BACLET, Nathalie (28 rue Georges Serraz, Is-sur-tille, F-21120, FR)
PAPILLON, Philippe (158 rue du Bois de Candie, Chambéry, F-73000, FR)
TIQUET, Pascal (13 rue Marcel Peretto, Grenoble, F-38100, FR)
AUGIER, Sylvain (Appt. 41, 2 rue des Bûchers, Toulouse, F-31400, FR)
BACLET, Nathalie (28 rue Georges Serraz, Is-sur-tille, F-21120, FR)
PAPILLON, Philippe (158 rue du Bois de Candie, Chambéry, F-73000, FR)
TIQUET, Pascal (13 rue Marcel Peretto, Grenoble, F-38100, FR)
| REVENDICATIONS 1. Absorbeur de capteur solaire thermique comprenant des canaux (42) avec chacun une première extrémité (43) et une seconde extrémité (44), les premières extrémités (43) des canaux (42) débouchant à l'intérieur d'une première chambre d'extrémité (45), et les secondes extrémités (44) des canaux débouchant à l'intérieur d'une seconde chambre d'extrémité (46), dans lequel ledit absorbeur est constitué par une seule pièce extrudée (41) d'un matériau nanocomposite solide comprenant une matrice polymère dans laquelle sont incorporés des nano-objets et/ou des nanostructures . 2. Absorbeur selon la revendication 1, dans lequel le polymère de la matrice est choisi parmi les polymères thermoplastiques comme les polyoléfines telles que les polyéthylènes et les polypropylènes ; les polymères et les copolymères d' oléfines cycliques ; les polystyrènes ; les polyamides ; les polyesters tels que les polycarbonates , les poly ( (meth) acrylate) s, les poly ( téréphtalate d'éthylène)s ou PETs, les poly (naphtalate d' éthylène) s ; et leurs mélanges. 3. Absorbeur selon la revendication 1, dans lequel la teneur en nano-objets en nano-objets et/ou en nanostructures est inférieure ou égale à 5~6 en masse, de préférence inférieure ou égale à 1% en masse, de préférence encore est de 10 ppm à 0,5% en masse de la masse du matériau nanocomposite. 4. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les nano-objets sont choisis parmi les nanotubes, les nanofils, les nanoparticules , les nanocristaux, et les mélanges de ceux-ci. 5. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les nano-objets et/ou les nanostructures sont fonctionnalisés, notamment chimiquement. 6. Absorbeur selon l'une quelconque de revendications précédentes, dans lequel les nano-objets et/ou nanostructures sont choisis parmi les nano-objets et/ou nanostructures qui confèrent des propriétés thermiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques au matériau nanocomposite ; et parmi les nano- objets et/ou les nanostructures qui améliorent les propriétés thermiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques du matériau nanocomposite. 7. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau constituant les nano-objets et/ou nanostructures est choisi parmi le carbone ; les métaux tels que l'or, le cuivre, le manganèse ou l'aluminium ; les alliages métalliques tels que les alliages de cuivre, d'or, de manganèse ou d'aluminium ; les oxydes métalliques tels que les oxydes de terres rares éventuellement dopés; les polymères organiques ; et les matériaux comprenant plusieurs matériaux parmi les matériaux précités. 8. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les nano-objets sont des nanotubes de carbone ; des nanoparticules de métaux tels que le cuivre, l'or, le manganèse ou l'aluminium ; des nanoparticules d'alliages métalliques tels que les alliages de cuivre, d'or, de manganèse ou d'aluminium ; des nanoparticules d'oxydes métalliques ; des nanoparticules magnétiques telles que des nanoparticules d'AgMn, de Fe2Û3 ou de Fe3Û4 ; ou un mélange de ceux-ci. 9. Absorbeur selon la revendication 8, dans lequel des nanotubes de carbone et des nanoparticules magnétiques sont incorporés dans la matrice polymère. 10. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les nanostructures sont des nanostructures cœur-filament, en particulier des nanostructures cœur-filament avec un cœur constitué d'alumine et des filaments constitués de nanotubes de carbone . 11. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les nano-objets et/ou nanostructures sont répartis de manière homogène dans la matrice polymère. 12. Absorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face supérieure de l' absorbeur, susceptible d'être exposée au rayonnement solaire est pourvue d'un revêtement (47) en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d' onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d'onde du spectre solaire. 13. Absorbeur selon la revendication 12, dans lequel ledit matériau transparent (47) est choisi parmi les oxydes transparents conducteurs ou OTC, tels que l'oxyde d' indium et d' étain ou ITO, et l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 14. Absorbeur selon la revendication 12 ou 13, dans lequel ledit revêtement (47) en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 15. Capteur solaire thermique comprenant un absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, et une couverture transparente au rayonnement solaire sur ledit absorbeur. 16. Capteur selon la revendication 15, dans lequel la couverture transparente est revêtue sur sa face inférieure d'un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d'onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d' onde du spectre solaire. 17. Capteur selon la revendication 16, dans lequel le matériau transparent est choisi parmi les oxydes transparents conducteurs ou OTC tels que l'oxyde d' indium et d' étain ou ITO, et l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 18. Capteur selon la revendication 16 ou 17, dans lequel ledit revêtement en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 19. Procédé de préparation d'un absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel on réalise en continu l'extrusion d'une masse fondue du matériau nanocomposite solide et on forme successivement et en une seule étape la première chambre d'extrémité, les canaux et la deuxième chambre d'extrémité de l' absorbeur. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel la première chambre d'extrémité, les canaux et la deuxième chambre d'extrémité de l' absorbeur sont formés à l'aide d'une seule et même tête ou filière d' extrusion . 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, dans lequel on forme successivement en série et en continu plusieurs absorbeurs . 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, dans lequel lors de l'extrusion on injecte un fluide dans le matériau nanocomposite fondu. 23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel le fluide injecté est choisi parmi les gaz tels que l'air, l'argon, l'azote, et leurs mélanges ; et les liquides tels que les huiles, par exemple les huiles silicones, minérales, synthétiques, semi-synthétiques, et leurs mélanges. 24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 23, dans lequel à l'issue de l'extrusion on dépose sur la face supérieure de l'absorbeur ou des absorbeurs, susceptible d'être exposée au rayonnement solaire, un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d'onde dans la gamme de longueur d'onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d'onde du spectre solaire. 25. Procédé selon la revendication 24, dans lequel le matériau transparent est choisi parmi les oxydes transparents conducteurs, tels que l'oxyde d' indium et d' étain (ITO), et l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 26. Procédé selon la revendication 24 ou 25, dans lequel le revêtement en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. 27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 26, qui comprend une étape finale au cours de laquelle on perce des entrées et sorties de fluide caloporteur dans l'absorbeur ou les absorbeurs, puis on effectue éventuellement une vidange du fluide, et enfin on soude des connections auxdites entrées et sorties de fluide caloporteur. |
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne un absorbeur pour capteur solaire thermique.
L'invention concerne, en outre, un capteur solaire comprenant cet absorbeur.
L' invention a trait également à un procédé de préparation dudit absorbeur.
Le domaine technique de l'invention peut être défini de manière générale comme celui des capteurs solaires thermiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un capteur solaire thermique comme celui représenté sur la Figure 1, comprend en tant qu'élément essentiel un absorbeur (1) dans lequel circule un fluide caloporteur, tel que de l'eau glycolée. L' absorbeur (1) est placé dans un coffret ou boîtier (2), généralement en acier, sous une couverture transparente (3), généralement en verre.
