CH620761A5 - Solar collector absorption surface - Google Patents
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Description
La présente invention est relative à une surface capable d'absorber sélectivement l'énergie solaire. Plus précisément, la présente invention concerne une surface capable d'absorber sélectivement l'énergie solaire (ci-après désignée par les termes surface d'absorption sélective de collecteur solaire) The present invention relates to a surface capable of selectively absorbing solar energy. More specifically, the present invention relates to a surface capable of selectively absorbing solar energy (hereinafter designated by the terms selective absorption surface of solar collector)
dans laquelle un couche de revêtement d'oxyde de métal est formée à partir d'une composition métallique particulière fixée sur un substrat ayant ime surface comme un miroir, la couche ayant une épaisseur prédéterminée. wherein a metal oxide coating layer is formed from a particular metallic composition fixed on a substrate having a surface like a mirror, the layer having a predetermined thickness.
On connaît bien une méthode pour recueillir le rayonnement solaire utilisant l'effet de serre dans lequel un matériau de revêtement, ayant des propriétés d'opacité dans la longueur d'onde infra-rouge et de transparence dans la longueur d'onde visible, recouvre une surface de base revêtue préalablement d'une substance ayant des propriétés voisines de celles du corps noir, par exemple un pigment noir, ladite surface de revêtement présentant l'effet de serre et un effet de diminution des pertes de chaleur par convection provenant de la conduction classique. La méthode antérieure classique donne un résultat satisfaisant lorsque la température de fonctionnement du collecteur est inférieur à 50°C; mais lorsque ladite température dépasse 50°C environ, la méthode a l'inconvénient de diminuer considérablement le rendement de prise de chaleur du collecteur solaire. Pour écarter cet inconvénient, il est bien connu d'utiliser une surface d'absorption sélective classique ayant les propriétés spectroscopiques de présenter le même taux d'absorption d'énergie que le corps noir dans les longueurs d'onde 0,3-2,5 microns du rayonnement solaire et un taux d'émission faible dans les longueurs d'ondes 3-50 microns à une température de fonctionnement de 100°C qui est la température de fonctionnement du collecteur solaire. H est difficile d'obtenir une surface d'absorption sélective du rayonnement solaire ayant naturellement les caractéristiques mentionnées ci-dessus. A method is well known for collecting solar radiation using the greenhouse effect in which a coating material, having opacity properties in the infrared wavelength and transparency in the visible wavelength, covers a base surface previously coated with a substance having properties close to those of the black body, for example a black pigment, said coating surface exhibiting the greenhouse effect and an effect of reducing the heat losses by convection originating from the classical conduction. The conventional prior method gives a satisfactory result when the operating temperature of the collector is less than 50 ° C; but when said temperature exceeds about 50 ° C, the method has the drawback of considerably reducing the heat-taking efficiency of the solar collector. To avoid this drawback, it is well known to use a conventional selective absorption surface having the spectroscopic properties of exhibiting the same energy absorption rate as the black body in the wavelengths 0.3-2, 5 microns of solar radiation and a low emission rate in the wavelengths 3-50 microns at an operating temperature of 100 ° C which is the operating temperature of the solar collector. It is difficult to obtain a surface for selective absorption of solar radiation naturally having the characteristics mentioned above.
Alors qu'une plaque de zinc suffisamment polie et qu'une plaque de cuivre oxydée naturellement à l'air présentent une propriété d'absorber sélectivement le rayonnement solaire, While a sufficiently polished zinc plate and a copper plate naturally oxidized in air have a property of selectively absorbing solar radiation,
leur application à un collecteur solaire est insuffisante pour ôter les inconvénients des collecteurs solaires connus dans lesquels on utilise l'effet de serre du pigment noir; c'est la raison pour laquelle un tentantive pour former artificiellement la surface d'absorption sélective du collecteur solaire a été effectuée. their application to a solar collector is insufficient to remove the drawbacks of known solar collectors in which the greenhouse effect of the black pigment is used; this is the reason why an attempt was made to artificially form the selective absorption surface of the solar collector.
On a utilisé, comme pour la surface d'absorption sélective de collecteur solaire antérieure artificiellement formée, une plaque de cuivre recouverte d'un oxyde de cuivre formé par traitement chimique, une feuille de fer galvanisé plaqué avec du sulfure de nickel et un substrat doublement revêtu, le substrat ayant le poli miroir étant d'abord revêtu d'un film ayant les propriétés d'opacité dans le visible et de transparence dans l'infra-rouge, puis étant revêtu d'un film transparent ayant la propriété d'empêcher la réflexion du rayonnement solaire, ce film étant déposé par évaporation sous vide, bombardement et décharge d'arc; par exemple un substrat d'aluminium avec revêtement de silicium, puis de silice SÌO2 pour empêcher la réflexion du rayonnement solaire. As in the case of the selective absorption surface of an artificially formed anterior solar collector, a copper plate covered with a copper oxide formed by chemical treatment, a sheet of galvanized iron plated with nickel sulphide and a double substrate were used. coated, the substrate having the mirror polish being first coated with a film having the properties of opacity in the visible and of transparency in the infrared, then being coated with a transparent film having the property of preventing reflection of solar radiation, this film being deposited by vacuum evaporation, bombardment and arc discharge; for example an aluminum substrate coated with silicon, then with silica SÌO2 to prevent the reflection of solar radiation.
La méthode d'évaporation sous vide a été considérée comme une des méthodes les plus sûres parmi les méthodes pour former une surface d'absorption sélective du collecteur solaire ayant la propriété d'empêcher la réflexion grâce à l'effet d'interférence des couches minces, car l'épaisseur de chaque film doit être contrôlée et les substances (corps simple ou composé) de chaque film doivent être choisies de telle sorte que chaque film ayant l'indice de réfraction approprié puisse adhérer sur la surface de base ou avec un autre film. The vacuum evaporation method has been considered as one of the safest methods among the methods for forming a selective absorption surface of the solar collector having the property of preventing reflection thanks to the interference effect of thin layers. , because the thickness of each film must be controlled and the substances (single or composite body) of each film must be chosen so that each film with the appropriate refractive index can adhere to the base surface or with another movie.
On a développé des méthodes spéciales d'évaporation sous vide, de bombardement et d'arc, puisque chaque film fabriqué par évaporation sous vide normale ne permet pas cette adhérence. Mis, comme la méthode d'évaporation elle-même présente des inconvénients dus au rendement et au coût de production, des tentatives pour former la surface d'absorption sélective avec surface anti-réfraction par une méthode différente ont été effectuées, à savoir des méthodes chimiques par voies sèche et humide et une méthode par placage. Special methods of vacuum evaporation, bombardment and arc have been developed, since each film produced by normal vacuum evaporation does not allow this adhesion. However, since the evaporation method itself has drawbacks due to the yield and the production cost, attempts have been made to form the selective absorption surface with anti-refraction surface, namely methods dry and wet chemical and a plating method.
Par exemple, dans la méthode par placage, la surface d'absorption sélective et anti-réflective par effet d'interférence de couches est produite par formation d'un film de sulfure de nickel ou de films de sulfure de nickel-zinc ou de sulfure de zinc sur une plaque d'aluminium ou de fer galvanisé. Dans la méthode de traitement chimique, la surface d'absorption sélective ayant les effets mentionnés ci-dessus, est produite par formation d'un oxyde de métal sur la plaque d'acier ou d'acier inoxydable selon la même méthode que celle mentionnée ci-dessus pour le sulfure de nickel. For example, in the plating method, the selective and anti-reflective absorption surface by layer interference effect is produced by forming a film of nickel sulfide or films of nickel-zinc sulfide or sulfide zinc on an aluminum or galvanized iron plate. In the chemical treatment method, the selective absorption surface having the above-mentioned effects, is produced by forming a metal oxide on the steel or stainless steel plate according to the same method as that mentioned above. - above for nickel sulfide.
Bien que la film formé par méthodes chimiques par voies sèche et humide ainsi que celui formé par évaporation sous vide ou évaporation sous vide spéciale présentent la propriété d'absorption sélective, il est nécessaire de choisir le domaine approprié d'épaisseur du film formé par méthode chimique pour obtenir une surface d'absorption sélective ayant les mêmes propriétés d'absorption sélective que celles formées par évaporation sous vide ou évaporation sous vide spéciale. Although the film formed by dry and wet chemical methods as well as that formed by vacuum evaporation or special vacuum evaporation have the property of selective absorption, it is necessary to choose the appropriate thickness range of the film formed by method chemical to obtain a selective absorption surface having the same selective absorption properties as those formed by vacuum evaporation or special vacuum evaporation.
Le but de la présente invention est de réaliser une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire dans lequel le film de revêtement ayant une composition prédéterminée d'oxyde métallique adhère solidement à un substrat ayant une surface comme un miroir, de rugosité déterminée et d'épaisseur donnée, ledit oxyde métallique du film de revêtement étant choisi parmi ceux qui ont la propriété d'absorption sélective et la propriété d'empêcher la réflexion du rayonnement solaire par effet d'interférence du film. The object of the present invention is to provide a selective absorption surface of a solar collector in which the coating film having a predetermined composition of metal oxide adheres securely to a substrate having a surface like a mirror, of determined roughness and of given thickness, said metal oxide of the coating film being chosen from those which have the property of selective absorption and the property of preventing the reflection of solar radiation by interference effect of the film.
La figure 1 montre la relation entre les longueurs d'onde (en microns) du rayonnement solaire et le coefficient de réflexion (en %) de la surface d'absorption sélective en fonction de la rugosité de la surface du substrat. Figure 1 shows the relationship between the wavelengths (in microns) of solar radiation and the reflection coefficient (in%) of the selective absorption surface as a function of the roughness of the substrate surface.
Les figures 2 et 3 montrent les relations entre le coefficient d'absorption (a), le coefficient d'émission (e) et le rendement (r)) de la surface d'absorption sélective en fonction des rugosités Ra (microns) et Rz (microns) respectivement. Figures 2 and 3 show the relationships between the absorption coefficient (a), the emission coefficient (e) and the efficiency (r)) of the selective absorption surface as a function of the roughness Ra (microns) and Rz (microns) respectively.
