JP2015052661A - 反射ミラー - Google Patents

Abstract

【課題】砂塵、空気中の粉塵が付着しにくく、その効果を長期間持続することができる屋外での使用に適した反射ミラーを提供する。
【解決手段】基材と基材表面に形成された金属層とからなる反射ミラーであって、基材はＳｉＣからなり、金属層は導体で接地されていることにより、反射ミラーの受光面は、ＳｉＣからなる基材および金属層を通し接地され、電荷がたまりにくく、砂塵及び空気中の粉塵を寄せ付けにくくすることができる。基材そのものが導電性を有しているので、摩耗などによる導電性の低下がなく、長期間その効果を持続することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射ミラーに関する。

近時、化石燃料の枯渇や二酸化炭素排出による諸問題に鑑み、二酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質の排出が少ない自然エネルギー、資源を再利用するリサイクルエネルギーなどのクリーンエネルギーを利用した発電が注目されている。

新たなエネルギー源の１つとして、太陽光を集光してエネルギーとして使用する太陽熱発電がある。太陽熱の利用は半導体を用いないため、太陽電池に比べて単位面積当たりのコストを低くすることができ、大面積で利用したい場合の初期投資が低く抑えられるため、近年注目を再び集めている。

特に、直接発電せずに熱そのものを利用する場合に効率が高く、太陽熱を利用する意義が大きい。このため、特に産業用の蒸気の供給などの中規模なプラントにおいて太陽熱を利用できる太陽集光システムが日本だけではなく欧州等の世界各国でも検討されている。

太陽熱を利用して発電を行なう太陽熱発電装置は、エネルギー利用の効率化、更には石油代替エネルギー源の開発の点からもその重要性、実用化が注目されるに至っている。この発電装置は、太陽光を集光して水、フロン等を加熱し、過熱蒸気等により、タービンを回して発電するものである。

こうした反射鏡（反射装置）を用いる太陽熱発電施設は砂漠地帯に建設されることが多く、効率的に太陽光を集光するために反射鏡は屋外に設置されている。その一方で屋外に設置された反射鏡のミラー表面には砂塵が付着しやすく、砂塵由来の汚れによる反射率の低下が発電効率を悪化させてしまうことがある。
このような反射率の低下をまねき、発電効率を悪化させてしまう砂塵汚れは、反射鏡を用いた太陽熱発電を行う上で大きな問題として認識されている。
特許文献１には、このような課題を解決する方法として反射ミラーの表面にナノバブルを吹き付けてその表面を洗浄する方法が提案されている。

特許公開２０１３−１３９９５８号公報

しかしながら、特許文献1に記載された方法は、付着した砂塵を除去するものであり、砂塵の付着を防止することができない。
本発明では、砂塵、空気中の粉塵が付着しにくく、その効果を長期間持続することができる屋外での使用に適した反射ミラーを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明の反射ミラーは、基材と前記基材表面に形成された金属層とからなる反射ミラーであって、前記基材はＳｉＣからなり、前記金属層は導体で接地されている。

さらに本発明の反射ミラーは次の態様が望ましい。
前記基材は、受光面側表面の固有抵抗は１．０〜１．０×１０^４Ωｃｍであること。

前記基材は、受光面側表面の固有抵抗が前記基材内部よりも低いこと。

前記基材は、受光面側表面において、第１３族元素または第１５族元素の含有量が内部よりも大きいこと。

前記基材は、ＣＶＤ−ＳｉＣであること。

前記反射ミラーは太陽熱発電用であること。

本発明によれば、基材は導電性のあるＳｉＣからなり、基材の反射面に形成された金属層が接地されているので、反射ミラーの受光面は、ＳｉＣからなる基材および金属層を通し接地され、電荷がたまりにくくなる。このため、砂塵及び空気中の粉塵を寄せ付けにくくすることができる。
また、基材そのものが導電性であるので、表面の機能が劣化することなく長期間にわたって、砂塵及び空気中の粉塵を寄せ付けにくくする効果を持続することができる。

本発明の実施の形態の反射ミラーの概念図。

本発明の反射ミラーは、基材と前記基材表面に形成された金属層とからなる反射ミラーであって、前記基材はＳｉＣからなり、前記金属層は導体で接地されていることを特徴とする。

基材は、反射面と受光面とを有し、反射ミラーに当たった光は、受光面を通過し、反射面側の基材表面に形成された金属層で反射し、再度受光面を通過することにより反射される。

本発明の反射ミラーの基材は、ＳｉＣからなれば特に限定されない。ＳｉＣは導電性を有する物質であるので、受光面側と反射面側が導通し、反射層を通して受光面にたまった電荷を逃がすことができる。本発明の反射ミラーの基材としては、単結晶ＳｉＣ、ＣＶＤ−ＳｉＣが望ましい。これらのＳｉＣは、緻密体であり内部に気孔を含んでいない上に、内部に焼結助剤などの光の透過を妨げる物質を必要としないので、反射ミラーの基材として使用したとき、光の吸収が少なく好適に利用できる。中でも、ＣＶＤ−ＳｉＣはＳｉＣの基材として好適に利用できる。ＣＶＤ法で形成することができるので、大面積の反射ミラーを容易に得ることができる。

