(57)【要約】【課題】太陽光吸収性能および赤外線放射抑制性能が優れている太陽熱集熱板を提供する。【解決手段】金属製基板１６の片面に選択吸収膜が形成されてこの面が受光面となっている太陽熱集熱板１５である。基板１５における選択吸収膜が形成された面の表面粗さを中心線平均粗さで０．９８μｍ以下とする。この太陽熱集熱板１５の選択吸収膜表面の太陽光吸収率αは０．９２以上であり、同じく赤外線放射率εは０．１５以下である。好ましくは、金属製基板１６をＳｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたアルミニウム押出形材で形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製基板の片面に選択吸収膜が形成されてこの面が受光面となっている太陽熱集熱板において、基板における選択吸収膜が形成された面の表面粗さが中心線平均粗さで０．９８μｍ以下である太陽熱集熱板。
【請求項２】
選択吸収膜表面の太陽光吸収率αが０．９２以上であり、同じく赤外線放射率εが０．１５以下である請求項１記載の太陽熱集熱板。
【請求項３】
金属製基板がアルミニウム押出形材からなる請求項１または２記載の太陽熱集熱板。
【請求項４】
アルミニウム押出形材が、Ｓｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたものである請求項３記載の太陽熱集熱板。
【請求項５】
アルミニウム押出形材における選択吸収膜が形成された面の赤外線放射率が０．０４以下である請求項４記載の太陽熱集熱板。
【請求項６】
金属製基板の受光面とは反対側の面に熱媒流通管が固定されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の太陽熱集熱板。
【請求項７】
ケーシング内に、請求項６記載の太陽熱集熱板が複数並べられて配置され、各太陽熱集熱板の熱媒流通管の両端が、それぞれケーシング内に配置されたヘッダに接続されている太陽熱集熱器ユニット。
【請求項８】
請求項７記載の太陽熱集熱器ユニットが複数並べられてなる太陽熱集熱器。
【請求項９】
片面の表面粗さが中心線平均粗さが０．９８μｍ以下である金属製基板に陽極酸化処理を施し、ついで電解着色処理を施すことにより、上記片面に選択吸収膜を形成することを特徴とする太陽熱集熱板の製造方法。
【請求項１０】
金属製基板がアルミニウム押出形材からなる請求項９記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【請求項１１】
アルミニウム押出形材が、Ｓｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたものである請求項１０記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【請求項１２】
アルミニウム押出形材における選択吸収膜を形成すべき面の赤外線放射率が０．０４以下である請求項１１記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば太陽熱集熱器に用いられる太陽熱集熱板に関する。
【０００２】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【０００３】
【従来の技術】
太陽熱集熱器に用いられる太陽熱集熱板として、金属製基板の片面に、たとえば波長が０．３〜２０μｍである可視光線と近赤外線とを選択的に吸収する選択吸収膜が形成されてこの面が受光面となっているものが広く用いられている。このような太陽熱集熱板には、太陽光を吸収して基板を効率良く加熱するとともに、基板からの赤外線の放射を抑制する性能が求められている。
【０００４】
従来、このような太陽熱集熱板において、選択吸収膜表面の太陽光吸収率αは０．９０〜０．９６となされ、同じく赤外線放射率εは０．１６以上となされている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９９４９７号公報（段落００２７の表２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、太陽光吸収性能および赤外線放射抑制性能を一層向上させて、選択吸収膜面の太陽光吸収率αを０．９２以上でかつ赤外線放射率εを０．１５以下とすることが求められている。しかしながら、特許文献１記載の太陽熱集熱板は、このような要求を満たすものではなく、太陽熱集熱板としての性能が十分ではない。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、太陽光吸収性能および赤外線放射抑制性能が優れている太陽熱集熱板およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段よりなる。
