SHEET-LIKE PRODUCT WITH UNIDIRECTIONAL TRANSVERSE THERMAL CONDUCTIVITY, AND ITS APPLICATIONS

Abstract: 1. Metal sheet product with transversal monodirectional thermal conduction, a surface (3) of which is able to absorb an incident energetic radiation being transformed into thermal energy crossing totally the thin thickness so as to be externally irradiated from the side opposite to said absorbing surface (3), and the surface (4) opposite to said absorbing surface (3) has a permanent specular reflecting appearance, characterized in that the metal sheet is of electrolytic copper having a plurality of dendrites on the side of absorbing surface (3) forming among them a great number of microrecesses (3a).

Description: Produit en feuille conduction thermique transversale unidirectionnelle et ses applications. La présente invention concerne un produit en feuille à conduction thermique unidirectionnelle et ses applications, notamment au captage d'énergie et à l'isolation thermique. On sait que la hausse continuelle du prix de l'énergie provenant du petrol est l'une des causes principales de la crise économico-sociale bouleversant actuellement la plupart des pays. I1 devient donc necessaire de rechercher des moyens pour prelever l'énergie engendree par des sources bon marché, telle que le soleil. L'énergie nous parvenant directement du soleil est relativement facile a pieger, mais malheureusement avec un faible rendement. De plus, cette energie est la plupart du temps trews diluée, sauf dans les pays à fort ensoleillement, et, le plus souvent, intermittente. En consequence, il faut capter l'energie solaire lorsqu'elle est disponible, avec un rendement eleve et un cout raisonnable, at in qu'elle puisse devenir un substitut de l'energie fournie à partir du petrole. Les capteurs solaires actuellement connus sont incapables de remplir de telles conditions. En effet, ces capteurs solaires connus sont constitues, pour l'essentiel, par une plaque métallique dirigée vers le rayonnement solaire incident et par un circuit metal- lique de circulation d'eau, en contact thermique etroit avec ladite plaque. Ainsi, le rayonnement solaire frappant ladite plaque engendre de de la chaleur qui se repartit dans l'épaisseur de ladite plaque et se dirige vers ledit circuit de circulation, où elle est transmise l'eau. On remarquera donc que, dans ces capteurs solaires connus, l'energie solaire doit, d'une part, parcourir un chemin qui peut metre long entre son point d'incidence sur la plaque et le circuit de circulation d'eau et, d'autre part, transiter dans l'epaisseur de ladite plaque. Par exemple, dans un capteur connu important une plaque de cuivre de 1 mm d'épaisseur et un circuit de circulation d'eau constitute par un serpentin presentant des tubes paralleles Equidistants de 200 mm, la totalité de l'énergie solaire captée par la plaque doit passer à travers une "section" de 1 mm et une grande partie de l'énergie captée doit effectuer un trajet de plusieurs dizaines de mm, pouvant aller jusqu'd 100 mm. Le rendement de tels capteurs solaires ne peut donc metre satisfaisant En effet, quoique déjà importante, l'épaisseur de la plaque n'est généralement pas suffisante pour laisser passer "sans resistance" l'energie solaire captee, de sorte qu'une partie de l'energie captee est réémise vers l'extérieur par ladite plaque. Cette resistance de transmission de la chaleur dans l'épaisseur de la plaque est aggravée par la longueur du parcours que doit effectuer la chaleur. Ainsi, pour ameliorer ces capteurs solaires connus, il serait necessaire d'augmenter encore l'epais- seur de la plaque de cuivre et/ou la densite des tubes du circuit de circulation d'eau. I1 en resulterait un cout de fabrication extremement eleve, rendant ces capteurs economiquement peu interessants. La presente invention a notamment pour objet de remedier ces inconvenients en permettant notamment le captage d'energie solaire selon un principe totalement different de celui connu et rappele ci-dessus. Elle permet egalement 11 isolation thermique. La mise en oeuvre de l'invention est possible grâce a un produit en feuille conduction thermique transversale unidirectiounelle, dont une face est susceptible d'absorber un rayonnement énergétique incident qui est transforme en énergie thermique, ce produit étant remarquable en ce que l'épaisseur de ladite 'feuille est suffi samment faible pour que