JP6995025B2

JP6995025B2 - 太陽熱集熱管

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Publication number: JP6995025B2
Application number: JP2018150307A
Authority: JP
Inventors: 琢仁筒井; 和人則武; 芳樹奥原; 友宏黒山; 大輔伊岐見
Original assignee: Toyota Industries Corp; Japan Fine Ceramics Center
Current assignee: Toyota Industries Corp; Japan Fine Ceramics Center
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-02-04
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Also published as: US20210172654A1; ES2912413T3; EP3835682A1; EP3835682B1; JP2020026896A; CN112639374A; WO2020031749A1; EP3835682A4

Description

本発明は、太陽熱集熱管に関する。

太陽光を熱に変換し、その熱を利用して発電を行う太陽熱発電装置が知られている。この装置では、集光手段によって太陽光を集光し、その集光した太陽光によって太陽熱集熱管内の熱媒体を加熱した後、その加熱した熱媒体の熱エネルギーを発電機で利用することによって発電が行なわれる。そのため、この装置では、内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面に、太陽光を熱に効率良く変換するための様々な層が形成された太陽熱集熱管が用いられている。例えば、内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面上には、熱媒体及び管からの熱輻射を反射する赤外線反射層、太陽光を熱に変換する太陽光－熱変換層、及び太陽光の反射を防止する反射防止層が形成されている。
このような太陽熱集熱管において、内部を熱媒体が流通可能な管の材料としてステンレスを用いることが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５－１６６６３７号公報

太陽熱集熱管は、内部を流通する熱媒が高温になると、熱媒体が流通する管や管の外側表面が約５５０℃～約７００℃の高温になり、これらは高温に曝される。
管の材質がシリコンの場合、７５０℃に加熱しても太陽光－熱変換層の安定性に影響を与えることはなかったが、ステンレスなどの鉄系材料製管を用いて太陽熱集熱管を製造した場合、太陽光－熱変換層の高温安定性に悪影響を及ぼすことがわかった。

また、太陽光－熱変換層の熱安定性を向上させるために太陽光－熱変換層と鉄系材料製管との間に金属窒化物を含む拡散防止層を設けても十分な高温安定性が得られず、一方で、太陽光－熱変換層と鉄系材料製管との間に酸化物を含む拡散防止層を設けても、十分な高温安定性が得られなかった。

従って、本発明は鉄系材料製管を用いた太陽熱集熱管に関し、高温に曝されても太陽光－熱変換層の安定性が優れる太陽熱集熱管を提供することを目的とする。

上記の状況を踏まえ、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、太陽光－熱変換層と熱媒体が流通する鉄系材料製管との間に特定の酸化物から形成される第１の拡散防止層及び特定の金属窒化物から形成される第２の拡散防止層を同時に設けることで太陽光－熱変換層の高温安定性を確保できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は具体的に以下のように示される。
（１）内部を熱媒体が流通可能な鉄系材料製管の外側表面上に、内側から、少なくとも第１の拡散防止層、第２の拡散防止層、赤外線反射層、太陽光－熱変換層及び反射防止層をこの順で含み、
前記第１の拡散防止層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム及び酸化クロムからなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記第２の拡散防止層は、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記赤外線反射層と第２の拡散防止層の間に金属保護層をさらに含む、太陽熱集熱管。
（２）前記太陽光－熱変換層が、ケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物を少なくとも１種含む、（１）に記載の太陽熱集熱管。
（３）前記赤外線反射層が９０ａｔ％以上のＡｇを含む、（１）又は（２）に記載の太陽熱集熱管。
（４）前記赤外線反射層と太陽光－熱変換層の間に金属保護層をさらに含む、（１）～（３）のいずれかに記載の太陽熱集熱管。
（５）前記赤外線反射層が２つの金属保護層の間に挟持されている、（１）～（４）のいずれかに記載の太陽熱集熱管。
（６）前記金属保護層がＡｇよりも高い融点の材料を含む、（４）又は（５）に記載の太陽熱集熱管。
（７）前記金属保護層と前記太陽光－熱変換層の間に酸素バリア層をさらに含む、（４）～（６）のいずれかに記載の太陽熱集熱管。
（８）前記太陽光－熱変換層が、内側から第１の太陽光－熱変換層と第２の太陽光－熱変換層で形成され、
第１の太陽光－熱変換層がケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の１種を少なくとも８０ａｔ％で含み、
第２の太陽光－熱変換層は太陽光－熱変換層ケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の少なくとも１種と、無機材料の少なくとも１種を含む複合材料からなる、（１）～（７）のいずれかに記載の太陽熱集熱管。

太陽熱集熱管において、太陽光－熱変換層と熱媒体が流通する鉄系材料製管との間に特定の酸化物から形成される第１の拡散防止層と特定の金属窒化物から形成される第２の拡散防止層を設けることで、太陽光－熱変換層の高温安定性が確保でき、延いては、太陽熱集熱管の優れた耐久性をもたらすことができる。

