JPS6037376B2

JPS6037376B2 - 太陽熱吸収体の製法

Info

Publication number: JPS6037376B2
Application number: JP56041254A
Authority: JP
Inventors: 清志郎山河; 正彦初代; 雅春藤井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1985-08-26
Also published as: JPS57155057A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、大陽熱温水器などを用いられる太陽熱吸収
体の製法に関するものである。

太陽エネルギーの吸収体としては、可視光城および近赤
外領域の電磁波に対する吸収率が高く、しかも赤外領域
での放射率の低いものが要求される。

従来、太陽エネルギーを良好に吸収し、かつ赤外領域で
の熱放射が少ない被膜（一般に選択吸収膜と呼ばれる）
を表面に形成してなる太陽熱吸収体が種々考え出されて
おり、このような選択吸収膜としては酸化第１銅（Ｃ均
○）被膜や酸化第２銅（Ｃｕ○）被膜などの酸化鋼被膜
が広く知られている。

しかしながら、上記酸化鋼からなる選択吸収膜を基材表
面に形成した従来の太陽熱吸収体は、一般に耐熱性が悪
いため、たとえば使用中、熱媒体を導通させない状態で
太陽光に曝されるなどのため、ときにより２００ｑｏも
の高温に達することがあり、劣化が起きる。

そのため、近赤外城（波長０．７〜２．５ミクロン）で
の吸収率が低下するほか、下地の銅成分が酸化されて選
択吸収膜の膜厚が次第に増加するため、赤外領域におけ
る熱放射が増大するというような問題を生ずることが多
かった。この発明は、以上のような事情に鑑みなされた
もので、太陽熱の吸収率が高く、かつ耐熱性にすぐれた
太陽熱吸収体の製法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
吸収体の製法は、化学的および熱的に安定な金属基村の
表面に銅を含有する薄膜層を形成し、この薄膜層を酸化
処理することによって選択吸収酸化するにあたり、化成
処理液として、亜塩素酸塩もしくは過硫酸塩からなる酸
化剤およびアルカリ添加剤を含む水溶液であって、上記
酸化剤とアルカリ添加剤とのモル比が（アルカリ添加剤
のモル数）／（酸化剤のモル数）≦２．２５であるような化成処理液を用いることを特徴としている
。

化学的、熱的に安定な金属基材としては、例えばステン
レス鋼板、ニッケルメッキ鋼板、クロムメッキ鋼板など
を採用することができる。

銅または銅合金を材質とする基材は、使用中に酸化して
酸化銅となり、選択吸収膜の厚みを増加させるので好ま
しくない。この基材の表面にメッキ法、真空蒸着法、ス
パッタリング法などの方法を用いて、厚み０．１〜１ミ
クロン（仏ｍ）の銅または銅合金の薄膜層、すなわち銅
を含有する薄膜層を形成する。

この薄膜層は、後で選択吸収膜に変えられるもので、薄
膜層の厚みが０．１ミクロンより薄いと、得られる選択
吸収膜層が薄くなりすぎて太陽熱の吸収が不充分となる
。逆に、薄膜層の厚みが１．０ミクロンを越えると、選
択吸収膜が厚くなりすぎて熱放射率が高くなり、総合的
な太陽熱吸収率が低下するようになるので、いずれの場
合もあまり好ましくない。つぎに、上記鋼または銅合金
からなる薄膜層に化成処理による酸化処理を施して、酸
化第２銅（Ｃｕ○）からなる選択吸収膜とする。

