JPS5953459B2 - 太陽熱吸収体 - Google Patents
太陽熱吸収体Info
- Publication number
- JPS5953459B2 JPS5953459B2 JP15715780A JP15715780A JPS5953459B2 JP S5953459 B2 JPS5953459 B2 JP S5953459B2 JP 15715780 A JP15715780 A JP 15715780A JP 15715780 A JP15715780 A JP 15715780A JP S5953459 B2 JPS5953459 B2 JP S5953459B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- solar heat
- heat absorber
- oxide layer
- selective absorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、太陽熱を利用した温水器などに用いられる
太陽熱吸収体に関するものである。
太陽熱吸収体に関するものである。
従来、太陽熱吸収体として使用されてきたものに、銅や
鉄などの金属基材の表面に黒色ペイント・を塗装したも
のや、プラスチックスにカーボンブラックなどの黒色顔
料を混入したものなどがある。これら従来の太陽熱吸収
体は、太陽エネルギースペクトル域でのエネルギー吸収
率は大きい（黒体の約９６％）が、太陽エネルギーを吸
収して温度が上昇した場合における熱放射も大きい（黒
体の９５％程度）ので、全体としての吸収効率が悪く、
特に高温の熱水を得たい場合などに問題があつた。これ
を改良したものとして、基材の表面に、太陽エネルギー
スペクトル域（波長０．３〜２．５ミクロ″ン）では高
い吸収率を示し、熱放射領域（波長２．５〜３０ミクロ
ン）では低い放射率を示すような選択吸収膜を形成した
太陽熱吸収体が実用されている。
鉄などの金属基材の表面に黒色ペイント・を塗装したも
のや、プラスチックスにカーボンブラックなどの黒色顔
料を混入したものなどがある。これら従来の太陽熱吸収
体は、太陽エネルギースペクトル域でのエネルギー吸収
率は大きい（黒体の約９６％）が、太陽エネルギーを吸
収して温度が上昇した場合における熱放射も大きい（黒
体の９５％程度）ので、全体としての吸収効率が悪く、
特に高温の熱水を得たい場合などに問題があつた。これ
を改良したものとして、基材の表面に、太陽エネルギー
スペクトル域（波長０．３〜２．５ミクロ″ン）では高
い吸収率を示し、熱放射領域（波長２．５〜３０ミクロ
ン）では低い放射率を示すような選択吸収膜を形成した
太陽熱吸収体が実用されている。
このような太陽熱吸収体としては、金属などの基材表面
に半導体の酸化物または硫化物の層を形成したもの、ス
テンレス鋼などの金属表面に光干渉膜として働く適当な
厚みの酸化被膜を形成したものなどがある。これらはい
ずれも太陽エネルギースペクトル域での吸収率が９０％
程度で、熱放射率は１０〜１５％程度であるが、さらに
吸収効率の高い太陽熱吸収体に対する要望が強かつた。
この発明は以上のような事情に鑑みなされたもので、よ
り吸収効率の高い太陽熱吸収体を提供するものである。
これについて以下に説明する。この発明にかかる太陽熱
吸収体は、基材表面に、酸化第２銅の層と酸化第１銅の
層とで構成される選択吸収膜をそなえた太陽熱吸収体で
あつて、゛前記両層の厚みの比が、（酸化第２銅層）／
（酸化第１銅層）■０．２５〜１．００であるとともに
、選択吸収膜表面層の結晶の大きさが０．４〜２．０ミ
クロンであることを特徴としている。基材としては銅、
黄銅、鉄、プラスチックスなど種々の材料を用いること
ができる。
に半導体の酸化物または硫化物の層を形成したもの、ス
テンレス鋼などの金属表面に光干渉膜として働く適当な
厚みの酸化被膜を形成したものなどがある。これらはい
ずれも太陽エネルギースペクトル域での吸収率が９０％
程度で、熱放射率は１０〜１５％程度であるが、さらに
吸収効率の高い太陽熱吸収体に対する要望が強かつた。
この発明は以上のような事情に鑑みなされたもので、よ
り吸収効率の高い太陽熱吸収体を提供するものである。
これについて以下に説明する。この発明にかかる太陽熱
吸収体は、基材表面に、酸化第２銅の層と酸化第１銅の
