Brevet FR2963933A1 — publié le 20120224

MIROIR BOMBE PAR PRESSAGE L'invention concerne un miroir bombé dont la forme a été réalisée par pressage à chaud et son utilisation comme miroir solaire. Un miroir solaire a pour fonction de recevoir la lumière solaire et de la renvoyer vers un collecteur de chaleur. Différents systèmes pour collecter la lumière solaire existent et reposent notamment sur l'utilisation d'un ensemble de grands miroirs pouvant notamment être de forme cylindrico-parabolique. Un miroir de forme cylindrico-parabolique présente deux bords linéaires parallèles et deux autres bords parallèles mais courbe selon une forme sensiblement parabolique. Le miroir selon l'invention est destiné à faire office de miroir solaire. Il est généralement un élément faisant partie d'un ensemble d'éléments miroirs disposés de sorte à constituer un miroir parabolique. Cet ensemble fait converger la lumière solaire vers un collecteur de chaleur. Généralement, ce collecteur est constitué d'un tube parcouru par un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou de la vapeur). Ce fluide est chauffé par l'énergie solaire et on lui fait restituer cette énergie sous forme d'électricité par tout procédé adapté comme par exemple celui dit de « Rankine Cycle ». La chaleur collectée peut aussi être utilisée directement sans la convertir en électricité, notamment pour le chauffage des bâtiments, la désalinisation de l'eau ou tout procédé de transformation de la chaleur en énergie mécanique et/ou en énergie électrique. Les problèmes liés aux fluctuations d'énergie inhérentes à l'énergie solaire (alternance du jour et de la nuit, passage de nuages) peuvent être contournées soit en stockant de la chaleur (avec un réservoir de fluide chaud ou bien de l'air ou un solide comme une céramiques) soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique (la chaudière et la chaleur solaire alimentant la même turbine à vapeur). Les différents éléments miroirs présentent une grande aire, supérieure à 2 m2 et même supérieure à 2,3 m2, et même supérieure à 2,5 m2, et même supérieure à 3 m2. Les aires données ici sont celles d'une seule face principale de la feuille de verre et donc de l'élément miroir. Généralement, les différents 2 éléments miroirs présentent une aire inférieure à 25 m2 (aire d'une seule face principale). Dans le cas d'un miroir cylindro-parabolique, notamment, la parabole dans le plan perpendiculaire à l'axe du collecteur peut être constituée de 2 ou 4 plaques juxtaposées. Les plaques ont une forme qui approche la forme parabolique sans nécessairement lui correspondre totalement, l'essentiel étant que le maximum de rayons lumineux atteigne le collecteur au foyer. Pour mieux approcher la parabole, les différentes plaques juxtaposées peuvent avoir des formes différentes, et sont généralement asymétriques. On peut aussi choisir de les faire identiques en les plaçant de sorte que leur forme approche le mieux possible la parabole. Ces miroirs sont posés en extérieur et leur forme est généralement ajustée à froid (dans la mesure du possible) pour renvoyer le plus précisément possible la lumière vers le collecteur de chaleur. Les défauts de forme des miroirs entraînent une mauvaise focalisation des rayons lumineux qui ratent alors la cible devant collecter l'énergie, ou forment des points chauds à la surface du collecteur. Ces points chauds sont des endroits sur le tube récepteur recevant de plus fortes concentration d'énergie que sur les parties avoisinantes. Ce phénomène peut endommager le tube récepteur, notamment les couches (pouvant comprendre de l'argent ou autre) présentes sur son enveloppe en verre. Ces ondulations sont d'autant plus fortes que le verre a été porté à haute température pendant son bombage ou en vue de sa trempe. Dans un premier temps, on a essayé de réaliser le bombage par gravité sur des supports du type cadre. En raison de la grande dimension des feuilles de verre, le support de bombage par gravité comprend une multiplicité de bandes métalliques parallèles empêchant la feuille de verre de s'effondrer trop profondément en son centre lors de son bombage. On s'est cependant aperçu que ces bandes métalliques provoquaient une légère ondulation de la feuille, pratiquement imperceptible à l'oeil nu, et que cette ondulation était à l'origine d'une convergence imparfaite des rayons solaires vers le collecteur. Ces premiers essais de bombage étaient réalisés à 640°C. Les ondulations auraient été encore plus marquées si le bombage avait été réalisé à plus haute température. C'est ainsi que l'on s'est notamment rendu compte que l'on ne pourrait pas tremper le