この発明は、この工程において、以下に述べる特別の条
件を選ぶところに特徴がある。この場合、選択吸収膜中
銅（Ｃｕ）または酸化第１銅（Ｃ舷０）が残留すると、
使用中に劣化するので、上記酸化処理は充分に行なう必
要がある。この酸化処理用の化成処理液は、酸化剤とア
ルカリ添加剤との混合水溶液であり、酸化剤としては、
亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣＩ０２）、過硫酸カリウム
（Ｋ２Ｓ２０８）、過硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２０８
）、過硫酸アンモニウム〔（Ｎ比）２Ｓ２０８〕などの
亜塩素酸塩もしくは過硫酸塩が用いられ、アルカリ添加
剤としては水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）などが用いられる。なお、酸化剤として
ＮａＣＩ０２を、またアルカリ添加剤としてＮａＯＨを
用いるのが実用的に最もすぐれている。化成処理液中の
酸化剤とアルカリ添加剤とのモル比について述べれば、
前述したように、酸化剤のモル数に対し、アルカリ添加
剤のモル数が２．２３音以上である必要がある。このよ
うな化成処理液を用いて酸化処理を施せば、前記鋼を含
む薄膜層は、長径方向の長さがほぼ０．６〜２．０ミク
ロンの、おおよそ繊維状ないし藁状を呈する酸化第２鋼
結晶からなる選択吸収膜となるのである。第１図は、こ
のようにして得られる選択吸収膜の微小構造をあらわす
顕微鏡写真（×１００００）であり、写真からわかるよ
うに、この選択吸収膜は複雑にからみ合った葵状結晶（
長さ１．３山肌）で構成されている。また、第２図は結
晶の長さが短い葵状結晶（長さ０．３一肌）の顕微鏡写
真（×１００００）であり、アルカリ添加剤のモル比が
少ない場合にこのような結晶となる。第３図は、酸化第
２銅（Ｃｕ○）系の選択吸収膜の光学的特性をあらわす
グラフであり、Ａは前記繊維状ないし葉状の結晶の長径
方向長さが０．６ミクロン以上の場合、Ｂはその長さが
０．３ミクロン以下の場合およびＣは０．１ミクロン以
下の場合の吸収率の変化をあらわす。但し、選択吸収膜
の膜厚は、いずれも０．４ミクロンである。すなわち、
酸化第２銅結晶からなる選択吸収膜では一般に、０．７
ミクロン以上の波長のいわゆる近赤外領域での吸収率が
低下するが、この低下の度合いは選択吸収膜の膜厚や微
小構造によって大きく影響され、結晶の長径方向長さ（
最も長い方向における長さ）が０．６ミクロン以上のも
のが最も低下が少ない。これは、近赤外領域（波長０．
７〜２．５ミクロン）の光に対し、上記結晶の長さが０
．３ミクロン以下であれば幾何学的に平らな面となるが
、０．６ミクロン以下であれば多重反射を起こして吸収
率が向上するためであろうと考えられる。なお、実験の
結果では、上記結晶長が０．６〜２．０ミクロンの範囲
においては、曲線Ａで示す吸収率のままで、それ以上吸
収率が向上することはなかった。また、上記説明におい
て、結晶長が０．６〜２．０ミクロンであるにもかかわ
らず選択吸収膜の膜厚が０．４ミクロンと薄いのは、こ
の膜厚が空隙ないし凹凸のない平らな層の厚みに換算し
てあらわされているからである。この選択吸収膜の厚み
は、１０００〜７０００△（０．１〜０．７ミクロン）
とするのが好ましい。選択吸収層の厚みが０．１ミクロ
ンより薄い場合は太陽熱の吸収が不充分であり、逆に０
．７ミクロンより厚くすると放射率が高くなるので、い
ずれの場合も総合的な吸収効率が低下するからである。
つぎに、このようにして製造される太陽熱吸収体の耐久
性をさらに向上させるには、得られた選択吸収膜の表面
に耐熱性をそなえた保護被膜を形成しておくのが効果的
である。

