JPS60223962A

JPS60223962A - 太陽熱集熱板

Info

Publication number: JPS60223962A
Application number: JP59080397A
Authority: JP
Inventors: Takeya Kondo; 健也近藤; Masami Hori; 正美堀
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1984-04-20
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1985-11-08

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】〔技術分野〕この発明は、太陽熱温水器等の集熱板として使用される
太陽熱集熱板に関する。

〔背景技術〕

近年、エネルギー事情から太陽熱の利用技術が注目され
、家庭用としてもすでに給湯等を目的として実用化が進
められている。太陽熱全集熱する集熱板の表面の望まし
い特性は、太陽熱を極力大量に吸収し、吸収の結果温度
上昇した面から放散する放射エネルギーができるだけ少
ない選択吸収性があることである。すなわち、大気圏を
通過してくる太陽光線のエネルギーはその大半が０．２
〜２．５μｍの短波長側にあり、一方、そのエネルギー
を吸収して熱交換し温度上昇に伴って放散される放射エ
ネルギーは２．５μｍ以上の長波長の赤外領域にある。

したがって、２．５μｍ以下の短波長側ではその吸収率
が１に近く、また、２．５μｍを越える長波長側ではそ
の放射率が０に近い程理想的な選択吸収面となる。

このような太陽熱の選択吸収膜を基材の上に１し成する
ことは、２．５μｍ以下の短波長の光の吸収性に富んだ
黒色の顔料を含む塗料音用いて塗膜を形成することによ
り行うことができる。しかしながら、通常の塗膜は２．
５μｍを越える長波長の光をも吸収してしまうため、結
果として２．５μｍ以上の長波長の放射率も高くなる。

したがって、いかにして放射率を押さえるかが課題とな
る。この場合、上記基材をＡ／　＋　Ｃｕ　＋ステンレ
ス鋼により形成する場合には、これらの金属が赤外線反
射能が大きく放射率が低いため、塗膜を構成する顔料。

バインダを選択して２．５μｍを越える長波長の光に対
し透明性を与えるだけで選択吸収性を実現することが容
易にできる。しかしながら、このようなＡｌ、　Ｃｕ　
、ステンレス鋼は高価であるため、これに代えて安価な
合成樹脂製の基材を用いることが考えられ一部で実施さ
れている。しかしながら、合成樹脂は、その特性上、赤
外線放射率が高いため、金属基材に対すると同様の塗膜
を形成しても２．５μｍ以上の長波長の光に対する放射
率は０．９前後を示し、殆ど選択吸収効果はない・した
がって、このような合成樹脂基材を用いて集熱板を構成
′する場合には、第１図に示すように合成樹脂基材１の
上に金属層２を形成して合成樹脂基材１からの赤外線放
射率を低減させ、さらにその金属層２のとに太陽光の吸
収が極めて良好な吸収層３を形成することが行われる。

図中、２ａおよび３ａはバインダ、２ｂは金属粉、３ｂ
は金属酸化物顔料である。しかし、この際は、２．５μ
ｍ以上の赤外線の吸収を少なくするために（放射率を低
くするために）、吸収層３の塗膜厚を均一で、かつ数μ
ｍという薄い層に仕上げることが会費となるが、このよ
うに吸収層３を薄く仕上げることは極めて困難である。

そして、形成された塗膜厚の管理も困難であるため安定
した性能を付与することは極めて難しい。その上、外気
にさらされ続ける過酷な環境下に設置されるため、線膨
張係数１０ＸＩＯ−５／℃の基材に寒熱により膨張、収
縮挙動が生じ、表面に施こされた塗膜がこれに追随でき
ないため剥離したりしやすい。また、塗膜を構成するバ
インダとして通常耐候性の良いアクリル系、ウレタン系
樹脂が用いられるが、樹脂である以上劣化の進行を防ぐ
ことが難かしく、太陽光により劣化。

硬化し、同様に剥離しやすい原因となっている。

、これらの状況を改善するために、高温度による焼付け
が主におこなわれているが、これにはコスト而および作
業面でも問題が多い。

〔発明の目的〕

この発明は、以上の現状に鑑み、合成樹脂基材の表面に
太陽熱選択吸収膜が剥離することなく形成されて、長期
間にわたって安定的に篩い採熱効率が得られる太陽熱集
熱板を提供することをその目的としている。