Le coffret (2) est généralement doublé intérieurement par un isolant thermique, généralement de la laine minérale (4) .
L' absorbeur (1) comprend comme cela est représenté sur les Figures 1 et 2, des canaux (5, 21), de section circulaire ou autre, généralement disposés parallèlement les uns aux autres. L'ensemble de ces canaux (5, 21) forme la partie centrale ou corps de l'absorbeur (22). Les premières extrémités (23) des canaux (21) sont reliées à une première pièce d'extrémité creuse (24) formant un volume d'entrée pour le fluide caloporteur et les secondes extrémités (25) des canaux (21) sont reliées à une seconde pièce d'extrémité creuse (26) formant un volume de sortie pour le fluide caloporteur qui circule dans les canaux (5, 21) .
L'absorbeur (1) constitue la partie active du capteur thermique.
L'absorbeur (1) doit présenter des propriétés optiques très particulières : il doit en effet absorber (6) au maximum le spectre solaire (7) tout en limitant au maximum les pertes par rayonnement c'est-à-dire la ré-émission de photons (8) induite par 1 ' échauffement de l'absorbeur.
L'absorption du spectre solaire par l'absorbeur est une propriété qui est caractérisée par le coefficient d'absorption s , qui doit donc être le plus grand possible, tandis que la ré-émission des photons est une propriété qui est caractérisée par l'émissivité
L'émissivité d'un matériau est le rapport entre l'énergie qu'il rayonne et celle qu'un corps noir rayonnerait à la même température. C'est donc une mesure de la capacité d'un corps à absorber et à ré ¬ émettre l'énergie rayonnée . Le corps noir absorbe et ré-émet toute l'énergie (ε=1) . Dans le cas de l'absorbeur, on souhaite une émissivité la plus faible possible, souvent déterminée à 10°C. Globalement, le bilan énergétique du capteur prend en compte l'énergie solaire (7), l'énergie absorbée par l'absorbeur (6), l'énergie ré-émise par irradiation (corps noir) (8), et l'énergie réfléchie par la face inférieure de la couverture ( 9) , pour donner finalement l'énergie perdue par le capteur (10) .
Afin de doter l'absorbeur de ces propriétés optiques, l'absorbeur est pourvu sur sa surface supérieure, généralement métallique, d'un revêtement spectral sélectif (11) qui limite l'énergie ré-émise par irradiation par l'absorbeur.
Dans les capteurs les plus courants, et comme cela est montré sur la Figure 3, le matériau utilisé pour l'absorbeur et notamment pour les tubes, canaux, de l'absorbeur (31) qui transportent le fluide caloporteur, est un métal bon conducteur thermique tel que le cuivre ou l'aluminium sur lequel on dépose un traitement spectral sélectif généralement constitué d'un empilement (32) de deux ou trois couches, voire plus, pour obtenir de bonnes performances tant en ce qui concerne le coefficient d'absorption que l'émissivité ε¾·
Ces couches sont généralement des couches en cermet avec différentes teneurs en métal ou avec un gradient et une couche anti-reflet.
Cette même structure est utilisée dans le cas de substrats en plastique qui ne présentent pas d'absorption intrinsèque.
Des capteurs solaires thermiques associant une base en plastique et un ou plusieurs traitements de surface ont fait l'objet au cours des 25 dernières années de plusieurs brevets et demandes de brevet.
Dans la plupart de ces brevets et demandes de brevets est décrit un absorbeur en plastique revêtu d'une ou de plusieurs couches spécifiques qui permettent d'assurer la sélectivité spectrale.
Le document US-A-4 , 112 , 921 décrit des capteurs solaires thermiques dans lesquels l'utilisation de verre et de métal est presque totalement éliminée, ce qui permet notamment de réduire le coût et le poids du capteur. L' absorbeur est constitué par des matériaux de conductivité thermique très faible tels que des matières plastiques.
Le document US-A-4, 556, 048 décrit des capteurs solaires thermiques dans lesquels la surface de la résine de polyoléfine qui constitue l' absorbeur, reçoit un traitement en deux couches permettant de réaliser une absorption sélective du rayonnement solaire. La première couche appliquée sur la surface est principalement constituée d'une résine acrylique thermoplastique, ou d'une résine alkyde, d'une résine polyoléfine chlorée, d'une résine époxy, et d'une poudre métallique.
Cette première couche a pour effet de réduire le rayonnement infrarouge.
La seconde couche qui a des propriétés d' absorption sélective du rayonnement solaire est principalement constituée par un oxyde métallique et au moins une résine choisie parmi les résines acryliques, les résines fluorées, le résines uréthanes, et les résines alkydes. Le document CN-A-101158513 décrit un absorbeur et son procédé de préparation. Cet absorbeur comprend des tubes circulaires qui sont disposés sur la même surface et reliés entre eux par des ailettes, une plaque supérieure formant couvercle et une plaque inférieure formant support. Une couche absorbant l'énergie solaire est disposée sur la paroi interne des tubes et une couche réfléchissante est prévue sur la plaque inférieure pour accroître le nombre de photons transmis dans l' absorbeur.
Le document US-A1-2002/0002972 décrit un capteur solaire comprenant plusieurs éléments réfléchissants identiques, disposés en rangées, qui concentrent le rayonnement solaire incident sur une canalisation de fluide caloporteur. La surface réfléchissante est revêtue d'une couche réfléchissante telle qu'une couche d'aluminium déposée sous vide.
Les éléments réfléchissants peuvent être préparés par moulage, notamment dans un moule à compression d'un matériau comprenant des silicates hydratés d'aluminium.
Le document US-A-4 , 060 , 070 décrit l'utilisation d'un matériau polymère tel que le polypropylène ou le polyéthylène, chargé en noir de carbone pour fabriquer un absorbeur de capteur solaire.
Cet absorbeur comporte un corps principal qui est préparé par extrusion du polymère pour définir ainsi une plaque de base et plusieurs tubes creux parallèles espacés. La plaque est fixée à chacune de ses extrémités à un collecteur en plastique extrudé comprenant éventuellement des adaptateurs tubulaires. L'assemblage des tubes et des collecteurs est réalisé par chauffage, par exemple par induction.
Le document FR-A-2 498 614 concerne un produit pour réaliser un échangeur de chaleur d'un capteur solaire qui est constitué par un mélange d' éthylène propylène diène monomère (EPDM) , de noir de carbone, de silice précipitée destinée à faciliter l'extrusion du produit ou d'une autre charge minérale renforçante, d'un plastifiant compatible avec l'EPDM, d'un système de vulcanisation, d'un agent de couplage pour la silice ou la charge minérale et l'EPDM.
Le document WO-A1-01/34698 décrit un mélange élastomère, en particulier à base d'EPM ou de EPDM auquel sont ajoutés un composant thermiquement conducteur tel que du graphite, du noir de carbone, de l'oxyde de calcium, et un agent de réticulation . Ce mélange élastomère sert à la fabrication par extrusion de tuyaux pour absorbeurs et échangeurs de chaleur.
Le document FR-A-2 430 578 concerne un absorbeur pour capteur solaire qui est réalisé en un matériau généralement transparent ou translucide, qui laisse passer au moins 50% du rayonnement solaire. En outre, le fluide caloporteur contient un pigment dispersé et/ou un colorant dissous susceptible d'absorber l'énergie solaire.