このような保護被膜としては、シリコン樹脂被膜、フッ
素樹脂被膜、ＢＴ樹脂（ビスマレィミド・トリアジン樹
脂）被膜などの樹脂被膜のほか、シリカ質の無機質コー
ティングなどがある。保護被膜として、例えばシリコン
樹脂被膜を表面に形成する場合、市販のシリコン樹脂（
例えば、信越化学工業社製、ＫＲ−１７７Ｎ）をキシレ
ンで固形分１の重量％（以下「％」と略す）程度に稀釈
した液に浸潰し、塗膜を形成したのち、１００００で５
分間程度加熱し、塗膜を硬化させる。

フッ素樹脂の場合はトルェンで稀釈するのがよい。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
である。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％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
際にクラックが入っ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、刷毛塗りや浸債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。予備乾燥は暁付けの際の発泡
を防止するために行なうもので、通常５０００以上ｌｏ
ｏ。０禾満の温度で０．５〜３０分間行なわれる。予備
乾燥が終ったら、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（１００〜２０００Ｃ）で行なう１次暁付けと、高温
（２００００を超え４００００以下）で行なう２次暁付
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
次暁付けの時間は０．５〜３■ご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。なお、上記保護
被膜の膜厚は、０．１〜２山肌とするのが好ましい。０
．１仏のより薄くすると保護効果が充分ではなく、２仏
肌より厚くすると熱放射が増大するからである。

つぎに、この発明の実施例および比較例について説明す
る。

実施例および比較例冷延鋼板の厚み３ム肌のニッケルメッキを施したものを
基材として使用し、この基材表面にシアン化鋼系の銅〆
ッキを施して銅の薄膜層を形成した。

その後、第１表に示す条件で化成処理を施し、第２表に
示すような選択吸収層を基材表面にそなえた太陽熱吸収
体を得た。この太陽熱吸収体の光学的特性は、第３表に
示す通りであった。（試験方法）銅〆ッキ厚：中央製作
所製電解式膜厚測定器を使用した。

Ｃｕ○膜厚：定電流還元法を用いた。

結晶長：Ｃ山０形成初期（Ｃｕ○結晶がまだらなとき）
に電子顕微鏡写真により長径方向の長さを測定した。

Ｃｕ○結晶は、時間、温度に関係なく、化成処理液の組
成により定まるので、この方法によってよい。ここでＱ；吸収率（太陽全エネルギーに対する）Ｑ入：波長入
での吸収率１入：太陽光の波長＾の放射強度ここでど；放射率（悪体放射全エネルギーに対する）Ｓ入Ｔ＝
側；１５０ｑｏの黒体からの波長＾の放射強度ご入：波
長＾の放射率（黒体に対する）なお、赤外分光光度計で赤外城の反射率Ｐ入を測定し、
ど＾＝１一Ｐ入とした。

第１表第２表第３表以上の説明から明らかなように、この発明にかかる太陽
熱吸収体の製法によれば、太陽熱の吸収効率が良好で、
耐熱性にすぐれた太陽熱吸収体をうまく製造することが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は選択吸収膜の電子顕微鏡写真、第
３図はＣｕ○からなる選択吸収膜の光学的特性をあらわ
すグラフである。第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】１化学的および熱的に安定な金属基材の表面に銅を含
有する薄膜層を形成し、この薄膜層を酸化処理すること
によつて選択吸収膜化するにあたり、化成処理液として
、亜塩素酸塩もしくは過硫酸塩からなる酸化剤およびア
ルカリ添加剤を含む水溶液であつて、上記酸化剤とアル
カリ添加剤とのモル比が、（アルカリ添加剤のモル数）
／（酸化剤のモル数）≧２．２５であるような化成処理液を用いることを特徴とする太陽
熱吸収体の製法。２酸化剤およびアルカリ添加剤がそれぞれ亜塩素酸ナ
トリウムおよび水酸化ナトリウムである特許請求の範囲
第１項記載の太陽熱吸収体の製法。３選択吸収膜の膜厚が０．１〜０．７ミクロンである
特許請求の範囲第１項または第２項記載の太陽熱吸収体
の製法。