JPS60117056A - 集熱体およびその製造方法 - Google Patents

集熱体およびその製造方法

Info

Publication number
JPS60117056A
JPS60117056A JP58225719A JP22571983A JPS60117056A JP S60117056 A JPS60117056 A JP S60117056A JP 58225719 A JP58225719 A JP 58225719A JP 22571983 A JP22571983 A JP 22571983A JP S60117056 A JPS60117056 A JP S60117056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
iron
film
heat collector
carbon
inorganic binder
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.)
Pending
Application number
JP58225719A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiko Yotsuyanagi
四ツ柳 眞彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58225719A priority Critical patent/JPS60117056A/ja
Publication of JPS60117056A publication Critical patent/JPS60117056A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00Details of absorbing elements
    • F24S70/20Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/225Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
    • YGENERAL 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
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、集熱体およびその製造方法に係わり、更に詳
しくは太陽エネルギの選択吸収特性に優れ、且つ廉価で
ある集熱体およびその製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
石炭、石油に代わる実質的に無公害のエネルギ源である
太陽エネルギを利用した発電システム或はソーラハウス
などが開発され、実用化されている。これらのソーラシ
ステムは、太陽エネルギの吸収効率が高く、且つ蓄えた
熱エネルギの放出が少ない特性を有する集熱膜(面)〔
選択吸収膜(面)と呼ばれる〕を太陽光線の受光面に具
備する集熱体を利用したものである。
この選択吸収膜(面)としては、太陽エネルギの大部分
が含まれる波長0.3〜25μmの領域(主として可視
光線及び近赤外線領域)の電磁波に対する反射率が低く
、且つ蓄熱時の放射エネルギの大部分が含まれる波長2
.5μm以上の領域(主として赤外線領域)の電磁波に
対しての反射率が高い(即ち放射率が低い)という分光
特性を有しているものが理想的なものとされている。
従来、かかる選択吸収膜(面)を具備する集熱体の製造
方法としては、 ■ アルミニウムを陽極酸化、次いで2次電解によシ銅
、ニッケルなどを析出させて、アルミニウム基体表面を
黒色化処理する方法、銅基体の表面に酸化銅、電気メツ
キ法によるブラッククロム、ブラックニッケルなどの膜
面を形成する方法、もしくはガラス板上にアルミニウム
を蒸着し、更にこの蒸着面に酸化クロム膜を重j−被榎
する方法、 ■ At、Fe 、Ag、Nl 、Cr等の金属面上に
シリコンなどの牛導体粒子を顔料とした塗料を塗布する
方法、或は ■ 金属面上に干渉性の多層膜を真空蒸着もしくは化学
蒸着法によシ形成する方法、などが知られている。
ところが、前記■、■は伺れも、可視光、近赤外光を良
く吸収するが赤外光に対しては透明な中導体膜(面)を
形成したものであシ、従って、太陽光に対して良好な選
択吸収特性を有するものであるが、前記■の方法の場合
、銅やアルミニウムを用いるために製造コストが高く、
或は蒸着、めっき等の処理が必要となるために製造工程
が煩雑となシ、従って量産性に欠けるなどの不都合があ
った。更にはクロムめっき等の排液が公害源となる難点
もあった。また、前記■の方法の場合、顔料として用い
られるシリコン粒子が太陽光に対して高い屈折率を有し
ておシ、集熱面における表面反射が大となる。従って吸
収効率が低いという欠点を有していた。
更には、前記■の場合には、かかる表面反射は低減され
るのでおるが、一般に選択吸収特性が低く、且つ製造工
程が煩雑となる等の不都合があった。
また、これらの製造方法が有していた上述の不都合を解
消して、比較的廉価な鉄系金属材料を基材として用いる
方法が開発された。即ち、鋼板を焼鈍として鋼中の炭素
を黒鉛として析出させる方法(特開昭52−15643
4号公報)、炭素鋼等をアルカリ性溶液に浸漬して表面
にFe、04のの被膜を形成する方法(特開昭53−7
5132号公報)、鉄系金属材料からなる集熱面にう伺
