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JPS6026943B2 - 太陽熱の選択吸収面 - Google Patents
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JPS6026943B2 - 太陽熱の選択吸収面 - Google Patents

太陽熱の選択吸収面

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Publication number
JPS6026943B2
JPS6026943B2 JP55166942A JP16694280A JPS6026943B2 JP S6026943 B2 JPS6026943 B2 JP S6026943B2 JP 55166942 A JP55166942 A JP 55166942A JP 16694280 A JP16694280 A JP 16694280A JP S6026943 B2 JPS6026943 B2 JP S6026943B2
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JP
Japan
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aluminum
emissivity
selective absorption
acrylic resin
absorption
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JP55166942A
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JPS5790551A (en
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正雄 牧
清一 佐野
祐 福田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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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材料として適
用する選択吸収面に関する。
近年の石油危機の情勢から太陽エネルギーの利用技術が
注目されているが、太陽の光エネルギーを家庭の給湯・
暖房・冷房等に応用する立場からは、その入口にあたる
所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る。
前記集熱技術の課題の1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。大気圏を通過し
て釆た太陽光の放射エネルギーは、ほとんど0.2〜2
.5山mの短かし、側の波長城にあり、一方、そのエネ
ルギーを熱として、吸収して、温度上昇し80〜100
午0に加熱された面から放散する放射エネルギーは2.
5〜20rmの長波長の赤外域にある。
効率の良い集熱器を構成するためには、太陽光のほとん
どを橘促し、集熱器からの色々な形の損失エネルギーを
少なくすれば良い訳である。集熱面に関して、波長2.
5rm以下の太陽光に対する吸収率(aで表現)は1に
近く、また、その表面からの波長2.5ムm以上の光の
放射率(ごで表現)は0に近い分光特性を持っているこ
とが望ましい。すなわち、波長2.5ムmを境界として
選択性を持った集熱面であることが望ましい。このよう
に、金属面などに形成して前記選択吸収性を付与させる
被覆を選択吸収膜と呼んでいる。このような選択吸収面
を得るために、金属面上にメッキや化成処理を行なう方
法や、アルミニウムの陽極酸化法を利用して黒色着色処
理する方法などが知られている。
これ等の方法はいずれも、本釆放射率の低い金属面を利
用して、この面上になるべく放射率を損なわないで吸収
率を高めるような表面処理を施すものである。そしてこ
れ等の方法の中で着色ステンレスの場合には、吸収率Q
=0.90,放射率ご=0.10という性能が得られて
いる。これ等の方法の場合、吸収率を高めようとして処
理条件を厳しくすると、金属面がエッチングされ放射率
が上がってしまうという問題があり、さらにはその処理
に関して、金属表面上に生成する酸化物の組成・膜厚の
制御に伴なう管理が複雑である上に、製造設備は大規模
となり、そのコストが高くなるという難点がある。
これに対して、塗料を用いる方法は生産性の面からのコ
スト的優位性が期待される訳であるが、塗料を構成する
バインダーはいずれの有機樹脂,無機結合剤にしても、
赤外域に吸収があり、これが放射率をアップさせてしま
い、顔料の選択により吸収率は比較的容易に向上させ得
るが、低放射率の維持が極めて困難であり、未だに先の
