JP2017506731A - 放射線を選択的に吸収する被覆体、及び周囲温度でその被覆体を得る方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、熱の利用に関する。より詳細には、本発明は、太陽放射線又は人工照明の利用に使用される、金属の上に適用される被覆体に関する。被覆体の目的は、利用する可視光を最適化し金属内の熱放射を最小限に抑えることによって、太陽エネルギー収集の効率を向上させることである。太陽熱吸収被覆体の構成及び獲得を含む手順が記載され、この太陽吸収被覆体は、２５℃〜３００℃までの低温〜中温の範囲で動作し、太陽放射線又は人工照明を通じて熱を生成するデバイス内で使用できる。【選択図】 なし
Description
本発明は、熱の利用に関する。より詳細には、本発明は、選択吸収被覆体に関し、この被覆体は、太陽エネルギーを利用し熱エネルギーに変換するために用いる金属上で使用される。前記被覆体の目的は、利用する可視光を最適化し、金属内の熱放射を最小限に抑えることによって、熱エネルギー収集の効率を向上させることである。
選択吸収被覆体の目的は、太陽熱収集器の効率を高めることであり、選択吸収被覆体は、一般に、太陽熱の利用において使用される。前記被覆体は、大きな出力の太陽エネルギーの吸収及び低放射特性を有し、熱放射による遠赤外領域のエネルギーの損失を低減するようにする。太陽熱の利用が何であれ、選択吸収被覆体は、重要な役割を果たす。選択吸収被覆体の効率を評価するために、ＵＶ＿ＶＩＳ（２００〜１０００ｎｍ）領域における吸光度（α）及び赤外（１〜１５μｍ）領域における放射率（ε）と称する２つの尺度がある。より大きなα及びより小さなεであるほど、被覆体の効率はより高くなる。
太陽エネルギーを効率的に選択吸収し熱に変換するための被覆体は、太陽放射線の強度がゼロ（約２μｍ）、超低値（約５％）〜超高値（９０％を超える）までの波長（この波長範囲を超えるものは、赤外領域範囲に相当する）内で急激に変化する反射率範囲を有することを特徴とする。このことは、金属要素によって取得した熱が熱放射を通じて失われないことを保証する。
太陽選択被覆体に関連するいくつかの特許及び特許出願が公知である。通常、被覆体は、金属、誘電性又はセラミック材料基体、少なくとも１つの反射金属層及び少なくとも１つの反射防止層から作製され、被覆体の直接的な用途は、特許ＥＳ２３１６３２１Ｂ２（特許文献１）、ＥＳ２３１７７９６Ｂ２（特許文献２）及び特許出願ＷＯ２０１２１７２１４８Ａ１（特許文献３）等の、パラボラ−トラフ太陽熱収集器のための吸収管、及び太陽パネルのための吸収シートにある。主な利点は、４００℃〜５５０℃までの温度範囲において、９５％よりも大きい吸光度及び０．２よりも低い放射率である。しかし、被覆体の組成及び被覆体を得る方法は、非常に複雑であり、したがって、中でも食品、織物等の産業では、高い製造費用、したがって高い最終製品の費用のために、経済的に理にかなってはいないと思われる。
具体的には、特許ＥＳ２３１７７９６Ｂ２（特許文献２）又はＥＳ２３１６３２１Ｂ２（特許文献１）に記載の発明は、かなり許容可能な吸光度の値を報告しているが、それらの放射率の値は、それほど有利なものではないため、選択率の比率はα／ε≦１０となる。特に、以下の金属：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ又はＡｇのいくつか、及びセラミック母材として以下の化合物：ＳｉＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ又はＭｇＯによって形成したサーメットを使用する多数の選択被覆体が記載されている。こうした選択被覆体の効率を改善するために、これらのサーメットは、以下の酸化物：Ｃｒ2Ｏ3、ＭｏＯ3、ＷＯx、ＨfＯx又はＳｉＯ2等、非常に良好な透過性を有する材料層で覆わなければならず、ここで、前記層は、反射防止層として作用する。更に、サーメットは、赤外線鏡として作用する金属、通常はＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ又はＰｔの上に堆積させなければならない。
他の特許とは反対に、本発明の動作温度は、室温〜２００℃に及ぶ。製造費用は低減され、高い動作温度を必要としない他の種類の産業での使用及び用途に有用である。
本発明は、多数の層から構成されず、非常に良好な反射及び反射防止効果が同時に得られる。
本発明の目的は、室温で太陽放射線選択吸収被覆体を得る方法を提示することであり、太陽放射線選択吸収被覆体は、２５℃〜３００℃までの低温〜中温の範囲で動作し、太陽放射線又は人工照明を通じて熱を生成するデバイス上に適用できる。
本発明は、上記用途に追加できる異なる使用法及び用途にも関する。
本発明は、金属基体及び少なくとも１つの金属層から構成される放射線選択吸収被覆体、及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法において、前記金属層は、反射特性及び反射防止特性を有し、前記金属基体及び前記少なくとも１つの金属層によって形成した前記取得方法は、剥離工程を含むこと、前記金属層は、反射特性及び反射防止特性を有することを特徴とする、放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第２の実施形態に記載の発明によれば、前記放射線選択吸収被覆体は、少なくとも１つの洗浄段階、少なくとも１つの剥離工程、少なくとも１つの第１の水洗段階、少なくとも１つの第２の水溶液中浸漬段階、及び少なくとも１つの第２の水洗段階を企図する工程を通じて取得されることを特徴とする、放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第３の実施形態に記載の発明によれば、前記金属材料は、限定はしないが、平滑、粗い、管、シート、ワイヤ、細糸、球体等を含む様々な構成及び質感の表面を有することができることを更に特徴とする、第１の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第４の実施形態に記載の発明によれば、前記金属層は、クロム酸化物から構成されることを更に特徴とする、第１の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第５の実施形態に記載の発明によれば、前記段階は、２０℃〜４０℃の間の室温、及び０％ＲＨ〜８０％ＲＨに及ぶ湿度範囲で実施されることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第６の実施形態に記載の発明によれば、前記洗浄段階では、前記金属表面は、限定はしないが、ケイ酸塩、リン酸塩、炭酸塩及び硫酸塩、トリクロロエチレン及びアセトンの混合物を含む溶媒で覆われることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第７の実施形態に記載の発明によれば、前記洗浄段階は、アセトンを使用しても、しなくてもよいことを更に特徴とする、第６の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第８の実施形態に記載の発明によれば、前記第１の浸漬段階では、前記水溶液は、０％〜５％に及ぶ濃度のフッ化水素酸及び５％〜１５％に及ぶ濃度の硝酸であることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第９の実施形態に記載の発明によれば、前記放置段階では、被覆する前記表面は、８〜１６分間浸漬されることを更に特徴とする、第２又は８の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１０の実施形態に記載の発明によれば、前記第１の水洗段階及び前記第２の水洗段階は、水又は不純物を除去した液体で実施されることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１１の実施形態に記載の発明によれば、前記第２の浸漬段階では、前記水溶液は、２００ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌに及ぶ濃度のクロム酸及び３５０ｇ／Ｌ〜４５０ｇ／Ｌに及ぶ濃度の硫酸であり、前記放射線選択吸収被覆体は、９〜１３時間、浸漬されることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１２の実施形態に記載の発明によれば、前記水洗段階は、水又は不純物を除去した液体で実施されることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１３の実施形態に記載の発明によれば、前記溶媒及び前記溶液は再利用されることを更に特徴とする、第２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１４の実施形態に記載の発明によれば、前記放射線選択吸収被覆体は、２５℃〜３００℃に及ぶ低温〜中温で動作することを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１５の実施形態に記載の発明によれば、前記放射線選択吸収被覆体は、太陽放射線又は人工照明を通じて熱を生成するあらゆるデバイスに適用できることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１６の実施形態に記載の発明によれば、前記放射線選択吸収被覆体は、限定はしないが、食品産業内、製造工程内、又は織物産業内で当て布若しくは挿入物に使用される布帛若しくは糸等の織物製品を含む、太陽熱の利用において使用されることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１７の実施形態に記載の発明によれば、前記放射線選択吸収被覆体は、加工熱を必要とするあらゆる産業において水及びあらゆる他の液体を加熱するために使用されることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１８の実施形態に記載の発明によれば、研磨工程は、事前に必要ではないことを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第１９の実施形態に記載の発明によれば、０．２５〜１．０μｍに及ぶ波長での吸収率レベルは、８９％であることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第２０の実施形態に記載の発明によれば、２〜１５μｍに及ぶ波長での反射率レベルは、２１％であることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
第２１の実施形態に記載の発明によれば、得られる前記クロム酸化物膜の厚さは、２００ｎｍであることを更に特徴とする、第１又は２の実施形態に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法を提供する。
本発明は、放射線選択吸収被覆体及び前記被覆体を得る方法から構成することを特徴とする。
