JPS6042390B2 - 太陽熱利用集熱器の選択吸収性受熱面の製法 - Google Patents

太陽熱利用集熱器の選択吸収性受熱面の製法

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JPS6042390B2
JPS6042390B2 JP57083233A JP8323382A JPS6042390B2 JP S6042390 B2 JPS6042390 B2 JP S6042390B2 JP 57083233 A JP57083233 A JP 57083233A JP 8323382 A JP8323382 A JP 8323382A JP S6042390 B2 JPS6042390 B2 JP S6042390B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱利用高耐食性集熱器の選択吸収性受熱面
の製法に関するものである。
更に詳細にのべれば、高クロム含量のフェライト系およ
びオーステナイト系ステンレス鋼の選択吸収性受熱面の
製法に関するものである。
太陽熱を集熱するに当つて集熱器の受熱面に黒色塗料等
の異体に近い物質を塗布して温水器等に利用する方法は
従来から良く知られている。
しかしこのような方法は集熱温度が約50℃以下の場合
に用いられる方法であつて、太陽熱を利用して冷暖房を
行なうような高い集熱温度を必要とするシステムでは効
率が低下して好ましくない。上記のような欠点を排除す
る方法として、太陽放射の波長帯(O、3ないし2、ゝ
m)において高いエネルギー吸収率を有し、集熱器運転
温度と同一の異体放射の波長帯(運転温度100℃の場
合波長3〜501を、m)において低いエネルギー放射
率となる光学的分光特性を有する受熱面すなわち選択吸
収面を使用することが知られている。
上記のような分光特性を有する面即ち選択吸収面は自然
には得られ難く人工的に作られている。
従来、上記のような分光特性を有する選択吸収面として
は高い反射率を有するアルミニウム、銅、亜鉛等の金属
基板上に該金属の酸化皮膜あるいはフニツケル、クロム
等の遷移金属の硫化物、酸化物、半導体物質等を施した
ものがある。し力化ながら、上記のような選択吸収面に
は次のような欠点や問題点があつた。
(1)耐久性(耐候性、耐熱性)が劣る。
5(2)製造コスト、材料コストが高い。
など、種々の欠点があり、太陽集熱器のようにきびしい
自然環境下で利用する場合、実用的に問題があつた。
しかも優れた分光特性を有する受熱面が得られないなど
実用化されているものは少ない。上記の記載から明らか
なように、太陽集熱器の受熱面として選択吸収面を使用
する場合次の諸特性を具備することが重要であり、これ
らの点が解決されなければ実用化は困難である。
すなわち、(1)分光特性がすぐれていること。(2)
長期間にわたり耐久性(耐候性、耐熱性、耐湿性)を有
すること。
(3) 集熱器に使用する熱媒に対して耐食性がすぐれ
ていること。
(4)コスト(材料コスト、製造コスト)が安価である
こと。
以上の観点から、本発明者等は過去においてフェライト
系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼を
黒色酸化法によつて酸化処理することによつてすぐれた
選択吸収特性を有する選択吸収面およびその製法を提供
した(特公昭53−34651、特開昭52−3865
2)。
また実用上ステンレス鋼を太陽熱利用集熱器の受熱面に
使用する場合、熱媒(例えば水)に対する耐食性を十分
に考慮に入れる必要がある。
集熱器の受熱面は単に分光特性がすぐれているだけでは
実用化できず、耐食性に加えて耐久性が実用化,に大き
なウェイトを占めているのは周知のことである。実際、
ステンレス製受熱板では水質が非常に悪い条件下(例え
ばc1−.5o−14などの腐食性アニオンが数百ない
し数千Ppm含まれる場合)では腐こ食の心配があり、