層とで構成される選択吸収膜をそなえた太陽熱吸収体で
あつて、゛前記両層の厚みの比が、（酸化第２銅層）／
（酸化第１銅層）■０．２５〜１．００であるとともに
、選択吸収膜表面層の結晶の大きさが０．４〜２．０ミ
クロンであることを特徴としている。基材としては銅、
黄銅、鉄、プラスチックスなど種々の材料を用いること
ができる。
この基材表面に化成処理を施して酸化銅からなる選択吸
収膜を形成するのであるが、そのためには基材の表面層
の材質が銅または銅合金である必要があるので、銅を含
まない材料で基材を形成する場合は、その表面部にメッ
キ法などによりあらかじめ銅または銅合金の表面層を形
成しておく必要がある。選択吸収膜形成のための化成処
理は酸化処理であり、例えば、亜塩素酸ナトリウム、亜
塩素酸カリウム、過硫酸カリウムなどの酸化剤を含むア
ルカリ性溶液中に基材を浸漬する方法や、過マンガン酸
カリウムと硝酸銅もしくは硫酸銅の混合液中に基材を浸
漬する方法などを採用することができる。この化成処理
により、基材表面に酸化第１銅（Ｃｕ２Ｏ）の層と酸化
第２銅（ＣｕＯ）の層からなる選択吸収膜が形成される
。
収膜を形成するのであるが、そのためには基材の表面層
の材質が銅または銅合金である必要があるので、銅を含
まない材料で基材を形成する場合は、その表面部にメッ
キ法などによりあらかじめ銅または銅合金の表面層を形
成しておく必要がある。選択吸収膜形成のための化成処
理は酸化処理であり、例えば、亜塩素酸ナトリウム、亜
塩素酸カリウム、過硫酸カリウムなどの酸化剤を含むア
ルカリ性溶液中に基材を浸漬する方法や、過マンガン酸
カリウムと硝酸銅もしくは硫酸銅の混合液中に基材を浸
漬する方法などを採用することができる。この化成処理
により、基材表面に酸化第１銅（Ｃｕ２Ｏ）の層と酸化
第２銅（ＣｕＯ）の層からなる選択吸収膜が形成される
。
電子顕微鏡（倍率２０，０００倍）による表面組織の観
察結果によると、ＣｕＯの生成比が低い場合はＣｕＯ特
有の葉状結晶の密度も低いが、その生成比が高い場合は
この葉状結晶が高密度に重なり合つて複雑な微小凹凸構
造を呈している。
察結果によると、ＣｕＯの生成比が低い場合はＣｕＯ特
有の葉状結晶の密度も低いが、その生成比が高い場合は
この葉状結晶が高密度に重なり合つて複雑な微小凹凸構
造を呈している。
このような選択吸収膜の微小凹凸構造は太陽熱の吸収効
率に大きな影響を与えるのであるが、前記葉状の結晶粒
子の大きさはもつぱら化成処理用の液組成で決まり、化
成処理における処理温度や処理時間は葉状結晶の生成密
度に影響を与える。つぎに、選択吸収膜中の酸化第１銅
層と酸化第２銅層との厚みの比について述べれば、（酸
化第２銅層）／（酸化第１銅層）比が０．２５より小さ
いと、表面の微小凹凸構造が少なくなり太陽熱の吸収率
が低下する。
率に大きな影響を与えるのであるが、前記葉状の結晶粒
子の大きさはもつぱら化成処理用の液組成で決まり、化
成処理における処理温度や処理時間は葉状結晶の生成密
度に影響を与える。つぎに、選択吸収膜中の酸化第１銅
層と酸化第２銅層との厚みの比について述べれば、（酸
化第２銅層）／（酸化第１銅層）比が０．２５より小さ
いと、表面の微小凹凸構造が少なくなり太陽熱の吸収率
が低下する。
逆に、この比が１．００より大きくなると吸収率は増大
するが熱放射率も増大するので全体としての吸収効率は
低下する。選択吸収膜表面層における酸化銅の結晶の大
きさが、結晶の付根部分から先端までの長さ基準で、平
均０．４ミクロン（μｍ）から２ミクロンの範囲にある
のが必要で、これが０．４ミクロンより短いと可視域（
０．２〜０．７ミクロン）における吸収率は大きいが近
赤外域（０．７〜２．５ミクロン）での吸収率は低下し
、太陽エネルギースペクトル域での吸収効率は総合的に
低下する。
するが熱放射率も増大するので全体としての吸収効率は
低下する。選択吸収膜表面層における酸化銅の結晶の大
きさが、結晶の付根部分から先端までの長さ基準で、平
均０．４ミクロン（μｍ）から２ミクロンの範囲にある
のが必要で、これが０．４ミクロンより短いと可視域（
０．２〜０．７ミクロン）における吸収率は大きいが近
赤外域（０．７〜２．５ミクロン）での吸収率は低下し
、太陽エネルギースペクトル域での吸収効率は総合的に
低下する。
また、酸化銅結晶の粒径が２ミクロンより大きくなると
