JPS62155471A - 太陽熱利用集熱器 - 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】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は太陽熱利用集熱器、特にその選択吸収面に関す
る。

従来の技術 太陽熱利用集熱器の吸収面としては、太陽放射の波長帯
（波長０．３〜２．５μｍ）において高いエネルギー吸
収率を持ち、集熱器運転温度と同一温度の黒体放射の波
長帯（たとえば運転温度が１００℃である場合には波長
３〜５０μｍである）において低い放射率となる分光的
特性が必要とされる（第１図の曲線■参照）。このよう
な分光的特性を有する吸収面は一般的に選択吸収面と呼
ばれ、銅の酸化皮膜を施した吸収面、黒色ニッケルメッ
キ皮膜を施した吸収面が実用化されつつあるが、これら
は耐久性、耐熱性、密着性などに欠点があり、経済的に
も問題がある。

解決しようとする問題点 これに対して不銹鋼は優れた耐熱性および耐蝕性を有し
ており、本発明はこのような優れた耐熱性および耐蝕性
を有する不銹鋼に化学的に黒着色を施し、これを太陽熱
利用集熱器の選択吸収面として使用することを目的とす
るものである。

〔発明の構成〕

問題点を解決するための手段 前述のような目的を達成することができる本発明の太陽
熱利用集熱器は、フェライト系あるいはオーステナイト
系不銹鋼の表面を活性化処理したのち酸性黒色酸化法あ
るいはアルカリ黒色酸化法により黒着色してなる選択吸
収面を太陽熱利用集熱器の吸収面として使用することに
より得られる。

不銹鋼の黒色化成処理には、酸性黒色酸化法、アルカリ
黒色酸化法、硫化酸化法、溶融塩浴法、電解融化処理法
等種々の処理方法が知られている。

かかる黒色化成処理法は、たとえばステンレス鋼便覧（
日刊工業新聞社）８５８〜８５９頁や、新版表面処理ハ
ンドブック（産業図書株式会社）４８６〜４８８頁など
に記載されているが、本発明の目的に対しては酸性黒色
酸化法およびアルカリ黒色酸化法のみが好適である。

太陽熱利用集熱器の選択吸収面として、不銹鋼に化成処
理を施して皮膜を生成させる場合、硫化酸化法による皮
膜は大気中で不安定であり、溶融塩浴法、電解融化処理
法は、処理温度、処理設備の点で問題が多い。これに対
して酸性黒色酸化法、アルカリ黒色酸化法による酸化皮
膜は非常に安定で、処理に当っても問題点が無い。

また、このような黒色化成処理を行なうに当って、前処
理としての活性化処理が必要である。活性化処理は不銹
鋼の表面の酸化皮膜や汚染物質等を除去し、均一で選択
性のよい熱吸収面を得るためのもので、硝酸１容水１容
の混液に１時間程度浸漬する方法、過塩素酸３０％、塩
化カリ１％の水溶液中に２〜３分浸漬する方法などの化
学的活性化処理法が好適である。一般にアルカリ化成法
による場合は脱脂のみで活性化処理は行なわないが、本
発明においては、アルカリ黒色酸化法の場合も活性化処
理を行なう。又活性化処理において注意を要する点は、
濃度と処理時間である。不銹鋼表面が過度に粗面化され
た場合、選択吸収面の吸収域が波長３〜８μｍの赤外領
域にまで及んで分光的に好ましくない。本発明によれば
、不銹鋼を適当な活性化処理を行なった後、酸性黒色酸
化あるいはアルカリ黒色酸化させて良好な選択吸収面を
得ることができる。

不銹鋼はその熱処理特性および顕微鏡組織によりマルテ
ンサイト系、フェライト系およびオーステナイト系に大
別されるが、このうちマルテンサイト系不銹鋼は溶接性
に問題があり、太陽熱利用集熱器の選択吸収面としては
不適当である。

処理例１ フェライト系及びオーステナイト系不銹鋼の表面を硝酸
混液により活性化処理したのち、以下の浴組成及び処理
条件によって黒色酸化した。

重クロム酸ナトリウム　１００ｇ／Ａ 硫　　　酸　　　　　　　　　　４００ｇ／ｊ２１０６
〜１０８℃にて３０〜３５分浸漬処理こうして得た吸収
面の分光反射特性を、他の方法で得た吸収面と比較して
第１図に示した。同図において、曲線■は本発明による
フェライト系不銹鋼に酸化皮膜を施した吸収面の分光反
射特性を、曲線■は、本発明によるオーステナイト系不
銹鋼に酸化皮膜を施した吸収面の分光反射特性を示す。

