JPS5855647A - 太陽熱集熱体の製造方法 - 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】 本発明は安価で集熱効率の高い太陽熱集熱体の製造方法
に関するものである。

一般に太陽熱集熱体は太陽光の吸収に際してその可視光
線部と近赤外線部の波長領域にわたつ１吸収できるもの
が好ましい０又、吸収された光エネルギーは熱エネルギ
ーに変換され、集熱体の表面から赤外線部の波長領域が
大部分を占める熱放射エネルギーとして放出されるため
、太陽熱集熱体は斯る放射を小さくし、吸収した光エネ
ルギーを有効に使用できるようにすることが重要である
０つまり、太陽光の吸収素材としては可視光線部及び近
赤外線部の波長領域（０，３μｍ〜２．５μｍ）の吸収
率が大きく、且つ赤外線部の波長領域（特に３〜２５μ
ｍ）の反射率が大きいものの開発が重要課題とδれてい
る。

太陽熱集熱体としては耐熱性及び耐久性の優れたＡ１、
Ｃｕ又はステンレス鋼等の金属域いは合金が素材として
使用され、その表面に化学処理により黒染めした選択吸
収膜を施すものが一般的である。しかしながら、此種の
集熱体は高価であり、使用する金属によつ工は化学処理
の際に発生した処理溶液が公害衛生上問題になることが
あった。

そこで、安価に入手可能で、公害衛生上問題の少ない鉄
（例えば炭素鋼）を素材とし、これを高温のアルカリ性
溶液に浸漬して表面に四三酸化鉄を主成分とする選択吸
収膜を形成するようにしたものが特会昭５６−１６３４
６号公報に開示されているが、素材に対しての光吸収性
は確かに改善されているものの、赤外ｍ部の波長領域の
反射率は例えば８μｍの所で約５０％であり、折角高度
の平滑面（Ｊ工８　ＢＯ６０１規格の中心線平均あらさ
表示で０．０５〜９μＲａの表面あらさ）を使用してい
る効果が小力い。これは次の理由によるものと推察され
る０ ■　高温のアルカリ性溶液に素材を長時間浸漬するため
、素材の表面が荒れてしまい、平滑面が確保できず、所
期の十分な性能が得られない。

＠　高温により反応が保進するため、膜厚が増大しすぎ
て性能が劣化する０ 本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、炭素鋼
等の鉄基板あ表面に、吸収された太陽熱エネルギーの赤
外線部の波長領域に於ける反射率（放射率）が大きい（
小さい）選択吸収膜を形成する方法を提供することを目
的とする。

本発明はル■る目的を達成すべく炭素鋼等の鉄基板の表
面に四三酸化鉄を主成分とする選択吸収膜を電解酸化法
に形成することを提案する。又、電解酸化法としては鉄
基板を少なくともカセイソーダを含む１種又は２種以上
のアルカリ性溶液に浸漬しつつ、鉄基板を陽極とした電
解処理を行なうことを実施態様として提案する。更に又
、鉄基板のアルカリ性溶液に於ける浴温は４０〜８０℃
とすることを実施態様として提案する０ すなわち、本発明は電解酸化法を用いて鉄基板の表面に
形成される四三酸化鉄を主取分とした選択吸収膜の厚さ
を適厩にＩＩＩＪ御し、鉄基板の表面を荒らさないよう
にして選択吸収特性を大幅に改善するようにしたもので
ある。

次に斯る本発明を具体的に説明する。まず、太陽熱集熱
体の素材として鉄基板を使用し、例えば炭素鋼の薄板を
使用する。表面仕上げとしては５１日で規定されている
冷間圧延鋼板の表面仕上区分がダル仕上げ、イライト仕
上げであり、これらの倒れの仕上けでも良い。

このような鉄基板を電気化学的に陽極酸化処理し、四三
酸化鉄を主成分とする選択吸収膜を形襄するための電解
液としてはカセイソーダ単独のアルカリ性溶液、若しく
は硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、炭酸塩、チオ
硫酸塩、酢酸塩等の１種又は２ｆ−！以上とカセイソー
ダとの混合水溶液の倒れでも良い。

このような電解液に鉄基板を浸漬するのであるが、浴温
（処理温度）は４０℃以上が好ましく、上限値は時にな
いが、８０℃以下が紅済的にも、父、高温により反応が
促進して膜厚が増大し、性能が劣化するのを防止する上
でも適当であり、４０℃〜８０℃の間が膜厚を適度に制
御するのに適している。

上述したｔｔＩｓ液を用いて鉄基板を陽極とした酸化処
理をするのであるが、電流密度は浴温や処理時間との兼
ね合いで時に定めがなく、浴温を６０℃処理時間を１２
分とした場合、１〜３〜４−ｍ２位で良い。そして、こ
の電解処理は１段若しくは２段以上の複数段の何れでも
良く、例えば２段に行なう場合、最初大きな電流密度（
１，５〜３Ａ／紐っで処理し、次いで小さな電流密度（
１〜２Ａ／ｌａっで処理して選択吸収膜を完成すること
により、形状的に一段処理では均一な膜が得られないも
のでも均一で、且つ良好な膜が得られる。

