d' appli- cation spéciale, peut être utilisé. L'épaisseur du film de vernis est choisie en fonction du type de vernis il y a un minimum à respecter pour assurer un revêtement uniforme de la surface d'aluminium et un maximum à ne pas dépasser pour éviter tout décollement au contact des fluides chauds. En général, l'épaisseur moyenne se situe entre 5 et 30 Vm. La viscosité du vernis doit être adaptée en fonction de la géométrie des circuits tubulaires. Elle peut être modifiée par ajout de solvant de façon à atteindre en général une valeur comprise entre 50 et 300 secondes mesurée à la température de 20"C suivant la coupe normalisée AFNOR nO 4. L'épaisseur choisie est réglée sur la viscosité du vernis utilisé. La présente invention concerne également l'application des circuits tubulaires intégrés sous forme de panneaux ainsi traités à la réalisation d'échangeurs thermiques et, plus particulièrement, d'absorbeurs solaires. En raison de la présence de vernis, les fluides les plus divers peuvent traverser le capteur solaire sans risque de corrosion~et sans nuire à l'intégrité du fluide véhiculé. C'est ainsi que, au lieu d'avoir des systèmes de chauffage indirect, c' est-à-dire dans lesquels le fluide à chauffer récupère des calories par un échange à partir d'une boucle sur laquelle est branché le capteur, on peut faire passer directement le fluide à rechauffer dans le circuit même de l'absorbeur et avoir un chauffage direct. On peut ainsi chauffer sans circuit intermédiaire des eaux sanitaires en évitant le risque de les polluer. Il en est de même pour les produits fluides industriels plus ou moins corrosifs, les eaux salines destinées à la fabrication de l'eau pure, les eaux chlorees utilisées dans des piscines ou autres usages. De plus, les systèmes obtenus sont économiques car ils évitent l'emploi de circuits secondaires, de fluides caloporteurs spéciaux, d'échangeurs spéciaux, de tuyauteries et accessoires divers etc... L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants EXEMPLE 1 Un panneau à circuits tubulaires intégrés de dimensions 1,90 m x 0,75 m est réalisé à partir de deux plaques d'aluminium A5 de la manière suivante : de l'encre à base d'oxyde de titane est appliquée par écran sérigraphique sur l'une des plaques ; les deux plaques sont colaminées à chaud et, après refroidissement, les panneaux sont gonflés. Une série de vingt panneaux est alors directement remplie de bas en haut d'un vernis époxy-phénolique Stoner Mbdge SF 6256 (viscosité 200 secondes suivant coupe Afnor nO 4 à 20 C) à l'aide d'une pompe (débit de remplissage d'un panneau 2 litres/minute). Dès que le vernis atteint l'orifice de liaison supérieur des panneaux, l'alimentation en vernis est coupée, les panneaux sont vidés dans un bac de récupération ; lorsque l'écoulement du vernis est devenu intermittent, on ferme les orifices supérieurs, on branche une pompe à vide sur les orifices inférieurs en intercalant un flacon récepteur, on établit une pression de 10 mm de mercure, puis les panneaux sont introduits dans un four à 1200C pendant 10 minutes ; on casse alors le vide, on suspend les panneaux et on les guide dans un four à passage où ils subissent une cuisson de 12 minutes à 2050C. Les panneaux obtenus possèdent un revêtement intérieur alimentaire de cinq à dix microns, ne présentant aucune porosité au test du sulfate de cuivre. Certains panneaux ont subi l'un ou l'autre des tests accélérés suivants, destinés à simuler les chocs thermiques a) circulation d'eau à 800C pendant 6 heures. Ensuite, vidange puis main tien à -180C pendant 17 heures, b) circulation d'eau pendant 17 h à 800C, puis vidange et maintien à -180C pendant 6 heures, c) circulation d'eau alternée : 1 h. eau chaude à 800C puis 1 h. eau froi de 100C. Après quatre mois de l'un quelconque de ces tests, les revêtements conservent leuaspropriétés d'adhérence et de protection. EXEMPLE 2 Un panneau à circuits tubulaires intégrés de dimensions 1,35 m x 0,75 m, réalisé comme dans l'exemple 1, est rempli d'un vernis époxy-phénolique à haute teneur en phénolique Stoner lSbldge 6412 CL (viscosité 150 secondes à 200C suivant coupe Afnor n 4) à l'aide d'une pompe ayant un débit de 2 litres/minute. Après remplissage, ltorifice supérieur est fermé et on met sous pression réduite pendant les opérations de vidange, d'égouttage