実施の形態１の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態２の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態３の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態４の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態５の太陽熱集熱管の部分断面図である。図６は、ＳＵＳ３１０Ｓに、第１の拡散防止層３（１００ｎｍのＳｉＯ_２層）、第２の拡散防止層４（１００ｎｍのＴａＮ層）、３ａｔ％のＴａを分散させた赤外線反射層５（２５０ｎｍのＡｇ層）、金属保護層１１（１１ｎｍのＴａＮ）、酸素バリア層１２（１２ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）、第１の太陽光－熱変換層１３（１５ｎｍのβ－ＦｅＳｉ_２層）、第２の太陽光－熱変換層１４（６０ｎｍのβ－ＦｅＳｉ_２＋ＳｉＯ_２層）、反射防止層８（７０ｎｍのＳｉＯ_２層）を順に積層させた積層体を示す。図７は、ＳＵＳ３１０Ｓに、第１の拡散防止層３（１００ｎｍのＳｉＯ_２層）、第２の拡散防止層４（１００ｎｍのＴａＮ層）、３ａｔ％のＴａを分散させた赤外線反射層５（２５０ｎｍのＡｇ層）、金属保護層１１（１１ｎｍのＴａＮ）、酸素バリア層１２（１２ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）、第１の太陽光－熱変換層１３（１２ｎｍのＣｒＳｉ_２層）、第２の太陽光－熱変換層１４（６５ｎｍのＣｒＳｉ_２＋ＳｉＯ_２層）、反射防止層８（９０ｎｍのＳｉＯ_２層）を順に積層させた積層体を示す。実施の形態５の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態６の太陽熱集熱管の部分断面図である。試験例１で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図１１は、試験例１において、７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間及び５１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例２で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図１３は、試験例２において、７５０℃で１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例３で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図１５は、試験例３において、７５０℃で１時間及び１１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例４で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図１７は、試験例４において、７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間及び５１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例５で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図１９は、試験例５において、７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間、５１時間、６１時間、７１時間及び８１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例６で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図２１は、試験例６において、７００℃で１時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例７で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図２３は、試験例７において、７００℃で１時間、７５０℃で１時間、３０時間及び５０時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例８で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図２５は、試験例８において、７００℃で１時間、７５０℃で１時間、３０時間及び５０時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。試験例９で用いたサンプルとして用いた積層体の構成を示した図である。図２７は、試験例９において、７５０℃で１時間、３０時間及び５０時間加熱した積層体のＸ線回析のチャートである。図２８は、ＳＵＳ３１０Ｓ上に、ＳｉＯ_２層（１３０ｎｍ）、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＴａＳｉ_２層（４０ｎｍ）、Ｔａ及びＳｉを含むＡｇ層（２００ｎｍ、Ｔａ７ａｔ％、Ｓｉ３ａｔ％含む）、ＴａＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２（１０ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層（６０ｎｍ、ＳｉＯ_２６０ｖｏｌ％含む）及びＳｉＯ_２（６５ｎｍ）をこの順で積層した実施例１の積層体を示す。図２９は、ＳＵＳ３１０Ｓ上に、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＴａＳｉ_２層（４０ｎｍ）、Ｔａ及びＳｉを含むＡｇ層（２００ｎｍ、Ｔａ７ａｔ％、Ｓｉ３ａｔ％含む）、ＴａＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２（１０ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層（６０ｎｍ、ＳｉＯ_２６０ｖｏｌ％含む）及びＳｉＯ_２（６５ｎｍ）をこの順で積層した比較例１の積層体を示す。図３０は、実施例１の積層体を７５０℃で、１時間、２１時間、４１時間、６１時間、８１時間、１０１時間、１２１時間、１４１時間、１６１時間及び２０１時間加熱した後、その反射特性を測定した結果を示す。図３１は、比較例１の積層体を７５０℃で、１時間、１１時間、２１時間及び３１時間加熱した後、その反射特性を測定した結果を示す。図３２は、７５０℃で、１時間、２１時間、４１時間、６１時間、８１時間、１０１時間、１２１時間、１４１時間、１６１時間及び２０１時間加熱した実施例１のＸ線回析のチャートである。図３１は、７５０℃で、１時間、１１時間及び３１時間加熱した比較例１のＸ線回析のチャートである。

以下、本発明の太陽熱集熱管の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図１において、本実施の形態の太陽熱集熱管１は、内部を熱媒体が流通可能な鉄系材料製管２（以下、「管２」とも称する）と、管２の外側表面上に形成された第１の拡散防止層３と、第１の拡散防止層３上に形成された第２の拡散防止層４と、第２の拡散防止層４上に形成された赤外線反射層５と、赤外線反射層に分散された金属６と、赤外線反射層５上に形成された太陽光－熱変換層７と、太陽光－熱変換層７上に形成された反射防止層８とを有する。

内部を熱媒体が流通可能な鉄系材料製管２としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。一般的に、鉄系材料として、例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼を用いることができる。これらの中でも、使用環境（例えば、管２の加熱温度）を考慮すると、ステンレス鋼又は耐熱鋼製の管２であることが好ましく、オーステナイト系ステンレス鋼製の管２であることがさらに好ましい。
本発明では、公知のオーステナイト系ステンレス鋼を使用することができ、例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６Ｌ，ＳＵＳ３２１，ＳＵＳ３４７が挙げられる。

管２の内部を流通する熱媒体としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。熱媒体の例としては、水、油、二酸化炭素、溶融塩（例えば、溶融ナトリウム）等が挙げられる。

管２と赤外線反射層５との間に設けられる第１の拡散防止層３と第２の拡散防止層４は、約５５０℃～約７００℃の高温条件下で管２を形成するための材料である鉄系材料に含まれるＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉが太陽光－熱変換層７まで熱拡散されることを防止するために設けられる。

第１の拡散防止層３は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及び酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）からなる群から選択される少なくとも１種の酸化物を含む。第１の拡散防止層３は、上記酸化物以外の化合物を含んでもよいが、上記酸化物を少なくとも８０ａｔ％含むことが好ましく、少なくとも９０ａｔ％含むことがより好ましく、１００ａｔ％、つまり第１の拡散防止層３は上記酸化物からなることが最も好ましい。

第１の拡散防止層３は、管２に含まれるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなどの原子が高温時に太陽光－熱変換層７まで熱拡散することを防止するために設けられる。また、窒化物を含む拡散防止層４を、第１の拡散防止層３が存在しない状態で管２と接触させて設けた場合、高温時に窒化物の窒素が管２の鉄系材料由来の成分と反応してしまい、当該層の十分な高温安定性を得ることができなかった。つまり、第１の拡散防止層３は、管２と第２の拡散防止層４との反応を防止するための機能も有する。

第１の拡散防止層３の厚さは、管２のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの原子の熱拡散を防止し、かつ、管２と第２の拡散防止層４との反応を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、一般に１ｎｍ～１０００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ～５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～２００ｎｍである。

第１の拡散防止層３の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。特にスパッタリングの場合は、酸化物の構成元素である金属又は半金属をターゲットとして使用し、アルゴンガスなどの不活性ガスに酸素ガスを加えた条件下で、スパッタさせた金属又は半金属を酸素ガスと反応させながら形成してもよい。

第２の拡散防止層４は、管２を構成するＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分が太陽光－熱変換層７に熱拡散することを防止するために設けられる。第１の拡散防止層３のみでは、管２の成分の熱拡散を十分に防止することができないが、第１の拡散防止層３の外側表面上に第２の拡散防止層４を形成することにより、太陽光－熱変換層７の高温安定性を保ち、その機能低下を防ぐことができる。

第２の拡散防止層は、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種の窒化物を含む。第２の拡散防止層４は、上記窒化物以外の化合物を含んでもよいが、上記酸化物を少なくとも８０ａｔ％含むことが好ましく、少なくとも９０ａｔ％含むことがより好ましく、１００ａｔ％、つまり第２の拡散防止層４は上記窒化物からなることが最も好ましい。

第２の拡散防止層４の厚さは、管２の成分が上層に拡散することを防止し得る範囲であれば特に限定されないが、一般に１ｎｍ～１０００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ～５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～２００ｎｍである。

第２の拡散防止層４の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。特にスパッタリングの場合、金属単体の状態のタンタル、チタン、ニオブのターゲットを用意し、アルゴンガスなどの不活性ガスに窒素ガスを加えた条件下で、スパッタさせた金属を窒素ガスと反応させながら形成させてもよい。このときの不活性ガスと窒素ガスのモル比は特に限定されないが、６：４から８：２の間が好ましい。この際に、アルゴンガスや窒素ガスに混入される微量の酸素ガスによって窒化物の代わりに酸窒化物が形成されてもよい。

第２の拡散防止層４の外側表面上に形成された赤外線反射層５は、熱媒体及び管２からの熱輻射（熱放射）を反射する機能を有する。太陽熱集熱管１に用いられる熱媒体及び管２などの材料は、約５５０℃～約７００℃の高温に加熱されることがあるが、その際に放射される電磁波のほとんどは赤外線となる。そのため、赤外線反射層５は、この赤外線を反射する機能を主に有している。すなわち、赤外線反射層５は、熱媒体及び管２に与えられた熱エネルギーが、熱輻射によって管２の外部に放出されるのを抑制している。

本発明の太陽熱集熱管の赤外線反射層５はＡｇを９０ａｔ％以上で含む。ある実施態様では、赤外線反射層５はＡｇからなる層であり得るが、高温条件下でのＡｇの凝集及び昇華を防止するために、１０ａｔ％未満でＡｇ以外の金属６を分散させて含有させることが好ましい。当該Ａｇに分散させる金属６として、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌが挙げられる。また、上記金属が２種以上で用いられてもよい。上記金属を赤外線反射層５に分散させることでＡｇの凝集や昇華を防止し、赤外線反射層５の機能低下を防ぐことができる。Ａｇに分散させる金属６としては、Ｔａが好ましい。

赤外線反射層５に分散させる金属６の量は、特に限定されないが、１０ａｔ％未満、好ましくは０．１ａｔ％～７ａｔ％、より好ましくは０．３ａｔ％～５ａｔ％、さらに好ましくは０．５ａｔ％～３ａｔ％である。

なお、Ａｇに分散させる金属６（例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌ）が高温条件下で、下記に説明する金属保護層と反応してしまう場合がある。これを防ぐために、Ｓｉを赤外線反射層５に添加してもよい。Ｓｉを赤外線反射層５に分散させることで、前記分散された金属が高温条件下でケイ化物となり、前記金属が金属保護層と反応することを防ぐことができる。
ここで、赤外線反射層５にＳｉを分散させる場合、その量は、特に限定されないが、通常、０．１ａｔ％～７ａｔ％、好ましくは０．３ａｔ％～５ａｔ％、より好ましくは０．５ａｔ％～３ａｔ％である。

赤外線反射層５の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ～５００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ～４００ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ～３００ｎｍである。
赤外線反射層５がＡｇからなる場合、Ａｇをターゲットとして用い、アルゴンガスを含むガスの存在下でスパッタリングを行うことによって形成することができる。スパッタリングの際の条件は、使用する装置に応じて適宜調整すればよく特に限定されない。

赤外線反射層５が金属６を分散させたＡｇ層である場合、金属６を分散させたＡｇ層は、Ａｇ並びに金属６（例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種）をターゲットとして用い、アルゴンガスなどの不活性ガスの存在下でスパッタリングを行うことによって形成することができる。スパッタリングの際の条件は、使用する装置に応じて適宜調整すればよく特に限定されない。また、ターゲットは、Ａｇ及び金属６を個別のターゲットとしてもよいし、Ａｇと金属６との混合物を１つのターゲットとしてもよい。