吸収率は同上するが、熱放射率も増大し、全体としての
吸収効率は悪くなるのである。選択吸収膜全体の膜厚は
、定電流還元法によつた場合、すなわち、その微小凹凸
構造を平坦にならし、膜中に空隙をなくした状態の厚み
に換算して、０．１５ミクロンから０．５ミクロンの範
囲にあるのが好ましい。
吸収率は同上するが、熱放射率も増大し、全体としての
吸収効率は悪くなるのである。選択吸収膜全体の膜厚は
、定電流還元法によつた場合、すなわち、その微小凹凸
構造を平坦にならし、膜中に空隙をなくした状態の厚み
に換算して、０．１５ミクロンから０．５ミクロンの範
囲にあるのが好ましい。
選択吸収膜の膜厚が０．１５ミクロンより薄いと吸収率
が低すぎ、逆に０．５ミクロンより厚くなると吸収率は
増大するが熱放射率も増大するので吸収効率は低下する
。選択吸収膜の表面には必要に応じて保護被膜が形成さ
れる。
が低すぎ、逆に０．５ミクロンより厚くなると吸収率は
増大するが熱放射率も増大するので吸収効率は低下する
。選択吸収膜の表面には必要に応じて保護被膜が形成さ
れる。
この保護被膜は太陽熱吸収体の耐熱性や耐酸化性を向上
させるためのもので、フツ素系樹脂またはシリコーン樹
脂からなる有機樹脂被膜、シリカ質からなる無機被膜な
どがある。この保護被膜は用途上、可視光域ないし赤外
域における透光性が良好で、かつ１８０℃以上の耐熱性
をそなえている必要がある。保護被膜の膜厚は透光性を
考慮して０．１ミクロンから２ミクロン程度の範囲にあ
るのが好ましい。保護被膜として、例えばシリコーン樹
脂被膜を表面に形成する場合は、市販のシリコーン樹脂
（例えば、信越化学工業社製、ＫＲ−１７７Ｎ）をキシ
レンで個形分１０重量％程度に稀釈した液に浸漬し、塗
膜を形成したのち、１００℃で５分間程度加熱し、塗膜
を硬化させる。
させるためのもので、フツ素系樹脂またはシリコーン樹
脂からなる有機樹脂被膜、シリカ質からなる無機被膜な
どがある。この保護被膜は用途上、可視光域ないし赤外
域における透光性が良好で、かつ１８０℃以上の耐熱性
をそなえている必要がある。保護被膜の膜厚は透光性を
考慮して０．１ミクロンから２ミクロン程度の範囲にあ
るのが好ましい。保護被膜として、例えばシリコーン樹
脂被膜を表面に形成する場合は、市販のシリコーン樹脂
（例えば、信越化学工業社製、ＫＲ−１７７Ｎ）をキシ
レンで個形分１０重量％程度に稀釈した液に浸漬し、塗
膜を形成したのち、１００℃で５分間程度加熱し、塗膜
を硬化させる。
フツ素樹脂の場合はトルエンで稀釈するのがよい。いず
れの場合にも、塗膜の形成は２回以上繰り返すのがピン
ホールの発生を防止するうえで効果的である。保護被膜
としてシリカ質の被膜を形成する方法について説明する
と、選択吸収膜の上にケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム
、ケイ酸ナトリウムの如きケイ酸塩の水溶液を塗布し、
乾燥して塗膜化し、これを焼き付ける方法が一般的ある
。
れの場合にも、塗膜の形成は２回以上繰り返すのがピン
ホールの発生を防止するうえで効果的である。保護被膜
としてシリカ質の被膜を形成する方法について説明する
と、選択吸収膜の上にケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム
、ケイ酸ナトリウムの如きケイ酸塩の水溶液を塗布し、
乾燥して塗膜化し、これを焼き付ける方法が一般的ある
。
しかしながら、より小孔の少ない、すぐれた被膜を得よ
うとすれば、造膜性に富み、かつ耐衝撃性に富んだ被膜
を形成しやすいケイ酸ナトリウムの被膜を選択吸収面上
にまず形成し、そののち、その上に耐薬品性に富んだ被
膜を形成しやすいケイ酸リチウムの被膜を形成しておく
のがよい。このような二重構造の被膜を形成する方法に
ついて具体的に説明すれば次の通りである。ケイ酸ナト
リウムおよびケイ酸リチウムの水溶液は、それぞれ濃度
が１〜３０重量％（以下「％，と略す）の範囲にあるの
が好ましい。
うとすれば、造膜性に富み、かつ耐衝撃性に富んだ被膜
を形成しやすいケイ酸ナトリウムの被膜を選択吸収面上
にまず形成し、そののち、その上に耐薬品性に富んだ被
膜を形成しやすいケイ酸リチウムの被膜を形成しておく
のがよい。このような二重構造の被膜を形成する方法に
ついて具体的に説明すれば次の通りである。ケイ酸ナト