Le document US-A-4 , 161 , 942 a trait à un capteur d'énergie solaire comprenant un ou plusieurs tubes disposés en hélice sur lesquels est fixé un revêtement de transfert thermique. Le revêtement de transfert thermique comprend du noir de carbone et du plâtre de Paris . Le document US-A-4, 376, 801 concerne un revêtement sélectif pour les surfaces exposées à l'énergie solaire d'un capteur solaire, qui comprend un composé organique ou une substance ayant une masse moléculaire élevée et une forte teneur en carbone, tel qu'un pétrole, une huile, graisse, ou cire, végétale ou animale qui est pyrolysée pour donner un vernis pigmenté au noir de carbone.
Le document DE-A1-3228274 a trait à un procédé pour fabriquer une couche absorbante sélective sur la surface d'un capteur solaire métallique dans lequel du noir de carbone avec une taille de particules de 10 à 300 nm est dispersé dans un liant et cette dispersion est appliquée avec un solvant adéquat sur ladite surface puis séchée.
De manière générale, les absorbeurs sont traditionnellement préparés par un procédé (Figure 2) consistant à extruder deux pièces (27, 28) formant chacune la moitié du corps à canaux (22) de l'absorbeur c'est-à-dire les demi-absorbeurs (27, 28) puis à les assembler avec les deux autres pièces d'extrémité (29, 210) dans lesquelles sont définies les chambres d'extrémité (24, 26) de l'absorbeur, c'est-à-dire les chambres creuses dans lesquelles débouchent les canaux de l'absorbeur. L'absorbeur est donc préparé en assemblant quatre pièces, à savoir les deux pièces (27, 28) qui constituent le corps à canaux de l'absorbeur, la pièce (29) qui constitue la première partie d'extrémité et enfin la pièce (210) qui constitue la seconde partie d'extrémité. Ce procédé est long, complexe, coûteux, et peu fiable .
En effet, il met en œuvre des étapes complexes et coûteuses telles que des étapes de thermoformage et de soudage.
Les absorbeurs obtenus par ce procédé présentent notamment des problèmes d'étanchéité surtout au niveau des liaisons entre les pièces constituant les parties d'extrémité, et le corps à canaux.
II existe donc un besoin pour un absorbeur de capteur solaire thermique qui puisse être préparé par un procédé simple, présentant un nombre limité d'étapes, fiable, reproductible, et d'une durée et d'un coût réduits.
II existe encore un besoin pour un absorbeur qui soit de même simple, fiable, d'un faible coût et dont les propriétés et notamment les propriétés thermiques et optiques puissent être aisément optimisées .
Le but de la présente invention est de fournir un absorbeur de capteur solaire et un procédé de préparation de cet absorbeur, qui répondent aux besoins mentionnés plus haut.
Le but de la présnte invention est encore de fournir un absorbeur de capteur solaire et un procédé de préparation de cet absorbeur qui ne présentent pas les défauts, inconvénients, limitations et désavantages, des absorbeurs et procédés de préparation d' absorbeurs de l'art antérieur et qui résolvent les problèmes des absorbeurs et procédés de l'art antérieur . EXPOSÉ DE L' INVENTION
Ce but et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un absorbeur de capteur solaire thermique comprenant des canaux avec chacun une première extrémité et une seconde extrémité, les premières extrémités des canaux débouchant à l'intérieur d'une première chambre d'extrémité, et les secondes extrémités des canaux débouchant à l'intérieur d'une seconde chambre d'extrémité, dans lequel ledit absorbeur est constitué par une seule pièce extrudée d'un matériau nanocomposite solide comprenant une matrice polymère dans laquelle sont incorporés des nano-objets et/ou des nanostructures .
Avantageusement, le polymère de la matrice peut être choisi parmi les polymères thermoplastiques comme les polyoléfines telles que les polyéthylènes et les polypropylènes ; les polymères et les copolymères d' oléfines cycliques ; les polystyrènes ; les polyamides ; les polyesters tels que les polycarbonates , les poly ( (meth) acrylate) s, les poly ( téréphtalate d'éthylène)s ou PETs, les poly (naphtalate d' éthylène) s ; et leurs mélanges.
Avantageusement, la teneur en nano-objets et/ou en nanostructures peut être inférieure ou égale à 5% en masse, de préférence inférieure ou égale à 1 ~6 en masse, de préférence encore est de 10 ppm à 0,5 % en masse de la masse du matériau nanocomposite.
Avantageusement, les nano-objets peuvent être choisis parmi les nanotubes, les nanofils, les nanoparticules, les nanocristaux, et les mélanges de ceux-ci .
Avantageusement, les nano-objets et/ou les nanostructures peuvent être fonctionnalisés, notamment chimiquement.
Avantageusement, les nano-objets et/ou nanostructures sont choisis parmi les nano-objets et/ou nanostructures qui confèrent des propriétés thermiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques au matériau nanocomposite ; et parmi les nano-objets et/ou nanostructures qui améliorent les propriétés thermiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques du matériau nanocomposite.
Avantageusement, le matériau constituant les nano-objets et/ou nanostructures peut être choisi parmi le carbone ; les métaux tels que l'or, le cuivre, le manganèse ou l'aluminium ; les alliages métalliques tels que les alliages de cuivre, d'or, de manganèse ou d'aluminium ; les oxydes métalliques tels que les oxydes de terres rares éventuellement dopés; les polymères organiques ; et les matériaux comprenant plusieurs matériaux parmi les matériaux précités.
Avantageusement, les nano-objets peuvent être des nanotubes de carbone ; des nanoparticules de métaux tels que le cuivre, l'or, le manganèse ou l'aluminium ; des nanoparticules d'alliages métalliques tels que les alliages de cuivre, d'or, de manganèse ou d'aluminium ; des nanoparticules d'oxydes métalliques ; des nanoparticules magnétiques telles que des nanoparticules d'AgMn, de Fe 2 Û 3 ou de Fe 3 Û 4 ; ou un mélange de ceux-ci. Avantageusement, des nanotubes de carbone et des nanoparticules magnétiques sont incorporés dans la matrice polymère.
Avantageusement, les nanostructures peuvent être des nanostructures cœur-filament, en particulier des nanostructures cœur-filament avec un cœur constitué d'alumine et des filaments constitués de nanotubes de carbone .
Des nanostructures de ce type confèrent de bonnes propriétés thermiques au matériau, c'est-à-dire à la matrice polymère, dans lequel elles sont dispersées. En d'autres termes, des nanostructures de ce type apportent une amélioration significative des propriétés thermiques du matériau pour un ajout minimal de nanostructures.
Avantageusement, les nano-objets et/ou nanostructures peuvent être répartis de manière homogène dans la matrice polymère.
Avantageusement, la face supérieure de l'absorbeur, susceptible d'être exposée au rayonnement solaire est pourvue d'un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d'onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d'onde supérieure à la gamme de longueur d'onde du spectre solaire.
Avantageusement, ledit matériau transparent peut être choisi parmi les oxydes transparents conducteurs ou OTC, tels que l'oxyde d' indium et d' étain ou ITO, et l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al. Avantageusement, ledit revêtement en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al.
L'absorbeur selon l'invention n'a jamais été décrit dans l'art antérieur.
L'absorbeur selon l'invention ne présente pas les inconvénients des absorbeurs de l'art antérieur et résout les problèmes des absorbeurs de l'art antérieur.
En effet, l'absorbeur selon l'invention se distingue fondamentalement des absorbeurs de l'art antérieur tout d' abord en ce qu' il est constitué par une seule et unique pièce extrudée.