【０００９】
１）金属製基板の片面に選択吸収膜が形成されてこの面が受光面となっている太陽熱集熱板において、基板における選択吸収膜が形成された面の表面粗さが中心線平均粗さで０．９８μｍ以下である太陽熱集熱板。
【００１０】
上記１）の発明は、次の経緯により完成されたものである。すなわち、本発明者が種々実験研究を重ねた結果、太陽熱集熱板の選択吸収膜面の太陽光吸収率αおよび赤外線放射率εは、金属製基板における選択吸収膜を形成した面の表面粗さに大きく影響され、上記表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．９８μｍ以下であると、この面に形成された選択吸収膜表面の太陽光吸収率αが０．９２以上となり、同じく赤外線放射率εが０．１５以下となって、高太陽光吸収性能および赤外線放射抑制性能を満たすことを見出した。このような知見に基づいて、上記１）の発明は完成されたのである。
【００１１】
２）選択吸収膜表面の太陽光吸収率αが０．９２以上であり、同じく赤外線放射率εが０．１５以下である上記１）記載の太陽熱集熱板。
【００１２】
上記２）の発明において、太陽光吸収率αが０．９２以上であると太陽光が効率良く吸収されて金属製基板が効率良く加熱され、同じく赤外線放射率εが０．１５以下であると基板の有する熱の放射が抑制される。
【００１３】
３）金属製基板がアルミニウム押出形材からなる上記１）または２）記載の太陽熱集熱板。
【００１４】
４）アルミニウム押出形材が、Ｓｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたものである上記３）記載の太陽熱集熱板。
【００１５】
５）アルミニウム押出形材における選択吸収膜が形成された面の赤外線放射率が０．０４以下である上記４）記載の太陽熱集熱板。
【００１６】
上記５）の発明において、アルミニウム押出形材における選択吸収膜が形成された面の赤外線放射率が０．０４以下であれば、基板における選択吸収膜が形成された面の表面粗さは中心線平均粗さで０．９８μｍ以下となる。
【００１７】
６）金属製基板の受光面とは反対側の面に熱媒流通管が固定されている上記１）〜５）のうちのいずれかに記載の太陽熱集熱板。
【００１８】
７）ケーシング内に、上記６）記載の太陽熱集熱板が複数並べられて配置され、各太陽熱集熱板の熱媒流通管の両端が、それぞれケーシング内に配置されたヘッダに接続されている太陽熱集熱器ユニット。
【００１９】
８）上記７）記載の太陽熱集熱器ユニットが複数並べられてなる太陽熱集熱器。
【００２０】
９）片面の表面粗さが中心線平均粗さが０．９８μｍ以下である金属製基板に陽極酸化処理を施し、ついで電解着色処理を施すことにより、上記片面に選択吸収膜を形成することを特徴とする太陽熱集熱板の製造方法。
【００２１】
１０）金属製基板がアルミニウム押出形材からなる上記９）記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【００２２】
１１）アルミニウム押出形材が、Ｓｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたものである上記１０）記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【００２３】
１２）アルミニウム押出形材における選択吸収膜を形成すべき面の赤外線放射率が０．０４以下である上記１１）記載の太陽熱集熱板の製造方法。
【００２４】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１はこの発明による太陽熱集熱板を有する太陽熱集熱器を備えた太陽熱集熱装置の全体構成を概略的に示し、図２は太陽熱集熱器の構成を示す。
【００２６】
図１において、太陽熱集熱装置は不凍液や水からなる熱媒を用いるものであって、太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器（１）と、貯湯槽（２）と、貯湯槽（２）内に配されかつ太陽熱集熱器（１）で加熱された熱媒と貯湯槽（２）内の水との間で熱交換させる熱交換器（３）と、太陽熱集熱器（１）内の熱媒を熱交換器（３）に送る熱媒送り配管（４）と、熱交換器（３）を通過した熱媒を太陽熱集熱器（１）に戻す熱媒戻し配管（５）と、熱媒戻し配管（５）の途中に設けられかつ太陽熱集熱器（１）と熱交換器（３）との間で熱媒を循環させる循環ポンプ（６）と、熱媒戻し配管（５）における貯湯槽（２）と循環ポンプ（６）との間に設けられかつ熱媒の膨張、収縮を吸収する膨張タンク（７）とを備えている。