本発明は、剥離手順を使用して、室温で太陽放射線選択吸収被覆体を得る手順を提示することを特徴とする。
前記被覆体は、限定はしないが、誘電特性又はセラミック特性を含むことができる金属材料の基体（１）、及び基体（１）に加える、反射特性及び反射防止特性を有する単一金属層（２）から構成され、被覆体は、低放出特性をもたらし、例えば金属面又は金属基体上での太陽エネルギー選択吸収体としての様々な使用法、及び限定はしないが、食品産業内、製造工程内、又は織物産業内で、当て布若しくは挿入物に使用される布帛若しくは糸等の織物製品を含む太陽熱の利用がある。
前記金属材料の基体（１）は、様々な構成及び質感の表面を有することができ、こうした表面は、限定はしないが、平滑、粗い、管、シート、ワイヤ、細糸、球体等を含む。
上記の使用法及び用途に関して、太陽放射線選択吸収被覆体は、低温〜中間温度までの範囲内、即ち室温（２５℃）〜３００℃で動作し、太陽放射線又は人工照明を通じて熱を生成するデバイス内での使用に適している。更に、被覆体は、水又はあらゆる他の液体の加熱に適用される。
提案する本発明は、少なくとも１つの洗浄段階、少なくとも１つの第１の水溶液中浸漬・放置段階、少なくとも１つの第１の水洗段階、少なくとも１つの第２の水溶液中浸漬段階、及び少なくとも１つの第２の水洗段階を企図する方法も含む。
提案する本発明は、剥離手順の使用によって、太陽放射線選択吸収被覆体を得る手順に関し、この手順は、少なくとも１つの洗浄段階、１つの剥離工程（水溶液中への浸漬及び放置）、少なくとも１つの第１の水洗段階、少なくとも１つの水溶液中浸漬段階、及び少なくとも１つの第２の水洗段階を企図する。
前記洗浄段階では、被覆する金属面は、限定はしないが以下の物質を含む溶媒で洗浄される。
埃及び多少のグリス等の不純物を除去するためのケイ酸塩、リン酸塩、炭酸塩及び硫酸塩の混合物；
金属面上に存在し得るグリス及び油を除去するためのトリクロロエチレン；
酸化物とは異なる無機グリス及びポリマー被覆体を除去するためのアセトン。
金属面上に存在し得るグリス及び油を除去するためのトリクロロエチレン；
酸化物とは異なる無機グリス及びポリマー被覆体を除去するためのアセトン。
洗浄段階の後、基体を、０％〜５％に及ぶ濃度のフッ化水素酸水溶液及び５％〜１５％に及ぶ濃度の硝酸中に初めて浸漬する。
洗浄段階の後、基体を、０％〜５％に及ぶ濃度のフッ化水素酸水溶液及び５％〜１５％に及ぶ濃度の硝酸中で剥離工程にかける。８〜１６分間、被覆する表面を溶液中に浸漬させて放置する。次に、水洗段階を行う（蒸留水を使用することができる）。
その後、第２の浸漬段階では、基体を、９〜１３時間、２００ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌに及ぶ濃度のクロム酸水溶液及び３５０ｇ／Ｌ〜４５０ｇ／Ｌに及ぶ濃度の硫酸中に浸漬し、９．５〜１０．５時間で最適な被覆体を得る。この被覆体は、指示する範囲内、即ち、２０℃〜４０℃の間の室温、０％ＲＨ〜８０％ＲＨに及ぶ湿度で生成される。というのは、この範囲を超えると水からの沈殿物が溶液中に生じることになるためである。
次に、事前処理した基体を、９〜１３時間、２００ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌに及ぶ濃度のクロム酸水溶液及び３５０ｇ／Ｌ〜４５０ｇ／Ｌに及ぶ濃度の硫酸中に浸漬し、９．５〜１０．５時間で最適な被覆体を得る。この被覆体は、指示する範囲、即ち、２０℃〜４０℃の間の室温、０％ＲＨ〜８０％ＲＨに及ぶ湿度を適用することによって生成される。というのは、この範囲を超えると水からの沈殿物が溶液中に生じることになるためである。
最後に、被覆体を有する基体を取り出し、水又は不純物を除去した液体で実施することができる水洗段階に供する。次に、金属基体（１）を、反射特性及び反射防止特性を同時に有するクロム酸化物の単一層（２）で被覆する。
０．２５〜１．０μｍの波長での吸収率レベルは、８９％であり、２〜１５μｍの波長での反射率レベルは、２１％である。
得られたクロム酸化物層の厚さは、２００ｎｍである。
典型的なＮｉ／ＮｉＯを有する選択吸収被覆体に対し行った試験は、図２に示すもの等の高い反射率の範囲を生じさせる。
図２で観察できるように、本発明は、加工熱を製造工程で必要とし、かつ化石燃料を主に使用する産業で実施される費用削減の状況を解決するための、単純な方法であるという利点を有するが、この単純な方法は、これまで使用されてこなかった。したがって、得ることが可能な単純で良好な技術的結果の点で、新規であると考慮される。
別の利点は、上記結果を得るのに必要な溶媒及び溶液を再利用できるため、こうした投入物の使用を最適化することである。
発明の好ましい実施形態
手順は、被覆体を改良するために、シート、管及び球体を研磨できることを考慮することによって、更なる研磨工程を用いることができる。しかし、ワイヤ又は金属繊維の場合等、この更なるステップを使用しない場合、このことは吸光度の値を劇的に低減するものではない。
手順は、被覆体を改良するために、シート、管及び球体を研磨できることを考慮することによって、更なる研磨工程を用いることができる。しかし、ワイヤ又は金属繊維の場合等、この更なるステップを使用しない場合、このことは吸光度の値を劇的に低減するものではない。
アセトンの使用は、この手順では必須ではない。この成分は、金属基体（１）の清浄さを保証することが可能であるが、得られる効力の値に影響を与えるものではない。
本発明を明確に十分に説明してきたが、本発明者等は、本発明を新規であるとみなし、独占的所有権として、以下の特許請求の範囲の内容を請求する。
Claims (21)