イオンを含む化成処理液を作用させて、集熱面を黒化処
理すると共に微細な金属銅を析出させる方法(特開昭5
3−84240号公報)などが知られている。
ところが、これらの方法によれば、得られる選択吸収膜
 (而)の特性が必ずしも十分なものでなかった。
即ち、上述した、焼鈍して黒鉛を析出させる方θ、は、
選択吸収特性が不十分なうえ、高炭素含有破の鋼板を用
いる必要がある為に、この鋼板の加工性、溶接性が悪く
、従って、所要の十分に薄い集熱板を得ることが難しい
。上記アルカリ性溶液浸漬法では、濃厚アルカリ性溶液
を用いる為に、作業の安全性、浴管理の面で問題がおる
。また、上記の銅析出法では、銅イオンを含む化成処理
液を用いる為に、この溶液管理が煩雑であシ、又廃液が
公害源となる等、何れも難点を有していた。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、従来の集
熱体の製造方法が有していた上述の不都合を解消し、太
陽エネルギの選択吸収特性に優れ、且つ廉価である集熱
体およびその製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、鉄基板の表面に、炭素、有機バインダ、界面
活性剤、無機バインダを含む被膜を形成し、次いで、酸
化性雰囲気中で加熱処理して、有機バインダ、界面活性
剤を分解飛散させると同時に無機バインダを含む密着性
良好な炭素被膜を酸化鉄および炭化鉄被膜上に形成する
ものであシ、この炭素粒子と炭化鉄および酸化鉄の、被
膜の複合効果によフ、高い選択吸収特性を有する集熱体
が提供できる。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
すなわち、鉄基板上に、粒度0.01〜0,5μTn 
のX線無定形炭素、有機バインダ、界面活性剤、無機バ
インダを含むコーテイング液の被膜を、スプレー、ハケ
塗シ、浸漬法等によυ形成し、その後、酸化性雰囲気中
で加熱処理して前記有機バインダ、前記界面活性剤を分
散飛散させ、第1図に示すように、鉄基板3上に、粒度
001〜05μmのX線無定形炭素と無機パイ:/グを
含む被膜1を0.05〜5μmの厚さに形成すると共に
、厚さ1.0μm以下の酸化鉄および炭化鉄被膜2を形
成する。
」二i己炭素の粒度は0.01〜0.5μm1特に0.
02〜02μmであることが好ましい。0.01μm未
満であると可視光吸収が低下し、0.5μmを超えると
可視光の吸収率は良くなるが、赤外線反射率が低下し、
つまシ赤外線放射率が高くな9、所望の選択吸収特性が
得られない。
上記有機バインダは炭素をコーテイング液中に均一に分
散させるためと、鉄基板上に炭素を密着させるために用
いるもので、高温酸化処理時に分解して飛散させるため
可視光透過性や赤外光透過性は必要としない。このため
有機バインダとしては通常の塗料に使われる有機バイン
ダのうち、アクリル系樹脂、J1?リエステル樹脂。
スチレン系樹脂、 PVA樹脂のような分解温度が55
0℃以下の樹脂が好ましい。550℃以上の分解温麿を
有する樹脂や分解して残渣を残すシリコーン樹脂、テフ
ロン樹脂等は太陽光選択吸収性を低下させるため好まし
くない。
上記界面活性剤は、炭素の分散性、鉄表面への濡れ性を
向上させるために入れているものでアシ、高温酸化処理
時に分解し、集熱体表面に分解残渣を残さないものが好
ましい。
上記無機バインダはコーテイング液中の炭素の分散性、
安定性を阻害しないもので、高温酸化処理後、可視光透
過性、赤外光透過性を具備し、鉄基板上の炭素の督着性
を向上させるものが好ましい。適当な無機バインダとし
ては水ガラス(ケイ酸ナトリウム) 、 Fi化合物等
が含まれる。
上記酸化鉄および炭化鉄被膜の厚さは0.05〜5μm
1特に01〜0.3μmであることが好ましい。0.0
5μm未満であると可視光吸収性が低ドシ、5μmを超
えると太陽光の吸収率が良くなるが、赤外光の反射特性
が低下するためである。
上記酸化性雰囲気としては、通常の空気雰囲気、酸素ガ
スを含む雰囲気、水蒸気を含む雰囲気、或いは還元性物
質を含んでいても酸化が進行する様な、例えば水素、−
酸化炭素、炭化水素等を少盪含む空気等の雰囲気など、
要するに多少な夛とも酸化が進行し得る雰囲気でおれば
倒れであってもよい。加熱温度は、使用する鉄系金属材
料の種類により異なるが、200〜1100℃であるこ
とが好ましい。200℃未満であると、鉄の酸化被膜の
形成が不十分となシ、十分な特性が得られない。110
0℃を超えると、素地鉄系材料の酸化劣化が激しく、か
つ炭素含有被膜も酸化してしまう為である。
本発明によれば、鉄基板の表面に、炭素、有機バインダ
、界面活性剤、無機バインダを含む被膜を形成し、次い
で、酸化性雰囲気中で加熱処理して、有機バインダ、界
面活性剤を分解飛散させると同時に無機バインダを含む
密着性良好な炭素被膜を酸化鉄および炭化鉄被膜上に形
成するものであるが、この炭素粒子と炭化鉄および酸化
鉄の被膜の複合効果によ)、高い選択吸収特性を有する
集熱体が提供できる。
本発明に係る集熱体は、太陽エネルギの大部分が含まれ
る波長0.3〜2.5μmの電磁波に対しての反射率が
低く、且つ蓄熱時の放射エネルギの大部分が含まれる波
長2.5μm以上の電磁波に対しての反射率が大でアシ
、従って太陽エネルギの吸収効率に優れ、且つ蓄熱時の
エネルギ放射率が小である受光面を具備するものであシ
、且つこれらの特性が長期に亘って安定して維持発揮さ