【００２７】
図２に示すように、太陽熱集熱器（１）は、ケーシング（１１）内に互いに間隔をおいて配された入口ヘッダ（１２）および出口ヘッダ（１３）と、両ヘッダ（１２）（１３）間において両ヘッダ（１２）（１３）の長さ方向に並んで配された複数の太陽熱集熱板（１５）と、各太陽熱集熱板（１５）に固定されかつ両端が両ヘッダ（１２）（１３）に接続された熱媒流通管（１４）とを備えた集熱器ユニット（１０）が、複数並べられることにより構成されている。全ての集熱器ユニット（１０）の出口ヘッダ（１３）から送り出された熱媒が熱媒送り配管（４）に流入して熱交換器（３）に送られ、熱交換器（３）から熱媒戻し配管（５）を通って戻された熱媒が全ての集熱器ユニット（１０）の入口ヘッダ（１２）に分かれて流入するようになっている。また、全ての集熱器ユニット（１０）の入口ヘッダ（１２）どうしおよび出口ヘッダ（１３）どうしが連通管により接続されており、１つの集熱器ユニット（１０）の入口ヘッダ（１２）に流入した熱媒が連通管を通って全ての集熱器ユニット（１０）の入口ヘッダ（１２）に行き渡り、熱媒流通管（１４）を通って各集熱器ユニット（１０）の出口ヘッダ（１３）に流入し、連通管を通っていずれか１つの集熱器ユニット（１０）の出口ヘッダ（１３）に流入した後熱媒送り配管（４）に送り出されるようになっている場合もある。
【００２８】
太陽熱集熱板（１５）は、Ｓｉ０．２０〜０．６質量％、Ｍｇ０．４５〜０．９質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成され、かつ熱間押出後自然時効させたものであるアルミニウム押出形材製基板（１６）の上面（図２の紙面表側）に選択吸収膜（図示略）が形成されてこの面が受光面となされているものである。なお、基板（１６）の質別はＴ１である。基板（１６）における選択吸収膜が形成された面の表面粗さは中心線平均粗さで０．９８μｍ以下である。また、基板（１６）における選択吸収膜が形成された面の赤外線放射率は０．０４以下である。選択吸収膜表面の太陽光吸収率αは０．９２以上であり、同じく赤外線放射率εは０．１５以下である。熱媒流通管（１４）は、基板（１６）の下面に固定されている。
【００２９】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに示す。
【００３０】
実施例１
Ｓｉ０．４質量％、Ｍｇ０．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成されかつ質別がＴ１であるとともに、Ｄ＆Ａ社製放射率測定器で測定した選択吸収膜形成面の放射率が０．０４であるアルミニウム押出形材製基板を１０枚用意した。そして、これらの基板に、脱脂処理、一次電解処理（陽極酸化処理）および二次電解処理（電解着色処理）を下記の条件で施して太陽熱集熱板を製造した。
【００３１】
脱脂処理
脱脂液：ノンラストＳＰ１０００（アルベス社製）
脱脂液濃度：２．３Ｗ／Ｖ％
脱脂液温度：６２℃
脱脂処理時間：２０秒
一次電解処理
電解液：リン酸水溶液
電解液濃度：１０２ｇ／ｌ
電解液温度：２２℃
電解条件：１４Ｖ（１２３７Ａ〜４２９Ａ）定電圧電解×１４分
二次電解処理
電解液：酢酸ニッケル、ホウ酸、およびトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の水溶液
電解液濃度：酢酸ニッケル４３ｇ／ｌ、ホウ酸２５ｇ／ｌ、ＴＥＡ２４ｇ／ｌ
電解液ｐＨ：６．３
電解液温度：３３℃
電解条件：１６Ｖ（１２４１Ａ〜８５０Ａ）定電圧電解×４分
実施例２
Ｓｉ０．４質量％、Ｍｇ０．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成されかつ質別がＴｉであるとともに、Ｄ＆Ａ社製放射率測定器で測定した選択吸収膜形成面の放射率が０．０３であるアルミニウム押出形材製基板を１０枚用意した。そして、これらの基板に、脱脂処理、一次電解処理（陽極酸化処理）および二次電解処理（電解着色処理）を実施例１と同じ条件で施して太陽熱集熱板を製造した。
【００３２】
実施例３