本発明の反射ミラーの反射層は、金属であれば特に限定されない。例えば、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銀、金、ジルコニウム、チタンなどが利用できる。これらの金属は、可視光をはじめ、赤外域で高い反射率を有しており、反射ミラーの反射層として好適に利用できる。また、赤外域でも高い反射率を有しているので、太陽熱発電用反射ミラーとして利用できる。

本発明の反射ミラーの接地の方法は特に限定されない。導体を反射層に接続することにより接地することができる。接続する導体は反射層を剥離しないよう、例えば導線などで接続することができ、例えば地面に差し込んだアース棒で接地することができる。

本発明の反射ミラーの基材の受光面側の表面の固有抵抗は、１．０〜１．０×１０^４Ωｃｍであることが好ましい。基材の固有抵抗は、ＳｉＣの内部に含まれる不純物、特に第１３族元素及び第１５族元素の含有量に影響を受ける。これらの不純物が多いと固有抵抗が低くなる代わりに透明度が低くなり、光の吸収が増え反射ミラーの反射率が低下する。逆にこれらの不純物が少ないと透明度が高くなる代わりに固有抵抗が高くなる。反射ミラーの基材の受光面側の表面の固有抵抗が１．０Ωｃｍ以上であると、十分な透過率を有しているので、反射ミラーのとしての反射性能を維持することができる。反射ミラーの基材の受光面側の表面の固有抵抗が１．０×１０^４Ωｃｍ以下であると、基材を通して電荷を逃がしやすくなるので、基材の受光面に砂塵、空気中の粉塵をさらに付着しにくくすることができる。

本発明の反射ミラーの基材は、受光面側表面の固有抵抗が基材内部よりも低いことが好ましい。帯電は、物質の表面に関係の深い現象である。反射ミラーの表面の固有抵抗が低ければ、反射ミラーの受光面全面に電流が拡散され、基材の受光面全面と反射面全面との間で電荷の受け渡しを可能とすることができる。このため、基材内部の固有抵抗が受光面側表面よりも高くても充分に帯電を防止することができる。むしろ基材内部は、固有抵抗が高くても透過率を高めることが重要である。本発明の反射ミラーの基材は、受光面側表面の固有抵抗を基材内部よりも低くすることにより、反射ミラーの基材の透過率を高く維持したまま、帯電防止作用を実現することができる。なお、基材の内部の固有抵抗は特に限定されず、材質がＳｉＣであれば特に限定されない。

基材の受光面側の表面の固有抵抗は三菱化学ロレスタＧＰ（型番ＭＣＰ−Ｔ６１０）にて測定することができる。なお測定は、４探針法であり、ＪＩＳ７１９４に準じて測定する。

基材の受光面側の固有抵抗は、例えば次のようにして基材内部より低くすることができる。例えば、基材の受光面側からイオン注入によって受光面側表面の固有抵抗を調整することができる。

ＳｉＣは、不純物の混入によって固有抵抗が変化する。注入されるイオンは、特に限定されないが、第１３族元素または第１５族元素を用いることにより、効果的に受光面側の固有抵抗を低く調整することができる。第１３族元素はＳｉＣに注入させることによりｐ型半導体を形成し、第１５族元素はＳｉＣに注入させることによりｎ型半導体を形成し、いずれも固有抵抗を低くすることができる。イオン注入によって受光面側表面の固有抵抗を調整する方法は、基材を得た後に実施することができるので、基材の種類は限定されず、ＣＶＤ−ＳｉＣでも単結晶ＳｉＣでも利用することができる。

また、基材がＣＶＤ−ＳｉＣである場合には、成膜途中で原料ガスにドーピング物質を混入させ、受光面側表面の固有抵抗を低く調整することができる。ＡｌＨ_３、Ｂ_２Ｈ_６などを原料ガスに混入するとｐ型半導体を形成し、ＡｓＨ_５、ＰＨ_３、ＮＨ_３などを原料ガスに混入するとｎ型半導体を形成し、いずれも固有抵抗を低くすることができる。
受光面側表面の固有抵抗を低く調整する方法は、ＣＶＤ処理の初期段階または終了段階に原料ガスにドーピング物質を混入することが好ましい。イオン注入装置に比べ、ＣＶＤ装置は、大面積の基材に対応しやすいので大面積の反射ミラーを容易に得ることができる。このため本発明の反射ミラーの基材としては、ＣＶＤ−ＳｉＣを用いることが好ましい。