La figure 4 montre la relation entre les longueurs d'onde et le coefficient de réflexion de la surface sélective pour diverses rugosités du substrat. FIG. 4 shows the relationship between the wavelengths and the reflection coefficient of the selective surface for various roughnesses of the substrate.
La figure 5 montre un exemple de la section droite de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire utilisant comme substrat l'acier inoxydable. FIG. 5 shows an example of the cross section of the selective absorption surface of the solar collector using stainless steel as a substrate.
La figure 6 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de transmission dudit film d'oxyde. FIG. 6 shows the relationship between the wavelengths (microns) and the transmission coefficient of said oxide film.
La figure 7 montre la relation entre les longueurs d'ondes (microns) et le coefficient de réflexion de l'oxyde métallique sur substrat d'acier inoxydable en négligeant l'effet d'interférence. Figure 7 shows the relationship between wavelengths (microns) and the reflection coefficient of the metal oxide on stainless steel substrate, neglecting the interference effect.
La figure 8 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion (%) de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire. Figure 8 shows the relationship between the wavelengths (microns) and the reflection coefficient (%) of the selective absorption surface of the solar collector.
La figure 9 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion (%) des oxydes de Figure 9 shows the relationship between the wavelengths (microns) and the reflection coefficient (%) of the oxides of
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
620 761 620,761
métal provenant d'aciers ferritiques et austénitiques respectivement. metal from ferritic and austenitic steels respectively.
La figure 10 est une section droite du collecteur solaire avec surface d'absorption sélective. Figure 10 is a cross section of the solar collector with selective absorption surface.
La figure 11 montre la relation entre les longueurs d'onde (microns) et le coefficient de réflexion de l'oxyde métallique d'acier inoxydable ferritique ayant une faible teneur en carbone. Figure 11 shows the relationship between wavelengths (microns) and the reflection coefficient of ferritic stainless steel metal oxide having a low carbon content.
La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur (angströms) de la couche de revêtement et le temps de traitement chimique (minutes) pour former la couche d'oxyde métallique de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire. Figure 12 shows the relationship between the thickness (angstroms) of the coating layer and the chemical treatment time (minutes) to form the metal oxide layer of the selective absorption surface of the solar collector.
La figure 13 montre la relation entre l'épaisseur (angströms) de la couche de revêtement et le coefficient d'absorption (a) et le coefficient d'émission (e) de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire. Figure 13 shows the relationship between the thickness (angstroms) of the coating layer and the absorption coefficient (a) and the emission coefficient (e) of the selective absorption surface of the solar collector.
L'une des compositions métalliques utilisée dans la présente invention est la suivante: One of the metallic compositions used in the present invention is as follows:
0,001 à 0,15 % en poids de carbone, 0.001 to 0.15% by weight of carbon,
0,005 à 3,00% en poids de silicium, 0.005 to 3.00% by weight of silicon,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse, 0.005 to 10.00% by weight of manganese,
11,00 à 30,00 % en poids de chrome, 11.00 to 30.00% by weight of chromium,
0,005 à 22,00% en poids de nickel facultativement 0,75 à 5% en poids de molybdène, le reste étant du fer. 0.005 to 22.00% by weight of nickel optionally 0.75 to 5% by weight of molybdenum, the rest being iron.
Cette composition métallique correspond à celle de l'acier inoxydable communément mis sur le marché, par exemple: This metallic composition corresponds to that of stainless steel commonly placed on the market, for example:
0,005 à 0,08 % en poids de carbone, 0.005 to 0.08% by weight of carbon,
0,005 à 1,00% en poids de silicium, 0.005 to 1.00% by weight of silicon,
0,005à 2,00% en poids de manganèse, 0.005 to 2.00% by weight of manganese,
8,00 à 10,50 % en poids de nickel, 8.00 to 10.50% by weight of nickel,
18,00 à 20,00 % en poids de chrome le reste étant du fer (683/XIII 11 (ISO); 18.00 to 20.00% by weight of chromium, the remainder being iron (683 / XIII 11 (ISO);
0,005 à 0,08 % en poids de carbone, 0.005 to 0.08% by weight of carbon,
0,005 à 1,00 % en poids de silicium, 0.005 to 1.00% by weight of silicon,
0,005 à 2,00 % en poids de manganèse, 0.005 to 2.00% by weight of manganese,
10,00 à 14,00% en poids de nickel, 10.00 to 14.00% by weight of nickel,
16,00 à 18,00% en poids de chrome, 16.00 to 18.00% by weight of chromium,
2,00 à 3,00% en poids de molybdène, 2.00 to 3.00% by weight of molybdenum,
le reste étant du fer (683/XIII 20 (ISO); the remainder being iron (683 / XIII 20 (ISO);
0,005 à 0,12% en poids de carbone, 0.005 to 0.12% by weight of carbon,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium, 0.005 to 0.75% by weight of silicon,
0,005 à 1,00 % en poids de manganèse, 0.005 to 1.00% by weight of manganese,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel, 0.005 to 0.60% by weight of nickel,
16,00 à 18,00 % en poids de chrome le reste étant du fer (683/XIII 8 (ISO); 16.00 to 18.00% by weight of chromium, the remainder being iron (683 / XIII 8 (ISO);
0,005 à 0,12% en poids de carbone, 0.005 to 0.12% by weight of carbon,
0,005 à 1,00% en poids de silicium, 0.005 to 1.00% by weight of silicon,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse, 0.005 to 1.00% by weight of manganese,
0,005 à 0,60 % en poids de nickel, 0.005 to 0.60% by weight of nickel,
16,00 à 18,00% en poids de chrome, 16.00 to 18.00% by weight of chromium,
0,75 à 1,25 % en poids de molybdène le reste étant du fer (434[AISI]) 0.75 to 1.25% by weight of molybdenum, the rest being iron (434 [AISI])
et les autres aciers inoxydables ayant une composition métallique similaire à celles mentionnées ci-dessus. and other stainless steels having a metallic composition similar to those mentioned above.
Quand l'acier inoxydable est utilisé comme composition métallique, l'acier inoxydable martensitique n'est pas convenable; mais les aciers inoxydables austénitique et ferritique conviennent à l'utilisation dans la composition du collecteur solaire, en raison de leurs propriétés de soudage. When stainless steel is used as a metallic composition, martensitic stainless steel is not suitable; but austenitic and ferritic stainless steels are suitable for use in the composition of the solar collector, because of their welding properties.
Une autre des compositions métalliques utilisées dans la présente invention est l'acier inoxydable ayant une faible teneur en carbone et comprenant un autre métal pour améliorer l'anticorrosion, le façonnage et le soudage par exemple: Another of the metallic compositions used in the present invention is stainless steel having a low carbon content and comprising another metal to improve anticorrosion, shaping and welding, for example:
0,001 à 0,15% en poids de carbone, 0.001 to 0.15% by weight of carbon,
0,005 à 3,00% en poids de silicium, 0.005 to 3.00% by weight of silicon,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse, 0.005 to 10.00% by weight of manganese,
11,00 à 30,00% en poids de chrome et 0,001 à 5,00% en poids de l'un des éléments choisi dans le groupe azote, cuivre, aluminium, vanadium, yttrium, titane, niobium, tantale, uranium,thorium, tungstène, zirconium et hafnium, facultativement 0,75 à 5,00% en poids de molybdène, le reste étant du fer, le rapport Me/C+N étant supérieur à 5,0 ou supérieur à 8,00 dans l'acier inoxydable comprenant comme élément additionnel du niobium, du tantale ou du titane. 11.00 to 30.00% by weight of chromium and 0.001 to 5.00% by weight of one of the elements chosen from the group of nitrogen, copper, aluminum, vanadium, yttrium, titanium, niobium, tantalum, uranium, thorium , tungsten, zirconium and hafnium, optionally 0.75 to 5.00% by weight of molybdenum, the rest being iron, the Me / C + N ratio being greater than 5.0 or greater than 8.00 in steel stainless steel comprising as an additional element niobium, tantalum or titanium.
Lesdites compositions métalliques correspondent à ceux des aciers inoxydables mis couramment sur le marché, par exemple: Said metallic compositions correspond to those of stainless steels commonly placed on the market, for example:
0,005 à 0,03 % en poids de carbone, 0.005 to 0.03% by weight of carbon,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium, 0.005 to 0.75% by weight of silicon,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse, 0.005 to 1.00% by weight of manganese,
16,00 à 18,00% en poids de chrome, 16.00 to 18.00% by weight of chromium,
0,1 à 1,00 % en poids de titane le reste étant du fer; 0.1 to 1.00% by weight of titanium, the remainder being iron;
0,005 à 0,03 % en poids de carbone, 0.005 to 0.03% by weight of carbon,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium, 0.005 to 0.75% by weight of silicon,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse, 0.005 to 1.00% by weight of manganese,
16,00 à 18,00% en poids de chrome, 16.00 to 18.00% by weight of chromium,
0,1 à 1,00 % en poids de titane, 0.1 to 1.00% by weight of titanium,
0,75 à 1,25 % en poids de molybdène le reste étant du fer. 0.75 to 1.25% by weight of molybdenum, the rest being iron.
Une autre composition métallique utilisée dans la présente invention est l'acier inoxydable à faible teneur en carbone avec un autre métal pour améliorer l'anti corrosion, le formage et le soudage, par exemple: Another metallic composition used in the present invention is low carbon stainless steel with another metal to improve anti-corrosion, forming and welding, for example:
0,001 à 0,15% en poids de carbone, 0.001 to 0.15% by weight of carbon,
0,005 à 3,00% en poids de silicium, 0.005 to 3.00% by weight of silicon,
0,005 à 10,00% en poids de manganèse, 0.005 to 10.00% by weight of manganese,
0,005 à 22,00% en poids de nickel, 0.005 to 22.00% by weight of nickel,
11,00 à 30,00% en poids de chrome et 0,001 à 5,00% en poids de l'un des éléments du groupe azote, cuivre, aluminium, vanadium, yttrium, titane, niobium, tantale, uranium, thorium, tungstène, zirconium et hafnium, facultativement 0,75 à 5 % en poids de molybdène, le reste étant du fer, le rapport Me/C+N étant supérieur à 5,0, supérieur à 8,00 si l'acier inoxydable contient du niobium, du tantale ou du titane comme élément additionnel. 11.00 to 30.00% by weight of chromium and 0.001 to 5.00% by weight of one of the elements of the nitrogen, copper, aluminum, vanadium, yttrium, titanium, niobium, tantalum, uranium, thorium, tungsten group , zirconium and hafnium, optionally 0.75 to 5% by weight of molybdenum, the rest being iron, the Me / C + N ratio being greater than 5.0, greater than 8.00 if the stainless steel contains niobium , tantalum or titanium as an additional element.