Ｓｉ０．４質量％、Ｍｇ０．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成されかつ質別がＴ１であるとともに、Ｄ＆Ａ社製放射率測定器で測定した選択吸収膜形成面の放射率が０．０２であるアルミニウム押出形材製基板を１０枚用意した。そして、これらの基板に、脱脂処理、一次電解処理（陽極酸化処理）および二次電解処理（電解着色処理）を実施例１と同じ条件で施して太陽熱集熱板を製造した。
【００３３】
比較例
Ｓｉ０．４質量％、Ｍｇ０．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金より形成されかつ質別がＴ１であるとともに、Ｄ＆Ａ社製放射率測定器で測定した選択吸収膜形成面の放射率が０．０５であるアルミニウム押出形材製基板を１０枚用意した。そして、これらの基板に、脱脂処理、一次電解処理（陽極酸化処理）および二次電解処理（電解着色処理）を実施例１と同じ条件で施して太陽熱集熱板を製造した。
【００３４】
基板の選択吸収膜形成面の表面粗さ
実施例１〜３および比較例に用いた基板の選択吸収膜形成面の中心線平均粗さＲａを、選択吸収膜を形成する前に測定した。その結果を表１および図３に示す。
【００３５】
【表１】
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選択吸収膜表面の太陽光吸収率
実施例１〜３および比較例の太陽熱集熱板における選択吸収膜表面の太陽光吸収率αを分光光度計により測定した。その結果を表２および図４に示す。
【００３６】
【表２】
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選択吸収膜表面の赤外線放射率
実施例１〜３および比較例の太陽熱集熱板における選択吸収膜表面の赤外線放射率εをＤ＆Ａ社製放射率測定器で測定した。その結果を表３および図５に示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
【発明の効果】
上記１）の太陽熱集熱板によれば、基板における選択吸収膜が形成された面の表面粗さが中心線平均粗さで０．９８μｍ以下であるから、この面に形成された選択吸収膜表面の太陽光吸収率αが０．９２以上となり、同じく赤外線放射率εが０．１５以下となる。したがって、太陽光吸収性能が向上して基板が効率良く加熱され、しかも赤外線放射性能が低下して基板の熱の放射が抑制される。その結果、太陽熱集熱板としての性能が従来のものに比較して向上する。
【００３９】
上記２）の太陽熱集熱板によれば、選択吸収膜表面の太陽光吸収率αが０．９２以上であり、同じく赤外線放射率εが０．１５以下であるから、太陽光吸収性能が向上して基板が効率良く加熱され、しかも赤外線放射性能が低下して基板の熱の放射が抑制される。その結果、太陽熱集熱板としての性能が従来のものに比較して向上する。
【００４０】
上記３）および４）の太陽熱集熱板によれば、基板の選択吸収膜が形成された面の表面粗さを中心線平均粗さで０．９８μｍ以下とすることが比較的容易である。
【００４１】
上記５）の太陽熱集熱板によれば、金属製基板における選択吸収膜が形成された面の赤外線放射率が０．０４以下であるから、基板における選択吸収膜が形成された面の表面粗さは中心線平均粗さで０．９８μｍ以下となり、上記１）の太陽熱集熱板の効果を奏する。
【００４２】
上記６）の太陽熱集熱板によれば、金属製基板の受光面とは反対側の面に熱媒流通管が固定されているので、太陽熱により加熱された基板の有する熱が熱媒流通管に速やかに伝えられ、熱媒流通管内を流れる熱媒を効率良く加熱することができる。
【００４３】
上記９）の太陽熱集熱板の製造方法によれば、上記１）〜５）の太陽熱集熱板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による太陽熱集熱板を有する太陽熱集熱器を備えた太陽熱集熱装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】太陽熱集熱器の構成を示す概略図である。
【図３】実施例１〜３および比較例における基板の中心線平均粗さの分布を表すグラフである。
【図４】実施例１〜３および比較例における選択吸収膜表面の太陽光吸収率の分布を表すグラフである。
【図５】実施例１〜３および比較例における選択吸収膜表面の赤外線放射率の分布を表すグラフである。
【符号の説明】
（１）：太陽熱集熱器
（１０）：集熱器ユニット
（１１）：ケーシング
（１２）（１３）：ヘッダ
（１４）：熱媒流通管
（１５）：太陽熱集熱板
（１６）：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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