JPH0244149A - 太陽熱選択吸収板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、耐良性に優れ、しかも太陽光線の放射率を大
きくすることなく、吸収率を向上させたＦ　ｅ　−Ｃｒ
　−１′％ｌステンレス鋼から成る太陽熱選択吸収板お
よびその製造方法に関するものであり、たとえば太陽熱
ニオ・ルギを捕捉する集熱器などのために有利に実施す
ることができる太陽熱選択吸収板およびその製造方法に
関する。

従来の技術 典型的な先行技術は、特開昭５２−１０２８４４に示さ
れている。従来からの太陽熱選択吸収板は、銅またはア
ルミニラノーなどの金属板の表面に、太陽光線に対して
選択性のある皮膜を付与し、太陽光線の放射率を大きく
することなしに吸収率を向上させるように構成されてい
る。放射率および吸収率は、黒体放射との比を言う、金
属板表面の粗度を変化させることによって、金属板表面
上での太陽光線の反射回数を増加させて吸収率を大きく
することが可能である。

この先行技術では、太陽熱に対して選択性のある皮膜を
付与する過程において、基板になる金属板を該金属板に
対して［食性を有する液体に浸漬したり、陽極酸化処理
を施したり、メツキ処理したりする為、表面粗度を自由
にコントロールすることが困難であり、その目的とする
表面の形状を得ることができない。

他の先行技術は、真空蒸着法などによって、成る程度金
属板表面の形状をコントロールしている。

このような先行技術では、大きな面積を１度に処理する
ことが難しく、処理が繁雑であり、非常に高価なものに
なってしまうという問題がある。

さらに他の先行技術では、ステンレス鋼板を表面粗度が
０．２〜１．０μｍの範囲内になる如く、表面前処理を
施した後、該ステンレス鋼板を酸化性のあるクロｌゎ酸
−硫酸水溶液中に浸漬処理して黒色皮膜を形成させる。

このような先行技術では、ステンレス鋼板の表面にクロ
ム・鉄のスピネル構造の酸化物、水酸化物若しくは、ニ
ッケルの酸化物、水酸化物などの黒色皮膜が形成されて
いるが、耐食性に劣り、結露−乾燥の繰返しを受けると
、短期間で発錆してしまう。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、表面粗度をコントロールすることが容
易であり、作業性が向上され、発錆を防ぎ、こうして耐
食性に優れ、しかも太陽光線の放射率を大きくすること
なしに、吸収率を向上させることができるようにした太
陽熱選択吸収板およびその製造方法を提供することであ
る。

課題を解決するための手段 本発明は、Ｃｒ１２〜２８重１％、Ａｌ１〜６重量％を
含有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼板の素地表面を
Ｒａで表示して、９．２〜１．０μｍの表面粗度を有し
、かつ、該表面に０．１μｍ以上、１．０μｍ未満の長
さのアルミナウィスカを有することを特徴とする太陽熱
選択吸収板である。

また本発明は、Ｃｒ１２〜２８重量２６、Ａｔ　１−６
重量％を含有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼板の表
面粗度がＲａで表示して、０．２〜１゜０μｍの範囲内
になる如く表面前処理を施した後、酸化性雰囲気で８５
０〜１０００℃、１〜４時間保持することを特徴とする
太陽熱選択吸収板の製造方法である。

さらにまた本発明は、Ｃｒ１２〜２８重量％、ＡＩ　１
〜６重量％を含有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｔステンレス鋼板
の表面粗度がＲａで表示して、０゜２〜１．０μｍの範
囲内になる如く表面前処理を施した侠、酸素濃度０．１
％以下の雰囲気で７００〜１０００℃、１０秒間以上保
持後、大気雰囲気で８５０〜１０００℃、１〜４時間保
持することを特徴とする太陽熱選択吸収板のＩ！！遣方
法である。

作用 本発明に従えば、Ｆ　ｅ　−Ｃｒ−Ａｔステンレス鋼の
成分を、次のように限定するとともに、下記のような表
面性状を得ることによ−）て、耐食性に浸れ、しかも太
陽光線の放射率を大きくすることなく吸収率を向上させ
ることができるようにした太陽熱選択吸収板が実現され
る。