l'énergie thermique la traverse complètement pour être irradiée vers l'extérieur du côté oppose à ladite face absorbante et en ce que la face de la feuille,opposée à ladite face absorbante, présente un état speculaire permanent. Lorsqu'un rayonnement énergétique frappe la face absorbante du produit en feuille selon l'invention, il se convertit en énergie thermique dans celui-ci et, à cause de sa très grande vitesse incidente, communique à la chaleur ainsi engendree une vitesse de propagation parallel à ladite vitesse incidente. Ainsi, l'énergie thermique continue sont chemin travers le produit en feuille, que du fait de la faible epaisseur de celui-ci, elle traverse complè- tement pour passer de l'autre côté. Grebe à la face sp- culaire du produit en feuille, l'energie thermique traversante ne peut retourner vers ladite feuille et est forcément irradiee dans la direction opposee à celle-ci. Si le produit.en feuille selon l'invention est interpose entre deux zones où regnent des rayonnements energetiques différents, il peut donc produire les deux effets opposés différents : - Lorsque la face absorbante du produit est dirigée vers la zone à rayonnement énergétique le plus important, le produit selon 1'invention transforme celui-ci en énergie thermique, qu'il fait passer du côté de la zone à rayonnement energetique le moins important. De plus, il empeche le rayonnement energetique et la chaleur se,trouvant du côté de la face speculaire de passer du côté de la face absorbante. Le produit selon l'invention agit donc comme un piège à énergie thermique. - Inversement, lorsque la face speculaire du produit est dirigee vers la zone à rayonne ment énergétique le plus important, le produit selon l'invention refléchit celui ci et interdit sa transformation en énergie thermique et son passage du côté de la zone à rayonnement energetique le moins impor tant. Le produit en feuille selon l'invention presente donc une conduction thermique unidirectionnelle, que, par analogie, on peut comparer la conduction electrique unidirectionnelle des diodes. On remarquera de plus que cet effet de diode thermique procure par le produit en feuille selon l'invention est renforce , dans le premier cas mentionne ci-dessus, par le fait que le produit agit comme un transformateur de longueur d'ondes : en effet, l'énergie thermique irradiée du côté de la face speculaire presente une longueur d'onde superieure au rayonnement incident du c6te de la face absorbante. Cette energie thermique est donc plus facilement reflechie,par la face speculaire du produit. Ainsi, pour chauffer un fluide se trouvant du cote de la face speculaire, le produit en feuille selon l'invention of fry une "section" énormément plus grande que celle du dispositif connu rappele ci-dessus, -puisque constituee par la totalité de l'aire de la face absorbante, au lieu de l'épaisseur de la plaque. De plus, le trajet que doit parcourir l'energie thermique, est beaucoup plus faible puisqu'elle peut metre egale quelques microns ou dizaines de microns, au lieu de plusieurs dizaines de mm. Le produit selon l'invention permet donc de réaliser des capteurs solaires a tres haut rendement. Par ailleurs, le prix de revient du produit selon l'invention est peu élevé, puisque son épaisseur est très faible. I1 permet donc de faire des capteurs solaires meilleur marchs que les capteurs solaires connus qui nécessitent des plaques conductrices epaisses et des circuits echangeurs de chaleur. On doit d'ailleurs remarquer que le produit en feuille selon l'invention peut être d'autant plus mince que sa conductibilite thermique est plus grande. Des essais satisfaisants ont ete obtenus avec des feuilles de cuivre et d'aluminium dont l'épaisseur etait au moins egale 10 microns. De façon connue, la face absorbante peut etre recouverte d'un revêtement absorbant et/ou constitue par unebsurface presentant une multiplicite d'irregularites de surface. Cependant, il est avantageux qu'en plus du revêtement absorbant et/ou de la surface irrégulière, la face absorbante soit gaufree. De preference, le gaufrage de la face absorbante est realise de façon à entrainer celui de la face speculaire. Dans ce cas, on préfère que le gaufrage , qui pourrait donner lieu à des motifs de forme quelconque, cree des gouffres concaves profonds sur la face absorbante et des bossages convexes sur la face speculaire. Les gouffres sont avantageusement les