リウムおよびケイ酸リチウムの水溶液は、それぞれ濃度
が１〜３０重量％（以下「％，と略す）の範囲にあるの
が好ましい。
３０％より高いと塗布が困難になるとともに、焼付けの
際にクラツクが入つたり発泡したりしやすくなる。
際にクラツクが入つたり発泡したりしやすくなる。
逆に１％より低いと効果的な塗膜の形成が困難となる。
前記選択吸収膜の表面に、まずケイ酸ナトリウムの水溶
液を、刷毛塗りや浸漬法など通常用いられる方法で塗布
する。つぎに、この塗布面を風乾したのち、１００℃未
満の温度で予備乾燥する。予備乾燥は焼付けの際の発泡
を防止するために行なうもので、通常、５０℃以上１０
０℃未満の温度で０．５〜３０分間行なわれる。予備乾
燥が終つたら、ケイ酸ナトリウムの塗膜を高温で焼き付
けて第１のシリカ質被膜とするが、この焼付けは、低温
（１００〜２００℃）で行なう１次焼付けと、高温（２
００℃を超え４００℃以下）で行なう２次焼付けとの２
段階に分けて行なうのが、形成される被膜中の小孔の発
生を抑えるうえで好ましい。この場合、１次焼付けの時
間は０．５〜３０分間とするのが好ましく、２次焼付け
の時間は０．５〜３０分間とするのが好ましい。このよ
うにして第１のシリカ質被膜が形成されたら、つぎに、
その上からケイ酸リチウムの水溶液を塗布し、ケイ酸ナ
トリウムの場合と同様な処理を施して第２のシリカ質被
膜を形成する。このようにして二重構造を有する、すぐ
れた被膜が得られるのである。つぎに、この発明の実施
例について説明する。
前記選択吸収膜の表面に、まずケイ酸ナトリウムの水溶
液を、刷毛塗りや浸漬法など通常用いられる方法で塗布
する。つぎに、この塗布面を風乾したのち、１００℃未
満の温度で予備乾燥する。予備乾燥は焼付けの際の発泡
を防止するために行なうもので、通常、５０℃以上１０
０℃未満の温度で０．５〜３０分間行なわれる。予備乾
燥が終つたら、ケイ酸ナトリウムの塗膜を高温で焼き付
けて第１のシリカ質被膜とするが、この焼付けは、低温
（１００〜２００℃）で行なう１次焼付けと、高温（２
００℃を超え４００℃以下）で行なう２次焼付けとの２
段階に分けて行なうのが、形成される被膜中の小孔の発
生を抑えるうえで好ましい。この場合、１次焼付けの時
間は０．５〜３０分間とするのが好ましく、２次焼付け
の時間は０．５〜３０分間とするのが好ましい。このよ
うにして第１のシリカ質被膜が形成されたら、つぎに、
その上からケイ酸リチウムの水溶液を塗布し、ケイ酸ナ
トリウムの場合と同様な処理を施して第２のシリカ質被
膜を形成する。このようにして二重構造を有する、すぐ
れた被膜が得られるのである。つぎに、この発明の実施
例について説明する。
実施例および比較例ＪＩＳＨ３ｌＯＯに規定された厚み
０．５ｍｍの銅板をハブ研摩仕上げし、１００×１００
ｍｍに切断したものを基材として使用した。
０．５ｍｍの銅板をハブ研摩仕上げし、１００×１００
ｍｍに切断したものを基材として使用した。
この基材を、ディップゾール社の４８Ｙ脱脂剤を４０ｇ
／ｌに溶解した溶液中に５０〜６０℃で１〜５分間浸漬
処理し、完全に脱脂した。脱脂後の基材は充分に洗滌し
、５％−ＨＣＩ中に１〜２分間浸漬して表面を活性化し
た。
／ｌに溶解した溶液中に５０〜６０℃で１〜５分間浸漬
処理し、完全に脱脂した。脱脂後の基材は充分に洗滌し
、５％−ＨＣＩ中に１〜２分間浸漬して表面を活性化し
た。
活性化処理を終えた基材は再度充分洗滌し、１０％−Ｎ
ａＯＨで中和したのち水洗し、第１表に示す処理条件で
化成処理を行ない、選択吸収膜を形成した。このように
して得られた太陽熱吸収体の性能を第２表に示す。
ａＯＨで中和したのち水洗し、第１表に示す処理条件で
化成処理を行ない、選択吸収膜を形成した。このように
して得られた太陽熱吸収体の性能を第２表に示す。
試験方法
選択吸収膜の膜厚：定電流還元法により、還元に要した
電気量から酸化物の量を計算し、膜厚を求めた。
電気量から酸化物の量を計算し、膜厚を求めた。
したがつて、この値は結晶間の空隙をなくし、平坦な状
態にした場合の換算値となる。（Ｆ９．ユは、太陽光の
スペクトル領域が０．３〜２．５μに９５％存在するこ
とに基づく）ここでα；吸収率（太陽全エネルギーに対
する）ここでε；放射率（黒体放射全エネル ギーに対する） Ｓ，ェ＝１５０；１５０℃の黒体からの波長λの７υ射