Un tel absorbeur dans lequel la totalité, l'ensemble de l'absorbeur, à savoir des canaux, des chambres d'extrémité ou volumes d'entrée et de sortie connectés auxdits canaux est intégralement constitué par une seule pièce extrudée « monobloc » n'a jamais été décrit ni suggéré dans l'art antérieur.
Du fait que l'absorbeur selon l'invention est constitué par une seule pièce extrudée en un matériau unique, et non par plusieurs pièces assemblées par exemple par soudage, l'absorbeur selon l'invention ne présente aucune liaison, joint entre les pièces. L'absorbeur selon l'invention est donc extrêmement simple, extrêmement fiable, et en particulier ne présente pas les problèmes d'étanchéité rencontrés avec les absorbeurs de l'art antérieur constitués par l'assemblage de plusieurs pièces.
L'absorbeur selon l'invention est également d'un coût plus faible. L'absorbeur selon l'invention se distingue également fondamentalement des absorbeurs de l'art antérieur en ce qu'il est constitué d'un matériau spécifique, à savoir un matériau nanocomposite solide comprenant une matrice polymère dans laquelle sont incorporés des nano-objets.
Un tel matériau nanocomposite est totalement compatible avec le procédé d'extrusion et il permet de communiquer à l'absorbeur toutes les propriétés souhaitées par exemple thermiques, mécaniques, magnétiques ou autres.
Le choix du polymère de la matrice et/ou des nano-objets permet d'ajuster facilement et spécifiquement les propriétés du matériau nanocomposite en vue de sa mise en œuvre dans un absorbeur de capteur solaire thermique.
Le matériau nanocomposite utilisé peut présenter à volonté toutes les propriétés spécifiques voulues, telles que des propriétés magnétiques et thermiques améliorées, notamment par rapport à un plastique chargé en noir de carbone tout en restant compatible avec le procédé d'extrusion.
On a vu plus haut que l'absorbeur selon l'invention, est généralement pourvu, sur sa face supérieure, susceptible d'être exposée au rayonnement solaire d'un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d'onde du spectre solaire et une réflectivité, de préférence une réflectivité importante, aux rayonnements ayant une longueur d'onde supérieure à la gamme de longueur d'onde du spectre solaire. En général, et grâce au fait que l'absorbeur est constitué d'un matériau nanocomposite solide, ce revêtement ne comporte qu'une seule couche en un matériau transparent au lieu d'un empilement de couches pour les absorbeurs de l'art antérieur fabriqués par exemple en cuivre.
L'invention concerne, en outre, un capteur solaire thermique comprenant un absorbeur selon l'invention tel que décrit plus haut et une couverture transparente au rayonnement solaire sur ledit absorbeur (du côté exposé au rayonnement solaire) .
Le capteur selon l'invention possède de manière inhérente toutes les propriétés avantageuses, déjà énumérées plus haut, de l'absorbeur selon l'invention qui constitue l'élément fondamental de ce capteur.
Avantageusement, la couverture transparente du capteur selon l'invention peut être revêtue sur sa face inférieure (c'est-à-dire la face qui fait face à l'absorbeur) d'un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d'onde dans la gamme de longueur d' onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d' onde du spectre solaire .
Avantageusement, ledit matériau transparent peut être choisi parmi les oxydes transparents conducteurs ou OTC, tels que l'oxyde d' indium et d' étain ou ITO, et l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al.
Avantageusement, ledit revêtement en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al.
Le capteur solaire thermique selon l'invention possède de manière inhérente toutes les propriétés avantageuses dues à l'absorbeur.
Le capteur selon l'invention, lorsqu'il comprend, aussi bien sur la face inférieure de sa couverture transparente que sur la face supérieure de l'absorbeur, un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d'onde dans la gamme de longueur d' onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d' onde du spectre solaire, voit ses propriétés thermiques et optiques, et notamment ses capacités d'absorption du spectre solaire, optimisées.
L'invention concerne, en outre, un procédé de préparation de l'absorbeur tel que décrit plus haut, dans lequel on réalise en continu l' extrusion d'une masse fondue du matériau nanocomposite solide, et on forme successivement et en une seule étape la première chambre d'extrémité, les canaux, et la deuxième chambre d'extrémité de l'absorbeur.
La préparation par une technique d' extrusion en continu et en une seule étape de la totalité, l'ensemble d'un absorbeur, à savoir des canaux, des chambres d'extrémité ou volumes d'entrée et de sortie connectés auxdits canaux, ledit absorbeur étant finalement intégralement constitué par une seule pièce extrudée, n'a jamais été décrite dans l'art antérieur. Le procédé selon l'invention ne comporte qu'une seule étape et il est donc beaucoup plus simple, beaucoup plus rapide et beaucoup moins coûteux, beaucoup plus fiable, que les procédés de l'art antérieur qui font généralement intervenir l'assemblage de plusieurs pièces fabriquées séparément.
Le procédé selon l'invention élimine notamment les étapes les plus coûteuses des procédés de l'art antérieur telles que le thermoformage et le soudage.
Avantageusement, la première chambre d'extrémité, les canaux et la deuxième chambre d'extrémité de l'absorbeur peuvent être formés à l'aide d'une seule et même tête ou filière d'extrusion.
Avantageusement, on peut former en série et en continu plusieurs absorbeurs.
On réalise de la sorte des gains supplémentaires en termes de coût et de temps.
Avantageusement, lors de l'extrusion, on peut injecter un fluide dans le matériau nanocomposite fondu afin de définir les espaces creux, canaux, et chambres de l'absorbeur.
Avantageusement, le fluide injecté peut être choisi parmi les gaz tels que l'air, l'argon, l'azote, et leurs mélanges; et les liquides tels que les huiles, par exemple les huiles silicones, minérales, synthétiques, semi-synthétiques, et leurs mélanges.
Avantageusement, à l'issue de l'extrusion, on dépose, par exemple par un procédé de dépôt physique en phase vapeur (« PVD ») , sur la face supérieure de l'absorbeur ou des absorbeurs, susceptible d'être exposée au rayonnement solaire, un revêtement en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d' onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d'onde du spectre solaire.
Avantageusement, ce revêtement peut être en un oxyde transparent conducteur, tel que l'oxyde d' indium et d' étain (ITO) ou l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al.
Avantageusement, le revêtement en un matériau transparent comprend une seule couche, de préférence une seule couche d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou ZnO : Al.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend une étape finale au cours de laquelle on perce des entrées et sorties de fluide caloporteur dans l'absorbeur ou les absorbeurs, puis on effectue éventuellement une vidange du fluide, et enfin on soude des connections auxdites entrées et sorties de fluide caloporteur.
L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre faite en relation avec les dessins joints dans lesquels : BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un capteur solaire thermique.
La Figure 2 est une vue schématique d'un absorbeur de capteur solaire thermique de l'art antérieur. La Figure 3 est une vue schématique en coupe verticale d'un tube d'un absorbeur de l'art antérieur pourvu sur sa face supérieure d'un empilement de couches formant un revêtement spectral sélectif.
- La Figure 4 est une vue schématique d'un absorbeur de capteur solaire thermique selon 1 ' invention .
La Figure 5 est un graphique qui représente le spectre d'absorption d'un matériau nanocomposite comprenant une matrice de polyamide dans laquelle sont dispersés des nanotubes de carbone à raison de 0,1 % en masse .
En ordonnée est portée l'absorption (en %) , et en abscisse est portée la longueur d'onde (en microns) .
- La Figure 6 est une vue schématique d'une tête ou filière d'extrusion spécifique pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention pour préparer un absorbeur selon l'invention.