このようにして炭素鋼等の鉄基板の表面に四三酸化鉄を
主成分とする選択吸収膜を電解酸化法にて形成すること
により、選択吸収膜の膜厚を適度に制御することができ
、比較的低温にて処理が可能であり、表面を荒らすこと
もない０ 次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１−はブライト仕上げされた炭素鋼をカセイソーダ２
０％、水８０％の水溶液に浸漬し、浴温を６０℃として
１−８　Ａ／ａｍ２Ｘ　７分＋１．２　’／ｄｍ”Ｘ５
分の２段社解を施してなる太陽熱集熱体の反射率特性を
光学的反射法により測定し友ものである０図から明らか
なように可視光線及び近赤外線領域での反射率が小さく
、赤外線領域の反射率が大きく、優れた太陽熱選択吸収
特性を示しＬＯ例えば８μｍの反射率は８５％以上に改
善されている。

第２図はプライト仕上げされた炭素鋼とダル仕上げされ
た炭素鋼とをカセイソーダ２０％、硝酸ン−ダ２０％、
水６０％の水溶液に浸漬し、浴温を６０℃とし、３　’
／ａｍ”　Ｘ　７分＋２Ａ／ａｍ”５分の電解条件にて
処理した太陽熱集熱体の特性を熱放射法にて測定したも
のであり、図中８曲線はプライト仕上げ、６曲線はダル
仕上げを示す。ブライド仕上げの本のは第１図のものよ
り更に特性が改善されており、ダル仕上げのものもプラ
イト仕上げのものと同様な特性を有している。

第３図はプライト仕上げされた炭素鋼をカセイ衷 ソーダ２０％、硫酸ソーダ５％、水７５チの水溶浸に浸
漬し、浴温を６０℃とし、１−６Ａ／ａｎ”Ｘ１２分の
電解条件で処理した太陽熱集熱体の特性を光学的測定法
で測定したものであり、１段電解処理でもかなり良い特
性を示すことがわかる。

第４図扛ブライト仕上けされた炭素鋼をカセイソーダ２
０％、硝酸ソーダ１ｏチ、硫酸ソーダ２．５チ、水６７
．５％の水溶液に浸漬し、浴温４５℃とし、２．１Ａ／
ｄＪｎ！×７分＋１．６Ａ／ｄｍＩ×５分ｏｔｓ条件で
処ｍ　した太陽熱集熱器の特性を光学的特性で測定しｔ
ものであり、浴温を低くしても複数のナトリウム塩を使
用し、２段電解処理を行なうことにより、良好な選択吸
収特性が得られる。

尚、第５図は本発明による選択吸収膜を形成する前のプ
ライト仕上けされた炭素鋼の選択吸収特性（ａ）とダル
仕上げされた炭素鋼の選択吸収特性（ｂ）とを光学反射
法にて測定した比較例を示す。上述した各実施例につい
て家ル仕上げの炭素鋼を素材とするものを光学測定法で
測定しなかったが、第２図の結果からみてかなり良い特
性が期待できる。

第６図及び第７図は本発明による方法を用いて炭素鋼等
の鉄基板の表面に四三酸化鉄を主成分とする選択吸収膜
を形成してなる太陽熱集熱体（４）、田 止を太陽熱集熱器に応した好ましい具体例を示す△ ものである。

安価な鉄基板を用い、その表面に四三酸化鉄を主取分と
する選択吸収膜を形成した太陽熱集熱体はアルミニウム
、銅、ステンレス鋼ナトのように基板自身が光揮状態に
あるものに比べ、選択吸収膜に防錆効果がなく、四三酸
化鉄（Ｆｅ、０４）が実際はＰｅｏとＦｅ、Ｏ，の混在
したものと考えられ、級化により安定な物質であるＦｅ
２０ｇ　（一般にベンガラと呼ばれる物質）に変化する
特性があり、斯る変化が空気中で進行し易いため、初期
状態で選択吸収特性が優れていても長期の使用により徐
々に選択吸収特性が失われていく虞れがある。そこで、
第６図及び第７図に示すものは集熱体（４）、時を高度
に真空保持した密封容器（３）、（７１内に収納して斯
る変化を阻止し、長期に亘って選択吸収特性が失われな
いようにし、安価で耐蝕性（耐久性）の優れた太陽熱集
熱器を構成するようにしたものである。

父、密封容器内を高真空中（例えばｌＸ１０’″Ｍ−９
）に保持しｆＣ場合、集熱体の温贋上昇に伴なうエネル
ギーによって集熱体や密封容器がら０．％ＩＩＩ、０尋
のアウトガスが発生し、温度が高くなる程、真空度が悪
くなり（例えばＩＯＱ’Ｃの上昇で１桁）、真空断熱効
果が低下するため、従来は真空の密封容器内にＢａ等の
ゲッターを設け、アウトカスをゲッターと反応させ、吸
着固化させて真空度を保つようにしていたが、本実施例
ではゲッターを使用せずに真空の密封容器内に発生し友
彼量のアウトガスを集熱体の選択吸収膜と反応させ、吸
着させるようにして密封容器内の真空度が高温雰囲気中
に於いても悪化しない本うし、真空断熱効果を損われる
ことがないようにしている。斯る集熱体のゲッター作用
は空気中での反応と異なり、極めて徽少唐ものであるの
で、選択吸収膜の選択吸収特性に何ら影響のないことは
勿論である。