Les méthodes de fabrication de l'oxyde métallique à partir de la composition métallique sont les suivantes: The methods of manufacturing the metal oxide from the metal composition are as follows:
1] Méthodes de fabrication d'oxyde métallique par voies chimiques humide et sèche. 1] Methods of manufacturing metal oxide by wet and dry chemical methods.
2] Méthode de traitement chimique pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier inoxydable après que l'acier inoxydable de composition métallique prédéterminée ait adhéré fixement sur le substrat ayant une surface comme un miroir autre que ledit acier inoxydable. 2] Chemical treatment method for producing the metal oxide of stainless steel after the stainless steel of predetermined metallic composition has fixedly adhered to the substrate having a surface like a mirror other than said stainless steel.
3] Méthodes pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier inoxydable par évaporation sous vide, bombardement et décharge d'arc après que l'acier inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée ait adhéré fixement sur le substrat ayant une surface comme un miroir autre que ledit acier inoxydable. 3] Methods for developing the metal oxide of stainless steel by vacuum evaporation, bombardment and arc discharge after the stainless steel having the predetermined metallic composition has fixedly adhered to the substrate having a surface like a mirror other than said stainless steel.
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4] Méthodes pour élaborer l'oxyde métallique de l'acier Parmi les méthodes mentionnées ci-dessus, celles qui sont inoxydable en faisant simultanément adhérer et oxyder l'acier préférables sont les méthodes d'oxydation acide et alcaline, 4] Methods for developing the metal oxide of the steel Among the methods mentioned above, those which are stainless by simultaneously adhering and oxidizing the preferable steel are the acid and alkaline oxidation methods,
inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée sur comme suit: stainless having the predetermined metallic composition on as follows:
le substrat ayant le poli miroir autre que l'acier inoxydable. the substrate having mirror polish other than stainless steel.
a) Méthode d'oxydation acide: a) Acid oxidation method:
Les conditions d'oxydation sont les suivantes: The oxidation conditions are as follows:
Bicarbonate de sodium ou bichromate de potassium 100 à 400 g/1 Sodium bicarbonate or potassium dichromate 100 to 400 g / 1
ou Trioxyde de Chlore 40 à 700 g/1 or Chlorine Trioxide 40 to 700 g / 1
acide sulfurique 150 à 800 g/1 sulfuric acid 150 to 800 g / 1
de préférence 400 à 800 g/1 Température 50°C au point d'ébullition, de préférence 70 à 120°C Temps de trempage 3 à 40 minutes. preferably 400 to 800 g / 1 Temperature 50 ° C at the boiling point, preferably 70 to 120 ° C Soaking time 3 to 40 minutes.
b) Méthode d'oxydation alcaline: b) Alkaline oxidation method:
Les conditions d'oxydation sont les suivantes: The oxidation conditions are as follows:
Hydroxyde de sodium ou hydroxyde de potassium Phosphate trisodique (Na3P04) ou phosphate tripotassique (K3P04) Sodium hydroxide or potassium hydroxide Trisodium phosphate (Na3P04) or tripotassium phosphate (K3P04)
Nitrite de sodium (NaN02) ou de potassium (KN02): Nitrite of sodium (NaN02) or potassium (KN02):
nitrate de sodium (NaN03) ou de potassium (KN03) sodium nitrate (NaN03) or potassium nitrate (KN03)
Hydroxyde ferrique Fe(OH)3 Peroxyde de plomb PbÓ2 Température Temps de trempage Ferric hydroxide Fe (OH) 3 Lead peroxide PbÓ2 Temperature Soaking time
130 à 200 g/1 130 to 200 g / 1
30 à 40 g/1 30 to 40 g / 1
20 à 30 g/I là 3 g/1 20 à 30 g/1 100 à150°C 3 à 50 minutes 20 to 30 g / I there 3 g / 1 20 to 30 g / 1 100 to 150 ° C 3 to 50 minutes
Il est préférable de prétraiter la surface du substrat avant de procéder au traitement chimique ci-dessus. Les méthodes de prétraitement préférables sont celles consistant à tremper le substrat soit dans un mélange aqueux contenant une part en poids d'acide nitrique et une part en poids d'eau, pendant une heure, soit dans un mélange aqueux contenant 30% en poids d'acide perchlorique et 1% en poids de chlorure de potassium pendant deux à trois minutes. It is preferable to pretreat the surface of the substrate before carrying out the above chemical treatment. Preferable pre-treatment methods are those of dipping the substrate either in an aqueous mixture containing one part by weight of nitric acid and one part by weight of water, for one hour, or in an aqueous mixture containing 30% by weight of perchloric acid and 1% by weight of potassium chloride for two to three minutes.
Ledit oxyde métallique provenant de l'acier inoxydable est l'un de ceux ayant la formule chimique FeO(FeCr)203 dans l'acier inoxydable ferritique et (Fe, Ni)0(FE.Cr)203 dans l'acier inoxydable austénitique, les deux oxydes métalliques étant des structures spinelles ayant des défauts de réseau. Said metal oxide originating from stainless steel is one of those having the chemical formula FeO (FeCr) 203 in ferritic stainless steel and (Fe, Ni) 0 (FE.Cr) 203 in austenitic stainless steel, the two metal oxides being spinel structures having network defects.
Lorsque l'état de surface du substrat ayant une surface comme un miroir satisfait les exigences qui suivent, le genre du matériau du substrat n'est pas limité au cas d'oxyde de métal de composition prédéterminée adhérant sur le substrat. When the surface condition of the substrate having a surface like a mirror satisfies the following requirements, the kind of the material of the substrate is not limited to the case of metal oxide of predetermined composition adhering to the substrate.
1) Pour obtenir la caractéristique de surface d'absorption sélective, c'est-à-dire le haut coefficient de réflexion dans l'infra-rouge, la couche d'oxyde métallique est transparente dans le rayonnement infra-rouge, l'infra-rouge se réfléchissant sur le substrat en traversant la couche d'oxyde métallique fixée au substrat. 1) To obtain the characteristic of selective absorption surface, i.e. the high reflection coefficient in the infrared, the metal oxide layer is transparent in the infrared radiation, the infrared -red reflecting on the substrate by crossing the metal oxide layer fixed to the substrate.
2) L'adhérence de la couche d'oxyde métallique au substrat dépend de la rugosité de la surface du substrat. La couche de revêtement fixée sur la surface douce du substrat devient dense. 2) The adhesion of the metal oxide layer to the substrate depends on the roughness of the surface of the substrate. The coating layer attached to the soft surface of the substrate becomes dense.
3) Quand la surface du substrat possède une surface comme un miroir dans les longueurs d'onde du visible et du proche infra-rouge, l'effet d'interférence ne décroît pas tandis que l'effet d'empêchement de réflexion apparaît nettement. Au cas où la surface du substrat devient rugueuse, le coefficient d'absorption du rayonnement solaire croît. Ainsi, on laisse au fabricant le choix, soit de l'effet d'empêchement de la réflexion, soit celui d'accroissement du coefficient d'absorption. 3) When the surface of the substrate has a surface like a mirror in the wavelengths of the visible and the near infrared, the interference effect does not decrease while the reflection prevention effect appears clearly. If the surface of the substrate becomes rough, the absorption coefficient of solar radiation increases. Thus, the manufacturer is left to choose either the effect of preventing reflection or that of increasing the absorption coefficient.
4) Il est préférable de rendre douce la surface polie comme un miroir du substrat pour abaisser le rayonnement infrarouge. Si le substrat devient trop rugueux, le caractère spectro-scopique de la surface sélective diminuera tellement que les longueurs d'ondes absorbantes du rayonnement solaire dans la surface d'absorption sélective atteindront les longueurs d'ondes infra-rouges 3 à 8 microns; un tel substrat rugueux n'est pas convenable. 4) It is preferable to make the polished surface soft like a mirror of the substrate to lower the infrared radiation. If the substrate becomes too rough, the spectroscopic character of the selective surface will decrease so much that the wavelengths absorbing solar radiation in the selective absorption surface will reach the infrared wavelengths 3 to 8 microns; such a rough substrate is not suitable.
Diverses sortes de plaques de métal, la plaque inoxydable et la plaque plastique peuvent être utilisées comme matériau de substrat. Various kinds of metal plates, stainless plate and plastic plate can be used as the substrate material.
Au vu de cé qui précède, on a trouvé que l'état de surface du substrat sur lequel doivent adhérer les oxydes métalliques de l'acier inoxydable, est le facteur le plus important pour que soit rempli pleinement la caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective dans lequel le coefficient d'absorption du rayonnement solaire est élevée (le coefficient de réflexion est faible), tandis que le coefficient d'émission dans l'infra-rouge est faible (coefficient de réflexion grand). In view of the foregoing, it has been found that the surface condition of the substrate on which the metal oxides of stainless steel must adhere, is the most important factor for the spectroscopic character of the surface to be fully filled. selective absorption in which the absorption coefficient of solar radiation is high (the reflection coefficient is low), while the emission coefficient in the infrared is low (large reflection coefficient).
On reconnaissait comme préférable, pour améliorer le rendement de la surface d'absorption sélective, de choisir une rugosité de surface grande vis-à-vis de la longueur d'onde de rayonnement solaire et faible vis-à-vis de la longueur d'onde infra-rouge. Mais ceci n'a pas été confirmé par les résultats expérimentaux. Généralement parlant, une surface de substrat grossièrement finie tend à accroître le coefficient d'absorption par des réflexions répétées, mais à diminuer l'effet d'anti-réflexion par interférence, puisque les deux effets dépendent des limitations de la rugosité de la surface d'absorption sélective. It was recognized as preferable, in order to improve the efficiency of the selective absorption surface, to choose a surface roughness large with respect to the wavelength of solar radiation and low with respect to the length of infrared wave. But this was not confirmed by the experimental results. Generally speaking, a roughly finished substrate surface tends to increase the absorption coefficient by repeated reflections, but to decrease the anti-reflection effect by interference, since the two effects depend on the limitations of the roughness of the surface d 'selective absorption.
