JPS6154158B2

JPS6154158B2 -

Info

Publication number: JPS6154158B2
Application number: JP55145150A
Authority: JP
Inventors: Masao Maki; Seiichi Sano; Ju Fukuda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1986-11-20
Also published as: JPS5768172A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は太陽エネルギーを集熱する集熱器の表
面に適用して用いる太陽熱の選択吸収膜に関する
ものである。近年の石油危機の情勢から太陽熱利用技術が注
目されているが、太陽光の光エネルギーを家庭の
給湯、暖房、さらには冷房に応用して行こうとす
る立場からは、その入口にあたるところの光エネ
ルギーを熱エネルギーに変換する集熱技術が基礎
技術として重要であり、集熱技術の課題の一つに
低コストで耐久性があり、しかも高効率の集熱器
の開発がある。一般に大気圏を通過して来た太陽光線の放射エ
ネルギーは、ほとんど0.2〜2.5μｍの短かい側の
波長域にあり、一方、そのエネルギーを熱として
吸収することにより、80〜100℃に加熱された集
熱器表面から放射する放射エネルギーは2.5〜20
μｍの長波長の赤外域にある。したがつて、効率
の良い集熱器を構成するためには太陽光をほとん
ど捕捉し、集熱器からの色々な形のロスを少なく
すれば良い訳である。つまり、集熱器表面の望ま
しい特性としては2.5μｍ以下の太陽光に対する
吸収率αは１に近く、またその表面からの2.5μ
ｍ以上の光の放射率εは０に近い分光特性を持つ
ていることが望ましい。すなわち、このような選択性を持つた集熱器表
面の処理（膜）を選択吸収処理（膜）と一般に呼
んでいる。本発明は、主として金属の支持物上に、塗装に
より、このような選択吸収性を付与するようにし
た太陽熱の選択吸収性塗膜の形成法を提供しよう
とするものである。従来はこのような選択吸収性を持つて表面を得
るために、金属面上にメツキや化成処理を行う方
法や、アルミニウムの陽極酸化法を利用して、黒
色着色処理する方法など種々の方法が提案され、
これらの中では一部実用化されているが、この種
の方法は金属表面上に生成する酸化物の組成、膜
厚の制御に伴う管理が複雑である上に、太陽熱集
熱器の面積が広いため、製造設備が大規模のもの
となり、その処理コストが高くなるという難点が
ある。これらの方法の中で、例えば、着色ステン
レスの場合、吸収率α＝0.90、放射率ε＝0.10と
いう性能を示すことが知られている。これに対して、生産性の問題を中心として、コ
スト面でのメリツトが期待される塗料を用いる方
法に関しては塗料を構成するための必須要件とし
てバインダーが必要であるが、いずれの有機樹脂
あるいは無機結合剤にしても、赤外域に吸収があ
るため、これにより、放射率εを向上させてしま
うことになり、その結果、吸収率αは比較的容易
に付与させ得るが、低放射率の維持が極めて困難
であり、未だに実用レベルでの表面塗膜物性と選
択吸収性とを兼ね備えたものは表われていない。当然ながら、単なる従来のブラツクペイントで
は波長の選択性はなく、吸収率α＝0.95、放射率
ε＝0.95というような特性であり、吸収率αを増
大させようとすれば、放射率εも増大し、また放
射率εを減少させようとすれば、吸収率αも減少
してしまうという性質を示す。次に本発明の考え方を説明する。一般に支持物
上に塗膜を形成して、これに選択吸収能を持たせ
るためには、その赤外域の放射率をいかに低く押
さえるかが課題である。金属面は通常上記の放射率が低いため、選択吸
収性を与えるとすれば、この素地の金属面を利用
して、低放射率を達成するような被覆構成とする
訳である。集熱器を構成する素材としての物性（耐久性な
ども含む）と、上記の低放射率を与え得ることの
性質を兼ね備えたところの、素地金属としては、
銅、アルミニウム、ステンレスなどが挙げられ
る。これらの金属面は2.5〜30μの波長域におい
て、0.04〜0.08程度の低放射率を実現し得る。支持物上に塗膜を形成して、しかもその放射率
を素地金属に依存するとすれば、塗膜に要求され
る性質としては、それが2.5〜30μｍ程度の赤外
域の光を極力吸収しない。すなわち、透明に近い
性質を持つことが望ましい。既に述べたように塗
膜を形成するためには、バインダー、顔料が必須
であるが、実質的に赤外域の光に完全に透明であ
るようなバインダーは存在し得ないので、赤外域
の光の吸収を前提とすれば、極力、その膜厚が薄
いことが必要である。さらには、バインダー自体の赤外域の光の吸収
が少ないことが望ましく、太陽熱集熱器の表面処
理として要求される耐候性、密着性等の要求条件
とを満足するバインダーとして、発明者らは種々
のテストを実施した結果、アクリル系樹脂バイン
ダーが最適であるとの結論に至つた。アクリル系樹脂バインダーとしては常乾型、焼
き付け型、またエマルジヨンタイプ、熱可塑性、
熱硬化性、さらには他の樹脂との変性、また架橋
など色々の構成があるが、相対的にいずれの場合
にも、比較的赤外域の光の透明である。これらの
アクリル系樹脂バインダーの中ではエマルジヨン
タイプなどは特に良好である。これらのアクリル系樹脂バインダーをベースと