La Figure 7 est une vue en coupe transversale de la pièce cylindrique de la deuxième zone de la tête ou filière d'extrusion de la Figure 6.
La Figure 8 représente de manière schématique pour chacune des positions du cylindre intérieur de la pièce cylindrique de la Figure 7 les profils extrudés correspondants obtenus.
La Figure 9 montre l'extrusion en continu et série de cinq absorbeurs selon l'invention.
La Figure 10 est un graphique qui donne la réflectivité totale d'un revêtement en oxyde de zinc dopé à aluminium. En abscisse est portée la longueur d'onde (en microns) et en ordonnée est portée la réflectivité totale .
La Figure 11 est un graphique qui représente la réflectance en fonction de la longueur d'onde de la lumière (en ym) .
La réflectance correspond au rapport entre l'énergie solaire réfléchie et incidente.
En-dessous de 1,4 ym de longueur d'onde, l'énergie solaire est absorbée par le matériau de l'absorbeur, au-delà il y a une ré-émission provoquée par 1 ' échauffement du matériau.
La Figure 12 est un graphique qui représente en trait continu le spectre solaire vu comme une répartition de la densité d'énergie en fonction de la longueur d'onde, et en trait interrompu la distribution de la densité d'énergie en fonction de la longueur d'onde, de la ré-émission de l'absorbeur provoquée par son échauffement à différentes températures, à savoir 100°C, 200°C et 300°C.
En ordonnée est portée la densité d'énergie (en GW/m 2 ) , et en abscisse est portée la longueur d'onde (en ym) . EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'absorbeur selon l'invention tel qu'il est représenté sur la Figure 4 présente une structure analogue à celle d'un absorbeur classique tel qu'il a déjà été décrit plus haut et tel qu'il est représenté notamment sur la Figure 2 à la différence fondamentale toutefois que l'absorbeur selon l'invention est constitué par une seule pièce, élément, bloc extrudé (41) en un matériau nanocomposite solide comprenant une matrice polymère dans laquelle sont incorporés des nano-obj ets .
Ce matériau peut être aussi appelé plus simplement « polymère-nanocomposite ».
L'absorbeur selon l'invention, à l'instar des absorbeurs classiques, comprend des canaux (42) avec chacun une première extrémité (43) et une seconde extrémité (44), les premières extrémités (43) des canaux débouchant à l'intérieur d'une première chambre d'extrémité (45) et les secondes extrémités (44) des canaux débouchant à l'intérieur d'une seconde chambre d'extrémité (46) . Ces canaux (42) et ces premières et secondes chambres d'extrémité (45, 46) sont définis dans une seule même pièce extrudée (41) .
En d'autres termes, l'absorbeur selon l'invention est constitué intégralement d'un seul élément extrudé en un matériau nanocomposite (41) qui intègre les canaux (42) et les zones, volumes, chambres, de réserve d'entrée (45) et de sortie (46) de fluide caloporteur. Les formes de cet élément (41) sont obtenues en une seule étape, par extrusion, sans faire appel à d'autres étapes de thermoformage et de soudage.
Les canaux (42) peuvent avoir une section transversale circulaire avec un diamètre généralement de 1 à 7 mm, ou une section transversale polygonale, par exemple carrée ou rectangulaire.
La longueur des canaux (42) est généralement comprise entre 0,5 et 4 m. Les canaux (42) sont généralement disposés parallèlement les uns aux autres avec un espacement entre les canaux, de 0,1 à 3 mm.
Les canaux (42) sont généralement au nombre de 4 à 20, par exemple de 8 comme représenté sur la Figure 4.
L'épaisseur de l'absorbeur est généralement de 0,5 à 1,5 mm et la largeur de l'absorbeur est généralement de 0,1 à 1 m.
Selon l'invention, et comme on l'a indiqué plus haut, l'absorbeur selon l'invention est fabriqué en un matériau nanocomposite à matrice polymère.
Rappelons que les matériaux nanocomposites à matrice polymère sont des matériaux multiphasiques , en particulier biphasiques, qui comportent une matrice polymère formant une première phase dans laquelle sont dispersés des nano-objets ou nanostructures tels que des nanoparticules formant au moins une deuxième phase que l'on dénomme généralement phase de renfort ou charge .
Les nanocomposites sont appelés ainsi car au moins une des dimensions des objets tels que des particules formant la phase de renfort ou charge est à l'échelle nanométrique, à savoir généralement inférieure ou égale à 100 nm, par exemple de un nanomètre à une ou quelques dizaines de nanomètres, par exemple 100 nm.
En conséquence, ces objets et particules sont dénommés nano-objets ou nanoparticules.
Les matériaux nanocomposites permettent, généralement pour des taux de charge relativement faibles, à savoir inférieurs à 10% en poids, et même inférieurs à 1% en poids, d'obtenir une amélioration significative des propriétés du matériau, qu' il s'agisse des propriétés mécaniques, électriques, thermiques, magnétiques, optiques ou autres ....
Le polymère de la matrice du matériau nanocomposite qui constitue l'absorbeur selon l'invention, est généralement choisi parmi les polymères thermoplastiques.
Il n'y a aucune limitation quant à la nature de ce polymère thermoplastique.
Il peut être choisi parmi les polyoléfines tels que les polyéthylènes , les polypropylènes , les polymères et les copolymères d' oléfines cycliques ; les polystyrènes ; les polyamides ; les polyesters tels que les polycarbonates , les poly ( (meth) acrylate) s, les poly ( téréphtalate d'éthylène)s ou PETs, les poly (naphtalate d'éthylène)s ; et leurs mélanges. Ces polymères sont facilement disponibles dans le commerce et l'absorbeur selon l'invention peut être fabriqué en utilisant simplement des polymères de qualité commerciale .
Des polymères particulièrement préférés sont les polyamides, éventuellement chargés en fibres de verre pour assurer un renfort mécanique et éviter les fluages.
Les fibres de verre ont des dimensions très supérieures aux nano-objets ou nanostructures et ne doivent pas être confondues avec ceux-ci.
Par « nano-objets », on entend généralement tout objet seul ou lié à une nanostructure dont au moins une dimension est inférieure ou égale à 100 nm, par exemple de un nanomètre à une ou quelques dizaines de nanomètres et jusqu'à 100 nm.
Ces nano-objets peuvent être par exemple des nanoparticules , des nanofils, des nanocristaux, des nanotubes par exemple des nanotubes de carbone (CNT) monoparoi (« SWCNT » ou « Single Walled Carbon Nanotube » en langue anglaise) ou multiparoi (« MWCNT » ou « Multi Walled Carbon Nanotube » en langue anglaise), ou un mélange de ceux-ci.
Par « nanostructure », on entend généralement une architecture constituée d'un assemblage de nano- objets qui sont organisés avec une logique fonctionnelle et qui sont structurés dans un espace allant du nanomètre cube au micromètre cube.
Comme on l'a mentionné plus haut, les nano- objets ou nanostructures sont généralement choisis parmi les nano-objets et nanostructures qui améliorent les propriétés thermiques, et/ou mécaniques et/ou magnétiques et/ou électriques et/ou optiques du matériau nanocomposite solide et/ou confèrent de telles propriétés au matériau nanocomposite solide.
Le matériau constituant ces nano-objets ou nanostructures n'est pas particulièrement limité et peut être choisi parmi le carbone, les métaux et alliages métalliques, les oxydes métalliques, les polymères organiques ; et les mélanges de ceux-ci.