Un autre objet de la présente invention est relatif à la détermination de la rugosité de la surface du substrat lorsque l'oxyde métallique d'acier inoxydable est formé sur la surface du substrat. Pour déterminer la rugosité du substrat, l'expérience suivante a été effectuée. Another object of the present invention relates to the determination of the roughness of the surface of the substrate when the metal oxide of stainless steel is formed on the surface of the substrate. To determine the roughness of the substrate, the following experiment was carried out.
L'acier inoxydable ayant la composition métallique suivante: Stainless steel having the following metallic composition:
0,005 à 0,12% en poids de carbone, 0.005 to 0.12% by weight of carbon,
0,005 à 0,75 % en poids de silicium, 0.005 to 0.75% by weight of silicon,
0,005 à 1,00% en poids de manganèse, 0.005 to 1.00% by weight of manganese,
16 à 18,00% en poids de chrome le reste étant une petite quantité de métal additionnel et de fer (430[AISI], 683/XIII8 [ISO]), a été oxydé dans un bain 65 aqueux acide contenant 100 g/1 de bichromate de sodium et 400 g/1 d'acide sulfurique, à la température de 106-108°C, pendant 30 à 35 minutes pour former la couche d'oxyde métallique à la surface dudit acier inoxydable. 16 to 18.00% by weight of chromium, the rest being a small amount of additional metal and iron (430 [AISI], 683 / XIII8 [ISO]), was oxidized in an acidic aqueous bath containing 100 g / 1 of sodium dichromate and 400 g / 1 of sulfuric acid, at a temperature of 106-108 ° C, for 30 to 35 minutes to form the layer of metal oxide on the surface of said stainless steel.
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Les relations entre le coefficient d'absorption (a) intégré sur le spectre solaire, le coefficient d'émission (e) intégré sur le corps noir et la rendement (r)) ont été examinés respectivement. The relationships between the absorption coefficient (a) integrated on the solar spectrum, the emission coefficient (e) integrated on the black body and the efficiency (r)) were examined respectively.
Le rendement (rç) est représenté par l'équation: The yield (rç) is represented by the equation:
ox4 ox4
r) = a—e r) = a — e
J J
dans laquelle: in which:
o est la constante de Stefan Boltzmann (4,88 10~8Kcal/m2h K°) o is Stefan Boltzmann's constant (4.88 10 ~ 8Kcal / m2h K °)
r est le facteur de température de fonctionnement. r is the operating temperature factor.
Ici nous supposons 373°K. Here we assume 373 ° K.
J représente la puissance du rayonnement solaire (800 Kcal/ m2h). J represents the power of solar radiation (800 Kcal / m2h).
La rugosité de la surface de base est déterminée par la déviation arithmétique moyenne (Ra) et de la hauteur de dix points (Rz) selon le standard ISO RECOMENDATION R468. The roughness of the base surface is determined by the mean arithmetic deviation (Ra) and the height of ten points (Rz) according to the ISO RECOMENDATION R468 standard.
Les résultats expérimentaux sont montrés dans les figures 1 et 2. The experimental results are shown in Figures 1 and 2.
Dans la figure 1, la courbe 1 montre la relation entre le coefficient de réflexion (en ordonnées en %) et la longueur d'onde (en abscisses en microns) avec Ra = 0,36 microns ou Rz = 3,5 microns; In Figure 1, curve 1 shows the relationship between the reflection coefficient (on the ordinate in%) and the wavelength (on the abscissa in microns) with Ra = 0.36 microns or Rz = 3.5 microns;
La courbe 2 avec Ra = 0,19 microns ou Rz = 0,6 microns; La courbe 3 avec Ra = 0,12 microns ou Rz = 0,5 microns; La courbe 4 avec Ra = 0,08 microns ou Rz = 0,3 microns; La courbe 5 avec Ra = 0,04 microns ou Rz = 0,1 microns. Curve 2 with Ra = 0.19 microns or Rz = 0.6 microns; Curve 3 with Ra = 0.12 microns or Rz = 0.5 microns; Curve 4 with Ra = 0.08 microns or Rz = 0.3 microns; Curve 5 with Ra = 0.04 microns or Rz = 0.1 microns.
On observe que la variation du coefficient de réflexion vis- à-vis de la variation de la rugosité de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire est faible dans le visible, et grande dans l'infra-rouge. It is observed that the variation of the reflection coefficient with respect to the variation of the roughness of the selective absorption surface of the solar collector is small in the visible, and large in the infrared.
Plus le rapport Ra/Rz devient faible, plus le coefficient de réflexion devient grand. The lower the Ra / Rz ratio, the greater the reflection coefficient.
La figure 2 montre les relations entre les valeurs de Ra, le coefficient d'absorption (a), le coefficient d'émission (e) et le rendement (r|). Figure 2 shows the relationships between the Ra values, the absorption coefficient (a), the emission coefficient (e) and the efficiency (r |).
Pour (a) l'ordonnée est graduée de 0,5 à 1. For (a) the ordinate is graduated from 0.5 to 1.
Pour (e) de 0, à 0,25, pour r] de 50 à 100. For (e) from 0, to 0.25, for r] from 50 to 100.
Dans la figure 2, la valeur du coefficient d'absorption (a), de la surface d'absorption sélective n'est pas très affecté par la valeur de Ra. La valeur du coefficient d'émission (e) décroît brusquement lorsque Ra devient inférieur à 0,07 et croît proportionnellement à Ra pour les valeurs de Ra supérieures à 0,07. In Figure 2, the value of the absorption coefficient (a) of the selective absorption area is not very affected by the value of Ra. The value of the emission factor (e) decreases sharply when Ra becomes less than 0.07 and increases proportionally to Ra for values of Ra greater than 0.07.
La valeur du rendement rj décroît brusquement lorsque Ra devient supérieur à 0,07 et montre des valeurs supérieures à 75%. The value of the yield rj decreases suddenly when Ra becomes greater than 0.07 and shows values greater than 75%.
On observe par la courbe 2, que le meilleur résultat est obtenu pour une surface d'absorption sélective fabriquée par oxydation chimique de la surface de la plaque d'acier inoxydable ayant une valeur de Ra inférieure à 0,07. It is observed by curve 2, that the best result is obtained for a selective absorption surface produced by chemical oxidation of the surface of the stainless steel plate having a Ra value of less than 0.07.
Dans la figure 3, la valeur du coefficient d'absorption (a) de la surface d'absorption sélective n'est pas trop affectée par la valeur de Rz. La valeur du coefficient d'émission (e) décroît soudainement pour les valeurs de Rz inférieures à 0,2 et le rendement r) présente une valeur supérieure à 75 % pour Rz inférieur à 0,2. In Figure 3, the value of the absorption coefficient (a) of the selective absorption surface is not too affected by the value of Rz. The value of the emission factor (e) suddenly decreases for the values of Rz less than 0.2 and the efficiency r) has a value greater than 75% for Rz less than 0.2.
On a observé que le meilleur résultat est apporté pour les surfaces d'absorption sélectives fabriquées par oxydation chimique de la surface d'acier inoxydable ayant une rugosité Rz inférieure à 0,2. La surface d'absorption sélective ayant une rugosité Ra inférieure à 0,07 ou Rz inférieure à 0,2 respectivement donne une surface tout à fait douce à la longueur d'onde infra-rouge et donne un rapport faible du coefficient de réflexion par diffusion à la réflexion hémisphérique (somme du coefficient de réflexion de type miroir et du coefficient de réflexion par diffusion) et empêche une diminution du coefficient de réflexion venant des réflexions multiples, montrant ainsi une valeur supérieure à 80% de la réflexion hémisphérique aux longueurs d'onde infra-rouge supérieures à 7 microns et améliorant remarquablement la propriété d'absorption sélective de ladite surface du collecteur solaire. Il est nécessaire d'achever de rendre uniforme la surface de la plaque de métal de manière à fabriquer un film d'oxyde uniforme et stable lorsque le traitement d'oxydation de la surface de l'acier inoxydable est effectué. It has been observed that the best result is obtained for the selective absorption surfaces produced by chemical oxidation of the stainless steel surface having a roughness Rz of less than 0.2. The selective absorption surface having a roughness Ra of less than 0.07 or Rz of less than 0.2 respectively gives a completely soft surface at the infrared wavelength and gives a low ratio of the reflection coefficient by diffusion. hemispherical reflection (sum of the mirror-type reflection coefficient and the diffusion reflection coefficient) and prevents a decrease in the reflection coefficient from multiple reflections, thus showing a value greater than 80% of the hemispherical reflection at lengths infrared wave greater than 7 microns and remarkably improving the selective absorption property of said surface of the solar collector. It is necessary to complete making the surface of the metal plate uniform so as to produce a uniform and stable oxide film when the oxidation treatment of the stainless steel surface is carried out.
D'une manière générale, la surface de l'acier inoxydable est inhomogène en raison de la structure métallographique, de la composition, du processus d'élaboration, du traitement thermique local et de la distribution des tensions internes. Tant que la surface de la plaque d'acier inoxydable est inhomogène, il ne peut être formé de film d'oxyde uniforme. In general, the surface of stainless steel is inhomogeneous due to the metallographic structure, composition, production process, local heat treatment and the distribution of internal stresses. As long as the surface of the stainless steel plate is inhomogeneous, a uniform oxide film cannot be formed.
Un des buts de la présente invention est d'améliorer la propriété d'absorption sélective de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire en finissant la suface du substrat d'acier inoxydable ayant une rugosité Ra inférieure à 0,07 ou Rz inférieure à 0,2 par polissage mécanique, abrasion chimique et polissage électronique, pour prévenir les nombreux désavantages venant d'une surface de plaque de métal inhomogène. Un des exemples montrant le rendement de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire, ayant la rugosité convenable est représenté dans la figure 4. One of the aims of the present invention is to improve the selective absorption property of the selective absorption surface of the solar collector by finishing the surface of the stainless steel substrate having a roughness Ra of less than 0.07 or Rz of less than 0.2 by mechanical polishing, chemical abrasion and electronic polishing, to prevent the many disadvantages coming from an inhomogeneous metal plate surface. One of the examples showing the efficiency of the selective absorption surface of the solar collector, having the suitable roughness is represented in FIG. 4.