れることが確認された。
本発明は、従って、ソーラノ・ウス用の集熱器もしくは
真空集熱器などに用いられる集熱体、或いはソ′−2発
電に用いられる集光形の集熱器に用いられる集熱体とし
て有用なものでおる。
具体的実施例 ブライド仕上げ鋼板(厚さ0.5 am )の上面に粒
度0,03μmの炭素3重−i%、アクリルワニス4重
量%、界面活性剤0.1重量%、水ガラスU、2jl(
i目、水52.7重量%、アルコール40jlL址チか
らなる混合液をスプレーで塗布後乾燥し、この鋼板上に
炭素含有被膜を形成した。
次いで、この鋼板を高周波炉にて5 iinのスピード
にて表面温度を350℃に保ちながら加熱処理し、鋼板
上に炭素及び無機バインダを會む被膜を形成すると共に
、酸化鉄及び炭化鉄を被膜を形成した。
上記により得られた鋼板上の被膜の組成をX線回折法を
用いて固定した。この結果、炭素。
ガラス及び酸化鉄を主成分として、炭化鉄を含むもので
あることが検知された。
比較例として、コーテイング液組成のうち無機バインダ
である水ガラスのみを除いた以外は、上記実施例と同一
材料を用いて炭素含有被膜形成後に加熱処理を施さない
集熱体を作製した。
かくして得られた、本発明に係る集熱体の分光反射スペ
クトルを測定し、結果を第2図に示した。また比較の為
、太陽光の放射エネルギ分布図[CIE刊行物、A16
.E3.2(1970)に準拠]を第3図に示した。
第1図〜第3図から明らかなように、本発明に係る発熱
体は、従来の炭素粉末を含む黒色塗料を塗布したのみの
集熱体と比べても受光面が、太陽エネルギの大部分が含
まれる波長0.3〜25μmの領域で低い反射率を示し
、特に太陽光の放射強度の最も高い波長0.5μm付近
の領域で496(比較例の場合的8%)という極めて低
い反射率を示している。また、蓄熱時の放射熱線の強度
が最も高い波長7〜11μmの領域で85〜95チとい
う極めて高い反射率を示している。
次に、本発明に係る集熱体及び比較例の夫々の受光面に
ついての分光反射スペクトル曲線図及び第3図に示した
太陽光の分光放射スペクトル曲線図に基づいて、太陽エ
ネルギの吸収率αを、また、ブランクの式よ請求めた9
0℃の黒体放射エネルギの波長分布に基づいて放射率ε
を算出した。この結果、本発明に係る集熱体及び比較例
のαは、夫々0.94,0.87.gは、夫々0. I
 O、0,20であった。
次に、炭素の密着性を調らべるため、本発明に係る集熱
体及び比較例の夫々の受光面についてティッ7ユベーパ
で強く拭いてみた。この結果、本発明に係る集熱体はゎ
づかに炭素がはがれただけでおったが、比較例では#1
とんど炭素がはがれてしまった。この拭いた後の太陽エ
ネルギの吸収率α、放射率εを算出したところ、本発明
に係る集熱体及び比較例のαは夫々0.88゜0.62
.6は、夫々0.07 、0.06であった。
〔発明の効果〕
以上の結果から明らかな様に、本発明に係る集熱体は、
太陽エネルギに対して優れた選択吸収特性を有するとと
もに、炭素の密着性に優れたものである。
また、本発明に係る集熱体を、真空集熱器に用いる場合
、真空引き工程において、ガラス管等に吸着している空
気、水分を排出するため400℃にて1時間以上の真空
引き工程が必要とされるが、有機バインダ、界面活性剤
等の熱分解によシガスが発生する成分を高温酸化処理に
て除去しである本発明に係る集熱体では、真空管封入時
にガスの発生1分解物の飛散によるガラス管の汚れもな
く、短時間で良好な特性を有する真空集熱器が製造でき
る。またこの真空集熱器に用いる場合を想定して10”
−’Torrの真空下、22℃で1週間保持した後も、
受光面が腐蝕されることはなかった。また上述したα。
ε値も夫々0.93 、0.10と全く変動せず、選択
吸収特性が劣化せず、安定した性能を維持発揮した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る集熱体の一例を示す断面図、第2
図は本発明に係る集熱体の分光反射スペクトル曲線図、
第3図は太陽光の分光放射エネルギ分布図でおる。 l・・炭素と無機バインダを含む被膜、2・・・酸化鉄
及び炭化鉄被膜、3・・鉄基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ 鉄基板と、この上に形成された厚さ1.0μmn
    以下の酸化鉄および炭化鉄被膜、と、この上に形成され
    た粒度0.01〜0.5μmのX線無定形炭素と無機バ
    インダを含む厚さ0.05〜5μmの被膜とから成るこ
    とを特徴とする集熱体。 (2)鉄基板上に、粒度0.01〜0.5μmのX線無
    定形炭素、有機バインダ、界面活性剤、無機バインダを
    含むコーテイング液の被膜を形成し、その後、酸化雰囲
    気中で加熱処理して前記有機バインダ、前記界面活性剤
    を分解飛散させ、前記鉄基板上に、粒度0,01〜0.
    5μmのX線無定形炭素と無機バインダを含む被膜を形
    成すると共に、厚さ10μm以下の酸化鉄および炭化鉄
    被膜を形成することを特徴とする集熱体の製造方法0