着色ステンレスと実用的に競合出来るようなものは得ら
れていない。
当然ながら、単なる従来のブラックペイントでは選択吸
収性はなく、Q=0.95 ご=0.95といるような
特性であり、Qを増大させようとすれば、ごも増大し、
ごを減少させようとすれば、Qも減少してしまうという
性質を示す。
上述の通り塗装により選択吸収膜を得るためには、その
赤外域の放射率ご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、この素地の金
属面を利用して低放射率を得ようとするのが一般的な考
え方である。
したがって、このような考え方に沿って進められている
開発では、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ところの性質
を兼ね備えた素地金属としては、銅,アルミニウム,ス
テンレスなどがその対象とされている。これ等の金属面
は2.5〜30仏mの波長域において0.04〜0.0
8程度の低放射率を実現し得る。したがって、塗装式で
低コストの選択吸収膜を得ようとする従来の試みはほと
んど前記金属面に限られていた。これ等の素地を対象と
し、アクリル系樹脂をバインダーとして、Fe,Mn,
Cu,Cて,Co.Niの群から選択した1種以上の酸
化物,複合酸化物を顔料として塗料化し、これを5一m
以下の膜厚にて、前記金属面に塗装することによりQ=
0.94〜0.95 ご=0.2〜0.3(アルミニウ
ム、銅)、ど=0.4〜0.5(ステンレス)の性能が
得られる。
一方、前記金属面を対象としたものでは着色ステンレス
、黒色アルマイトなどの化成処理を行なったものが従来
からあるが、上記塗装式のものでは、Qに関しては良好
な値が得られるが、ごに関しては、劣っており、上述の
ごとく比較的高価な素材を用いないと効果が得られない
ので、コスト面での効果も少なくなる。そこで、安価な
各種の表面処理鋼板に着目したところ、多くの表面処理
鋼板は表面がミクロの凸凹を有するため、放射率は悪い
たとえば、亜鉛処理鋼板の例として、新日鉄■の「シル
バーアロィ」(商品名)について評価したところ、素地
の状態でご=0.48〜0.55を示し、選択吸収性能
は十分得られない。また、上述のごとく低放射率を得る
ために、放射率の低い金属面を利用して塗膜でそれを実
現しようとすれば、素地金属との組合せが議題となる。
すなわち、同じ塗料を同じ条件下で塗装して全く同一の
フィルムを得たとしても、その素地金属の放射率が異な
れば選択吸収性が異なる。したがって、塗料自体の選択
吸収性のみでは課題解決とはならない。
本発明は以上の観点から、アルミニウム被覆鋼板を基村
とし、極めて優れた特性を得たものである。
すなわち、アルミニウム被覆鋼板を基材として、その表
面に黒色顔料、アクリル系樹脂バインダーを主成分とす
る塗料を塗装して成る膜厚5一m以下の被覆を形成した
ものである。以下、本発明を具体的に説明する。
図面は、本発明の概念図である。
図面において、Aはアルミニウム被覆鋼板であり、Bは
鋼板で、Cはアルミニウム被覆層である。またDは、塗
膜で、黒色顔料1とアクリル系樹脂バインダー2を含む
。太陽光は黒色顔料1に吸収されて熱に変わる。表面か
らの赤外線の韓射は、アルミニウム被覆面の放射率が低
く、また、黒色顔料1もアクリル系樹脂バインダー2も
赤外線に比較的透明であるため、放射率は低くなる。塗
膜Dの膜厚が厚くなると赤外線の吸収が大きくなり、放
射率が上がるため、放射率を0.5以下のレベルに保持
しようとすれば、膜厚は5〃m以下であることが必要で
ある。アルミニウム被覆鋼板Aとして、日新製鋼■「ア
ルスター」(商品名)を用いて、その放射率ご(波長2
.5ムm〜30ムm)を測定したところ、0.08の放
射率が得られ、総合的に太陽熱の集熱材料として、極め
て優れた特性が得られる。
ところで、塗膜Dを形成するためには、バインダー、顔
料が必須である。
波長2.5Am以下の光の吸収はもっぱら、顔料に依存
するとして、問題は波長2.5山m以上の光に関しての
放射である。実質的に赤外線に完全に透明であるような
バインダーは存在しないので、赤外線の吸収を前提とす
れば、極力その腹厚が薄いことが必要である。当然なが
ら、バインダー自体の赤外域の吸収が少ないことが望ま
しい。アクリル系樹脂バインダーは、この面で好適であ
る。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、(溶剤、分散剤などは必要によ
り添加するとして)塗料が得られる。
黒色顔料としては、赤外線の吸収が少なく、かつ耐熱性
、耐膜性などの諸条件を満足するものとして、Fe,M
n,Cu,Co,Niの群から選択した1種以上の酸化
物、複合酸化物を用いるのが良い。また、アクリル系樹
脂バインダーと黒色顔料との比が重要である。アクリル
系樹脂バインダーが多くなると、塗膜は光沢に富む。逆
に、黒色顔料が多くなると光沢は落ちてくる。波長2.