Dans cet exemple, l'acier inoxydable (304[AISI] 683/XIII 11[150]) a été traité par une méthode d'abrasion liquide utilisant de la poudre de verre dont les particules ont une taille de 20 à 100 microns pour élaborer une surface propre ayant une rugosité de surface de Ra = 0,2 microns ou Rz = 1,0 microns; on a ensuite oxydé la surface selon la méthode d'oxydation acide du paragraphe (3 a). In this example, stainless steel (304 [AISI] 683 / XIII 11 [150]) has been treated by a liquid abrasion method using glass powder whose particles have a size of 20 to 100 microns to develop a clean surface with a surface roughness of Ra = 0.2 microns or Rz = 1.0 microns; the surface was then oxidized according to the acid oxidation method of paragraph (3 a).
Le coefficient de réflexion spectral du film d'oxyde de l'acier inoxydable est représenté dans la figure 4, courbe (a). The spectral reflection coefficient of the oxide film of stainless steel is shown in Figure 4, curve (a).
En ordonnée, le coefficient en %. En abscisses la longueur d'onde en microns. On the ordinate, the coefficient in%. On the abscissa the wavelength in microns.
Dans un autre exemple, ledit acier inoxycable a été plongé dans une solution aqueuse contenant 10% en poids d'acide nitrique et 2% en poids d'acide fluorhydrique pour former une surface propre ayant une rugosité de Ra = 0,14 microns ou Rz = 0,6 microns, puis oxydé en surface selon la méthode du paragraphe (3a). In another example, said stainless steel was immersed in an aqueous solution containing 10% by weight of nitric acid and 2% by weight of hydrofluoric acid to form a clean surface having a roughness of Ra = 0.14 microns or Rz = 0.6 microns, then oxidized on the surface according to the method of paragraph (3a).
Le coefficient de réflexion en fonction de la longueur d'onde est représenté par la courbe (b) dans la figure 4. Dans l'exemple de la présente invention, ledit acier inoxydable a été poli après exécution éventuelle des traitements mécaniques et/ou chimiques pour donner à la surface une rugosité Ra inférieure à 0,07 microns ou Rz inférieure à 0,2 microns, puis oxydé par la méthode d'oxydation acide du paragraphe (3a). Le résultat de cet essai est représenté par la courbe (c) de la figure 4. On remarque que le film d'oxyde de la présente invention présente le plus fort coefficient de réflexion aux longueurs d'onde de l'infra-rouge par rapport aux coefficients des courbes (a) et (b). The reflection coefficient as a function of the wavelength is represented by the curve (b) in FIG. 4. In the example of the present invention, said stainless steel has been polished after possible execution of mechanical and / or chemical treatments to give the surface a roughness Ra less than 0.07 microns or Rz less than 0.2 microns, then oxidized by the acid oxidation method of paragraph (3a). The result of this test is represented by curve (c) in FIG. 4. It is noted that the oxide film of the present invention has the highest coefficient of reflection at the wavelengths of the infrared with respect to to the coefficients of curves (a) and (b).
On aborde maintenant le problème de la détermination de l'épaisseur du film d'oxyde lorsque les oxydes de métal de la composition métallique sont fixés à la surface du substrat selon les procédés ci-après. We now address the problem of determining the thickness of the oxide film when the metal oxides of the metallic composition are fixed to the surface of the substrate according to the following methods.
(1) Méthode pour effecteur l'oxydation acide ou alcaline à la surface de l'acier inoxydable ayant la composition métallique prédéterminée. (1) Method for effecting acid or alkaline oxidation on the surface of stainless steel having the predetermined metallic composition.
(2) Méthode d'évaporation sous vide particulière, méthodes (2) Particular vacuum evaporation method, methods
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de bombardement ou de décharge d'arc pour améliorer la propriété d'adhérence entre le film d'oxyde et le substrat. bombardment or arc discharge to improve the adhesion property between the oxide film and the substrate.
(3) Méthode pour fixer les poudres d'oxyde métallique de composition métallique prédéterminée sur le substrat en utilisant un liant ayant la transparence realtive pour l'infra-rouge, par exemple polyéthylène et résine silicone, etc... (3) Method for fixing the metal oxide powders of predetermined metallic composition on the substrate using a binder having realtive transparency for the infrared, for example polyethylene and silicone resin, etc.
(4) Méthode pour effectuer des traitements d'oxydation de l'acier inoxydable fixé solidement au substrat, excepté pour l'acier inoxydable, par exemple métal de chromalisation oxydée ou métal de revêtement. (4) Method for carrying out oxidation treatments of stainless steel fixed firmly to the substrate, except for stainless steel, for example oxidized chromium plating metal or coating metal.
Le caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective du collecteur solaire et l'effet d'anti-réflexion du film d'oxyde s'expliquent comme suit: le caractère spectroscopique de la surface d'absorption sélective est d'avoir moins de réflexion dans les longueurs d'onde du rayonnement solaire (0,3 à 2,5 microns) et une grande réflexion dans les longueurs d'onde infra-rouge (3 à 50 microns). The spectroscopic character of the selective absorption surface of the solar collector and the anti-reflection effect of the oxide film can be explained as follows: the spectroscopic character of the selective absorption surface is to have less reflection in the wavelengths of solar radiation (0.3 to 2.5 microns) and a large reflection in the infrared wavelengths (3 to 50 microns).
La figure 5 représente une vue en section droite de l'absor-beur du collecteur solaire dans lequel le film d'oxyde est fixé au substrat ayant une surface comme un miroir pour montrer la réflexion du rayon incident sur les surfaces interfaciales entre l'air et le film et entre le film et le substrat respectivement. Dans la figure 5, le rayon incident venant de l'air 1 est partiellement réfléchi sur la surface interfaciale entre l'air 1 et le film d'oxyde 2 pour former le rayon réfléchi 4. Le rayon incident restant pénètre à travers le film d'oxyde 2 sans être atténué et se réfléchit sur la surface interfaciale entre le film 2 et le substrat 3 pour former le rayon réfléchi 5. L'interférence entre les rayons 4 et 5 dépend de l'épaisseur du film d'oxyde; l'épaisseur du film d'oxyde est choisie de telle sorte que l'interférence se produise de manière à éviter la réflexion. La courbe 6 de la figure 7 montre les variations du coefficient de réflexion (en %) en fonction de la longueur d'onde (en microns) de la surface d'absorption sélective d'oxyde métallique d'acier inoxydable sur la surface du substrat ayant une surface comme un miroir, en négligeant l'effet d'interférence. La figure 6 montre les variations du coefficient de transmission (en %) de l'oxyde métallique de l'acier inoxydable en fonction de la longueur d'onde (en microns). Ledit acier inoxydable possède la composition métallique correspondant à 683/XIII 8 (ISO) et 430 (AISI). FIG. 5 represents a cross-section view of the absorber of the solar collector in which the oxide film is fixed to the substrate having a surface like a mirror to show the reflection of the incident ray on the interfacial surfaces between the air and the film and between the film and the substrate respectively. In FIG. 5, the incident ray coming from the air 1 is partially reflected on the interfacial surface between the air 1 and the oxide film 2 to form the reflected ray 4. The remaining incident ray penetrates through the film d oxide 2 without being attenuated and is reflected on the interfacial surface between the film 2 and the substrate 3 to form the reflected ray 5. The interference between the rays 4 and 5 depends on the thickness of the oxide film; the thickness of the oxide film is chosen so that the interference occurs so as to avoid reflection. Curve 6 in FIG. 7 shows the variations in the reflection coefficient (in%) as a function of the wavelength (in microns) of the surface for the selective absorption of stainless steel metal oxide on the surface of the substrate having a surface like a mirror, neglecting the interference effect. Figure 6 shows the variations in the transmission coefficient (in%) of the metal oxide of stainless steel as a function of the wavelength (in microns). Said stainless steel has the metallic composition corresponding to 683 / XIII 8 (ISO) and 430 (AISI).
Le film d'oxyde comprenant principalement des oxydes de chrome et Fe304 (Fe203 FeO ou Fe304) est produit par trempage dans une solution acide de bichromate de sodium à 200 g/1 et d'acide à 400 g/1 pendant 30 à 35 minutes à la température de 106-108°C. The oxide film mainly comprising chromium and Fe304 oxides (Fe203 FeO or Fe304) is produced by soaking in an acid solution of sodium dichromate at 200 g / 1 and acid at 400 g / 1 for 30 to 35 minutes at a temperature of 106-108 ° C.
Le film d'oxyde d'acier inoxydable ayant l'épaisseur appropriée de la couche de revêtement fixé sur le substrat ayant une surface comme un miroir présente un caractère d'absorption sélective considérable en négligeant l'effet d'interférence. The stainless steel oxide film having the appropriate thickness of the coating layer fixed on the substrate having a surface like a mirror exhibits a considerable selective absorption character by neglecting the interference effect.
La courbe 7 de la figure 7 montre la caractère spectroscopique supérieur de la surface d'absorption sélective ayant une épaisseur de couche de revêtement telle que l'effet d'interférence réduit le coefficient de réflexion à la longueur d'onde du rayonnement solaire. En général, on a prévu une couche de revêtement de matériau diélectrique ayant une valeur d'indice de réfraction intermédiaire entre ceux des matériaux ayant des caractères optiques différents de manière à diminuer le coefficient de réflexion à l'interface desdits matériaux. Curve 7 in FIG. 7 shows the higher spectroscopic nature of the selective absorption surface having a coating layer thickness such that the interference effect reduces the reflection coefficient at the wavelength of solar radiation. In general, a coating layer of dielectric material having a refractive index value intermediate between those of materials having different optical characters is provided so as to reduce the reflection coefficient at the interface of said materials.