赤外線反射層５が、ケイ素及び金属６を分散させたＡｇ層である場合、ケイ素及び金属６を分散させたＡｇ層７は、Ａｇ、ケイ素並びに金属６（例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種）をターゲットとして用い、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの存在下でスパッタリングを行うことによって形成することができる。スパッタリングの際の条件は、使用する装置に応じて適宜調整すればよく特に限定されない。また、ターゲットは、Ａｇ、ケイ素及び金属６を個別のターゲットとしてもよいし、Ａｇ、ケイ素、金属６との混合物を１つのターゲットとしてもよい。

赤外線反射層５上に形成された太陽光－熱変換層７は、熱輻射による放熱を抑えつつ、太陽光を効率良く吸収する機能を有する。太陽光－熱変換層７は、光選択吸収層とも称される。
太陽光－熱変換層７としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。太陽光－熱変換層７の例としては、黒色クロムめっき層、黒色ニッケルめっき層、無電解ニッケル黒化処理層、四三酸化鉄皮層、サーメット層（セラミックと金属とを複合させた材料からなる層）、ケイ化鉄層、ケイ化マンガン層、ケイ化クロム層、ケイ化鉄、ケイ化マンガン又はケイ化クロムなどの金属ケイ化物と透明誘電体（例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮなど）との複合材料からなる層などが挙げられる。また、これらの層は、単層であっても２種以上の複数層であってもよい。
また、光吸収特性を考慮すると、太陽光－熱変換層７としてβ－ＦｅＳｉ_２又はＣｒＳｉ_２を使用することが好ましい。

太陽光－熱変換層７の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ～１００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～３０ｎｍである。
太陽光－熱変換層７の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングなど）、めっき法などを用いて形成することができる。

太陽光－熱変換層７上に形成された反射防止層８は、太陽光の反射を防止する機能を有する。
反射防止層８としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。反射防止層８の例としては、ＳｉＯ₂層、Ａｌ₂Ｏ₃層、ＡｌＮ層、Ｃｒ₂Ｏ₃層等の透明誘電体層が挙げられる。

反射防止層８の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ～５００ｎｍである。
反射防止層８の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。特にスパッタリングの場合は、透明誘電体の構成元素である金属又は半金属をターゲットとして使用し、アルゴンガスなどの不活性ガスに酸素ガス又は窒素ガスを加えた条件下で、スパッタさせた金属又は半金属を酸素ガス又は窒素ガスと反応させながら形成してもよい。

上記のような特徴を有する本実施の形態１の太陽熱集熱管１によれば、第１の拡散防止層３と第２の拡散防止層４により鉄系材料製の管２からＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどが高温条件下で熱拡散することを防ぎ、太陽光－熱変換層７を長期にわたり安定的に機能させることができる。

実施の形態２
図２は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図２において、本実施の形態の太陽熱集熱管１０は、赤外線反射層５と太陽光－熱変換層７の間に金属保護層１１が設けられている点で、実施の形態１の太陽熱集熱管１と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態１の太陽熱集熱管１と同じであるため、説明を省略する。
金属保護層１１は、赤外線反射層５中のＡｇを昇華し難くする機能を有し、それゆえ、赤外線反射層５の機能が低下し難くなる。

金属保護層１１としては、赤外線反射層５中のＡｇの拡散を防止し得る機能を有するものであれば特に限定されず、一般に、Ａｇ（融点９６１．８℃）よりも融点が高い材料から形成される。Ａｇよりも融点が高い材料としては、Ｎｂ（融点２４６９℃）、Ｍｏ（融点２６２３℃）、Ｗ（融点３４２２℃）、Ｃｕ（融点１０８５℃）、Ｎｉ（融点１４５５℃）、Ｆｅ（融点１５３８℃）、Ｃｒ（融点１９０７℃）、Ｔａ（融点３０２０℃）などが挙げられる。
また、金属保護層１１は、赤外線反射層５に分散された金属６（例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種）を含む材料から形成されていてもよい。このような材料としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種の金属６と、ケイ素又は窒素との化合物を用いることができる。このような化合物の例としては、ＴａＳｉ₂（融点２２００℃）、ＭｏＳｉ₂（融点２０２０℃）、Ｍｏ₅Ｓｉ₃（融点２１８０℃）、ＷＳｉ₂（融点２１６０℃）、ＴａＮ（融点３０８３℃）、ＮｂＳｉ₂（融点１９３０℃）、ＮｂＮ（融点２３００℃）などが挙げられる。

赤外線反射層５と太陽光－熱変換層７の間に設けられる金属保護層１１の厚さは、使用する材料の種類などに応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、熱輻射を抑える観点から、赤外線反射層５の厚さよりも小さいことが好ましい。
また、赤外線反射層５及び金属保護層１１に用いる材料の光学定数を用いて多層膜近似し、その結果を基に輻射率を計算することにより、赤外線反射層５と太陽光－熱変換層７の間に設けられる金属保護層１１の適切な厚さを求めてもよい。

金属保護層１１の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管１０によれば、実施の形態１の太陽熱集熱管１の効果に加えて、赤外線反射層５中のＡｇの拡散を防止する金属保護層１１を設けることにより、Ａｇの凝集及び昇華を抑制することができ、太陽光を熱に変換する効率が低下し難い。

実施の形態３
図３は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図３において、本実施の形態の太陽熱集熱管２０は、赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に金属保護層１１が設けられている、つまり、赤外線反射層５が金属保護層１１に挟持されている点で、実施の形態２の太陽熱集熱管２と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態２の太陽熱集熱管２０と同じであるため、説明を省略する。
赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられた金属保護層１１も、同様に赤外線反射層５中のＡｇを昇華し難くする機能を有し、赤外線反射層５の機能が低下し難くなる。また、赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられた金属保護層１１は、赤外線反射層５の下地としての機能も有し、赤外線反射層５が均一に形成され、赤外線反射層５の機能を安定して得ることができる。

赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１の材料は上記実施の態様２で列挙した、赤外線反射層５と太陽光－熱変換層７の間に形成される金属保護層１１と同じ材料を用いることができる。赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１の材料は、赤外線反射層５と太陽光－熱変換層７の間に設けられる金属保護層１１の材料と同一でもよく、異なっていてもよいが、生産の効率性を考慮すると、両者は同一の材料であることが好ましい。

赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１の厚さは、使用する材料の種類などに応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、一般に１ｎｍ～５００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ～２００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～１００ｎｍである。

赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管２０によれば、実施の形態１の太陽熱集熱管１又は実施の形態２の太陽熱集熱管１０の効果に加えて、赤外線反射層５の機能をより安定して得ることができる。

実施の形態４
図４は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図４において、本実施の形態の太陽熱集熱管３０は、金属保護層１１と太陽光－熱変換層７との間に酸素バリア層１２が設けられている点で、実施の形態２の太陽熱集熱管１０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態２の太陽熱集熱管１０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態３の太陽熱集熱管２０にも適用することができる。

酸素バリア層１２は、金属保護層１１の酸化が起こる原因となる酸素の透過を防止するために設けられる。そのため、金属保護層１１と太陽光－熱変換層７との間に酸素バリア層１２を形成することにより、金属保護層１１の酸化を防止することができるため、金属保護層１１の機能が低下し難くなる。

酸素バリア層１２としては、酸素を透過し難いものであれば特に限定されず、例えば、誘電体層を用いることができる。誘電体層の例としては、ＳｉＯ₂層、Ａｌ₂Ｏ₃層、ＡｌＮ層、Ｃｒ₂Ｏ₃層、Ｓｉ₃Ｎ₄層などの透明誘電体層が挙げられる。
酸素バリア層１２の厚さは、酸素を透過させない範囲であれば特に限定されないが、一般に１ｎｍ～１００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ～５０ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～３０ｎｍである。

酸素バリア層１２の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。特にスパッタリングの場合は、透明誘電体の構成元素である金属又は半金属をターゲットとして使用し、アルゴンガスなどの不活性ガスに酸素ガス又は窒素ガスを加えた条件下で、スパッタさせた金属又は半金属を酸素ガス又は窒素ガスと反応させながら形成してもよい。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管３０によれば、実施の形態２の太陽熱集熱管１０の効果に加えて、金属保護層１１の機能の低下を防止することができる。

実施の形態５
図５は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図５において、本実施の形態の太陽熱集熱管４０は、太陽光－熱変換層が第１の太陽光－熱変換層１３と第２の太陽光－熱変換層１４との２層構造になっている点で、実施の形態４の太陽熱集熱管３０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態４の太陽熱集熱管３０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態１の太陽熱集熱管１、実施の形態２の太陽熱集熱管１０、及び実施の形態３の太陽熱集熱管２０にも適用することができる。

反射防止層８と第１の太陽光－熱変換層１３の間に第２の太陽光－熱変換層１４を設けることで、反射防止層と太陽光－熱変換層の層間の屈折率の差を少なくすることができ、太陽光を効率的に吸収して熱に変換することが可能になる。
例えば、太陽光－熱変換層として、ケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の少なくとも１種からなる層を用いた場合、反射防止層との屈折率の差が大きくなるため、前記ケイ化物に無機材料を含む複合材料からなる層を反射防止層と太陽光－熱変換層の間に設けることで、これらの層間の屈折率の差を少なくし、太陽光を効率良く吸収することが可能になる。

第１の太陽光－熱変換層１３は、ケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の１種を少なくとも８０ａｔ％含む層であり、好ましくは９０ａｔ％含む層であり、より好ましくは９５ａｔ％含む層である。あるいは、第１の太陽光－熱変換層１３は、前記ケイ化物からなる層であってもよい。前記ケイ化物としては、光吸収特性を考慮すると、β－ＦｅＳｉ_２又はＣｒＳｉ_２であることが好ましい。前記ケイ化物以外に第１の太陽光－熱変換層１３に含まれる材料は特に限定されず、例えばシリコン，酸化ケイ素が挙げられる。

第１の太陽光－熱変換層１３の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ～１００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～３０ｎｍである。
第１の太陽光－熱変換層１３の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングなど）、めっき法などを用いて形成することができる。

第１の太陽光－熱変換層１３と反射防止層８の間に第２の太陽光－熱変換層１４が形成される。第２の太陽光－熱変換層１４はケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の少なくとも１種と、無機材料の少なくとも１種を含む複合材料からなる。前記ケイ化物としては、光吸収特性を考慮すると、β－ＦｅＳｉ_２及びＣｒＳｉ_２を選択することが好ましい。

前記無機材料として、金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物又は酸炭窒化物を用いることができる。好ましくは、反射防止層８を形成するときに用いられる、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｃｒ₂Ｏ₃等を用いることができる。

当該複合材料中に、前記無機材料は通常４０ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％、好ましくは５０ｖｏｌ％～７０ｖｏｌ％で配合する。

第２の太陽光－熱変換層１４の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ～２００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ～１００ｎｍである。