plus nombreux et les plus profonds possibles, de façon à absorber le maximum d'energie incidente. L'etat spéculaire permanent de la face opposee à la face absorbante est avantageusement obtenu par un depot de nickel, de chrome, de nickel-chrome, etc... Les figures du dessin annex feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre en coupe schematique et fortement agrandie un mode de realisation du produit en feuille selon l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent schematiquement les modes de fonctionnement du produit en feuille selon l'invention. Les figures 4 et 5 illustrent schematiquement des applications du produit en feuille selon l'invention. La portion de produit en feuille 1 selon l'invention, montree en coupe schematique agrandie par la figure 1 et donnee à titre d'exemple non limitatif, comporte une feuille metallique 2, par exemple en cuivre electrolytique. Sur l'une de ses faces, la feuille de cuivre 2 comporte une multiplicite d'irregularites 3, telle qu'une foret de dendrites, tandis que sa face opposee 4 est lisse. Les irregularites 3 peuvent etre recouvertes par un revêtement, chimique, électro-chimique ou autre, noir ou gris, en vue de l'absorption optimale d'une energie incidente. En revanche, la face 4 est revetue d'une couche 5 d'un brillant speculaire permament. De plus, la portion de feuille 1 est soumise à un gaufrage engendrant des gouffres concaves 6 du côté des irregularites 3 et des bossages arrondis convexes 7 du côté de la couche spéculaire 5. Un tel gaufrage est par exemple effectue après formation des irregularites 3 dans la feuille 2 ; en revanche, la couche speculaire 5 peut metre appliquée sur la,face 4, avant ou apres , ledit gaufrage. Ce gaufrage a pour avantages,qui ressortiront de la suite, d'augmenter la surface de l'absorbeur et de multiplier naturellement et automatiquement les reflexions des photons incidents, et , donc, l'absorption d'energie. Le gaufrage entrain, de plus,une auto-orientation permanente pour une irradiation incidente de direction quelconque et une meilleure captation de l'énergie diffuse. Si, comme le montre schematiquement la figure 2, la feuille 1 estdisposeede façon que sa face absorbante 3, soit dirigee vers une source, par exemple le soleil, émettant un rayonnement symbolist par les fleches 8, les photons constituant ce rayonnement sont absorbés dans les irregularites 3 et dans les gouffres 6. Ils cedent leur energie la feuille de cuivre 2 qui la transforme en chaleur. Cette chaleur traverse l'epaisseur de la feuille 1 et est demise par les bossages 7 en direction opposee ladite feuille 1 et du côté de celle-ci opposee au rayonnement incident 8. L'emission de chaleur, qui est symbolisée par les fleches 9, est favorisee par la forme arrondie des bossages 7, dont chacun d'eux se comporte comme une sphere emettrice. Si, comme le montre schématiquement la figure 3, la feuille 1. est disposée de façon que sa face speculaire 5 soit dirigee vers la source emettant le rayonnement symbolise par les fleches 8, les photons constituant ce rayonnement sont reflechis (selon les fleches 10) ,de sorte qu'aucune energie thermique ne passe du côté des irregularites 3. Le produit selon l'invention présente donc, selon sa disposition, des propriétés de generation ou d'isolation thermique. Une des applications immédiates du produit conforme la presente invention est, par exemple, la realisation d'un store reversible 1 a disposer devant ou derriere une fenetre schématisée par la ligne 11, Lorsqu'il fait froid, le store est dispose de la façon indiquée par la figure 2, de sorte que de la chaleur 9, provenant du rayonnement solaire 8, est engendree du côté de la fenêtre 11, opposée à la source du rayonnement 8. En revanche, lorsqu'il fait chaud, de store est disposé de la façon indiquée par la figure 3, de sorte que le rayonnement 8, ne peut pénétrer du côté de la fentre 11, oppose à la source dudit rayonnement. D'autres applications -du Theme type peuvent metre la réali- sation de contre-fenetres ou de revetements de murs ou de toitures, de b timents, pas forcemeat reversibles, comme le store decrit ci-dessus. Dans l'application un revetement de batiment, il est avantageux, comme le montre la figure 4, de manager un canal 12, entre le revêtement 1 et la paroi 13 à recouvrir. Ainsi, grace un ventilateur 14, il est possible de faire circuler dans le canal 12, la