〔発明の開示〕

上記の目的を達成するために、この発明は、太陽光に向
かう面に太陽熱を選択的に吸収する選択吸収−がｌし成
されている太陽熱集熱板において、選択吸収膜が、これ
と基材とに接着性があり、かつ靭性のある樹脂材料を介
して基材表面に固着されていることを特徴とする太陽熱
集熱板をその要旨としている。以下にこれを、その実施
例をあられす図面に基づいて詳しく説明する。

第２図は、この発明にかかる太陽熱集熱板が実用された
装置をあられしている。図において、４は外箱、５はカ
バーガラス、６は断熱材、７は太陽熱集熱板である。集
熱板７はポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂を用い
、プロー成形により形成されており、その内部には熱媒
流路が設けられている。この集熱板７の表面には第３図
に示すように選択吸収膜８がスプレー等により均一で薄
く吹き付けられて設けられている。この発明にかかる集
熱板７の選択吸収膜８の構成を第４図に示す・第４図に
おいて、９は集熱板７の基材であり、その表面に配設さ
れた選択吸収膜８は吸収層ｌＯと金属層１１からなり、
密着層１２を介して基材９に強固に固着されている。吸
収層ｌＯのバインダｌＯａの内部には、太陽光吸収率の
島い黒色金属酸化物１０ｂが分散されている。金属層１
１のバインダｌｌａの内部圧は、放射率の低い金属粉末
１１ｂが分散されている。バインダｌＯａおよびバイン
ダｌｌａとしては、一般にアクリル系樹脂やウレタン系
樹脂が用いられている。アクリル系樹脂やウレタン系樹
脂は、樹脂としての耐候性に優れており、また選択吸収
性を実現させるだめの望ましい分光特性をももっている
。しかし、アクリル系ｍ脂やウレタン系樹脂は、線膨張
係数が６ＸｌＯ７℃であるため、太陽熱を受けて温度が
上昇した場合、靭性がなく、基材の熱膨張に追随しにく
い。また、夜間等、太陽熱を受けることがなく、冷却さ
れた場合、同様に靭性がなく、基材の収縮にも追随しに
くい。

そこで、この発明にかかる集熱板７では、基材９とアク
リル系樹脂やウレタン系樹脂をバインダとする金属層１
１との間に、そのどちらとも接着性がよく、かつ靭性を
も有する密着層１２が形成されているのである。この密
着層１２は、基材と同系材料である塩素化ポリプロピレ
ン等、塩素化１　されたポリオレフィン系樹脂よりなる
ことが好ましい。この樹脂は、基材と同系材料であるた
め、線膨張係数がほぼ等しく、基材の膨張、収縮に追随
していくことができるからであり、さらに、太陽光によ
り約８０℃の高温に達した場合に軟化し、ゴム弾性を示
して粘着性が継続されるからである。

ポリエナレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンは、
赤外領域波長の透過率が高い。合成樹脂の赤外線吸収は
主に格子振動に起因し、波長２．５〜２５μｍの領域で
はＣ−Ｘの伸縮振動、Ｘ−Ｈの変形振動、グループ振動
等によるものであり、ポリエチレン、ポリプロピレンは
炭素、水素原子だけからなり簡単な分子構造であるため
、振動モードも少なく赤外線吸収は小さくなる。その結
果、振動モードが多数存在してもその吸収ピークが鋭く
吸収率の寄与率は小さい、そして、ポリプロピレンを塩
素化（２０〜３０％）して極性を付与し、これをトルエ
ンやキシレンに溶解した塩素化ポリプロピレン浴液を用
いると、塗膜の密着性および太陽熱選択吸収性の一層の
向上が実現されるのである。このように、塩素化ポリオ
レフィンは、通常接着が困難なポリエチレン、ポリプロ
ピレンにも高い接着力がある。従って、この発明にかか
る集熱板７では、選択吸収膜８が剥離を生じる恐れはな
い。

さらに、この密着層を形成させることによって、基材に
選択吸収膜を焼付けて固着させる必要はなく、常温から
４０℃での乾燥により、耐久性のある堅牢な塗膜を基材
表面に形成させることができるのである。

第５図は、この発明にかかる集熱板７の選択吸収膜の他
の構成を示す。この選択吸収膜８においては、密着層は
金属層１１と一体となっている。

すなわち、金属層１１のバインダｌｌａとして塩素化ポ
リオレフィン等前記密着層形成成分が用いられており、
その内部に金属粉末１１ｂが分散されているのである。

図中、ｌＯは吸収層であり、アクリル系樹脂やウレタン
系樹脂等をバインダ１０ａとして内部に黒色金属酸化物
１０ｂが分散されている。この場合も前記と同様、基材
の膨張、収縮への追随を可能とする。