特にこのような場合には非常に耐食性がすぐれたステン
レス鋼が必要とされれる。
ステンレス鋼においては、鋼中のクロム含量が耐食性に
大きく影響する。
クロム含量が増加するに従つて耐食性は向上するが、選
択吸収面を製造する場合には化成処理液に対する反応性
はかえつて低下する。そのため従来使用されてきた化成
処理方法ではすぐれた分光特性を有する選択吸収面ノを
得ることが困難である。本発明者等は高クロムステンレ
ス鋼の選択吸収面処理方法に関して基礎的な研究を行な
つた結果、本発明の目的とするすぐれた選択吸収面を具
備した高耐食性集熱器の受熱面を得ることができて本発
明を完成したものである。
すなわち、本発明は、クロム含量20ないし35%(重
量)の鏡面を有する高クロムステンレス鋼をクロム酸:
硫酸のモル濃度比が0.003ないし0.24(特に、
0.003ないし0.14)のクロム酸一硫酸溶液中に
浸漬して該ステンレス鋼表面に膜厚500ないし200
0Aの酸化物層を生成せしめて0.3ないし2.′51
Lmの波長帯において高いエネルギー吸収率を示し、ま
た3ないし50pmの波長帯において低いエネルギー放
射率を示す被覆を施した太陽熱利用集熱器の選択吸収性
受熱面の製法に関するものである。本発明方法で用いる
高クロムステンレス鋼はクロムを20ないし35重量%
含有するフェライト系ステンレス鋼およびオーステイナ
ト系ステンレス鋼である。すでに市販されている鋼種を
第1表に示したが、これに限定されるものではない。上
記の高クロムステンレス鋼板が選択吸収特性を有するた
めには、0.3ないし2.5μmの太陽熱放射エネルギ
ーの波長領域において高い吸収率を示し、3ないし50
μmの長波長領域において低い放t射率を有することが
必要であるが、該鋼板表面が極度にあらくなると選択吸
収面の分光特性は低下し、太陽光線の吸収波長は吸収面
において3ないし8μmの赤外領域にまでおよんで分光
特性上好ましくない。選択吸収面として適する高クロム
ス1テンレス鋼板の表面あらさは吸収率、放射率および
吸収効率を考慮に入れてISO規格R46琺に従つて測
定し、RaO.O7p以下またはRZO.2IL以下が
適当である(特開昭52−3865鏝公報参照)。上記
の高クロムステンレス鋼板の表面粗さを選・択吸収面と
して適する粗さに調えるためパフ仕上け、電解研摩、機
械研摩などの表面加工仕上げを行なうことが適当である
。また上記ステンレス鋼板上に生成した酸化皮膜の適正
な膜厚については特開昭52−386♀号公報1に詳細
に記載されているが、干渉作用による反射防止効果をも
かねそなえた酸化皮膜の適正膜厚は膜の光学的厚さRl
4dが1250AくNldく2500人で、屈折率n1
を2.0く2.5とすると適正膜厚は500Aないし1
250Aとなる。
適正膜厚がこの範囲から若干は,ずれた場合でも選択吸
収面としての性能はかなりのものがあるため適正膜厚の
範囲を500Aないし2000Aと定めた。高クロムス
テンレス銅表面上にクロム酸一硫酸酸化によつて吸収率
0.85以上、放射率0.2以下の実用化できるしかも
すぐれた選択吸収特性をそなえた酸化皮膜を生成するた
めにはステンレス銅表面の鏡面特性をおかすことなくし
かも膜厚を500Aないし2000Aに調整することが
必要な条件である。
また高クロムステンレス鋼を酸化する場合ステンレス鋼
中のクロム含量(%)とクロム酸:硫酸のモル比との間
に一定の相関関係があることがわかつた。
その関係を第2図に示した。第2図よりわかるようにス
テンレス鋼中のクロム量が増加するに従つて適正なりロ
ム酸:硫酸のモル比は減少し硫酸にとんだ浴組成となる
これは本発明ではじめて明らかになつた重要な点の一つ
である。上記のように高クロムステンレス鋼の選択吸収
面を作る場合、クロム含量(鋼種)によつて酸化浴組成
を適宜かえる必要があることがわかつた。
上記の実用化できる選択吸収特性をそなえた酸化皮膜を
生成するためには次の浴組成の酸化浴を用いることが好
ましい。浴組成: クロム酸(CrO3として換算)0.035ないし1.