して、これに黒色顔料を配合すれば（分散剤、そ
の他の添加物は必要により添加するとして）、塗
料が得られる。適当な溶剤で希釈して、バインダ
ー濃度を極力低くした状態で、黒色顔料の種類と
粒度と添加量の最適化をはかり、５μｍ以下の塗
膜を安定して形成し得るようにすれば、下地金属
が、先に述べた銅、アルミニウム、ステンレスな
どのような低放射率の場合には、かなり良好な特
性の選択吸収膜が得られる。この場合、５μｍ以下という極めて薄い膜厚で
塗膜を形成するため、これを工業的に量産する場
合、ピンホールの欠陥が発生することはのがれら
れず、塗膜物性としては、耐食性が問題となる。したがつて、実用上、素地金属は更に限定さ
れ、使用可能対象はステンレス程度に絞られてし
まう。本発明者らは太陽熱利用機器の幅広い普及が国
家的な省エネルギーにつながるとの確信を持つて
いるが、そのためにはシステムの主構成要素であ
る集熱器は安価でなければならない。集熱器の価
格構成を考えるに、その素材の占める部分は大き
く、ステンレスはその意味では高価である。集熱器材料として要求される物性を満足する材
料としては、各種の表面処理鋼板が挙げられる。
アルミニウム、亜鉛などで処理した鋼板は集熱器
の水回路構成について制約を生じさせるが、これ
が、直接給湯などに用いるのではない回路構成を
取り得るのであれば、充分にその機能を発揮し得
る。これらの表面処理鋼板のステンレスなどに劣
る点は二点ある。一点目はその放射率が高いこ
と、アルミニウム、亜鉛の両処理鋼板とも、それ
自体の放射率εは0.5〜0.6である。二点目はその
耐食性がステンレスと比べると劣ることである。
ここで言う耐食性は表面、すなわち空気側を指し
ている。水側に関しては給湯に直接利用する場合
でなければ、腐食抑制剤の適用なども可能であ
る。耐食性が劣つた、これらの素材の上に５μｍ以
下の塗膜を形成しても、選択吸収性としての優れ
た特性は期待できないのみならず、塗膜を薄く形
成するため、実際の集熱器に適用すると、ピンホ
ール箇所が発生して、耐食性において問題が発生
する。本発明は、この問題を一挙に解決するものであ
る。添付図面は本発明の概念図を示したもので、
この図において、素材ａ層の上に、塗膜ｂ層、さ
らにその上に塗膜ｃ層が形成されている。この図
では、ａ層は表面処理板に相当し、a′層上にa″層
が形成されている。ａ層が表面処理板であること
は必要条件ではなく、ａ層が一層から成るもので
あつても同様である。ｂ層はアルミニウム粉末１
と、バインダー２とを少なくとも含む塗膜であ
る。ｃ層は黒色顔料３とアクリル系樹脂バインダ
ー４を含む５μｍ以下の薄膜の塗膜である。2.5
μｍ以下の太陽光Ａは、主としてｃ層で吸収さ
れ、熱に変換される。この熱はｂ層を熱伝導にて
伝わり、ａ層からさらに媒体へ伝達される。ｂ層
はアルミニウム粉末１を含むため、良好な熱伝導
を示す。温度が上昇した平衡状態で、2.5μｍ以
上の赤外線の放射Ｂはｂ層の表面にリーフイング
して配列しているアルミニウムにより支配され
る。ｂ層が低放射率を示すことにより、ｂ層表面
から発する赤外線に関しては、ｃ層が薄膜であ
り、また赤外線の吸収が少ないFe，Mn，Cu，
Cr，Co，Niの群から選択した１種以上の酸化
物、複合酸化物からなる顔料と、かつ赤外線に比
較的透明なアクリル系樹脂バインダーから成るた
め、ｃ層が著しく放射率を上げることはない。ア
ルミニウム粉末はリーフイング性が良く、ｂ層の
塗膜表面に浮んで平行配列するため、ｂ層は図の
ような構造となる。ｂ層に適用されるバインダーとしては、その耐
食性、耐熱性、塗装作業性などが重視される訳
で、その範囲で多くのバインダーが適用可能であ
る。エポキシ系樹脂がその好適な例として挙げられ
る。以下に実施例を記載する。選択吸収性の評価は以下の方法で行なつた。ま
ず吸収率αの評価は島津製作所製MPS−5000型
自記分光光度計（入射角８゜、積分球反射装置付
き）を用いて、波長0.3〜2.0μｍの間での測定値
から、6000〓の黒体の輻射率に対して計算して、
塗膜の特性値とした。また放射率εの評価は
DEVICES SERVICES COMPANY社製DandS
AERD型放射率計を用いて、直接試料表面の放射
率を評価した。（実施例）放射率が0.3以上である支持物の例として、亜
鉛処理鋼板（新日本製鉄(株)製の「シルバーアロ
イ」）を用いた。これを60mm×100mm×0.8mmｔの
寸法で、テストピースとして用いた。この試料は
素地のままでの放射率εは0.58であつた。この試料を用いて、本発明の塗装を実施した。
ポリエステル変成シリコーン樹脂をこの下塗り
塗料のバインダーとして用いた。ポリエステル変
成シリコーン樹脂は大日本インキ(株)製のロードシ
ルレジン＃9031を用いた。ポリエステル変成シリ
コーン樹脂と、アルミニウム粉末（東洋アルミニ
ウム(株)製のアルペースト＃0215M）とを配合比を
変え、かつボールミルを用いて24時間分散混合し
て塗料を調合した。必要に応じて粘度調整のた
め、エチレングリコールジアセテートを用いた。
このようにして、調合した塗料を約30μの膜厚で
塗装した。次表に、下塗り層のみを上記の方法で塗装した
際の試料についての、アルミニウム配合率（wt
％）と、放射率との関係を示す。この表に見られ
るように、アルミニウム量が増大するに伴つて、
放射率εは低くなる。15wt％以上で飽和してい
く傾向となる。そして15wt％以上となれば、表
面はほぼ完全に隠蔽されるものと考えられる。