Ｃｒ　： Ｃｒはステンレス鋼の必須元素であり、１２重ｊｉｔ　
％未満では耐食性、耐酸化性がなくなる。またＣｒが２
８重ｋ　Ｘを超えると、鋼が脆くなり、放射体に加工で
きなくなるので１２１ｉ　％以上、２８重置火以下に限
定する。

Ａｅ： １．０重Ｉ％未満では高温酸化処理で形成される酸化皮
膜が、Ｆｅ、Ｃｒ酸化物主体となり、アルミナウィスカ
が生成されず、また耐食性がなくなる。ＡＩが多いほど
、本発明の目的を達成することができるが、６．０重量
％を超えると鋼が脆くなり、鋼板の製造が困難となるた
め、１．０重量？６以上、６．０重量％以下に限定する
。

この鋼板は、遠赤外線の放射面積を増やすために、表面
粗度を大きくすることが必要であり、その方法として表
面にプラスト・処理を行う、ブラスト処理は粗度ｉｏｏ
〜４００番のアルミナや炭化珪素の砥粒や直径０．０５
〜１．０ｍｍの鉄球や鉄グリッドを投射し、表面粗度を
Ｒａで０．２〜１．０μｍ以上に粗くする０本発明方法
において、ステンレス鋼板の表面粗度を限定した理由は
、０゜２μｍ未満に素調整すると、吸収率が充分に向上
せず、１．０μｍを超えると、吸収率は大きくなるが放
射率も大きくなり、全体の集熱効率が低下するからであ
る。

次に大気などの酸化性雰囲気中で８５０〜１０００℃で
１〜４時間保持して高温酸化処理を行い、表面に長さ０
．１μｍ、１．０μｍ未満のアルミナウィスカを形成さ
せることにより、太陽光線の放射率を大きくすることな
く、吸収率を向上させてａ熱効率を向上することができ
る。

この高温酸化処理温度は、８５０℃未満または１０００
℃を超えると、アルミナウィスカが形成されず、酸化皮
膜は平滑なアルミナになり遠赤外線放射特性が得られな
いため、８５０℃以上１０００℃以下に限定する。また
処理時間は１〜４時間とする。１時間未満の酸化処理で
はアルミナウィスカの長さが０．１μｍ以上にならない
ので、１時間以上とする。４時間を超えると、１．０μ
ｍを超えるアルミナウィスカが生じてしまい、放射率が
大きくなり、同様に全体の集熱効率が低下する結果にな
る。

ただし、鋼板のＡＩ８″有量が３！ｉ量％未満の場きや
、プラスト処理の投射速度が遅く、鋼板表面に充分な加
工歪みを与えられない渇き、高温酸化処理のみではアル
ミナウィスカの長さが短く、密度が低いことがある。こ
のときには予備酸化処理として、酸素濃度０．１％以下
の雰囲気中に７００〜１０００℃で１０秒以上熱処理す
ると、鋼板表面に厚さ１０００人未満の高純度のアルミ
ナ酸化皮膜が形成され、次に上記高温酸化処理を行うと
アルミナウィスカが生成しやすくなる。

上記予備酸化処理においては、雰囲気中の酸素濃度が０
．１％を超えると酸化皮膜にＦｅやＣｒが混入し、アル
ミナウィスカが形成しなくなるので０　、１９ｇ以下と
する。また７００℃未満や１０秒間未満では生成酸化皮
膜が薄いので効果がなく、１０００℃を超えると鋼板の
結晶粒が粗大化して脆くなり、加工°することが不可能
となるので７００〜１０００℃で１０秒以上に限定する
。

本発明に用いるＦ　ｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼の成分
ｃ、ｓｔ、ｔ）よびＭ　ｎ　Ｇｉ、次のように定められ
る。

Ｃ： Ｃは母材および溶接部の靭性および延性を劣化させる。

このため本発明の素材を製造する過程で、板切れ、耳割
れ、曲げ割れを生じ、著しく製造性を損なう、そのため
Ｃを０．０３重量％以下に限定する。

Ｓｉ： Ｓｌは高温の耐酸化性を向上させるが、母材および溶接
部の延性を著しく阻害するので、１．０重量％以下に限
定する。

Ｍｎ： Ｍｎは母材および溶接部の靭性を劣化させ、かつ高温で
耐酸化性を損なうので、１．０重ＪＩ　Ｓ’Ｏ以下に限
定する。

一般にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼にはｆｉ４板の靭
性を高めｗＡ造しやすくするためと、耐酸化性を向上さ
せる目的で０．５重量％までのＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒを添加
したり、酸化皮膜の耐剥離性を向上させる目的で０．３
重量％までのＹ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄなどの希土類元素を
添加したりするが、これらの元素を添加したＦ　ｅ　−
Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼も本発明に好適である。