次に第６図及び第７図について詳細に説明する。

第６図は透明なガラス管（１）の開口端を端蓋（２）に
て封止し、内部を真空状態に保持した密封容器（３）内
に本発明によ抄四三酸化鉄を主成分とする選択吸収膜を
形成した太陽熱集熱体１４）　を支持金具（５）にて支
持しつつ収納し、集熱体（４）に熱的に結合したヒート
パイプ等の集熱ｔ　１６）の端部を端蓋（２）から容器
外方に導出してなる真空管式太陽熱集熱器であり、警閉
容器（１）内はＩ　Ｘ　１　ｃｒ’ｔｍ　Ｈｆ！の高真
空状態に保たれている。

このように構成された太陽熱集熱器は集熱体（４）が高
度に真空保持された密封容器（３）内に収納され工いる
ため、四三酸化鉄を主成分とする選択吸収朕の酸化を阻
止でき、且つ密封容器（３）内に発生する微量のアウト
ガスも選択吸収膜に吸着されるため、長期に亘って選択
吸収特性が劣化しないようでき、真空断熱効果が維持で
きることに々る。そして集熱体（４）に吸収されよ太陽
熱は集熱管（６）内の熱媒に良好に伝達され、集熱管（
６）の端部にて種々熱源として利用されるＯ 第７図は本発明を平板製太陽熱集熱器に適用したもので
ある。（７）は上面を開口した筐体（８）と、筐体（８
）の開口部に配設された透明なガラス板（９）とからな
り、両者を密閉封止するとともに内部を真空とした密封
容器であり、該容器内下部に断熱材（ＩＱを敷設し、断
熱材上に複数本の集熱管ｌを一体に備えた太陽熱集熱体
Ｕが配設されている。集熱体αりのガラス板（９）と対
向する表面には本発明による四三酸化鉄を主取分とした
選択吸収膜が形成されている。

斯る集熱器はヘッダー（図示せず）等を介して各集熱管
αＢに器外から流入した熱媒を分流して流し、集熱体α
２からの熱損導を利用して加温させ几後、ヘッダー等を
介してまとめ、器外に流出させることにより太陽熱を集
熱するものであり、集熱体−の選択吸収特性及び密封容
器（７）内の真空断熱特性は第６図のものと同様に維持
される。

尚、第６図及び８７図の集熱器に於いて、密封容器（３
）、（７）内を真空状態に保持したが、Ｎ、、Ａｒ等の
不活性ガスを封入した状態に保持しても集熱体（４）、
面の選択吸収膜の酸化を防止でき、選択吸収特性を長期
に亘って維持できる。

本発明は以上述べてきたように炭素鋼等の鉄基板の表面
に四三酸化鉄を主成分とする選択吸収膜を電解酸化法に
より形成するようにしてあり、アルカリ性溶液、浴温及
び電解条件の選定により選択吸収膜の厚さを適度に調整
でき、浴温か比較的低温で済み、表面を荒らすことがな
いため、従来の方法に比べて特に赤外線領域の波長の熱
放射エネルギーの放射率を大幅に小さくでき、太陽熱集
熱器に利用して大幅な集熱効率の同上が期待できる０ 本発明は更に次の効果を奏する。

■　素材として炭素鋼等の鉄基板を用いているため、金
属種の中で最も安価に入手でき、熱伝導性及び機械加工
性に優れている。

■　陽極酸化時、陽極とする鉄基板から鉄がイオン化し
て溶解し、電解液を紫色や茶色に着色するが、有害な重
金属や毒物を使用しないで選択吸収膜が形成されるため
、特別のろ過装置が不要であり、排水については酸によ
る中和処理のみで良Ｍので、公害の虞れがなく衛生的で
ある０７■　高温のアルカリ性溶液に浸漬するだけのも
のに比べて大幅に処理時間が低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の適用された太陽熱集熱体
の特性説明図、第５図は本発明の適用前の素材の特性の
比較例を示す説明図、第６図は本発明を適用した太陽熱
集熱体を有する太陽熱集熱器の一例を示す斜視図、第７
図は同じく断面図である。 第１図 城五ガ飢 第６図 戒＋μへ １０　　′Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼等の鉄基板の表面に四三酸化鉄を主成分と
   する選択吸収膜を電解酸化法により形成することを％徴
   とする太陽熱集熱体の製造方法。
2. （２）電解酸化法は鉄基板を少なくともカセイソーダを
   含むアルカリ性溶液に浸漬しつつ、鉄基板を陽極として
   電解処理を行なうようにし７？：％許請求の範囲第１項
   記載の太陽熱集熱体の製造方法０（３）鉄基板のアルカ
   リ性溶液に於ける浴温は４０〜８０℃とした特許請求の
   範囲第２項記載の太陽熱集熱体の製造方法。