曲線■は銅にアルカリ黒色酸化法にて酸化皮膜を施した
吸収面の分光反射特性を、曲線■は鉄に適当なストライ
クメッキを施した後黒色ニッケルメッキを施した吸収面
の分光反射特性を示す。曲線　・■は１００℃の運転温
度を有する集熱器の選択吸収面の理想的分光反射特性で
ある。

銅の酸化皮膜を施した吸収面は、波長４μ以上での長波
長側で非常に高い反射率を示すが、太陽放射の波長帯（
０，３〜２．５μｍ）においては、拡散反射率も含める
と、不銹鋼表面に酸化皮膜を施した吸収面（曲線■及び
■）よりも３〜５％高い反射率を示す。これに対して本
発明による曲線■で示されているフェライト系不銹鋼で
なる選択吸収面では、波長２．０μｍ以下ではその反射
率はほとんどわずかであり、それ以上の波長域での反射
率はかなり高く、銅でなる選択吸収面と比較してもそれ
ほど差のない良好な選択吸収面が得られる。

さらに曲線■で示されるように、オーステナイト系不銹
鋼による選択吸収面はフェライト系不銹鋼による選択吸
収面と比較して、集熱器運転温度と同一温度の黒体放射
の波長帯における反射率が若干下回る為、選択吸収面と
しての分光的特性は多少劣るが、オーステナイト系不銹
鋼の優れた耐蝕性、溶接性を考えると太陽熱集熱器の選
択吸収面として、充分商品化の価値を有するものである
。

処理例２ フェライト系不銹鋼の表面を、処理例１と同様に表面処
理したのち、以下の浴組成及び処理条件で黒色酸化した
。

水酸化ナトリウム　　　１９０ｇ／β リン酸三ナトリウム　　　３８ｇ／ｌ 亜硝酸ナトリウム　　　　２５ｇ／β 水酸化第二鉄　　　　　　　１ｇ／β 過酸化鉛　　　　　　　　２５ｇ／１２１０３〜１０６
℃にて２５〜３０分浸漬処理こうして得た吸収面は、処
理例１の場合と同様な分光反射特性を示し、優れた選択
吸収面であることがわかった。

このように、フェライト系あるいはオーステナイト系不
銹鋼の表面を活性化処理したのち酸性黒色酸化法あるい
はアルカリ黒色酸化法により黒着色してなる選択吸収面
は良好な分光的特性を有しかつ不銹鋼のもつ独自の耐蝕
性および耐熱性を維持できるので、太陽熱利用集熱器の
選択吸収面として有利に使用できるのみならず、その酸
化皮膜は均一な安定した皮膜であり不銹銅本来の耐蝕性
を減する事は無い。

第２図は本発明によるフェライト系あるいはオーステナ
イト系不銹鋼による選択吸収面を使用する好適な太陽熱
利用集熱器の構造を示す断面図である。

図中矢印で示すように上方より入射して来る太陽光は保
温及び大気暴露を防止する為の透過性の良いガラス又は
アクリル等の合成樹脂透明体１（１枚ないし３枚の透明
体よりなる）を透過し空気層２を通って、本発明による
フェライト系又はオーステナイト系不銹鋼表面に生成し
た黒色酸化被膜３にて吸収され熱に変換される。変換さ
れた熱は、片面に黒色酸化被膜が密着しているフェライ
ト系又はオーステナイト系不銹鋼４及びこれに圧接溶接
、拡散接合法の方法で接合された他の不銹鋼５を通って
、空気又は水等の熱媒に伝導される。

６は保温の為の空気層であり、７はグラスウール、アス
ベスト、又はハニカム構造を利用した断熱層である。

〔発明の効果〕

本発明に従ってフェライト系あるいはオーステナイト系
不銹鋼を化学的に黒着色して得た選択吸収面を使用した
太陽熱利用集熱器は、優れた集熱効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による選択吸収面と他の選択吸収面との
分光反射特性を比較して示すグラフ、第２図は本発明に
よる選択吸収面を使用する太陽熱利用集熱器の好適な１
具体例の断面図である。 １・・・ガラスまたは合成樹脂透明体、２・・・空気層
、３・・・黒色酸化被膜、４・・・不銹鋼、５・・・不
銹鋼、６・・・空気層、７・・・断熱層、訃・・熱媒通
路。 特許出願人　　　矢崎総業株式会社 波長ｆ／Ｌｍ＋ 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　フェライト系あるいはオーステナイト系不銹鋼の表面
   を活性化処理したのち酸性黒色酸化法あるいはアルカリ
   黒色酸化法により黒着色してなる選択吸収面を太陽熱利
   用集熱器の吸収面として使用することを特徴とする太陽
   熱利用集熱器。