第２の太陽光－熱変換層１４は、前記ケイ化物及び前記無機材料をターゲットとして用い、アルゴンガスなどの不活性ガスの存在下でスパッタリングを行うことによって形成することができる。スパッタリングの際の条件は、使用する装置に応じて適宜調整すればよく特に限定されない。また、ターゲットは、前記ケイ化物及び無機材料を個別のターゲットとしてもよいし、前記ケイ化物と無機材料との混合物を１つのターゲットとしてもよい。また、無機材料のターゲットの代わりに構成元素である金属又は半金属をターゲットとして使用してもよい。この場合、アルゴンガスなどの不活性ガスに酸素ガス又は窒素ガスを加えた条件下で、前記ケイ化物と上記金属又は半金属を同時にスパッタさせ、上記金属又は半金属が優先的に酸素ガス又は窒素ガスと反応することで第２の太陽光－熱変換層１４を形成してもよい。

実施の形態５の具体例として、鉄系材料製管２としてＳＵＳ３１０Ｓを用い、この上に、第１の拡散防止層３（１００ｎｍのＳｉＯ_２層）、第２の拡散防止層４（１００ｎｍのＴａＮ層）、３ａｔ％のＴａを分散させた赤外線反射層５（２５０ｎｍのＡｇ層）、金属保護層１１（１１ｎｍのＴａＮ）、酸素バリア層１２（１２ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）、第１の太陽光－熱変換層１３（１５ｎｍのβ－ＦｅＳｉ_２層）、第２の太陽光－熱変換層１４（６０ｎｍのβ－ＦｅＳｉ_２＋ＳｉＯ_２層：ＳｉＯ_２を６０ｖｏｌ％含む）、反射防止層８（７０ｎｍのＳｉＯ_２層）を順に積層させた積層体を作成した（図６）。

実施の形態５の別の具体例として、鉄系材料製管２としてＳＵＳ３１０Ｓを用い、この上に、第１の拡散防止層３（１００ｎｍのＳｉＯ_２層）、第２の拡散防止層４（１００ｎｍのＴａＮ層）、３ａｔ％のＴａを分散させた赤外線反射層５（２５０ｎｍのＡｇ層）、金属保護層１１（１１ｎｍのＴａＮ）、酸素バリア層１２（１２ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）、第１の太陽光－熱変換層１３（１２ｎｍのＣｒＳｉ_２層）、第２の太陽光－熱変換層１４（６５ｎｍのＣｒＳｉ_２＋ＳｉＯ_２層：ＳｉＯ_２を６０ｖｏｌ％含む）、反射防止層８（９０ｎｍのＳｉＯ_２層）を順に積層させた積層体もまた作成した（図７）。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管４０によれば、実施の形態１の太陽熱集熱管１、実施の形態２の太陽熱集熱管１０、実施の形態３の太陽熱集熱管２０又は実施の形態４の太陽熱集熱管３０の効果に加えて、太陽光－熱変換層において太陽光を効率良く吸収することができ、太陽熱集熱管としての機能を向上させることができる。

実施の形態６
図８は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図８において、本実施の形態の太陽熱集熱管５０は、太陽光－熱変換層が第１の太陽光－熱変換層１３と第２の太陽光－熱変換層１４との２層構造になっている点で、実施の形態３の太陽熱集熱管２０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態３の太陽熱集熱管２０と同じであるため、説明を省略する。

太陽熱集熱管５０における第１の太陽光－熱変換層１３及び第２の太陽光－熱変換層１４についての特徴は、上記実施の態様５の太陽熱集熱管４０における第１の太陽光－熱変換層１３及び第２の太陽光－熱変換層１４と同じであるため、太陽光熱集熱管４０での説明をそのまま適用する。つまり、太陽熱集熱管５０における第１の太陽光－熱変換層１３及び第２の太陽光－熱変換層１４を形成する物質、層の厚さ、層の形成方法等は太陽光熱集熱管４０のものと同一である。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管５０によれば、実施の形態３の太陽熱集熱管２０の効果に加えて、太陽光－熱変換層において太陽光を効率良く吸収することができ、太陽熱集熱管としての機能を向上させることができる。

実施の形態７
図９は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図９において、本実施の形態の太陽熱集熱管６０は、赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に金属保護層１１が設けられている、つまり、赤外線反射層５が金属保護層１１に挟持されている点で、実施の形態５の太陽熱集熱管４０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態５の太陽熱集熱管４０と同じであるため、説明を省略する。
赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられた金属保護層１１は、赤外線反射層５中のＡｇを昇華し難くする機能を有し、赤外線反射層５の機能が低下し難くなる。また、赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられた金属保護層１１は、赤外線反射層５の下地としての機能も有し、赤外線反射層５が均一に形成され、赤外線反射層５の機能を安定して得ることができる。

太陽熱集熱管６０における赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１の特徴は、上記実施の態様３の太陽熱集熱管２０における赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１と同じであるため、太陽光熱集熱管２０での説明をそのまま適用する。つまり、太陽熱集熱管６０における赤外線反射層５と第２の拡散防止層４の間に設けられる金属保護層１１を形成する物質、層の厚さ、層の形成方法等は太陽光熱集熱管２０のものと同一である。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管６０によれば、実施の形態５の太陽熱集熱管４０の効果に加えて、赤外線反射層５の機能をより安定して得ることができる。

＜試験例１＞
（ｉ）シリコン基板にスパッタリング法により、β－ＦｅＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７０ｎｍ）の積層体を作成した（図１０）。β－ＦｅＳｉ_２層はβ－ＦｅＳｉ_２のターゲットを用い、アルゴンガスの存在下で作成した。ＳｉＯ_２層はシリコンのターゲットを用い、アルゴンガス：酸素ガス＝１０：１．８（モル比）の条件下で、スパッタしたシリコンを酸素ガスと反応させながら作成した。
（ｉｉ）この積層体を、７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間及び５１時間加熱した後、Ｘ線回析装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｅｍｐｙｒｅａｎ）を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図１１）。
（ｉｉｉ）図１１の結果から、７５０℃で５１時間加熱した場合であっても、チャートからは積層体内の成分の変化は認められなかった。
以上より、シリコン基板を熱媒体が流通する管として用いた場合、β－ＦｅＳｉ_２層は高熱常温下でも安定である。