et de chauffage, tout en injectant de l'air durant la période ces deux dernières étapes; te':cbauffa-ge est effectué pendant 15 minutes à 2100C. Les panneaux obtenus ont un revetement de 10 à 20 uni et ne présentent aucune porosité au test du sulfate de cuivre. La résistance chimique de ces revêtements a été testée avec des solutions aqueuses chimiques fortement agressives canez - une solution de conversion chimique : BONDERITE 1127 de PARER (60 gel 50 C) - une solution décapante alcaline DIVERS PRAY 137 à 10 g/l de pH 13,5 ap pliquée à 400C. Après 40 jours de test, aucun percement nta été constaté alors que, sans la protection selon l'invention, le panneau est percé au bout de une heu- re. On ne note également aucun décollement après passage d'eau à 100 C. De même, une circulation d'eau fortement chlorée (1,2 degré chlore) à 550C pendant quatre mais ne montre aucune détérioration du revêtement. Après examen de la surface revêtue, on note, suivant le test de quadrillage, que le revêtement a gardé ses propriétés d'adhérence. Ainsi, la présente invention fournit un moyen sûr et économique de chauffer directement les fluides les plus divers, notamment au moyen de l'énergie solaire sans nuire à l'intégrité de l'appareil lui-même et du fluide véhiculé et trouve son application dans tous les échangeurs thermiques et, principalement, dans les absorbeurs solaires, qu'ils soient utilisés à des fins domestiques ou industrielles. REVENDICATIONS 1 / - Procédé de protection contre la corrosion de la paroi interne de circuits tubulaires intégrés sous forme de panneaux dans lesquels circule un fluide et utilisés comme échangeurs thermiques, fabriqués par colaminage d'au moins deux tôles planes à base d'aluminium, dont les faces en regard ont été préalablement nettoyées et séparées par une encre antisoudage suivant le tracé des circuits à développer, puis gonflées par unsufflation d'un fluide sous pression aux endroits encrés de façon à développer lesdits circuits, caractérisé en ce que l'intérieur des circuits tubulaires développés est revêtu par un film mince de vernis protecteur. 20/ - Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que les circuits tubulaires sont remplis complétement de vernis au moyen d'une pompe dont le refoulement est relié à le ou les orifices de liaison inférieurs du panneau, puis vidangés ; le ou les orifices de liaison supérieurs sont alors fermés et l'intérieur des circuits est mis sous une pression réduite comprise entre la pression atmosphérique et la pression d'évaporation des solvants du vernis à la température ambiante ; le panneau est ainsi égoutté, puis chauffé afin d'assurer l'évaporation des solvants et la cuisson du film de vernis qui est resté sur la paroi interne des circuits. 30/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vidange du vernis des circuits est également faite sous pression réduite. 40/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pendant les étapes d'égouttage et de chauffage, on procède à de très brèves introductions d'air dans les circuits. 5 / - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le chauffage est effectué sous pression réduite pendant la phase d'évaporation des solvants et sous pression atmosphérique pendant la cuisson du film de vernis. 60/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la majeure partie des circuits du panneau est placée verticalement pour l'exécution du procédé. 70/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un vernis dont la viscosité mesurée à 200C est comprise entre 50 et 300 secondes suivant la coupe normalisée Afnor nO 4. 80/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à des circuits tubulaires intégrés sous forme de panneaux utilisés comme absorbeurs solaires. 90/ - Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide qui circule à l'intérieur des circuits tubulaires est une eau sanitaire. 100/ - Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide qui circule à l'intérieur des circuits tubulaires est une eau destinée aux piscines. 110/ - Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide qui circule à l'intérieur des circuits tubulaires est une eau saline destinée à la désalinisation. 12 / - Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide qui circule à l'intérieur des circuits tubulaires est un produit industriel.