JP58225719A 1983-11-30 1983-11-30 集熱体およびその製造方法 Pending JPS60117056A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58225719A JPS60117056A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 集熱体およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58225719A JPS60117056A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 集熱体およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60117056A true JPS60117056A (ja) 1985-06-24

Family

ID=16833737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58225719A Pending JPS60117056A (ja) 1983-11-30 1983-11-30 集熱体およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60117056A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lampert Coatings for enhanced photothermal energy collection I. Selective absorbers
Khamlich et al. Annealing effect on the structural and optical properties of Cr/α-Cr2O3 monodispersed particles based solar absorbers
Nair et al. Solar control characteristics of chemically deposited lead sulfide coatings
US4097311A (en) Absorption surface of solar collector
JP2010509498A (ja) 金属セラミック複合材の薄層を製造する方法
MX2008016452A (es) Proceso para producir un revestimiento absorbedor a base de sol-gel, para calentamiento solar.
US4277537A (en) Paint composition for the spectrally selective coating of metal surfaces, method of producing coatings therewith and an article produced thereby
NO144365B (no) Selektiv absorpsjonsoverflate, for soloppsamler, samt fremgangsmaate ved fremstilling av denne
Barrera et al. Titanium–tin oxide protective films on a black cobalt photothermal absorber
US4490412A (en) Method of making a solar energy collector element
Nagarajan et al. Sprayable reduced graphene oxide based high‐temperature solar absorber coatings for concentrated solar power applications
JPS60117056A (ja) 集熱体およびその製造方法
DE102007062876A1 (de) Selektive Solarabsorberschicht und Verfahren für das Herstellen derselben
WO1996002798A1 (de) Strahlungswandler zur umsetzung von elektromagnetischer strahlung in wärme und von wärme in elektromagnetische strahlung
JPS6237299B2 (ja)
A Mathews et al. Sol-gel functional coatings for solar thermal applications: a review of recent patent literature
CN111397231A (zh) 一种石墨烯基选择性吸收膜系及其吸收层制备方法
JPS5956661A (ja) 太陽熱コレクタ−の製造方法
Uma et al. Spectrally selective surfaces on stainless steel produced by chemical conversion
JPS6136142B2 (ja)
JPS5953459B2 (ja) 太陽熱吸収体
JPS608283Y2 (ja) 太陽熱収集器
Isac et al. Development of black and red absorber coatings for solar thermal collectors
JPS6323461B2 (ja)
Ijeoma et al. Visible Light Activity of Enhanced Screen-printed Titanium Dioxide