つぎに、この発明にかかる集熱板の実施例について説明
をおこなう。

（実施例１）基材；トリクロルエチレンで脱脂したポリプロピレン板
（５０ＸＩＯＵｍ）。金属層ニアクリル−ウレタン樹脂
（アサヒペン社製オレフィックス＃６０００　＞ｔバイ
ンダとしてＡｔ粉末（昭和アルミバラター−社ａｔ！　
Ｓａｐ　ｉ　２０　）を分散させたもの。吸収層；アク
リル−ウレタン樹脂（アサヒペン社製オレフイツクス＃
６０００　）ｉバインダとし、黒色金属酸化物（大日精
化工業社製ダイピロキサイドカラー＃９５５０　）を分
散させたもの。密着層、塩素化ポリプロピレン樹脂（出
湯国策パルプ社製スーパークロン＃８３２Ｌ　）をトル
エンに溶解させたもの。

以上を材料とした塗料を塗布し、＃ＩＩ４図に示すよう
な層を構成する選択吸収膜が形成された集熱板Ａを得た
。

（実施例２）基材；トリクロルエレンで脱脂したポリプロピレン板（
５０Ｘ　１００　Ｂ）。金属層および密着１−；塩素化
ポリプロピレン樹脂（山陽国策パルプ社製スーパークロ
ン＃８３２Ｌｌ）ドアレニン浴液ヲノ（インダとしてＡ
／粉末（昭和アルミノ（ウダー社製Ｓａｐ　１２０　）
を分散させたもの。吸収層；アクリル−ウレタン樹脂（
アサヒペン社製オレフイツクス＃６０００）ｉバインダ
として黒色金属酸化物（大日精化工業社製ダイピロキサ
イド°カラー＃９５５０）を分散させたもの。

以上を材料とした、塗料を塗布し、第５図に示すような
層を構成する選択吸収膜を有する集熱板Ｂを得た・以上の集熱板Ａ、Ｈに一４０℃〜９０℃のヒートサイク
ルを与え、膨張、収縮テストを行った後、以下のように
セロテープによる強制剥離試験を行った。すなわち、塗
膜の密着性評価において、ＪＩＳＫ５４００に規定する
カッターナイフと、１目間隔の切目が得られるカッター
ガイドを用い、１　ｓｗ方目で１００コの切目を設け、
ＪＩＳＺ１５２２に規定する七ロノ・ン粘着テープによ
り強制剥離を行った。

セロハン粘着テープによる強制剥離時における集熱板の
温度を０℃、４０℃、８０℃に設定した。

その結果を以下の表にあられす。表中、分母１００に対
する分子はセロテープ転写個数である・表にみるように
、粘着テープ圧よって剥離を生じたものは、まったくな
かった。

上記実施例では、ポリプロピレンを塩素化してトルエン
に溶解した塩素化ポリプロピレンのトルエン溶液を用い
たが、ポリプロピレンはポリエチレンでもよく、また、
トルエンはキシレンでも構わない。

黒色金属酸化物および金属粉末の種類は、特に限定はな
い。一般には黒色金属酸化物として、　Ｆｅ　。

Ｍｎ　＋　Ｃｕ　＋　Ｃｒ　＋　Ｃｏ　ｖ　Ｎｉ　の群
から選択された一種以上の酸化物、もしくは複合酸化物
が使用されており、金属粉末としては、実施例の＾ｌの
他に、ＣｕもしくはＡ１．　Ｃｕの合金からなる粉末ま
たはステンレス鋼粉末（ＳｕＳ粉末）があげられる。バ
インダとしては、特に制限はないが、実施例にもみられ
るように比較的赤外領域に対する吸収性の少ないアクリ
ル系樹脂またはウレタン系ｍ脂を用いることが好ましい
。

〔発明の効果〕

この発明は、以上のように構成されているので、基材の
熱膨張、収縮に塗膜が追随していくことができ、剥離を
生じることがない。

また、最上面に塗装された吸収層が劣化し、硬化した場
合にも剥離が生じることなく、基材の熱膨張、収縮に追
随できるため、長期にわたって、耐久性のある選択吸収
膜が確保される。

〔参　考〕

従来、太陽光の集熱板として使用されるポリプロピレン
、ポリエチレン等の合成樹脂基材に太陽光の選択吸収性
を付与す、る方法としては、第１図のような構成の選択
吸収膜を基材の表面に形成させていた。すなわち、合成
樹脂基材ｌの上に金属層２を形成して合成樹脂基材ｌか
らの赤外線放射率を低減させ、さらにその金属層２の上
に太陽光の吸収が極めて良好な吸収層３を形成させるの
である。