verre si on le bombait par un procédé de bombage purement gravitaire. En effet, la trempe requiert que le verre soit à au moins °C au début du refroidissement. Si l'on veut tremper thermiquement le verre, il faut le faire alors qu'on l'a d'abord porté à au moins 660°C, généralement entre 660 et 730°C. A une telle température, une feuille de verre s'effondre rapidement et est très sensible au marquage par l'outil de bombage. On s'aperçoit que les miroirs solaires commercialisés sont généralement non-trempés sans doute pour éviter de devoir les chauffer trop fortement pour la 10 trempe. Le bombage par passage de feuilles de verre en continu (sans s'arrêter) entre des lits de rouleaux à géométrie fixe est difficile à réaliser, notamment en raison de l'asymétrie et de la taille des feuilles de verre à bomber. On peut aussi bomber les feuilles de verre entre des rouleaux en 15 procédant ainsi : - on engage la feuille alors que les rouleaux forment une faible concavité, puis - on immobilise la feuille, puis - on modifie la concavité des rouleaux pour cintrer la feuille, puis 20 - on évacue la feuille bombée. Un tel procédé présente l'inconvénient d'être discontinu et donc lent. On a maintenant trouvé que l'on pouvait avantageusement bomber les feuilles de verre par pressage pour éviter ces ondulations parasites et améliorer la convergence et la collecte du rayonnement solaire. De plus, ce procédé 25 permet de tremper ensuite les feuilles bombées. De nombreux procédés de bombage ont déjà été décrits comme le bombage par gravité selon les EPO448447, EP0705798 et WO2004/103922, le bombage par défilement entre des rouleaux de convoyage comme dans les WO2004/033381 ou WO2005/047198, le bombage par pressage contre une 30 forme pleine, ledit pressage étant réalisé soit à l'aide d'un cadre comme dans US5974836, WO95/01938, WO02/06170 ou WO2004/087590, soit par aspiration comme dans les WO02/064519 ou WO2006/072721. L'invention concerne un procédé de fabrication d'un miroir bombé comprenant une feuille de verre, comprenant le bombage de la feuille par pressage contre une forme pleine puis l'application d'une couche d'argent sur ladite feuille. Selon l'invention, le bombage de la feuille de verre devant devenir miroir est réalisé par formage sur une forme de bombage pleine, la force de plaquage du verre contre ladite forme pouvant être de nature mécanique ou pneumatique. Si la force est de nature mécanique elle peut être appliquée par une contre-forme pleine ou en forme de cadre. Une contre-forme en forme de cadre présente un évidement à l'intérieur du cadre. Notamment, il peut s'agir d'un cadre comme représenté sous la référence (4) de la figure 1 du WO95/01938 ou le cadre segmenté référencé (9,10,11,12) aux figures 1 et 2 du US5974836. De préférence, on utilise un cadre comprenant des bandes parallèles reliant deux bords opposés du cadre lesdites bandes venant aussi presser l'intérieur de la feuille contre la forme pleine. Ces bandes de la contre-forme en forme de cadre sont généralement métalliques et viennent au contact de la feuille de verre à l'intérieur de sa zone périphérique. De façon surprenante, ces bandes ne génèrent pas de marque alors qu'elles en génèrent pour un procédé de bombage par gravité. On suppose que cette différence de comportement provient de la différence de dynamique du procédé. Dans le cas du procédé gravitaire, on attend que le verre s'effondre suffisamment pour toucher tous les éléments du support. Dans le cas du procédé selon l'invention, on impose la forme par une force et cela est plus rapide. Si la force est de nature pneumatique, elle peut-être appliquée par aspiration au travers de la forme pleine grâce à des orifices dans la surface de contact de ladite forme pleine comme représenté sur la figure 2 du WO2006/072721. Une force pneumatique peut également être appliquée par l'intermédiaire d'une jupe entourant la forme pleine sur le modèle de la jupe référencée 16 à la figure 2 du WO04087590. La jupe procure une force d'aspiration générant un flux d'air entourant la feuille en léchant sa tranche. Cependant la force pneumatique exercée par une jupe est généralement insuffisante et est de préférence complétée par une force de nature mécanique ou pneumatique au travers de la forme pleine. Des formes pleines adaptées sont représentées sur les figures du WO02/06170. Le procédé selon l'invention évite la formation d'ondulations observées lorsque les supports de bombage par gravité de l'art antérieur sont utilisés. Ceci élimine les points chauds (« hot spots ») sur le tube récepteur pour l'application miroir parabolique. Le bombage contre une forme pleine