JPS584262B2 - 太陽熱選択吸収面の製造法 - Google Patents

太陽熱選択吸収面の製造法

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JPS584262B2
JPS584262B2 JP55019854A JP1985480A JPS584262B2 JP S584262 B2 JPS584262 B2 JP S584262B2 JP 55019854 A JP55019854 A JP 55019854A JP 1985480 A JP1985480 A JP 1985480A JP S584262 B2 JPS584262 B2 JP S584262B2
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JP
Japan
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film
selective absorption
colored
heat
solar heat
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JP55019854A
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JPS56117051A (en
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士郎 寺井
誠 安藤
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Electrochemical Coating By Surface Reaction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱選択吸収面の製造法に係り、特にアルミ
ニウム材料を基材としてその表面に太陽エネルギー利用
のための効果的な、しかも耐候性の良好な選択吸収膜を
容易に且つ再現性よく形成せしめ得る方法を提供するも
のである。
近年の石油危機以来、エネルギー資源、特に化石燃料の
枯渇化が重大な問題となり、このためエネルギー源を多
方面から求めるべく各種の研究が為されているが、その
中でも太陽エネルギーは地球上の何処にも存在する最も
利用し易いエネルギー源の一つとされ、その利用技術の
開発が急がれている。
ところで、この太陽エネルギーは一般に太陽熱として把
握されるものであって、通常黒色化表面にてその吸収が
行なわるることとなるが、従来の、例えば黒色塗料を塗
布してなる表面などにあっては太陽熱の吸収性能におい
ては優れているものの、その輻射能が高いところから、
吸収されたエネルギー(太陽熱)が赤外線として放射さ
れて(放熱されて)その損失を惹起しており、このため
かかる吸収された太陽熱を適当な変換手段、例えば水に
伝導して、その湿度を高めようとしても、充分に高め得
す、それ故その用途には自ずと制限を受けるなど、太陽
熱が未だ効果的に利用され得ない問題を内在しているの
である。
そして、これを解決するには、太陽エネルギー(太陽熱
)、特に太陽スペクトルの大半を占める可視及び近赤外
波長領域のエネルギーの吸収能が高く、しかも長波長(
赤外線)の領域での輻射能が低いという特徴、換言すれ
ば太陽光をよく吸収し(吸収率大)、吸収面からの熱放
射の小さい(放射率小)光学特性をもつ、所謂選択吸収
面を開発することが重要な課題とされているのである。
かかる事情の下、特開昭51−3333号公報などにお
いては、アルミニウム材料を陽極酸化処理(一次電解)
して多孔性の酸化皮膜を形成せしめた後、金属塩含有電
解浴中で電解(二次電解)して該酸化皮膜の孔内に金属
を折出、充填することによって、着色し、以て目的とす
る選択吸収膜(面)を得る手法が明らかにされている。
而して、かかる陽極酸化処理と金属塩存在下の電解を組
み合せたアルミニウム材料の二段の電解着色手法は、も
ともと太陽熱選択吸収面の製造のために開発されたもの
ではなく、容器、建材などの用途にアルミニウム材料を
利用するために開発されたものであるために、そこに大
きな問題が内在しているのである。
即ち、一般にアルミニウム材料を建材などの用途に適用
するときには、その用途上、耐候性などの充分な性能が
要求されるのであり、このため前記二段の電解着色手法
においては10数μあるいはそれ以上の厚さの陽極酸化
皮膜が形成されて、それに着色が行なわれているのであ
る。
一方、太陽熱選択吸収面として用いられるアルミニウム
材料にあっては、そこに形成される選択吸収膜としての
着色皮膜、換言すれば陽極酸化皮膜の厚さは、その光学
的要求から最大でも約3μまで、望ましくは約2μ以下
としなくてはならないのである。
従って、耐候性に優れているとされている陽極酸化皮膜
、ひいてはその着色皮膜といえども、その膜厚から一般
建材と比較して自ずと耐候性に限界があるのであり、そ
れ故かかる着色皮膜、特に膜厚の薄い皮膜においてその