強度ε，；波長λの放射率（黒体に対す る） なお、赤外分光光度計で赤外域の反射 率Ｐλを測定し、ελ＝１−Ｐλとした。
態にした場合の換算値となる。（Ｆ９．ユは、太陽光の
スペクトル領域が０．３〜２．５μに９５％存在するこ
とに基づく）ここでα；吸収率（太陽全エネルギーに対
する）ここでε；放射率（黒体放射全エネル ギーに対する） Ｓ，ェ＝１５０；１５０℃の黒体からの波長λの７υ射
強度ε，；波長λの放射率（黒体に対す る） なお、赤外分光光度計で赤外域の反射 率Ｐλを測定し、ελ＝１−Ｐλとした。
以上に説明した如く、この発明にかかる太陽熱吸収体は
、基材表面に、酸化第２銅の層と酸化第１銅の層とで構
成される選択吸収膜をそなえた太陽熱吸収体であつて、
前記両層の厚みの比が、（酸化第２銅層）／（酸化第１
銅層）＝０．２５〜１．００であるとともに、選択吸収
膜表面層の結晶の大きさが０．４〜２．０ミクロンであ
ることを特徴とするので、吸収効率の高いすぐれたもの
となつた。
、基材表面に、酸化第２銅の層と酸化第１銅の層とで構
成される選択吸収膜をそなえた太陽熱吸収体であつて、
前記両層の厚みの比が、（酸化第２銅層）／（酸化第１
銅層）＝０．２５〜１．００であるとともに、選択吸収
膜表面層の結晶の大きさが０．４〜２．０ミクロンであ
ることを特徴とするので、吸収効率の高いすぐれたもの
となつた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基材表面に、酸化第２銅の層と酸化第１銅の層とで
構成される選択吸収膜をそなえた太陽熱吸収体であつて
、前記両層の厚みの比が、（酸化第２銅層）／（酸化第
１銅層）＝０．２５〜１．００であるとともに、選択吸
収膜表面層の結晶の大きさが０．４〜２．０ミクロンで
あることを特徴とする太陽熱吸収体。 ２ 選択吸収膜の膜厚が０．１５ミクロンから０．５ミ
クロンの間にある特許請求の範囲第１項記載の太陽熱吸
収体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15715780A JPS5953459B2 (ja) | 1980-11-08 | 1980-11-08 | 太陽熱吸収体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15715780A JPS5953459B2 (ja) | 1980-11-08 | 1980-11-08 | 太陽熱吸収体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5780148A JPS5780148A (en) | 1982-05-19 |
| JPS5953459B2 true JPS5953459B2 (ja) | 1984-12-25 |
Family
ID=15643424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15715780A Expired JPS5953459B2 (ja) | 1980-11-08 | 1980-11-08 | 太陽熱吸収体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5953459B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010062175A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Casio Comput Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP5520151B2 (ja) * | 2010-07-12 | 2014-06-11 | カッパエンメエ イタリー ソシエタ ペル アチオニ | 銅材料の表面上に無機被覆層を形成するための電気化学的方法 |
-
1980
- 1980-11-08 JP JP15715780A patent/JPS5953459B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5780148A (en) | 1982-05-19 |
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