＜試験例２＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、β－ＦｅＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７０ｎｍ）の積層体を作成した（図１２）。作成条件は試験例１と同じである。
（ｉｉ）この積層体を７５０℃で１時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図１３）。
（ｉｉｉ）図１３の結果から、この積層体中に、Ｆｅ_５Ｓｉ_３、Ｆｅ_３Ｓｉ、Ｃｒ_３Ｎｉ_２Ｓｉなどが検出され、β－ＦｅＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきたＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分と反応し、β－ＦｅＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かる。よって、高温条件下で、基板として鉄系材料を用いると太陽光－熱変換層の安定性に悪影響を及ぼすことが分かった。

＜試験例３＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７０ｎｍ）の積層体を作成した（図１４）。ＴａＮ層はタンタルのターゲットを用い、アルゴンガスに窒素ガスを加えた条件下で、スパッタさせたタンタルを窒素ガスと反応させながら作成した。それ以外の層は試験例２と同じである。
（ｉｉ）この積層体を７５０℃で１時間及び１１時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図１５）。
（ｉｉｉ）図１５の結果から、７５０℃で１１時間加熱すると、この積層体中に、Ｆｅ_３Ｓｉ、Ｆｅ_３Ｓｉ、Ｎｉ_２Ｓｉなどが検出され、β－ＦｅＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきたＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分と反応し、β－ＦｅＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かる。よって、拡散防止層としてＴａＮ層を設けても、高温条件下で基板として鉄系材料を用いると、太陽光－熱変換層の安定性を十分に確保できないことが分かる。

＜試験例４＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＳｉＯ_２層（１００ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（８０ｎｍ）の積層体を作成した（図１６）。各層の作成方法は試験例１と同じである（２つのＳｉＯ_２層は同じ作成方法である）。
（ｉｉ）この積層体を７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間及び５１時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図１５）。
（ｉｉｉ）図１７の結果から、この積層体中に、ＦｅＳｉが検出され、β－ＦｅＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきた成分と反応し、β－ＦｅＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かる。よって、拡散防止層としてＳｉＯ_２のみを設けても、高温条件下で、太陽光－熱変換層の安定性は十分には保てないことが分かった。

＜試験例５＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＳｉＯ_２層（１３０ｎｍ）、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７０ｎｍ）の積層体を作成した（図１８）。各層の作成方法は試験例３と同じである（２つのＳｉＯ_２層は同じ作成方法である）。
（ｉｉ）この積層体を７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間、５１時間、６１時間、７１時間及び８１時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行い、その成分組成を解析した（図１９）。
（ｉｉｉ）図１９の結果から、各加熱時間でのチャートの形状の変化はほぼ認められない。つまり、β－ＦｅＳｉ_２層が高温条件下で長時間安定であり、ＳＵＳ３１０Ｓ中のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分の拡散が抑えられていることが分かる。従って、第１の拡散防止層及び第２の拡散防止層を設けることで、鉄系材料からの成分の熱拡散を抑制できることが分かった。

＜試験例６＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＣｒＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７５ｎｍ）の積層体を作成した（図２０）。ＣｒＳｉ_２層はＣｒＳｉ_２のターゲットを用い、アルゴンガスの存在下で作成した。ＳｉＯ_２層の作成方法は試験例１と同じである。
（ｉｉ）この積層体を７００℃で１時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図２１）。
（ｉｉｉ）図２１の結果から、この積層体中に、ＣｒＦｅ_２、Ｆｅ_５Ｎｉ_３Ｓｉ_２、Ｃｒ_３Ｓｉ_２などが検出され、ＣｒＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきたＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分と反応し、ＣｒＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かる。よって、高温条件下で、鉄系材料を用いると太陽光－熱変換層の安定性に悪影響を及ぼすことがわかった。

＜試験例７＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＣｒＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７５ｎｍ）の積層体を作成した（図２２）。ＴａＮ層の作成方法は試験例３と同じである。それ以外の層は試験例６と同じである。
（ｉｉ）この積層体を７００℃で１時間、７５０度で１時間、３０時間及び５０時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図２３）。
（ｉｉｉ）図２３の結果から、７５０℃で長時間加熱すると、この積層体中に、ＣｒＳｉ、Ｃｒ_５Ｓｉ_３などが検出され、ＣｒＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきたＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分と反応し、ＣｒＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かる。よって、拡散防止層としてＴａＮ層を一層のみ設けても、高温条件下で鉄系材料を用いると、太陽光－熱変換層の安定性を十分に確保できないことが分かる。

＜試験例８＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＳｉＯ_２（１３０ｎｍ）、ＣｒＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７５ｎｍ）の積層体を作成した（図２４）。各層の作成方法は試験例６と同じである（２つのＳｉＯ_２層は同じ作成方法である）。
（ｉｉ）この積層体を７００℃で１時間、７５０℃で１時間、１０時間、２０時間及び５０時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行いその成分組成を回析した（図２５）。
（ｉｉｉ）図２５の結果から、この積層体中に、高温条件下で、ＣｒＳｉやＣｒ_５Ｓｉ_３が検出され、ＣｒＳｉ_２がＳＵＳ３１０Ｓから析出してきた成分と反応し、ＣｒＳｉ_２層中の成分の構成が変化していることが分かった。よって、拡散防止層としてＳｉＯ_２のみを設けても、高温条件下で、太陽光－熱変換層の安定性は十分には保てないことが分かった。