5一m以下の光の吸収に関しては、光沢は無い方が望ま
しく、波長2.5山m以上の光の反射に関しては光沢が
ある方が望ましい。通常、2伍れ%〜5仇れ%位の顔料
/樹脂比が望ましく、3びれ%付近が最良である。この
様にして得た塗料を放射率の低い金属面に5山m以下の
膜厚で塗装すればQ=0.93〜0.95,ご=0.4
0〜0.50の選択吸収膜が得られる。この特性は、ア
クリル系樹脂であれば、その種類に余り関係せず、ほぼ
同様の水準が得られる。以下の実施例に示すように、二
,三のアクリル系樹脂バインダーを用いて、素地金属が
、ステンレス’アルミニウム,アルミニウム被覆鋼板で
比較した結果、アルミニウム被覆鋼板において共通して
優れた性能が得られることを見出した。
(実施例 1)旭化成■のアクリルェマルジョン系バイ
ンダー,「ポリドロンE−300」(商品名)を用いて
、このバインダー100重量部と大日精化■のFe−M
n−Cu酸化物系黒色バインダー「ダィピロキサィドカ
ラ−#9550」(商品名)を25重量部をボ−ルミル
を用いて分散混合して、塗料化した。
この塗料をそれぞれ、純アルミニウム板、ステンレス(
SUS430),アルミニウムメッキ鋼板それぞれに
約4Amの膜厚にて塗布し、常温硬化させた。これ等の
膜は、いずれもQ=0.93〜0.拠の吸収率を示した
。なお、放射率ご〔放射率計にて測定)は純アルミニウ
ムで0.42,ステンレスで0.48 アルミニウムメ
ッキ鋼板で0.45を示した。(実施例 2)協和醗酵
■の暁付け硬化型アクリルヱマルジョンバインダ一の「
ホープゾールYS−2紙」(商品名)を20の重量部,
住友化学■の水溶性メラミン樹脂の「スミマール40W
j(商品名)を25重量部、ブチルカルビトール3の重
量部、イーストマンケミカル■の「テキサノール」(商
品名)を10重量部、実施例1の顔料を4頚重量部にて
、ボールミルを用いて分散混合して塗料を得た。
この塗料を実施例1と同様にして、3種の板に約4山m
の膜厚にて塗装し、160ooにて30分競付けた。こ
れ等の膜は、いずれもQ=0.91〜0.93の吸収率
を示した。なお、放射率ごは、純アルミニウムが0.4
5,ステンレスが0.48,アルミニウムメッキ鋼板で
0.45を示した。(実施例 3) 三菱レーヨン■の熱硬化性アクリル樹脂「デュラクロソ
#5661」(商品名)を5の重量部、前記の顔料を1
5重量部にて分散混合して得た塗料を溶剤希釈して、実
施例1と同様にして3種の板に約4〃mの膜厚にて塗装
し、180q0にて30分焼付けた。
これ等の膜は、いずれもQ=0.93〜0.処の吸収率
を示した。なお放射率ご‘ま、純アルミニウムで、0.
紙ステンレスで0.43 アルミニウムメッキ鋼板で、
0.35を示した。以上の系について次の試験を実施し
たが下表の結果であった。
1 密着性:ごばん目テーピングテスト 2 屈曲性:IC肋×1800折り曲げテスト3 ェリ
クセン:5側押出し4 衝撃性:テュポン式、1/2、
500夕の鋼球を2比1の高さから落下5 硬度:鉛筆
硬度 6 耐沸騰水:沸騰水中に10餌時間放置7 ソルトス
プレー:連続頃霧にて240b放置8 耐候性:サンシ
ャイン型カーボンアークウェザーメータ−中で100餌
時間放置9 耐熱信頼性:200qoの炉中で、50畑
時間放置した後の密着性および選択吸収性能、塗膜性能
試験結果 上表に見られるように耐沸騰水で、アルミニウムメッキ
鋼板と、アルミニウム、ステンレスとのが見られた訳で
あるが、これは、アルミニウムメッキ鋼板のアルミニウ
ム被覆層に含有されているシリコーンの影響と関係があ
るものと考えられる。
以上のように本発明の選択吸収面はコスト的にも安価で
、塗装式による吸収面とは極めて優れた選択吸収館Q:
0.93〜0.94,ご=0.35を示し、しかも塗膜
が繊密で基板への接着性が高く、耐食性も高くなり、工
業的なメリットは極めて大きい。図面の簡単な説明図面
は本発明の一実施例による選択吸収面の断面図である。
A・・・・・・アルミニウム被覆鋼板、B…・・・鋼板
、C・・・・・・アルミニウム被覆層、D・・・・・・
塗膜、1・・・・・・里色顔料、2・・・・・・アクリ
ル系樹脂バインダー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウム被覆鋼板を基板とし、その表面に膜厚
    5μm以下で、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して成る被覆を形成するととも
    に、上記黒色顔料として、Fe,Mn,Cu,Cr,C
    o,Niの群から選択した1種以上の酸化物・複合酸化
    物を用いた太陽熱の選択吸収面。 2 アクリル系樹脂バインダーとして、熱硬化性アクリ
    ル樹脂を用いた特許請求の範囲第1項記載の太陽熱の選
    択吸収面。
JP55166942A 1980-11-26 1980-11-26 太陽熱の選択吸収面 Expired JPS6026943B2 (ja)

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