Des nano-objets préférés sont notamment les nanotubes de carbone (« CNT » ou « Carbon Nanotubes » en langue anglaise) que ce soient les nanotubes de carbone monoparoi (« SWCNT » ou « Single Walled Carbon Nanotubes » en langue anglaise) ou multiparoi (« MWCNT » ou « Multi Walled Carbon Nanotubes » en langue anglaise) , et les nanoparticules de métaux et alliages .
Les nanostructures peuvent être des constructions, assemblages dont les briques sont les nano-obj ets .
Les nanostructures peuvent être par exemple des nanotubes de carbone « décorés » de nanoparticules de platine, de cuivre, d'or, de fer ; des nanofils de silicium « décorés » d'or, de nickel, de platine, de fer etc.
Parmi les nanostructures, on peut aussi citer notamment la nanostructure ZnO-Ni qui est une structure tridimensionnelle de ZnO terminée par des nanosphères de nickel.
Parmi les nanostructures, on peut également citer, comme on l'a déjà indiqué plus haut, les nanostructures cœur-filament, en particulier les nanostructures cœur-filament avec un cœur constitué d'alumine, plus exactement par une particule d'une poudre d'alumine, et des filaments constitués de nanotubes de carbone.
Des nanostructures de ce type confèrent de bonnes propriétés thermiques au matériau, c'est-à-dire à la matrice polymère, dans lequel elles sont dispersées. En d'autres termes, des nanostructures de ce type apportent une amélioration significative des propriétés thermiques du matériau pour un ajout minimal de nanostructures.
Le matériau nanocomposite peut ne contenir qu'un seul type de nano-objet ou nanostructure ou bien il peut contenir à la fois plusieurs types de nano- objets et/ou nanostructures qui peuvent différer par leur forme et/ou le matériau les constituant et/ou leur taille. Dans le cas où plusieurs types de nano-objets ou nanostructures sont présents, ils peuvent chacun conférer une propriété au matériau et/ou améliorer une propriété de ce matériau.
Ainsi, le matériau peut-il comprendre des nano- objets comme des charges minérales et/ou organiques telles que des nanotubes de carbone pour améliorer ses propriétés thermomécaniques, et d'autres nano-objets qui rendent le matériau magnétique.
Par exemple, le matériau composite pourra contenir à la fois des nanotubes de carbone (« NTC ») et des nanoparticules magnétiques, par exemple des particules de Fe 2 Û 3 , Fe 3 Û 4 , AgMn, dans les proportions indiquées plus haut, par exemple inférieures ou égales à 1% en poids.
Généralement, la teneur en nano-objets et/ou en nanostructures peut être inférieure ou égale à 10% en masse, de préférence inférieure ou égale à 5
de préférence encore inférieure ou égale à 1 ~6 en masse, mieux de 10 ppm à 0,1% en masse de la masse du matériau nanocomposite .
II est préférable que les nano-objets et/ou nanostructures soient répartis de manière homogène dans le matériau nanocomposite.
Un matériau nanocomposite à matrice polymère convenant particulièrement bien pour fabriquer l'absorbeur selon l'invention est décrit dans les documents FR-A1-2 934 600 et WO-A1-2010/012813 à la description desquels on pourra se référer. Ces documents décrivent un matériau nanocomposite dans lequel des nano-objets et/ou des nanostructures sont répartis de manière homogène notamment à de faibles concentrations telles que mentionnées plus haut. .
En effet pour garantir l'effet « nano », la qualité de la dispersion des nano-objets et/ou des nanostructures dans la matrice est généralement essentielle et il est donc recommandé d'utiliser un procédé performant de dispersion tel que celui qui est décrit dans les documents FR-A1-2 934 600 et WO-Al-2010/012813 précités.
Dans le procédé décrit dans ces documents, on prépare des agglomérats ou capsules, éventuellement lyophilisés, dans lesquels sont répartis de manière homogène des nano-objets et/ou nanostructures enrobés par des macromolécules de polysaccharides , lesdites macromolécules formant dans au moins une partie de chacun des agglomérats, un gel par réticulation avec des ions positifs. On prépare ensuite un matériau nanocomposite en incorporant lesdits agglomérats dans une matrice polymère. Pour cela, on peut par exemple mélanger mécaniquement les agglomérats préparés avec le polymère puis sécher le mélange puis le traiter par un procédé de plasturgie tel que l'extrusion.
Rappelons que l'extrusion consiste à mettre en fusion n-matériaux et à les malaxer le long d'une vis ou d'une bi-vis avec un profil de température et une vitesse de rotation optimisés pour obtenir un mélange optimal. Au bout de cette bi-vis ou mono-vis, se trouve une filière qui met en forme le mélange avant sa solidification complète. La forme peut être un jonc, un film ou avoir tout type de profil.
L'incorporation des nano-objets ou nanostructures dans la matrice polymère peut bien évidemment se faire par un procédé, tel qu'un procédé de plasturgie, dans lequel les nano-objets ou nanostructures ne sont pas sous la forme d'agglomérats.
La répartition homogène préférée des nano- objets, nanostructures dans le matériau de l'absorbeur selon l'invention, garantit l'amélioration des propriétés (mécaniques, électriques, thermiques, magnétiques, optiques....) de ce matériau du fait des nano-objets même à de plus faibles concentrations.
Ainsi, un nanocomposite comprenant une matrice de polyamide dans laquelle sont dispersés de manière homogène (procédé décrit dans les documents FR-A1-2 934 600 et WO-A1-2010/012813) des nanotubes de carbone à raison de 0,1% en masse présente d'une part une conductivité thermique bien supérieure à celle d'un polymère de qualité commerciale (par exemple, une conductivité 3 à 5 fois supérieure), et d'autre part, une absorption maximale du spectre solaire. Cette absorption est pour le nanocomposite d'environ 96% comme le montre la Figure 5 alors qu'elle n'est que de quelques pourcents pour le polyamide seul sans nanotubes de carbone.
L'absorbeur selon l'invention est préparé en une seule étape par un procédé d'extrusion. Selon l'invention, on met en œuvre de manière avantageuse une extrudeuse d'un type déjà mentionné plus haut, qui est alimentée avec le seul matériau nanocomposite déjà préparé, ou bien qui est alimentée d'une part avec les nano-objets ou nanostructures par exemple sous la forme d'agglomérats, et d'autre part avec le polymère.
A la sortie de l' extrudeuse, on recueille un flux de matériau nanocomposite fondu.
A la sortie de l' extrudeuse d'un type tel que décrit plus haut, est disposée une tête ou filière d'extrusion spécifique qui permet de mettre en forme le flux de nanocomposite fondu avant sa solidification et de préparer en une seule étape, et en continu, les diverses parties de l'absorbeur.
Cette tête ou filière d'extrusion spécifique est représentée sur la Figure 6.
Elle comporte tout d'abord un raccord d'entrée, généralement de forme circulaire (61), connecté à la sortie de l' extrudeuse, par exemple à la zone bi-vis, qui reçoit un flux (62) de matériau nanocomposite fondu en provenance de l' extrudeuse, et qui assure l'alimentation de la tête ou filière d'extrusion par un flux généralement circulaire de matériau nanocomposite fondu.
La tête d'extrusion comporte ensuite successivement trois zones (63, 64, 65) dans le sens d'écoulement du flux de matériau nanocomposite et des moyens de sortie (66) pour recueillir les absorbeurs extrudés. La première zone (63) peut être définie comme une zone de mise au flux, écoulement laminaire, du flux d'entrée de matériau nanocomposite fondu ; la deuxième zone (64) peut être définie comme une zone de séparation du flux et éventuellement d'injection d'un fluide ; et la troisième zone (65) peut être définie comme une zone de convergence de flux et de mise aux cotes et formes finales de l'absorbeur ou des absorbeurs .