0モル/e硫 酸 4ないし12.5モル
/′クロム酸:硫酸のモル比0.003ないし0.24
(特に、0.003ないし0.14)クロム酸系薬剤と
しては無水クロム酸(CrO3)、クロム酸塩(特にナ
トリウム塩、カリウム塩)、重クロム酸塩(特にナトリ
ウム塩、カリウム塩)など6価のクロムを含むものから
適宜選ぶことができる。
また上記のクロム酸系薬剤を混合して使用することもで
きる。本発明方法で使用するクロム酸系薬剤中の6価の
クロム量をクロム酸(CrO3)に換算して上記のモル
比の範囲内になるように調整すればよい。クロム酸:硫
酸のモル比が上記範囲よりはずれる場合には以下の実施
例に示すように実用化できる選択吸収特性(反射率)が
得られない。
また酸化浴温度と酸化時間(浸漬時間)とは相関関係に
あり、酸化温度が高けれは酸化時間は短かくなる。
クロム酸:硫酸のモル比が0.003ないし0.24の
範囲の酸化浴を用いしかも酸化皮膜の膜厚を500ない
し2000Aの範囲内に維持するためには酸化浴の温度
50℃ないし沸点では酸化時間は0.5ないし6C@が
適当である。
本発明方法によつて次のような効果が得られLる。
(1)非常にすぐれた選択吸収面が得られる。
(2)実用上非常に悪条件下でも十分な耐食性をそなえ
た集熱器の選択吸収特性を有する受熱面を提供すること
ができる。(3)コストが安価である。
本発明によつて太陽熱利用集熱器として具備しなければ
ならない諸条件をすべてかねそなえた理想的な選択吸収
特性を有する受熱面を提供することが可能となり産業上
の効果は大きい。
次に実施例を掲げて本発明を説明するが、これに限定さ
れるものではない。
実施例 ステンレス鋼として鏡面を有するJISC43O5のS
USXM27を選び、これをアルカリにて脱脂し、下記
の組成の酸化浴中で浸漬処理した。
重クロム酸ナトリウム 50f1/e硫 酸
850y/eクロム酸(CrO
3):硫酸のモル比 0.044.酸化浴温度130℃
〜135゜C1浸漬時間4分。
得られた選択吸収面の吸収率は0.92、放射率は0.
10であつた。比較例1 鋼種として上記と同一の鏡面を有するステンレス銅を用
い、上記と同様に前処理した。
次に下記の浴組成の酸化浴中で浸漬処理した。
重クロム酸ナトリウム 160y/e硫
酸 350f/eクロム酸(CrO
3):硫酸のモル比 0.34酸化浴温度100ない
し105゜C1浸漬時間3紛。得られた表面の吸収率は
0.71、放射率は0.11であつた。比較例2 銅種として上記と同一の鏡面を有するステンレス鋼を用
い、上記と同様に前処理した。
次に下記の浴組成の酸化浴中で浸漬処理した。
重クロム酸ナトリウム 4f/f硫 酸
1284/eクロム酸(CrO3
):硫酸のモル比 0.002酸化浴温度
145ないし150℃浸漬時間
7分得られた表面の吸収率は0.7巳放射率は0
.12であつた。
本発明方法によつて得られた高クロムステンレス鋼の選
択吸性受熱面(実施例記載のもの)と比較例1および2
記載のものとの選択吸収特性(反射率)の比較を第1図
に示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法によつて得られた選択吸収性受熱面
の分光反射特性を示すグラフ、第2図は酸化浴組成(C
rO3/H2SO4モル比)とステンレス鋼中のクロム
含量との関係を示すグラフである。 第1図において、1−ー本発明方法で得られた選択吸収
面の分光反射曲線、2−ー比較例1の方法で得られた受
熱面の分光反射率曲線、3−ー比較例2の方法で得られ
た受熱面の分光反射率曲線、4−ー理想的な選択吸収面
の分光反射率曲線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鏡面を有するクロム含量20ないし35重量%の高
    クロム含量ステンレス鋼をクロム酸−硫酸酸化浴中に浸
    漬して、この高クロム含量ステンレス鋼の表面に膜厚5
    00ないし2000Åの酸化物層を生成させることによ
    り、0.3ないし2.5μrの波長帯において高いエネ
    ルギ吸収率を示すとともに、3ないし50μmの波長帯
    において低エネルギ放射率を示す太陽熱利用集熱器の選
    択吸収性受熱面を製造する方法において、前記高クロム
    含量ステンレス鋼のクロム酸−硫酸酸化浴への浸漬処理
    を、クロム酸/硫酸のモル比を0.003ないし0.1
    4の範囲において前記高クロム含量ステンレス鋼のクロ
    ム含量の増加に応じて低下するよう選択して行なうこと
    を特徴とする、太陽熱利用集熱器の選択吸収性受熱面の
    製法。 2 特許請求の範囲第1項記載の製法において、鏡面が
    ISO規格R468法に従つて測定して、Raが0.0
    7μ以下またはRzが0.2μ以下の表面粗さを有する
    ものである、太陽熱利用集熱器の選択吸収性受熱面の製
    法。
JP57083233A 1982-05-19 1982-05-19 太陽熱利用集熱器の選択吸収性受熱面の製法 Expired JPS6042390B2 (ja)

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