intervient au moins en fin de bombage, c'est à-dire juste avant le refroidissement. Ainsi, ce bombage contre une forme pleine est-il suivi directement (c'est-à-dire sans étape particulière supplémentaire de bombage) par une étape de refroidissement. Ce refroidissement peut être un refroidissement naturel (le miroir est alors généralement posé sur un cadre) ou un peu plus rapide sans que cela ne le durcisse, ou un durcissement ou une trempe. Le formage contre une forme pleine peut être précédé d'un bombage par un autre procédé, comme un bombage par gravité. Ce bombage par gravité est réalisé sur un support du type cadre ou squelette. Cet éventuel bombage préliminaire par gravité est de préférence réalisé de sorte que le verre est à une température comprise entre 610 et 660 °C. Le bombage par pressage contre une forme pleine est de préférence réalisé de sorte que le verre, est à une température comprise entre 620 et 730 °C. Si le verre doit être trempé après ce bombage par pressage contre une forme pleine, il est préféré de réaliser ce bombage par pressage contre une forme pleine entre 660 et 730°C. La feuille de verre présente généralement une épaisseur allant de 1 à 6 25 mm et plus généralement de 2 à 5 mm. Après bombage, la feuille de verre bombée est refroidie par un refroidissement, lequel peut-être un refroidissement de durcissement ou une trempe. On peut alors procéder au dépôt de la couche métallique, généralement en argent, transformant la feuille de verre bombée en miroir. La feuille bombée 30 présente un côté concave et un côté convexe. La feuille de verre peut présenter des courbures dans deux directions orthogonales entre elles. Cependant, elle peut aussi ne présenter une courbure que dans une seule direction comme c'est le cas des miroirs à forme dite cylindrique ou cylindrico-parabolique. La couche d'argent est généralement appliqué sur le côté convexe de la feuille, le miroir ayant généralement vocation à renvoyer la lumière par son côté concave. On ne décrit pas en détail ici les étapes de fabrication de la couche métallique réfléchissante car il est fait appel aux techniques connues de l'homme du métier. Notamment, on peut appliquer une couche d'argent suivi ou non d'une couche de cuivre. Un miroir sans cuivre peut notamment être fabriqué par la succession des étapes suivantes : - avivage de la surface du verre (par exemple par une suspension d'une poudre d'oxyde de cérium dans l'eau) - sensibilisation d'une première face d'une feuille de verre, par exemple par une solution de chlorure stanneux, puis - éventuellement activation sur la même face par une solution de chlorure de Palladium PdCl2, puis, - dépôt sur la même face d'une couche métallique réfléchissante comme l'argent, notamment à partir d'une solution d'argenture, puis - passivation par une solution de chlorure stanneux, puis, - application par pulvérisation d'une sous-couche fine (une à quelques couches moléculaires) d'un primaire d'accrochage généralement du type silane, notamment aminosilane. On peut aussi fabriquer le miroir avec une couche de cuivre notamment selon le procédé suivant : - avivage de la surface du verre, - sensibilisation d'une première face d'une feuille de verre, par exemple par une solution de chlorure stanneux, puis - éventuellement activation sur la même face par une solution de chlorure de Palladium PdCl2, puis, - dépôt sur la même face d'une couche métallique réfléchissante comme l'argent, notamment à partir d'une solution d'argenture, puis - dépôt d'une couche de cuivre à partir d'une solution aqueuse de sulfate de cuivre. Dans ce dernier cas qui prévoit d'appliquer une couche de cuivre, il n'est pas nécessaire d'appliquer une sous-couche d'un primaire d'accrochage (comme un silane). On peut ajouter au dos du miroir une ou plusieurs autres couches de protection, notamment du type peinture. Le miroir peut notamment avoir l'une des structures suivantes : - Verre/argent/cuivre/acrylate/epoxy/acrylate - Verre/argent/cuivre/acrylate/acrylate/PU - Verre/argent/alkyde/polyuréthane la dernière structure étant plus particulièrement décrite dans la demande de brevet internationale PCT/FR2009/051778 du 22 septembre 2009. Le procédé selon l'invention permet la réalisation de miroirs présentant des courbures dans toutes les directions (forme 3D), lesquelles peuvent être même assez prononcées. Cela permet de les utiliser pour renvoyer la lumière solaire en la focalisant dans de nombreux types de système comme un collecteur de chaleur, un récepteur solaire photo-voltaïque (application « Concentrated Photo Voltaics ») ou un système dit du moteur Sterling. L'invention concerne