- 金属基体及び少なくとも１つの金属層から構成される放射線選択吸収被覆体、及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法において、前記金属層は、反射特性及び反射防止特性を有し、前記金属基体及び前記少なくとも１つの金属層によって形成した前記取得方法は、剥離工程を含むこと、前記金属層は、反射特性及び反射防止特性を有することを特徴とする、放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放射線選択吸収被覆体は、少なくとも１つの洗浄段階、少なくとも１つの剥離工程、少なくとも１つの第１の水洗段階、少なくとも１つの第２の水溶液中浸漬段階、及び少なくとも１つの第２の水洗段階を企図する工程を通じて取得されることを特徴とする、放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記金属材料は、限定はしないが、平滑、粗い、管、シート、ワイヤ、細糸、球体等を含む様々な構成及び質感の表面を有することができることを更に特徴とする、請求項１に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記金属層は、クロム酸化物から構成されることを更に特徴とする、請求項１に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記段階は、２０℃〜４０℃の間の室温、及び０％ＲＨ〜８０％ＲＨに及ぶ湿度範囲で実施されることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記洗浄段階では、前記金属表面は、限定はしないが、ケイ酸塩、リン酸塩、炭酸塩及び硫酸塩、トリクロロエチレン及びアセトンの混合物を含む溶媒で覆われることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記洗浄段階は、アセトンを使用しても、しなくてもよいことを更に特徴とする、請求項６に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記第１の浸漬段階では、前記水溶液は、０％〜５％に及ぶ濃度のフッ化水素酸及び５％〜１５％に及ぶ濃度の硝酸であることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放置段階では、被覆する前記表面は、８〜１６分間浸漬されることを更に特徴とする、請求項２又は８に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記第１の水洗段階及び前記第２の水洗段階は、水又は不純物を除去した液体で実施されることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記第２の浸漬段階では、前記水溶液は、２００ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌに及ぶ濃度のクロム酸及び３５０ｇ／Ｌ〜４５０ｇ／Ｌに及ぶ濃度の硫酸であり、前記放射線選択吸収被覆体は、９〜１３時間、浸漬されることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記水洗段階は、水又は不純物を除去した液体で実施されることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記溶媒及び前記溶液は再利用されることを更に特徴とする、請求項２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放射線選択吸収被覆体は、２５℃〜３００℃に及ぶ低温〜中温で動作することを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放射線選択吸収被覆体は、太陽放射線又は人工照明を通じて熱を生成するあらゆるデバイスに適用できることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放射線選択吸収被覆体は、限定はしないが、食品産業内、製造工程内、又は織物産業内で当て布若しくは挿入物に使用される布帛若しくは糸等の織物製品を含む、太陽熱の利用において使用されることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 前記放射線選択吸収被覆体は、加工熱を必要とするあらゆる産業において水及びあらゆる他の液体を加熱するために使用されることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 研磨工程は、事前に必要ではないことを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- ０．２５〜１．０μｍに及ぶ波長での吸収率レベルは、８９％であることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- ２〜１５μｍに及ぶ波長での反射率レベルは、２１％であることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
- 得られる前記クロム酸化物膜の厚さは、２００ｎｍであることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線選択吸収被覆体及び室温で前記放射線選択吸収被覆体を得る方法。
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