Si lesdits matériaux possède la transparence parfaite, la bande d'absorption provenant de l'effet d'interference apparaître de manière pointue. Même si les matériaux possèdent des propriétés intermédiaires entre les diélectriques et les conducteurs électriques, l'effet d'interférence apparaîtra par l'existence d'un rayon pénétrant. L'oxyde de métal de l'acier inoxydable ne possède pas la propriété diélectrique parfaite mais une propriété d'absorption sélective importante. If said materials have perfect transparency, the absorption band from the interference effect will appear in a pointed manner. Even if the materials have intermediate properties between the dielectrics and the electrical conductors, the interference effect will appear through the existence of a penetrating ray. The metal oxide of stainless steel does not have the perfect dielectric property but an important selective absorption property.
Cependant, ledit film d'oxyde peut être utilisé comme surface présentant la propriété d'absorption sélective en prenant en considération l'effet d'interférence. Il est possible de rendre minimal le coefficient de réflexion de la surface d'absorption sélective si les équations ci-après sont satisfaites. However, said oxide film can be used as a surface having the property of selective absorption taking into consideration the interference effect. It is possible to make the reflection coefficient of the selective absorption surface minimal if the equations below are satisfied.
n^=no-n2=n2 1 n ^ = no-n2 = n2 1
_ _X_ jU _5X_ IX 4 ' 4 ' 4 ' 4 _ _X_ JU _5X_ IX 4 '4' 4 '4
Dans les équations, ni représente l'indice de réfraction du matériau de revêtement; no représente l'indice de réfraction de l'air (no = 1); n2 représente l'indice de réfraction du substrat; d représente l'épaisseur du film. In the equations, ni represents the refractive index of the coating material; no represents the refractive index of air (no = 1); n2 represents the refractive index of the substrate; d represents the thickness of the film.
X X
nid = . nest =.
4 4
représente la longueur d'onde de la bande d'absorption primaire. represents the wavelength of the primary absorption band.
Si l'acier inoxydable est utilisé comme substrat (3) comme montré dans la figure 5, l'indice de réfraction n2 est 3,5 à 3,9 alors que l'indice de réfraction ni est 2 à 2,5, mesurés à l'analyseur ellipsométrique. Bien que l'indice de réfraction (2,0-2,5) du film d'oxyde de métal de l'acier inoxydable ne satisfasse pas l'équation (1) et que l'indice de réfraction à la longueur d'onde d'absorption primaire ne devienne pas nul lorsque l'épaisseur optique du film est If stainless steel is used as a substrate (3) as shown in Figure 5, the refractive index n2 is 3.5 to 3.9 while the refractive index ni is 2 to 2.5, measured at the ellipsometric analyzer. Although the refractive index (2.0-2.5) of the metal oxide film of stainless steel does not satisfy equation (1) and the refractive index at wavelength of primary absorption does not become zero when the optical thickness of the film is
K K
4 4
ledit film présente une propriété d'absorption sélective comme le montrent les courbes 8 et 9 de la figure 8 où sont représentées les variations du coefficient de réflexion en % en fonction des longueurs d'onde en microns. said film has a selective absorption property as shown by curves 8 and 9 in FIG. 8 where the variations of the reflection coefficient in% are represented as a function of the wavelengths in microns.
Dans la figure 8, les courbes 8 et 9 montrent que les coefficients de réflexion spectrale présentent respectivement une valeur maximale de pouvoir émissif lorsque les longueurs d'onde d'absorption primaire sont respectivement égales à 0,5 et 0,8 microns. Cependant on déduit de la courbe 8 que la plus grande propriété d'absorption sélective a lieu lorsque la longueur d'onde d'absorption primaire (11) est 0,5 microns et que l'absorption maximale de la surface d'absorption sélective se présente pour une longueur d'onde d'absorption primaire égale environ à 0,8 microns, en prenant en considération la distribution spectrale du rayonnement solaire. Maintenant, lorsque le coefficient (a) d'absorption du rayonnement solaire des courbes 8 et 9 est calculé dans l'hypothèse où la masse d'air est 2, lesdites valeurs (a) des courbes 8 et 9 s'élèvent à 0,90 et 0,94 respectivement. In FIG. 8, curves 8 and 9 show that the spectral reflection coefficients have respectively a maximum value of emissivity when the wavelengths of primary absorption are respectively equal to 0.5 and 0.8 microns. However, it is deduced from curve 8 that the greatest property of selective absorption takes place when the wavelength of primary absorption (11) is 0.5 microns and that the maximum absorption of the surface of selective absorption is present for a primary absorption wavelength equal to about 0.8 microns, taking into account the spectral distribution of solar radiation. Now, when the absorption coefficient (a) of solar radiation of curves 8 and 9 is calculated on the assumption that the air mass is 2, said values (a) of curves 8 and 9 amount to 0, 90 and 0.94 respectively.
Dans les courbes 8 et 9 de la figure 8, le coefficient d'émission (e) s'élève à la même valeur sensiblement égale à 0,12 aux grandes longueurs d'onde. Les valeurs montrant le minimum de coefficient de réflexion dans l'absorption primaire (11) et le pic primaire de coefficient de réflexion 12 dans l'épaisseur optique du film de In curves 8 and 9 in FIG. 8, the emission coefficient (e) rises to the same value substantially equal to 0.12 at long wavelengths. The values showing the minimum reflection coefficient in the primary absorption (11) and the primary reflection coefficient 12 peak in the optical thickness of the film
X. X.
2 2
sont quelque peu différentes dans les courbes 8 et 9, puisque les constantes optiques de dispersion dans la couche de revêtement d'oxyde de métal et dans la plaque de base à certaines longueurs d'onde sont quelque peu différentes. Une meilleure sélectivité sera obtenue dans la longueur d'onde d'absorption primaire de 0,8 microns que dans celle de 0,5 microns. are somewhat different in curves 8 and 9, since the optical dispersion constants in the metal oxide coating layer and in the base plate at certain wavelengths are somewhat different. Better selectivity will be obtained in the primary absorption wavelength of 0.8 microns than in that of 0.5 microns.
Précisément, la coefficient de réflexion minimal de la courbe 9 est inférieur à celui de la courbe 8 à la longueur d'onde d'absorption primaire (11) alors que le coefficient de réflexion maximal de la courbe 9 est plus petit que celui de la courbe 8 à la longueur d'onde du pic primaire (12). La ligne 10 de la s Specifically, the minimum reflection coefficient of curve 9 is lower than that of curve 8 at the primary absorption wavelength (11) while the maximum reflection coefficient of curve 9 is smaller than that of curve 8 at the wavelength of the primary peak (12). Line 10 of the s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
9 9
620 761 620,761
figure 8 montre la courbe du coefficient de réflexion idéal de la surface d'absorption sélective à la température de fonctionnement de 100°C. Figure 8 shows the curve of the ideal reflection coefficient of the selective absorption surface at the operating temperature of 100 ° C.
Pour ce qui est de l'indice de réfraction de l'oxyde de métal dudit acier inoxydable, on doit signaler que des pores se déve- s loppent à la surface de l'acier inoxydable dans une certaine direction. With regard to the refractive index of the metal oxide of said stainless steel, it should be noted that pores develop on the surface of the stainless steel in a certain direction.
Généralement, plus la porosité devient grande, plus la valeur de l'indice de réfraction se rapproche de celui de l'air, Generally, the higher the porosity, the closer the value of the refractive index to that of air,
alors que plus la porosité devient faible, plus la valeur de 10 l'indice de réfraction se rapproche de celui de l'oxyde de métal. while the lower the porosity, the closer the value of the refractive index to that of the metal oxide.
L'indice de réfraction de la magnétite (Fe304) est 2,4-2,5 dans la longueur d'onde de rayonnement visible alors que l'indice de réfraction de l'oxyde de métal de l'acier inoxydable 15 est 2,0-2,5 mesurés à l'analyseur ellipsométrique. The refractive index of magnetite (Fe304) is 2.4-2.5 in the wavelength of visible radiation while the refractive index of the metal oxide of stainless steel 15 is 2, 0-2.5 measured with the ellipsometric analyzer.
On déduit de ce qui précède que la porosité de l'oxyde de métal d'acier inoxydable correspond à 0-20% du volume de la couche d'oxyde de métal. Le fait a été confirmé par des mesures au microscope de transmission. 20 It is deduced from the above that the porosity of the stainless steel metal oxide corresponds to 0-20% of the volume of the metal oxide layer. The fact was confirmed by measurements with a transmission microscope. 20
L'épaisseur convenable (de) de la couche de revêtement d'oxyde de métal d'acier inoxydable ayant l'effet anti-réflexion est comprise entre 500 et 1250 angströms, lorsque l'épaisseur optique (nid) de ladite couche est telle que: 1250 angströms C nid <2500 angströms et lorsque l'indice de réfraction ni 25 est tel que 2,0 < ni < 2,5. The suitable thickness (of) of the stainless steel metal oxide coating layer having the anti-reflection effect is between 500 and 1250 angstroms, when the optical thickness (nest) of said layer is such that : 1250 angstroms C nest <2500 angstroms and when the refractive index ni 25 is such that 2.0 <nor <2.5.
Même si l'épaisseur de la couche est en dehors de ce domaine, la propriété d'absorption sélective de la surface se manifeste grandement, de telle sorte que l'épaisseur convenable de la couche de revêtement sera choisie entre 500 et 2000 30 angströms. Ladite épaisseur de couche de revêtement peut être appliquée aussi bien à l'acier inoxydable comme substrat qu'à un substrat autre que l'acier inoxydable. Si le substrat est choisi parmi les matériaux ayant un indice de réfraction supérieur à 4,0, la surface d'absorption de rayonnement solaire 3S fabriquée avec le substrat est améliorée vis-à-vis de celle faite avec l'acier inoxydable comme substrat. Even if the thickness of the layer is outside this range, the selective absorption property of the surface manifests itself greatly, so that the suitable thickness of the coating layer will be chosen between 500 and 2000 angstroms. Said coating layer thickness can be applied both to stainless steel as a substrate and to a substrate other than stainless steel. If the substrate is chosen from materials having a refractive index greater than 4.0, the 3S solar radiation absorption surface manufactured with the substrate is improved compared to that made with stainless steel as substrate.