具体的には、基材の上に塩素化プロピレン変性熱可塑性
アクリル樹脂バインダＺａｌＣｉ属粉末２ｂを分散させ
た金属層を形成し、さらにその上に吸収層３として、熱
可塑性アクリル樹脂バインダ３ａに、Ｆｅ　＋　Ｍｎ　
＋　Ｃｕ　＋　Ｃｒ　＋　Ｃｏ　＋　Ｎｔの群から選択
された１種以上の金属酸化物を分散させた層を形成する
という方法が提案されている（特開昭５８−１６８８４
３号）。この場合、上記金属層２の形成には、吸収１ｍ
　３を通過した２、５μｍ以上の長波長の光の反射率を
高め、かつ基材１からの赤外線放射率を低く抑制するた
めに、金属粉末２ｂをその金属層２０表面に浮上させる
方法が用いられている。

このように金属粉末２ｂに対して金属層２０表面に浮上
し配列させるというリーフィング性を付与するためには
、金属粉末２ｂをステアリン酸塩等の表面処理剤により
被後処理することが必要となる。しかしながら、このよ
うな被覆処理により、ぬれ塗膜においては吸収層３を構
成するバインダのぬれ性が阻害されてはじき現象が発生
し、それによって均一な膜厚の吸収層３が得られなくな
るため、太陽光吸収率の減少現象が生じる。また、乾燥
塗膜においては金属層２の表面の、表面処理金属粉末の
配列面により吸収層３のバインダ３ａの密着性が阻害さ
れ温度条件等が過酷な環境下で使用される集熱板等では
吸収層３の接着性に問題が残る。しかも上記のような金
属層２．吸収層３の形成は、その製造上２コート２ベー
クもしくは２：＋−ト１ベーク方式となり塗料のポット
ライフ。

塗装のセツティングタイム等の管理が難しくなるととも
にコヌトが高くなり、また作業性も悪くなるというよう
な問題を生じている。このような現状から、すぐれた選
択吸収性と密着性および耐久性を兼ね備え、かつ生産性
のすぐれた安価な太陽１　熱選択吸収膜を有する集熱板
が待たれていた。

そこで、第６図に示すように、プラズマ共振波長より短
波長域を太陽光スペクトル域とし、長波長域を赤外光域
とするように調整された金属電気伝導性を有する金属酸
化物顔料１３ｂと赤外光域において透明性が高く、かつ
合成樹脂基材９との密着性がすぐれた樹脂バインダ１３
ａとから成る１層の選択吸収層１３を、基材９の表面に
形成させるのである。

一般に、金属電気伝導性を示す材料は、伝導体中の自由
電子のプラズマ振動による分散の結果、プラズマ共振波
長より短波長の領域においては透明体となり、長波長領
域においては反射体となる。

いま、太陽光線のエネルギーはその大半が０．２〜２．
５μｍの短波長側にあり、一方、そのエネルギーを吸収
して熱交換し、温度上昇に伴って放散される放射エネル
ギーは２．５μｍ以上の長波長の赤外領域にある。合成
樹脂基材は、全波長領域において、良好な吸収性を示す
。そこで、短波長域を０．２〜２．５μｍの太陽光スペ
クトル域とし、長波長域を赤外領域とするように調整さ
れた金属伝導性を示す金属酸化物顔料を用いるようにす
ると、この顔料は、２．５μｍ以下の短波長の光に対し
ては透明体となって、これを透過させるので、太陽光は
基材によく吸収される。一方、基材の温度上昇に伴い放
射される２、５μｍ以上の赤外線に対し′では、反射体
となって、これを抑制するのである。

従って、集熱板に、高い選択吸収性が付与されるのであ
る。

上記金属電気伝導性を示す材料としては、半導体拐料が
適当であり、Ｉｎ　、　Ｔ（、Ｓｎ　０群から選択され
た１種以上の金属酸化物顔料が最適である。

また、前記バインダとしては、前述した通り、赤外光領
域波長の透過率が高く、従って、赤外線吸収が小さく、
かつ密着性の高い塩素化ポリプロピレン樹脂が最適であ
るが、これに限られるわけでなく、塩素化プロピレン変
性樹脂であっても構わない。また、合成樹脂基材として
は、カーボンプラスナックを充填し着色ブロー成形した
高密度ボリグロピレン、誦密度ポリエチレンが適してい
るが、これらに限定されるものである。