実施例 第１表に示すＡ−Ｇの試料のＦ　ｅ　−Ｃｒ−Ａ／！Ａ
ｌステンレス鋼いて表面前処理および表面処理を行う、
このステンレス鋼の厚さは、１−Ｏｍｒｎとする。

（以下余白） 第　　１ 表 第１ｋにおいて、ＲＥ　Ｍは希土類元素を示し、ＢＡは
光輝焼鈍を表す、試料Ｇの化学エツチングは、ＨＮｏ、
１０％溶液とＨＦ２％溶液の温き液体浴への浸漬による
。また第１表において、試料Ｇの表面処理において浸漬
とあるのは、クロム酸−硫酸９０℃Ｘ１０ｍ１ｒ皇の浸
漬を示す。

こうして得たステンレス鋼の結果は、第２表のとおりで
ある。

第　　２　　表 試ｆ＋　Ａ　−Ｇに対して、日本工業規格ＪＩＳ　　Ｚ
２３７１塩水噴霧試験を４時間行ったところ、試ｆｉ　
Ａ　□−，Ｆに対しては全く発錆が見られなかったけれ
ども、試料Ｇの全面には激しい発錆が見られた。

試ｉ１　Ａ　−Ｄは、太陽光線の吸収率が良好であり、
か′）放射率が小さく、したがって集熱効率を向上する
ことができる。

図面は、本発明方法における母材であるステンレス鋼板
１の表面の形状の拡大断面図である。アルミナウィスカ
２の長さａおよびそのアルミナウィスカの突部である山
と山との間の距＠ｂを、太陽光線の主な波長０．３〜１
．０μｍ程度の長さにすると、太陽光線の表面上での反
射回数が増加し、吸収率が向上する。一方、熱放射され
る遠赤外線域の長波長に対しては、充分放射率が低下す
る。こうして本発明では、アルミナウィスカ２の長さａ
を前述のように０．１μｍ以上、１．０μｍ未満に選ぶ
、その母材であるステンレス鋼板の表面は、アルミナウ
ィスカ２の皮膜で覆われているので、耐食性が向上され
ることになる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、耐食性に優れ、しかも太
陽熱の放射率を大きくすることなく、吸収率を向上させ
たＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼から成る太陽熱選択吸
収板を実現することが可能になり、作業性が向上される
ことになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例の太陽熱選択吸収板の拡大断面
図である。 １・・・ステンレス鋼板、２・・・アルミナウィスカ代
理人　　弁理士　西教　圭一部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ１２〜２８重量％、Ａｌ１〜６重量％を含有
   するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼板の素地表面をＲａ
   で表示して、０．２〜１．０μｍの表面粗度を有し、か
   つ、該表面に０．１μｍ以上、１．０μｍ未満の長さの
   アルミナウィスカを有することを特徴とする太陽熱選択
   吸収板。
2. （２）Ｃｒ１２〜２８重量％、Ａｌ１〜６重量％を含有
   するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼板の表面粗度がＲａ
   で表示して、０．２〜１．０μｍの範囲内になる如く表
   面前処理を施した後、酸化性雰囲気で８５０〜１０００
   ℃、１〜４時間保持することを特徴とする太陽熱選択吸
   収板の製造方法。
3. （３）Ｃｒ１２〜２８重量％、Ａｌ１〜６重量％を含有
   するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス鋼板の表面粗度がＲａ
   で表示して、０．２〜１．０μｍの範囲内になる如く表
   面前処理を施した後、酸素濃度０．１％以下の雰囲気で
   ７００〜１０００℃、１０秒間以上保持後、大気雰囲気
   で８５０〜１０００℃、１〜４時間保持することを特徴
   とする太陽熱選択吸収板の製造方法。