本発明の反射ミラーは、太陽熱発電用の反射ミラーとして好適に利用することができる。太陽光発電装置は多くのミラーを使用し集光する。多くの反射ミラーを屋外で使用するのでメンテナンス作業を頻繁に行わなければならないが、本発明の反射ミラーは、反射ミラーの受光面が帯電しにくいので砂塵、空気中の粉塵を寄せ付けにくくすることができ、汚れにくくすることができる。このため反射ミラーの洗浄の回数を減らすことができると考えられる。

本発明の反射ミラーの実施例１、実施例２、実施例３、について以下に説明する。本発明の反射ミラーは、本実施例に限定されない。
実施例１は、ＣＶＤ−ＳｉＣの基材にＡｌの反射層を形成し、接地した反射ミラーである。
実施例２は、実施例１の反射ミラーの受光面表面の固有抵抗をＣＶＤ処理時にドープガスを導入することにより基材内部より低くした反射ミラーである。
実施例３は、単結晶ＳｉＣの基材にＡｌの反射層を形成し、接地した反射ミラーである。
実施例４は、実施例１の反射ミラーの受光面表面の固有抵抗をイオン注入により基材内部より低くした反射ミラーである。

（実施例１）
黒鉛からなる平板状の基材をＣＶＤ装置内にセットし，温度１３５０℃，真空度１５０Ｔｏｒｒの条件下，反応ガスとしてメチルクロロシラン，キャリアガスとして水素を供給し，熱分解させることによりＣＶＤ−ＳｉＣの皮膜を得ることができる。これにより、基材の表面に均一な厚さのＣＶＤ−ＳｉＣの被膜を得ることができる。ＣＶＤ−ＳｉＣの被膜の膜厚は反応時間を適宜調整することにより目的の厚さのものを得ることができる。
得られたＣＶＤ−ＳｉＣの被膜を基材より分離し、表裏を研磨して基材を得る。
本例に従って得られたＣＶＤ−ＳｉＣよりなる基材の受光面側となる表面を、三菱化学ロレスタＧＰ（ＭＣＰ−Ｔ６１０）を用いて固有抵抗を測定した。固有抵抗は２×１０^２Ωｃｍであった。
なお、本実施例のＣＶＤ−ＳｉＣからなる基材は、ＣＶＤの成膜開始から成膜終了まで同じ条件で反応させているので、基材の固有抵抗は、内部と表面に差がなく均一な材料である。

得られた基材の反射面側に真空蒸着法によってＡｌからなる金属層を形成する。金属層に銅線の一端を貼り付け銅線の他端は接地されたアース棒に接続する。金属層は樹脂フィルムを貼り付け、劣化しないように保護する。
このようにして得られた反射ミラーは、受光面側表面が、基材内部及び金属層を通して接地されているので、砂塵及び空気中の粉塵を寄せ付けにくくすることができる。このようにして得られた反射ミラーは、過酷な環境下で長期間使用される太陽熱発電用の反射ミラーとして好適に使用することができる。

（実施例２）
実施例２は、ＣＶＤ炉内でＣＶＤ−ＳｉＣの被膜を形成する工程のみが異なる。ＣＶＤの初期段階または最終段階でドープガスを原料ガスに混入し、固有抵抗を適宜調整することができる。ドープガスの濃度はドープガスの種類、得られる基材の表面の固有抵抗を適宜調整することができ、ドープガスを導入した側に対応する面を反射ミラーの受光面側になるように反射ミラーを製作する。

（実施例３）
基材としてＳｉＣ単結晶を用いた以外は、実施例１の反射ミラーと同様に反射ミラーを得ることができる。ＳｉＣの単結晶の固有抵抗は１．０×１０³Ωｃｍであり、内部まで均一な素材である。

（実施例４）
実施例３のＳｉＣ単結晶の受光面側にあらかじめイオン注入することによって反射ミラーの受光面の固有抵抗を低下させる。受光面側表面の固有抵抗は、イオン注入量を調整することによって適宜任意の固有抵抗を得ることができる。
イオン注入装置は、一般の半導体製造装置用イオン注入装置を用いることができる。

本発明の反射ミラーは、太陽熱発電用の反射ミラー、交差点などの道路に設置される反射ミラー（カーブミラー）など特に屋外に設置される反射ミラーとして利用することができる。

１ 基材
２ 反射層
３ 受光面
４ 反射面
１０ 反射ミラー

Claims (6)

1. 基材と前記基材表面に形成された金属層とからなる反射ミラーであって、
   前記基材はＳｉＣからなり、
   前記金属層は導体で接地されていることを特徴とする反射ミラー
2. 前記基材は、受光面側表面の固有抵抗が１．０〜１．０×１０^４Ωｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の反射ミラー
3. 前記基材は、受光面側表面の固有抵抗が前記基材内部よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の反射ミラー
4. 前記基材は、受光面側表面において、第１３族元素または第１５族元素の含有量が内部よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の反射ミラー
5. 前記基材は、ＣＶＤ−ＳｉＣであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射ミラー
6. 前記反射ミラーは太陽熱発電用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反射ミラー

Images