La première zone ou zone de mise au flux laminaire (63) génère un flux laminaire de la largeur du capteur, par exemple environ 1 m, et d'une épaisseur, par exemple de 15 mm, qui est supérieure à l'épaisseur finale de l'absorbeur.
Cette première zone (63) présente généralement des parois (67) qui divergent depuis ledit raccord d'entrée (61) pour former ensuite un conduit (68) de la largeur et de l'épaisseur voulues indiquées plus haut. Ce conduit (68) a généralement une longueur de 5 cm à 15 cm, suffisante pour établir un flux, écoulement, laminaire .
Le flux laminaire ainsi formé pénètre ensuite dans la seconde zone (64) ou zone de séparation du flux et d'injection éventuelle d'un fluide.
La seconde zone (64) comprend une pièce cylindrique (69) disposée selon la largeur du conduit, canal (68) de la tête d'extrusion, dont l'axe principal est sensiblement perpendiculaire au sens de l'écoulement laminaire dans le canal, conduit. Cette pièce cylindrique (69) traverse les parois latérales (610, 611) dudit canal, conduit (68) et s'étend au-delà des parois latérales (610, 611) dudit canal (68), les bases (612, 613) de ladite pièce cylindrique (69) sont donc situées à l'extérieur dudit canal, au-delà des parois latérales (610, 611) de celui-ci.
En d'autres termes, cette pièce cylindrique
(69) est placée transversalement dans le canal, conduit dans lequel circule le flux, écoulement laminaire de matériau nanocomposite fondu.
Cette pièce cylindrique (69) est placée de manière à séparer le flux, écoulement laminaire en deux parties égales qui s'écoule respectivement au-dessus et au-dessous de la pièce cylindrique (69), respectivement entre la paroi supérieure du canal, conduit et la paroi supérieure de la pièce cylindrique, et entre la paroi inférieure du canal et la pièce cylindrique.
La pièce cylindrique (69) comprend deux cylindres creux concentriques (71, 72 : voir Figure 7) . A l'aide de ces cylindres creux et concentriques, il est possible d'injecter un fluide dans le flux, courant, de matériau nanocomposite fondu afin de définir les espaces creux de l'absorbeur et éventuellement de munir les surfaces internes de l'absorbeur d'un revêtement lui conférant des propriétés intéressantes.
La troisième zone (65) est une zone de convergence du flux de matériau nanocomposite et de mise aux cotes et formes finales de l'absorbeur, à savoir généralement une largeur de 1 m et une épaisseur de 7 mm. La section du canal, conduit, dans cette troisième zone diminue donc progressivement depuis la seconde zone (64) jusqu'aux moyens de sortie (66), cette diminution de section étant essentiellement due à une diminution de l'épaisseur du canal, conduit.
La pièce cylindrique disposée dans la deuxième zone de la tête, filière d'extrusion est représentée sur la Figure 7, elle comprend deux cylindres concentriques, à savoir un premier cylindre extérieur fixe (71) et un second cylindre intérieur (72) mobile en rotation.
La paroi latérale externe (73) du premier cylindre ou cylindre extérieur (71) n'est autre que la paroi externe de la pièce cylindrique. La paroi latérale interne (74) du cylindre extérieur (71) est en contact avec la paroi latérale externe (75) du cylindre intérieur (72), et la paroi latérale interne (76) du cylindre intérieur (72) définit un canal (77) au centre de la pièce cylindrique.
A une extrémité de la pièce cylindrique et dudit canal (77) au centre de la pièce cylindrique, la base (613) des deux cylindres peut être percée d'un orifice traversant qui peut être relié à une canalisation d'alimentation en un fluide (614).
Le cylindre extérieur (71) est fixe et sa paroi latérale est percée d'une fenêtre (78) du côté de la pièce cylindrique (69) opposé à la première zone (63) .
Cette fenêtre (78) a généralement la forme d'un rectangle dont la longueur est disposée dans le sens de la largeur du canal, conduit, dans lequel s'écoule le flux de matériau nanocomposite fondu.
La longueur de cette fenêtre (78) correspond généralement à 80 cm et sa largeur ou hauteur à 5 mm. Le cylindre intérieur (72) est mobile en rotation à l'intérieur du cylindre extérieur (71) .
Ce mouvement de rotation peut être produit à l'aide d'un moteur (615), qui entraîne en rotation un arbre solidaire de la base (612) du cylindre intérieur (72) qui n'est pas percé par l'orifice traversant relié à la canalisation d'alimentation en fluide (614) . Cet arbre est généralement situé suivant l'axe principal de la pièce cylindrique.
En des positions espacées sur sa circonférence, la paroi latérale du cylindre intérieur (72) est percée par un orifice, une fenêtre ou une série de plusieurs orifices qui sont, à chacune de ces positions, disposés longitudinalement dans la direction de l'axe de la pièce cylindrique qui se confond avec l'axe principal des cylindres intérieur (72) et extérieur (71) .
Par exemple, des orifices, fenêtres ou séries d'orifices (79, 710, 711) pourront être prévus comme cela est décrit sur la Figure 7 respectivement en trois positions (712, 713, 714) espacées sur la circonférence du cylindre intérieur. La position 3 (713) est espacée de 90° de la position 2 (712) sur la circonférence du cylindre intérieur, dans le sens des aiguilles d'une montre, et la position 4 (714) est espacée de 90° de la position 3 (713) sur la circonférence du cylindre intérieur dans le sens des aiguilles d'une montre. D'autres angles d'espacement pourraient être prévus.
On peut définir une ou plusieurs position (s) 1 sur la circonférence du cylindre intérieur dans laquelle la paroi du cylindre est pleine et n'est pas percée d'orifices, fenêtres ou séries d'orifices. Dans cette ou ces position (s) 1, le passage d'un fluide se trouvant dans le canal au centre de la pièce cylindrique est interdit.
Cette position 1 peut être une position (715) espacée de 90° de la position 4 (714) sur la circonférence du cylindre intérieur dans le sens des aiguilles d'une montre. Sur la Figure 7, les positions 1, 2, 3, et 4 sont donc réparties régulièrement avec des espacements de 90° sur la circonférence du cylindre intérieur (72) .
Le nombre de positions auxquelles des fenêtres, orifices ou séries d'orifices sont pratiqués dans la paroi du cylindre intérieur (72) est généralement de 3, pour un absorbeur selon l'invention, comme montré sur la Figure 7, mais ce nombre pourrait être différent et aller par exemple de 3 à 9 pour d'autres configurations de l' absorbeur.
Lors de la rotation du cylindre intérieur (72), par exemple dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, on peut mettre la partie de la paroi du cylindre intérieur non pourvue d'orifices (position (s) 1), et les orifices, fenêtres ou série d'orifices (79, 710, 711) prévus aux diverses positions 2, 3, 4 (712, 713, 714) dans la paroi latérale du cylindre intérieur (72) successivement en coïncidence avec la fenêtre (78) prévue dans la paroi latérale du cylindre extérieur (71).