耐候性の改善に何らかの対策が講じられねばならない。
ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて為された
ものであって、その要旨とするところはアルミニウムま
たはその合金材料(以下Al材料という)の表面に約3
μを越えない厚さの陽極酸化皮膜を形成せしめた後、金
属塩の存在下に電解して暗色乃至は黒色系の色調に着色
せしめ、ついでかかる着色皮膜上に、シリコーン系樹脂
若しくは弗素系樹脂からなる透明な耐熱性樹脂皮膜を約
1μを越えない厚さで形成することにあり、これによっ
て太陽熱の優れた選択的吸収性能を何等損なうことなく
、そのまま保持しつつ、その耐候性を著しく改善せしめ
得たのである。
すなわち、かくの如き本発明手法に従えば、先ずAl材
料が公知の二段の電解着色手法によって処理されること
により、その表面に、特に約3μまでの膜厚の選択的黒
色系皮膜、換言すれば黒色または黒色に近い色相に見え
る暗色の、太陽光の吸収率の高い、且つ赤外域の放射率
が小さい(反射率大)着色皮膜が生成せしめられ、そし
てかかる生成した着色皮膜上に所定の透明な耐熱性樹脂
塗膜(皮膜)が約1μを越えない厚さで形成されること
によって、該着色皮膜(選択吸収面)の優れた特性がそ
のまま維持されつつ、その耐候性が著しく向上せしめら
れ、それ故大気下に長時間暴露されても何等退色白化の
恐れのない、換言すれば吸収性能の低下の恐れのない優
れた選択吸収面が得られることとなったのである。
なお、かかる本発明にて用いられる基材には、アルミニ
ウム若しくはその合金からなる各種の材料があり、合金
成分、形状などによって何等の制約を受けるものではな
い。
また、このようなAl材料は、選択吸収面として赤外域
の放射率ξを小さくするために、従来から認められてい
る如《平滑な表面とすることが推奨され、そしてこの平
滑な表面を得るために基材表面には、バフ研磨、化学研
磨、電解研磨などの研磨手法を利用した光輝処理が施さ
れることとなる。
さらに、このAl材料は、その表面の汚れの程度により
、必要に応じて脱脂が行なわれることとなるが、このと
き該材料の光輝面を損なわないように中性洗剤などの如
きノンエッチングタイプの脱脂剤を使用するように配慮
されねばならないことは当然である。
脱脂後、表面の薬剤を除去するために、水洗が施される
そして、かかる表面の清浄な、且つ好適に平滑化された
Al材料には、本発明に従って、陽極酸化処理が施され
、これによってその表面に陽極酸化皮膜が形成せしめら
れる。
この陽極酸化処理は、一般にAl材料に対する表面処理
の一つとして当業者によく知られており、例えば硫酸系
、しゆう酸系、クロム酸系、りん酸系、硫酸−りん酸、
硫酸−シュウ酸の如き混酸系などの酸性電解浴を用いて
直流及び/又は交流で電解せしめるものであって、本発
明ではかかる公知の陽極酸化処理手法が適宜に採用され
ることとなる。
そして、この陽極酸化処理によって、Al材料の表面に
は周知のように垂直方向の微細孔を多数有する多孔性の
陽極酸化皮膜が形成されるが、その膜厚は、最終的に得
られる着色材料の選択吸収面としての性能、具体的には
赤外域の放射率ξを著しく小さく(反射率大)維持する
ために、一般に約3μを越えないように、特に約2μを
越えないようにすることが望ましい。
次いで、かくして得られる所定の陽極酸化皮膜が形成さ
れたAl材料には、その表面に暗色乃至は黒色系の選択
吸収皮膜を生成せしめるために、金属塩の存在下におけ
る電解(前記陽極酸化処理を一次電解とすると、これは
二次電解となる)か施されることとなるが、この二次電
解による陽極酸化皮膜の着色も従来より公知の種々なる
手法が適宜に採用される。
例えば、ニッケル、錫、銅などの金属塩の単独またはそ
れらを二種以上含む電解浴を用いて、交流、交直重畳電
流などの電流にて電解するものであり、これによって陽
極酸化皮膜の前記微細孔内に金属粒子が析出され、以て
かかる金属粒子によって特有の暗色(濃色)乃至は黒色
系の色調に該陽極酸化皮膜が着色されることとなるので
ある。
また、かくして得られた着色皮膜を有するAle材料に
は、必要に応じて、よく知られている高圧水蒸気、熱湯
などを用いた通常の封孔処理が施される。
そして、このようにAl材料表面に形成された着色陽極
酸化皮膜には、更にその上に本発明に従う透明な耐熱性
樹脂塗膜を形成せしめるための塗装が施されることにな
る。
また、この塗装に際しては、塗膜形成材料としてシリコ
ーン系樹脂若しくは弗素系樹脂からなる耐熱特性を有す
る樹脂が用いられるが、特にそれらの熱硬化型のものが
好適に採用され、それらを目的とする着色皮膜表面上に
スプレー、浸漬、流し塗り等の手法によって塗布せしめ
た後、焼付け操作を施すことによって、選択吸収面とし
ての光学的特性を何等損なうことなく、耐候性を著しく
向上せしめ得る、薄い透明な耐熱性樹脂皮膜が極めて効
果的に形成され得るのである。
なお、このようにして形成される薄い耐熱性樹脂皮膜(
塗膜)は、通常選択吸収面としての光学的特性が膜厚が
増大するに従って低下するところから、約1μ以下の膜