chaleur qui y est engendrée par le revêtement 1, à partir du rayonnement 8. On remarquera que les bossages 7,donnant naissance a des turbulences dans le courant fluide engendre par le ventilateur 14, forment des asperities qui favorisent l'évacuation de la chaleur par ce courant fluide. De nombreuses applications du produit selon l'invention sont possibles, conformément soit au schema de la figure 2, soit celui de la figure 3. On comprendra qu'il est impossible d'en donner une liste exhaustive ; l'une de ces applications les plus importantes reside de la réalisation d'un capteur solaire selon le principe de la figure 2, pour chauffer soit un gaz, soit un liquide se trouvant du côté de la face spéculaire. La figure 5 donne l'exemple d'une autre application selon laquelle sur un radiateur 15" pa-r exemple du type constitué par des plaques de tôles assemblées délimitant entre elles un réseau de conduits 16, on fixe, par exemple a l'aide d'un moyen de fixation conducteur de la chaleur tel qu'une soudure à froid, le produit en feuille 1 selon l'invention. Si ce produit est fixe de façon que les ir regularités3soient dirigees vers le rayonnement 8, la chaleur engendree est susceptible de chauffer un fluide circulant dans les conduits 16 du radiateur 15.

Claims: REVENDICATIONS 1.- Produit en feuille à conduction thermique transversale unidirectionnelle, dont une face (3) est susceptible d'absorber un rayonnement énergétique incident qui est transforme en énergie thermique, caracterise en ce que l'épaisseur de ladite feuille (1) est suffisamment faible pour que ladite energie thermique la traverse complètement pour être irradiée vers l'extérieur du cote oppose à ladite face absorbante (3) et en ce que la face (4) de ladite feuille (1), oppose à cette face absorbante (3), présente un état spéculaire permanent. 2.- Produit en feuille selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite feuille (1) est au plus egale à quelques dizaines de microns. 3.- Produit en feuille selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite feuille (1) est en un metal tel que le cuivre ou l'aluminium et présente une épaisseur au moins egale 10 microns. 4.- Produit en feuille selon l'une quelconque des revendications 1 3, caracterise en ce que ladite face absorbante (3) comporte une multiplicite d'irrégularités de surface et/ou un revtement absorbant. 5.- Produit en feuille selon l'une des revendications 1 4, caractérisé en ce qu'au moins la face absorbante (3) est gaufree. 6.- Produit en feuille selon la revendication 5, caracterise en ce que ladite feuille (1) est gaufree de façon qu'apparaissent, du cote de la face absorbante (3), des gouffres concaves profonds (6) et, du côté de la face spéculaire, des bossages convexes (7). 7.-Produit en feuille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterise en ce que l'etat spéculaire permanent de la face (4) de la feuille opposee à la face absorbante (3) est obtenu par un dep8t de metal (5), tel que le nickel, le chrome ou le nickel-chrome. 8.- Application du produit en feuille selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, la realisation d'un dispositif permettant la generation d'energie thermique partir d'une source de rayonnement et/ou l'isolation thermique de ladite source. 9.- Application du produit en feuille selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit dispositif est un store reversible (1) susceptible d'engendrer de l'energie thermique d'prigine solaire lorsqu'il fait froid et d'arrêter le rayonnement solaire lorsqu'il fait chaud. 10.- Application du produit en feuille selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit dispositif est un revtement (1) pour mur ou toiture d'un batiment, dans laquelle ledit produit en feuille est dispose de façon à menager avec ledit mur ou ladite toiture (13) un canal (12) de circulation de fluide. 11.- Application du produit en feuille selon la revendication 8, caracterise en ce que ledit dispositif est un capteur solaire. 12.- Application du produit en feuille selon l'une des revendications 8 ou 11, caracterisee en ce que ledit dispositif comporte un circuit de circulation de fluide (15), sur lequel est applique, en contact thermique etroit, le produit (g) selon l'une quelconque des revendications 1 7.

Inventors: PEDONE, ANGELO
Applicants: PEDONE, ANGELO
Application year: 1981
Main classification: F24J2
IPC codes: F24J2