Lorsque les orifices, fenêtres ou série d'orifices (79, 710, 711) prévus aux diverses positions 2, 3, 4 (712, 713, 714) dans la paroi latérale du cylindre intérieur (72) sont en coïncidence avec la fenêtre (78) prévue dans la paroi latérale du cylindre extérieur (71), le passage du fluide se trouvant dans le canal au centre de la pièce cylindrique par lesdits orifices (79, 710, 711) puis par ladite fenêtre (78) est rendu possible et le fluide peut être injecté dans le courant, flux, écoulement de matériau nanocomposite fondu dans le sens de cet écoulement.
En injectant un fluide dans le courant, flux, écoulement de matériau nanocomposite fondu dans le sens de cet écoulement, on peut ainsi former dans ce courant de nanocomposite fondu des cavités remplies dudit fluide, ces cavités correspondant aux différents volumes creux de l'absorbeur que l'on souhaite préparer .
Le fluide injecté peut être choisi parmi les gaz tels que l'air, l'argon, l'azote, et leurs mélanges; et les liquides tels que les huiles, par exemple les huiles silicones, minérales, synthétiques semi-synthétiques, et leurs mélanges.
Lorsque c'est la partie de la paroi du cylindre intérieur non pourvue d'orifices (position 1), qui se trouve en coïncidence avec la fenêtre (78) dans la paroi latérale du cylindre extérieur (71) alors le passage du fluide se trouvant dans le canal au centre de la pièce cylindrique par ladite fenêtre (78) n'est pas possible et le fluide n'est pas injecté dans le courant, flux, de matériau nanocomposite fondu. Aucune cavité n'est alors formée dans le matériau nanocomposite fondu. Dans cette position 1, on forme les parties pleines, par exemple d'extrémité de 1 ' absorbeur . Les orifices, fenêtres ou séries d'orifices prévus en chacune desdites positions 2, 3, 4 sont de préférence prévus de façon à ce que chacun de ces orifices, fenêtres ou série d'orifices ait un profil permettant par injection d'un fluide dans le courant, flux, de matériau nanocomposite fondu la formation de cavités correspondant aux différents volumes creux de l'absorbeur que l'on souhaite préparer.
Ainsi, par exemple dans les positions 2 et 4 (712, 714) le cylindre intérieur (72) peut-il être percé d'une fenêtre (79, 711) en forme de rectangle allongé dont la longueur correspond généralement à la largeur interne des chambres d'extrémités de l'absorbeur et dont la largeur ou hauteur correspond à la hauteur interne des premières et secondes chambres d'extrémité. Dans la position 3 (713), le cylindre intérieur est percé par des orifices (710) disposés selon une rangée, ces orifices ayant une forme, par exemple la forme d'un carré, et une dimension correspondant à la forme et à la dimension interne des canaux de l'absorbeur.
L'extrusion d'un absorbeur complet revient généralement à exécuter un tour complet du cylindre intérieur (72) dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.
Sur la Figure 8, on a représenté de manière schématique pour chacune des positions du cylindre intérieur (positions 1, 2, 3, 4) se trouvant en coïncidence avec la fenêtre (78) dans la paroi du cylindre extérieur, les différents profils extrudés correspondants obtenus. La position 1 permet d' extruder la partie pleine de l'absorbeur (81), la position 2 permet d' extruder la première chambre d'extrémité (82) à la première extrémité des canaux, la position 3 permet d' extruder le corps des canaux (83), et la position 4 permet d' extruder la seconde chambre d'extrémité (84) à la seconde extrémité des canaux.
Plusieurs absorbeurs peuvent être extrudés en série et en continu en faisant défiler successivement les positions 1, 2, 3, 4 du cylindre intérieur devant la fenêtre du cylindre extérieur selon le cycle suivant : 1234, 1234, 1234,....
La Figure 9 montre ainsi l'extrusion en continu et en série de cinq absorbeurs.
Une fois le ou les absorbeur(s) extrudé(s), et avant l'étape de découpe, on peut effectuer un dépôt d'un revêtement sélectif (47 : voir Figure 4)) sur la face supérieure du ou des absorbeurs qui est la face qui sera exposée au rayonnement solaire.
Ce revêtement est en un matériau transparent aux rayonnements ayant une longueur d' onde dans la gamme de longueur d' onde du spectre solaire et une réflectivité aux rayonnements ayant une longueur d' onde supérieure à la gamme de longueur d' onde du spectre solaire.
En général, ce revêtement ne comporte qu'une seule couche en un matériau transparent au lieu d'un empilement de couches pour les absorbeurs de l'art antérieur fabriqués par exemple en cuivre (Figure 3) , ce qui conduit là-encore à des gains importants en coût et en temps . Ce revêtement peut être, par exemple, un revêtement d'un substitut de l'ITO classiquement utilisé, qui est un oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO : Al) .
De préférence, ce revêtement ne comporte qu'une seule couche de ZnO : Al .
Les caractéristiques de réflectivité de ce revêtement sont illustrées sur le graphique de la Figure 10.
Un tel revêtement peut être déposé par un procédé de dépôt physique en phase vapeur (« Physical Vapour Déposition » ou « PVD » en langue anglaise) .
Ensuite une étape de découpe permet de séparer, isoler, chaque absorbeur pour terminer sa fabrication.
On pourra par exemple réaliser une opération de perçage des entrées et sorties de l' absorbeur, puis éventuellement une vidange du fluide, par exemple du nano-fluide et enfin un soudage des connections.
L' absorbeur selon l'invention est intégré dans un capteur solaire thermique qui est sensiblement analogue à celui de la Figure 1.
Un tel capteur solaire thermique comprend une couverture transparente.
Cette couverture transparente est constituée d'un polymère thermoplastique transparent qui est généralement choisi parmi les polyoléfines : les polymères et les copolymères d' oléfines cycliques (« COP » ; « COC ») ; les polystyrènes; les polyesters tels que les polycarbonates (« PC ») , les poly ( (meth) acrylate) s comme le poly (méthacrylate de méthyle) (« PMMA ») , les poly ( téréphtalate d'éthylène)s (« PET ») , les poly (naphtalate d'éthylène)s (« PEN ») ; et leurs mélanges.
La couverture transparente est généralement préparée par extrusion ou injection.
La face inférieure de la couverture, plaque, transparente est généralement revêtue par un oxyde transparent conducteur (« OTC ») , qui présente une bonne transparence sur l'ensemble des longueurs d'onde du spectre solaire, à savoir typiquement entre 300 nm et environ 1300-1500 nm, et qui présente également une réflectivité importante pour des longueurs d' onde supérieures à 1300-1500 nm afin d'éviter les pertes énergétiques liées au phénomène de rayonnement dû à 1 ' échauffement du capteur. Le spectre de réflectivité idéal pour le revêtement de la couverture d'un capteur solaire thermique est montré sur les Figures 11 et 12.
Cette longueur d'onde (longueur d'onde de coupure) (Figures 11 et 12) doit pouvoir être ajustée en fonction de la température d'équilibre du capteur qui va imposer la longueur d'onde minimale à partir de laquelle le capteur ré-émet par rayonnement.
Expérimentalement, on peut ajuster la longueur d'onde de coupure en jouant sur les conditions de dépôts qui vont modifier les caractéristiques optiques de la couche d'OTC.
Le revêtement utilisé couramment est à base d'oxyde d' indium et d' étain (ITO); cependant d'autres matériaux moins onéreux peuvent être employés, comme par exemple l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO : Al) dont le spectre de réflectivité est présenté sur la Figure 10. La face supérieure de la couverture transparente peut éventuellement recevoir un revêtement anti-reflet et/ou anti-UV qui est généralement également déposé par un procédé de dépôt physique en phase vapeur.