つぎに、この参考の実施例について説明する。

参考実施例の選択吸収性の評価は、以下の方法で行った
。すなわち、吸収率αの評価は、島津製作所ＭＰＳ−５
０００型自記分光光度計（入射角８・、積分球反射装置
付）を用いて、波長０．３４〜２．５μｍの間での測定
値から太陽光放射スペクトル（ＡＭ２）に対して計算し
た。また、放射率εの評価は、日本分光工業Ａ３０２放
射率計を用いて、波長３．０〜２０μｍの間での測定値
から３０’Ｃの黒体放射に対して計算した。

（参考実施例１）吸収率０．９６．放射率０．８３の高密度ポリプロピレ
ン板（３０Ｘ３０Ｘ２ｉｍ’）を基材とする。まず、金
属酸化物顔料として、最大粒径１μｍのＳ　ｎ０２を、
塩素化ポリプロピレン樹脂（出湯国策パルプ社製、スー
パークロン＃８３２Ｌ）ｔ−バインダトシ−ＣＰＶＣ２
０％の割合で混合し、ミキシングロールで３時間分散混
合して塗料化した。つぎに、前記のＰＰテストピースの
基材表面に約３μｍの膜厚に塗布し、常温乾燥させた。

前記の方法でこの膜の選択吸収性を測定したところ、吸
収率α＝０．８７〜０．９１．放射率ｇ＝０．５７〜０
．６０　”ｔ’あツタ。

（参考実施例２）金属酸化物顔料としてＩｎ２Ｏ３を用いる以外は、参考
実施例１とまったく同じ材料および工程で、塗膜を得た
。この膜の吸収率α＝０．８５〜０．８ｇ、放射率ｇ＝
０．５９〜０．６３であった。

以上のように、きわめて選択吸収性が高く、かつ容易に
形成される。しかも、ｌコートであるため、接着面が１
而となり、また、塩素化ポリプロピレン樹脂をバインダ
として用いることで、密着性はさら１こ高くなる。同時
に、設備コヌト等も含めて、安価で軽量な太陽熱用集熱
板を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の選択吸収膜の構成図、第２図はこの発明
にかかる太陽熱集熱板が内蔵されている集熱器の部分破
断斜視図、第３図はその集熱板の部分拡大断面図、第４
図はこの発明にかかる太陽熱集熱板の選択吸収膜の構成
図、第５図は同上の他の構成図、第６図は参考にかかる
太陽熱集熱板の選択吸収膜の構成図である。１．９・・・基材　２，１１・・・金属層　２ａ。１１ａ・・・（金属層）バインダ　２ｂ、ｌｌｂ・・・
金稿粉末　３．ＩＯ・・・吸収層　３　ａ　＋　ｌＯａ
・・・（吸収層）バインダ　３ｂ、１０ｂ・・・黒色金
属酸化物　７・・・集熱板　８，１３・・・選択吸収膜
　１２・・・密着層　１３ａ・・・バインダ１３ｂ・・
・金属酸化物顔料代理人　弁理士　松　本　武　彦第１図第２圓第３図第４図１ａ１１ｂ第５図第６図 □ 昭和５９年８月３日昭和５９年特Ｈ８ｏ８０３９７号２、発明の名称太陽熱集熱板３、補正をする者事件との関係　特許出願人性　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称（５
８３）松下電工株式会社代表者　Ｉ懺聰帝役小林　郁４、代理人な　し６、補正の対象明細書７、補正の内容（１）　明細書第１７頁第１５行ないし第１６行に［カ
ーボンプラスチックＪとあるを、「カーボンブラック」
と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）太陽光に向かう面に太陽熱を選択的に吸収する選
択吸収膜が形成されている太陽熱集熱板において、選択
吸収膜が、これと基材とに接着性があり、かつ靭性のあ
る樹脂材料を介して基材表面に固着されていることを特
徴とする太陽熱集熱板。
（２）　１に択吸収膜が、金属粉末をバインダ内に分散
させてなる金属層とその表面の吸収層とからなる特許請
求の範囲第１項記載の太陽熱温水器。
（３）樹脂材料が、金属層と基材との間に層状に設けら
れている特ｆｌｆｍ求の範囲第２項記載の太陽熱集熱板
・
（４）樹脂材料が、金属層のバインダとなっている特許
請求の範囲第２項記載の太陽熱集熱板。
（５）樹脂材料が、塩素化したポリオレフィン系樹脂で
ある特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
載の太陽熱集熱板。