Exemple 1 Example 1
Les deux sortes d'acier inoxydable ferritique et austénitique 40 ayant les compositions métalliques 683/XIII 8 (ISO), 430 (AISI) et 638/XIII11 (ISO) 304 (AISI) ont été oxydées chimiquement dans les conditions suivantes pour former le film d'oxyde à la surface de l'acier inoxydable. The two kinds of ferritic and austenitic stainless steel 40 having the metallic compositions 683 / XIII 8 (ISO), 430 (AISI) and 638 / XIII11 (ISO) 304 (AISI) were chemically oxidized under the following conditions to form the film oxide on the surface of stainless steel.
45 45
Conditions d'oxydation: Oxidation conditions:
Bichromate de sodium (NA2 Cr2 07) 100 g/1 Sodium dichromate (NA2 Cr2 07) 100 g / 1
Acide sulfurique (H2 S04) 400 g/1 Sulfuric acid (H2 S04) 400 g / 1
Trempage de 30 à 35 minutes à la température de 106-108°C. so Soaking for 30 to 35 minutes at a temperature of 106-108 ° C. so
La figure 9 montre le coefficient de réflexion (en %) en fonction de la longueur d'onde (en microns) pour une surface d'absorption réalisée avec ces aciers, en comparaison avec la surface d'absorption sélective de collecteur solaire ordinaire. FIG. 9 shows the reflection coefficient (in%) as a function of the wavelength (in microns) for an absorption surface produced with these steels, in comparison with the selective absorption surface of an ordinary solar collector.
Dans la figure 9, la courbe 1 montre le coefficient de ss réflexion de la surface d'absorption sélective avec film oxyde fabriqué à partir d'acier inoxydable ferritique; la courbe 2 montre celui du film d'oxyde fabriqué à partir d'acier inoxydable austénitique, la courbe 3 montre celui de la surface revêtue d'oxyde de cuivre fabriqué par oxydation alcaline 60 d'une plaque de cuivre, la figure 4 celui du sulfure de nickel sur placage nickel, les deux étant plaqués sur l'acier, la courbe 5 montre le coefficient de réflexion spectral idéal d'une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire fonctionnant à la température de 100°C. La surface d'absorption sélective es revêtue d'oxyde de cuivre présente un coefficient de réflexion excessif aux longueurs d'ondes supérieures à 4 microns. Ceci correspond à un coefficient de réflexion 3 à 5% plus élevé que celui de la surface d'absorption sélective du film d'oxyde d'acier inoxydable, tel que présenté aux courbes 1 et 2, aux longueurs d'onde du rayonnement solaire de 0,3 à 2,5 microns en prenant en considération la réflexion diffuse; par contre, dans la surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable ferritique comme montré dans la courbe 1, le coefficient de réflexion est très petit aux longueurs d'onde inférieures à 2,0 microns et très élevé aux grandes longueurs d'onde supérieures à 2,0 microns. La surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable ferritique est supérieur dans la même mesure, à la surface sélective fabriquée à partir de l'oxyde de cuivre. Comme il est montré dans la courbe 2 de la figure 9, le coefficient de réflexion de la surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable est quelque peu inférieure à celle fabriquée à partir de l'acier inoxydable ferritique dans les longueurs d'onde du rayonnement du corps noir à la même température que celle du fonctionnement du collecteur solaire. Bien que la surface d'absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable austénitique soit quelque peut inférieure dans sa propriété spectroscopique, ladite surface est valable pour constituer une surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire commercial en raison des propriétés supérieures d'anticorrosion et de soudage de l'acier inoxydable austénitique. In FIG. 9, curve 1 shows the coefficient of reflection of the selective absorption surface with oxide film made from ferritic stainless steel; curve 2 shows that of the oxide film made from austenitic stainless steel, curve 3 shows that of the surface coated with copper oxide made by alkaline oxidation 60 of a copper plate, figure 4 that of nickel sulfide on nickel plating, both being plated on steel, curve 5 shows the ideal spectral reflection coefficient of a selective absorption surface of a solar collector operating at a temperature of 100 ° C. The selective absorption surface is coated with copper oxide and has an excessive reflection coefficient at wavelengths greater than 4 microns. This corresponds to a reflection coefficient 3 to 5% higher than that of the selective absorption surface of the stainless steel oxide film, as presented in curves 1 and 2, at the wavelengths of the solar radiation. 0.3 to 2.5 microns taking into account the diffuse reflection; on the other hand, in the selective absorption surface made from ferritic stainless steel as shown in curve 1, the reflection coefficient is very small at wavelengths less than 2.0 microns and very high at long lengths d 'waves larger than 2.0 microns. The selective absorption area made from ferritic stainless steel is greater to the same extent than the selective area made from copper oxide. As shown in curve 2 of Figure 9, the reflection coefficient of the selective absorption surface made from stainless steel is somewhat lower than that made from ferritic stainless steel in lengths of black body radiation at the same temperature as that of the operation of the solar collector. Although the selective absorption surface made from austenitic stainless steel is somewhat lower in its spectroscopic property, said surface is valid for constituting a selective absorption surface of a commercial solar collector due to the superior properties of corrosion and welding of austenitic stainless steel.
Comme mentionné ci-dessus, les surfaces d'absorption sélective de la présente invention fabriquées à partir des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques sont utilisables avantageusement comme surface d'absorption sélective d'un collecteur solaire, car lesdites surfaces possèdent de bonnes propriétés spectroscopiques et des propriétés d'anticorrosion et de résistance à la chaleur supérieures, qui sont spécifiques de l'acier inoxydable. Les surfaces de revêtement fabriquées à partir des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques par procédé d'oxydation chimique sont uniformes et stables sans altérer les propriétés inhérentes d'anticorrosion de l'acier inoxydable. As mentioned above, the selective absorption surfaces of the present invention made from ferritic and austenitic stainless steels can advantageously be used as the selective absorption surface of a solar collector, since said surfaces have good spectroscopic properties and superior anticorrosion and heat resistance properties, which are specific to stainless steel. The coating surfaces made from ferritic and austenitic stainless steels by chemical oxidation process are uniform and stable without altering the inherent anticorrosion properties of stainless steel.
La propriété de résistance à la chaleur de la surface d'absorption sélective de la présente invention est du même ordre de grandeur que celle de l'acier inoxydable, même si un autre substrat que l'acier est utilisé. The heat resistance property of the selective absorption surface of the present invention is of the same order of magnitude as that of stainless steel, even if a substrate other than steel is used.
La figure 10 montre une vue en coupe d'un collecteur solaire avec surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydables ferritique et austénitique. Dans la figure 10, un rayon solaire incident représenté par une flèche est converti en chaleur par transmission à travers les couches de revêtement (une à trois feuilles de verre ou résine) prévue pour protéger des pertes de chaleur par convection dans l'air (2), et par absorption par le film (3) d'oxyde d'aciers inoxydables ferritique et austénitique. La chaleur absorbée est transmise à un milieu d'échange comme l'air ou l'eau à travers le substrat (4) ou tous autres matériaux conventionnels liés au substrat 4 par méthode de revêtement ou procédés de diffusion. Dans la figure 10, la référence 6 désigne une couche d'air prévue comme isolant thermique, la référence 7 désigne le matériau isolant comprenant laine de verre, amiante ou structure nid d'abeilles. On a observé que la surface absorption sélective fabriquée à partir de l'acier inoxydable austénitique ou ferritique par oxydation chimique présente un effet supérieur de receuil de chaleur lorsque ladite surface est utilisée pour un collecteur solaire. Figure 10 shows a sectional view of a solar collector with selective absorption surface made from ferritic and austenitic stainless steel. In figure 10, an incident solar ray represented by an arrow is converted into heat by transmission through the layers of coating (one to three sheets of glass or resin) intended to protect heat losses by convection in the air (2 ), and by absorption by the film (3) of ferritic and austenitic stainless steel oxide. The absorbed heat is transmitted to an exchange medium such as air or water through the substrate (4) or all other conventional materials linked to the substrate 4 by coating method or diffusion methods. In FIG. 10, the reference 6 designates an air layer intended as a thermal insulator, the reference 7 designates the insulating material comprising glass wool, asbestos or honeycomb structure. It has been observed that the selective absorption surface made from austenitic or ferritic stainless steel by chemical oxidation exhibits a superior heat collecting effect when said surface is used for a solar collector.
Exemple 2 Example 2
Bien que la surface d'absorption sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable ferritique ayant la composition métallique définie dans l'exemple 1 montre une propriété spectroscopique supérieure et un bas prix de revient, elle possède légèrement des désavantages de soudage, de formabilité et de propriété anticorrosion. Pour pallier ces désavantages, l'acier inoxydable à faible teneur en carbone a été traité dans les conditions Although the selective absorption surface made from ferritic stainless steel having the metallic composition defined in Example 1 shows a superior spectroscopic property and a low cost price, it has slightly disadvantages of welding, formability and anticorrosion property. To overcome these disadvantages, low carbon stainless steel has been treated under the conditions
620 761 620,761
10 10
d'oxydation chimique montrées dans l'exemple 1. La figure 11 montre la relation entre le coefficient de réflexion (en %) et la longueur d'onde (en microns) d'une surface faite à partir d'acier inoxydable à faible teneur en carbone contenant en outre du titane, du molybdène et des métaux additionnels; la s courbe 2 montre la relation pour une surface sélective faite à partir d'acier inoxydable à faible teneur en carbone ne contenant pas de titane, de molybdène et de métaux additionnels; la courbe 3 montre la courbe idéale. of chemical oxidation shown in Example 1. Figure 11 shows the relationship between the reflection coefficient (in%) and the wavelength (in microns) of a surface made from low grade stainless steel carbon additionally containing titanium, molybdenum and additional metals; curve 2 shows the relationship for a selective surface made from low carbon stainless steel containing no titanium, molybdenum and additional metals; curve 3 shows the ideal curve.
On observe par la figure 11 que la surface d'absorption io sélective fabriquée à partir d'acier inoxydable contenant des métaux additionnels possède des propriétés spectroscopiques supérieures à celles d'une surface classique d'acier inoxydable sans métaux additionnels. It can be seen from FIG. 11 that the selective absorption surface made from stainless steel containing additional metals has spectroscopic properties superior to those of a conventional stainless steel surface without additional metals.