également un procédé pour capter l'énergie solaire comprenant la fabrication d'un miroir par le procédé selon l'invention puis le placement du miroir en extérieur en position pour renvoyer la lumière solaire vers un collecteur de chaleur. La figure 1 représente un miroir de forme cylindrique ou cylindricoparabolique comprenant deux bords linéaires parallèles 1 et 2 et deux bords parallèles cylindrique ou paraboliques 3 et 4. Le côté visible du miroir sur la figure est la face principale concave. La figure 2 représente un ensemble comprenant 4 miroirs 10, 11, 12, 13, tels que représentés sur la figure 1, formant ensemble une grande parabole et réfléchissant le rayonnement solaire 14 vers un collecteur de chaleur 15 placé à la distance focale de la parabole. Ce collecteur de chaleur 15 est un tube dont l'axe est perpendiculaire au plan de la figure et est parcouru par un fluide caloporteur. La figure 3 représente un support de bombage par gravité selon l'art antérieur. le support de bombage comprend un cadre 31 et une multiplicité de bandes métalliques parallèles 32 empêchant la feuille de verre de s'effondrer trop profondément lors de son bombage. Ces bandes parallèles relient deux bords opposés du cadre. La figure 4 représente des outils de bombage pour la mise en oeuvre de l'invention. Un cadre 40 comprenant des bandes parallèles 41 et 42 reliant feux deux bords droits longitudinaux vient presser une feuille de verre (non représentée) contre une forme pleine 43. Les bandes 41 et 42 pressent la feuille de verre à l'intérieur de sa zone périphérique. Le cadre comprend ici trois évidements. Exemple 1 (comparatif) On fabrique un miroir d'aire 4 m2 (aire d'une seule face principale) en le bombant par gravité à 640°C sur un support comme représenté à la figure 3 puis en lui appliquant une couche d'argent de 100 nm d'épaisseur, suivi de l'application d'une couche de protection comprenant une couche de peinture alkyde suivie d'une couche de peinture en polyuréthane. Pour réaliser cette combinaison de couches, on peut notamment procéder comme dans la demande internationales PCT/FR2009/051778 déposée le 22 septembre 2009. On a donné à ce miroir une forme sensiblement cylindroparabolique. On constate visuellement que l'image renvoyée par le miroir comporte des ondulations dans le même sens que les bandes du support de bombage. Exemple 2 On procède comme pour l'exemple 1 sauf que le bombage est réalisé par 25 pressage contre une forme pleine à 680°C. On constate visuellement que l'image renvoyée par le miroir est exempt d'ondulations. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un miroir bombé comprenant une feuille de verre, comprenant le bombage de la feuille par pressage contre une forme pleine puis l'application d'une couche d'argent sur ladite feuille. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aire d'une face principale de la feuille est supérieure à 2 m2. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aire d'une face principale de la feuille est supérieure à 2,3 m2, voire supérieure à 2,5 m2, voire supérieure à 3 m2. 4. Procédé selon l'une des revendications précédente caractérisé en ce que le miroir comprend deux bords parallèles linéaires et deux bords parallèles cylindrico-paraboliques. 5. Procédé selon l'une des revendications précédente caractérisé en ce que la couche d'argent est appliqué sur la face principale convexe de la feuille. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bombage de la feuille par pressage contre une forme pleine est réalisé entre 660 et 730°C. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bombage de la feuille par pressage contre une forme pleine est suivi d'une trempe thermique avant l'application de la couche d'argent. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bombage de la feuille par pressage contre une forme pleine est précédé par un bombage par gravité. 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bombage par gravité est réalisé à une température comprise entre 610 et 660 °C. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pressage contre la forme pleine est réalisé par une contre- forme en forme de cadre. 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la contre-forme en forme de cadre comprend des bandes reliant desbords parallèles du cadre et venant au contact de la feuille de verre à l'intérieur de sa zone périphérique. 12. Procédé pour capter l'énergie solaire comprenant la fabrication d'un miroir par le procédé de l'une des revendications précédentes puis le placement du miroir en extérieur en position pour renvoyer la lumière solaire vers un collecteur de chaleur.