【表】

【表】まず、アルミニウム配合率を20wt％として、
同じシリコーン系バインダーを用いて、約30μの
膜厚で塗装した。この塗装は基材をトリクレン脱
脂した後、スプレー法にて行ない、15分間室温で
放置した後、200℃で30分間焼成した。なお、表
の試料も同様の手順で調整している。この試料は
0.22〜0.26の範囲の放射率を示した。次に大日精化(株)製のFe₂O₃・MnO₂・CuO系顔
料である「ダイピロキサイドカラー＃9550」を25
重量部と、メタアクリル酸エステル樹脂として、
日本合成化学(株)等の「コーポニールAZ−40T」
（溶剤トルエン：樹脂分42.7％）を100重量部、そ
してトルエン40重量部とをボールミルにて、12時
間分散混合して塗料を調合した。この塗料を用い
て、約４μｍの膜厚で、すでに、シリコーン系樹
脂で下塗りした塗膜の上に塗装して、50℃で５分
乾燥した。この試料は吸収率α＝0.93〜0.94、放
射率ε＝0.41〜0.44の性能を示した。この塗膜は密着性（ゴバン目テープテスト）、
衝撃性、耐水性、耐候性（ウエザーメーターおよ
び屋外暴露）等において優れた表面物性を示し
た。特に課題の耐食性に関しては、JIS規定の条件
下で、８時間噴霧、16時間休止のサイクルを30サ
イクル実施したが、異常は見られず良好な耐食性
を示した。以上のように本発明によれば、2.5〜30μの波
長域における放射率が0.3以上である素材の上
に、アルミニウム微粉末を15wt％以上含有する
耐食塗料を塗装したのち、膜厚５μ以下で、かつ
異色顔料、アクリル系樹脂バインダーを主成分と
する塗料を塗装するようにしたもので、これによ
り、放射率の小さい選択吸収性に優れた塗膜を得
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の塗膜形態を示す図である。ａ……素材。

Claims

【特許請求の範囲】１ 2.5〜30μｍの波長域における放射率が0.3以
上であるアルミニウムまたは亜鉛メツキ鋼板上
に、アルミニウム微粉末を15wt％以上含有する
耐食塗料を塗装した後、膜厚５μｍ以下で、かつ
黒色顔料、アクリル系樹脂バインダーを主成分と
する塗料を塗装することを特徴とする太陽熱の選
択吸収性塗膜の成形法。２前記黒色顔料として、Fe，Mn，Cu，Cr，
Co，Niの群から選択した１種以上の酸化物、複
合酸化物を用いた特許請求の範囲第１項記載の太
陽熱の選択吸収性塗膜の形成法。