Exemple 3 xs Example 3 xs
L'expérience suivante a été faite pour prouver le fait que la surface d'absorption sélective de collecteur solaire ayant la propriété d'antiréflexion par effet d'interférence et un coefficient de réflexion spectral supérieur est fabriquée en choisissant les conditions d'oxydation de la formation de film d'oxyde 20 ayant l'épaisseur convenable de 500 à 2000 angströms à la surface de l'acier inoxydable. The following experiment was made to prove the fact that the selective absorption surface of a solar collector having the property of anti-reflection by interference effect and a higher spectral reflection coefficient is fabricated by choosing the conditions of oxidation of the formation of oxide film 20 having the suitable thickness of 500 to 2000 angstroms on the surface of the stainless steel.
La plaque d'acier inoxydable correspondant à la composition métallique 683/XIII 8 (ISO), 430 (AISI) a été oxydée chimiquement par trempage dans une solution aqueuse ayant 25 les compositions (A) et (B) et en faisant varier le temps de trempage. The stainless steel plate corresponding to the metal composition 683 / XIII 8 (ISO), 430 (AISI) was chemically oxidized by soaking in an aqueous solution having compositions (A) and (B) and varying the time soaking.
La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur de la couche de revêtement (en ordonnées en angströms) et le temps de trempage (en abscisses en minutes); la figure 13 montre les 30 variations du coefficient d'absorption a (courbe 15) sur le spectre solaire (le poids de l'air est 2), du coefficient d'émission a (courbe 16) intégré sur le rayonnement du corps noir et la température de fonctionnement du collecteur solaire (50 à 100°C), en fonction de l'épaisseur de la couche de revêtement 35 (en angströms). L'échelle relative à a est à gauche de la figure 13, celle relative à e à droite. Figure 12 shows the relationship between the thickness of the coating layer (on the ordinate in angstroms) and the soaking time (on the abscissa in minutes); FIG. 13 shows the 30 variations of the absorption coefficient a (curve 15) on the solar spectrum (the weight of the air is 2), of the emission coefficient a (curve 16) integrated on the radiation of the black body and the operating temperature of the solar collector (50 to 100 ° C), depending on the thickness of the coating layer 35 (in angstroms). The scale relating to a is on the left of figure 13, that relating to e on the right.
Les conditions d'oxydation de la surface d'acier inoxydables sont les suivantes: The oxidation conditions for the stainless steel surface are as follows:
40 40
A) AT)
Bichromate de sodium (NA2 Cr2 07) 100 g/1 Sodium dichromate (NA2 Cr2 07) 100 g / 1
Acide sulfurique (H2 S04) 400 g/1 Sulfuric acid (H2 S04) 400 g / 1
Température de traitement 106 à 108 °C Processing temperature 106 to 108 ° C
45 45
B) B)
Trioxyde de chrome (Cr 03) 250 g/1 Chromium trioxide (Cr 03) 250 g / 1
Acide sulfurique (H2 S04) 500 g/1 Sulfuric acid (H2 S04) 500 g / 1
Température de traitement 70°C Processing temperature 70 ° C
50 50
La figure 12 montre la relation entre l'épaisseur (en angströms) de la couche de revêtement et le temps de traitement (en minutes) obtenu par mesure de la variation de la position (la longueur d'onde) de l'absorption primaire dans laquelle l'épaisseur optique est nid = Ji/4, où ni représente la valeur ss moyenne 2,2 de la valeur mentionnée ci-dessus 2,0-2,5. Figure 12 shows the relationship between the thickness (in angstroms) of the coating layer and the treatment time (in minutes) obtained by measuring the change in the position (wavelength) of the primary absorption in where the optical thickness is nest = Ji / 4, where ni represents the mean ss value 2.2 of the above mentioned value 2.0-2.5.
Dans la figure 12, la courbe 13 est relative aux conditions de traitement (A), alors que la courbe 14 est celle obtenue pour les conditions de traitement (B). In FIG. 12, the curve 13 relates to the treatment conditions (A), while the curve 14 is that obtained for the treatment conditions (B).
La figure 13 montre la relation entre le coefficient d'absorp- ">° tion (a) et l'épaisseur (en angströms) de la couche de revêtement, à la température de fonctionnement (100°C) du collecteur solaire. On a représenté également, pour les mêmes conditions, les variations du coefficient d'émission (e). Figure 13 shows the relationship between the absorption coefficient - "> ° tion (a) and the thickness (in angstroms) of the coating layer, at the operating temperature (100 ° C) of the solar collector. also shown, for the same conditions, variations in the emission factor (e).
La courbe 15 est la courbe relative au coefficient d'absorption (a), la courbe 16 est la courbe relative au coefficient d'émission (e). Curve 15 is the curve relating to the absorption coefficient (a), curve 16 is the curve relating to the emission coefficient (e).
L'examen des courbes 15 et 16 montre que la valeur (a) est supérieure à 0,80 pour les épaisseurs de la couche de revêtement de 500 à 2000 angströms et que la valeur (a) est 0,94 pour une épaisseur de 900 angströms lorsque la longueur d'onde de l'absorption primaire due à l'effet d'interférence est 0,80 microns; on remarque en outre que la valeur (a) décroit lentement pour les épaisseurs de la couche de revêtement supérieures à 1000 angströms. Examination of curves 15 and 16 shows that the value (a) is greater than 0.80 for the thicknesses of the coating layer from 500 to 2000 angstroms and that the value (a) is 0.94 for a thickness of 900 angstroms when the wavelength of the primary absorption due to the interference effect is 0.80 microns; it is further noted that the value (a) decreases slowly for the thicknesses of the coating layer greater than 1000 angstroms.
L'examen de la figure 13 montre également que le coefficient d'émission (s) croît jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche de revêtement atteigne 1500 angströms environ; cette valeur (e) est supérieure à 0,2 lorsque l'épaisseur de la couche de revêtement atteint plus de 2000 angströms. La surface d'absorption sélective a donc une propriété d'absorption sélective plus grande lorsque l'épaisseur du film d'oxyde d'acier inoxydable atteint 500-2000 angströms. The examination of FIG. 13 also shows that the emission coefficient (s) increases until the thickness of the coating layer reaches approximately 1500 angstroms; this value (e) is greater than 0.2 when the thickness of the coating layer reaches more than 2000 angstroms. The selective absorption surface therefore has a greater selective absorption property when the thickness of the stainless steel oxide film reaches 500-2000 angstroms.
En vue de ce qui précède, on a prouvé que la surface d'absorption sélective est la meilleure, quelque soit le procédé d'oxydation de la surface de revêtement, lorsque l'épaisseur de la surface de revêtement atteint 500 à 2000 angströms. In view of the above, it has been shown that the selective absorption surface is the best, regardless of the process of oxidation of the coating surface, when the thickness of the coating surface reaches 500 to 2000 angstroms.
Les caractéristiques de la surface d'absorption sélective de l'invention sont les suivantes: The characteristics of the selective absorption surface of the invention are as follows:
(1) La surface d'absorption sélective ayant les meilleures propriétés d'endurance, de résistance à la chaleur, d'anticorrosion et d'ahérence est celle fabriquée selon le procédé de la présente invention lorsque l'acier inoxydable est utilisé comme substrat. (1) The selective absorption surface having the best endurance, heat resistance, anticorrosion and aeration properties is that produced according to the process of the present invention when stainless steel is used as a substrate.
[1] Dans la surface d'absorption sélective comprenant l'oxyde de cuivre, la propriété spctroscopique ne diminue pas notablement à la température de 180-200°C (24 heures) où la surface change de couleur, mais diminue à une température supérieure à 210°C (24 heures) puisque la structure de surface d'oxyde de métal est détruite. [1] In the selective absorption surface comprising copper oxide, the spctroscopic property does not decrease markedly at the temperature of 180-200 ° C (24 hours) when the surface changes color, but decreases at a higher temperature at 210 ° C (24 hours) since the metal oxide surface structure is destroyed.
[2] Dans ladite surface d'absorption sélective classique de cuivre, on a observé à partir des variations de l'état de surface et du caractère spectroscopique de la surface, que, lorsque la surface est exposée à l'air, la structure de surface diminue notablement, car l'exposition à la pluie provoque l'exfoliation de l'oxyde de métal; le coefficient d'émission dans l'infrarouge croît notablement ce qui provoque une diminution du coefficient de réflexion et un défaut dans la propriété d'absorption sélective. [2] In said conventional selective copper absorption surface, it has been observed from variations in the surface state and the spectroscopic nature of the surface that, when the surface is exposed to air, the structure of surface decreases notably, because exposure to rain causes the exfoliation of the metal oxide; the emission coefficient in the infrared increases notably which causes a reduction in the reflection coefficient and a defect in the property of selective absorption.
Dans la surface d'absorption sélective selon la présente invention, de telles propriétés médiocres n'ont pas été observées. In the selective absorption surface according to the present invention, such poor properties have not been observed.
[3] La surface d'absorption sélective ayant le meilleur caractère spectroscopique et un bas prix de revient est celle fabriquée selon le procédé de la présente invention lorsque l'acier inoxydable ferritique est utilisé comme substrat; mais cette surface présente le propriétés de défaut de soudabilité, de formabilité et de propriété d'anticorrosion par rapport à l'acier inoxydable austénitique. Pour pallier ces inconvénients, ladite surface est fabriquée à partir d'une composition métallique d'acier inoxydable ferritique à faible taux de carbone, ou d'un acier inoxydable ferritique avec ime petite quantité de métaux additionnels spécifiques, ou d'un acier inoxydable ferritique à faible teneur en carbone avec une petite quantité de métaux additionnels spécifiques ce qui empêche la corrosion de contrainte qui se développe dans l'acier inoxydable austénitique et fournit une résistance mécanique du même ordre de grandeur que celle de l'acier inoxydable austénitique. [3] The selective absorption surface having the best spectroscopic character and a low cost price is that produced according to the process of the present invention when ferritic stainless steel is used as substrate; but this surface has the properties of defect in weldability, formability and anticorrosion property compared to austenitic stainless steel. To overcome these drawbacks, said surface is made from a metallic composition of ferritic stainless steel with low carbon content, or of ferritic stainless steel with a small amount of specific additional metals, or of ferritic stainless steel low carbon with a small amount of specific additional metals which prevents stress corrosion which develops in austenitic stainless steel and provides mechanical strength of the same order of magnitude as that of austenitic stainless steel.
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