厚となるようにされることとなる。
また、このように着色陽極酸化皮膜上に形成される樹脂
皮膜は、前述のように、耐熱特性を具備する必要がある
けだし、一般に、多く出回っている平板型コレクタに太
陽熱選択吸収面を用いた場合、その設備工事時点では稼
動時に流れる集熱媒体(一般には水または不凍液)が流
れず、このために集熱板表面温度が150〜180℃ま
で上昇するようになり、そしてこのような高湖において
は、常法に従う塗膜では耐熱性がなく、従って塗料成分
樹脂が熱分解し、ひいては集熱板の汚れによる光学的性
能の劣化或は果熱板上のガラス等の覆いへの蒸発残渣の
低下を惹き起こして、コレクタの効率を低下させてしま
うからである。
ここにおいて、本発明にて用いるシリコーン系樹脂若し
くは弗素樹脂は、かかる耐熱特性の要求を充分に満たす
と同時に、前述した如き約1μ以下の極めて薄い膜厚の
皮膜を容易に形成し得る優れた特徴を有しているのであ
る。
このように、本発明に従えば、Al材料表面上に極めて
効果的な選択吸収膜が容易且つ再現性よく形成され得る
と共に、かかる選択吸収皮膜が耐熱性樹脂塗膜によって
効果的に保護されて、その耐候性が著しく向上せしめら
れ得たのであり、これによって大気中にさらされ或は長
期間の使用によって漏洩する大気との接触が予想される
分野での使用が可能となったことは、本発明の工業的意
義を著しく高めるものである。
以下、実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにす
るが、本発明はこれら実施例の記載によって何等限定的
に解釈されるものでもない。
なお、実施例中の百分率は特に断りのない限り重量基準
によるものとする。
実施例 1 平滑化されたAl合金AA5252板材を、ノンエッチ
ングタイプの脱脂剤:デイプソールAl47(東栄化学
製)にて脱脂処理した後、水洗し、ついでリン酸100
g/l硫酸10g/lの混酸浴中で電流密度:1A/d
m2にて10分交流電解せしめることにより陽極酸化処
理を施し、該板材表面上に約1μの膜厚の陽極酸化皮膜
を形成せしめた。
ついで、かかる陽極酸化処理Al合金板材を、NiSO
4の120g/l含有電解浴中において常法に従って交
流電解した結果、該板材表面の陽極酸化皮膜が黒色に着
色された着色板材が得られた。
この着色板材は、吸収率α=0.92、放射率ε=0.
10であった。
そして、かくして得られた着色板材を、アクリル変性シ
リコーン樹脂(信越化学製KR3093)をキシレンで
稀釈した液にて浸漬塗装せしめた後、180〜200℃
×5〜10分の条件下に焼き付けることにより、該板材
表面(着色皮膜)上に透明な薄い耐熱性のシリコーン樹
脂塗膜を形成せしめた。
かくして得られた塗装板材は、吸収率α=0.92、放
射率ε=0.10と、その光学的性能が殆んど損なわれ
ないものであった。
また、この塗装板材に一週間の大気暴露試験を施した結
果、該板材の表面の変化(退色)は全く認められず、吸
収率α=0.92、放射率ε=0.10に維持された。
一方、かかるシリコーン樹脂塗膜が形成されていない前
記着色皮膜生成板材を、一週間の間大気中に慕露した場
合には、著しい退色が認められ、吸収率α=0.78、
放射率ε=0.15とその光学的性能が著しく劣化され
たものとなった。
実施例 2 実施例1で得られた着色皮膜が形成せしめられたAl合
金板材を使用し、これに対しSi系樹脂塗料(米国:ダ
ウ・コーニング社製VESTARQ9−6503)をア
ルコールで稀釈した液にて浸漬塗装操作を施した後、2
00℃×8分で焼付けることにより、該板材表面上に透
明な薄いシリコーン系樹脂塗膜を形成せしめた。
得られた塗装板材は、α=0.92、ε=0.10であ
り、一週間の大気暴露試験終了後においても、表面の変
化はなく、α=0.92、ε=0.10と優れた選択吸
収性能を保持するものであった。
また、本実施例並びに先の実施例にて得られた塗装板材
の塗膜の厚さをストランドゲージ(米国:ストランドエ
レクトロニクス社製)により測定したところ、いずれも
0.2〜0.8μであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウムまたはその合金材料の表面に約3μを
    越えない厚さの陽極酸化皮膜を形成せしめた後、金属塩
    の存在下に電解して暗色乃至は黒色系の色調に着色せし
    め、ついでかかる着色皮膜上に、シリコーン系樹脂若し
    くは弗素系樹脂からなる透明な耐熱性樹脂皮膜を約1μ
    を越えない厚さで形成することを特徴とする太陽熱選択
    吸収面の製造法。 2 前記耐熱性樹脂皮膜が、所定の樹脂を塗装した後、
    焼付けを行なうことによって形成される特許請求の範囲
    第1項記載の製造法。
JP55019854A 1980-02-20 1980-02-20 太陽熱選択吸収面の製造法 Expired JPS584262B2 (ja)

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