＜試験例９＞
（ｉ）ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＳｉＯ_２層（１５０ｎｍ）、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＣｒＳｉ_２層（２５ｎｍ）及びＳｉＯ_２層（７５ｎｍ）の積層体を作成した（図２６）。各層の作成方法は試験例７と同じである（２つのＳｉＯ_２層は同じ作成方法である）。
（ｉｉ）この積層体を７５０℃で１時間、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間及び５０時間時間加熱した後、Ｘ線回析装置を用いてＸ線回析を行い、その成分組成を回析した（図２７）。
（ｉｉｉ）図２７の結果から、各加熱時間でのチャートの形状の変化はほぼ認められない。つまり、ＣｒＳｉ_２層が高温条件下で長時間安定であり、ＳＵＳ３１０Ｓ中のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの成分の拡散が抑えられていることが分かる。従って、第１の拡散防止層及び第２の拡散防止層を設けることで、鉄系材料からの成分の熱拡散を抑制できることが分かった。

実施例１
ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＳｉＯ_２層（１３０ｎｍ）、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＴａＳｉ_２層（４０ｎｍ）、Ｔａ及びＳｉを含むＡｇ層（２００ｎｍ、Ｔａ７ａｔ％、Ｓｉ３ａｔ％含む）、ＴａＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２（１０ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層（６０ｎｍ、ＳｉＯ_２６０ｖｏｌ％含む）及びＳｉＯ_２（６５ｎｍ）をこの順で積層した積層体を作成した（図２８）。

Ｔａ及びＳｉを含むＡｇ層は、Ａｇのターゲットとタンタルのターゲットとシリコンのターゲットを用意し、アルゴンガスの存在下で、Ａｇ側がＤＣ電源で６０Ｗの出力で、タンタル側がＤＣ電源で２Ｗの出力で、シリコン側がＲＦ電源で８０Ｗの出力で同時にスパッタすることで作成した。ＴａＳｉ_２層は、タンタルのターゲットとシリコンのターゲットを用い、アルゴンガスの存在下で、タンタル側はＤＣ電源で２３Ｗの出力で、シリコン側はＲＦ電源で２００Ｗの出力で同時にスパッタし、基板上でタンタルとシリコンを反応させることで作成した。ＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層は、β－ＦｅＳｉ_２のターゲットとシリコンのターゲットを用い、アルゴンガス：酸素ガス＝１０：１．８（モル比）の条件下で、β－ＦｅＳｉ_２側はＤＣ電源で３５Ｗの出力で、シリコン側はＲＦ電源で２００Ｗの出力で同時にスパッタし、シリコンが優先的に酸素ガスと反応することによって作成した。それ以外の層の作成方法は試験例３と同じである。

この実施例１では、基板側から、第１の拡散防止層としてＳｉＯ_２層、第２の拡散防止層としてＴａＮ層、赤外線反射層と第２の反射防止層の間に設けられる金属保護層としてＴａＳｉ_２層、赤外線反射層としてＴａ及びＳｉを含むＡｇ層、赤外線反射層と太陽光－熱変換層の間に設けられる金属保護層としてＴａＳｉ_２層、酸素バリア層としてＳｉＯ_２層、第１の太陽光－熱変換層としてβ－ＦｅＳｉ_２層、及び第２の太陽光－熱変換層としてＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層及び反射防止層としてＳｉＯ_２層から構成される。

比較例１
ＳＵＳ３１０Ｓを基板として、スパッタリング法により、ＴａＮ層（１００ｎｍ）、ＴａＳｉ_２層（４０ｎｍ）、Ｔａ及びＳｉを含むＡｇ層（２００ｎｍ、Ｔａ７ａｔ％、Ｓｉ３ａｔ％含む）、ＴａＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２（１０ｎｍ）、β－ＦｅＳｉ_２層（１５ｎｍ）、ＳｉＯ_２を含むβ－ＦｅＳｉ_２層（６０ｎｍ、ＳｉＯ２６０ｖｏｌ％含む）及びＳｉＯ_２（６５ｎｍ）をこの順で積層した積層体を作成した（図２９）。各層の作成方法は実施例１と同じである。
この比較例１は、第１の拡散防止層であるＳｉＯ_２を含まない点で実施例１と異なる。

実施例１のサンプルを７５０℃で１時間、２１時間、４１時間、６１時間、８１時間、１０１時間、１２１時間、１４１時間、１６１時間及び２０１時間加熱した。一方、比較例１のサンプルを７５０℃で１時間、２１時間及び３１時間加熱した。
これらの条件で加熱した実施例１及び比較例１のサンプルを分光光度計（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製Ｌａｍｂｄａ９５０）を用いて、白板反射板の反射率を１００％としたときの反射率を、波長１９０ｎｍ～２５００ｎｍの範囲にわたって５ｎｍ間隔で測定した。結果を図３０及び図３１に示す。

図３０の結果から、実施例１では高温で長時間加熱しても反射特性の変化が少なく、高温安定性が高いことが分かる。一方で、図３１の結果から、比較例１では高温条件下で経時的に反射特性の変化が大きく、高温安定性が低いことが分かる。

さらに、実施例１のサンプルを７５０℃で１時間、１１時間、２１時間、３１時間、４１時間、５１時間及び６１時間加熱した。一方、比較例１のサンプルを、７５０℃で１時間、１１時間及び３１時間加熱した。実施例１及び比較例１のこれらのサンプルについて、Ｘ線回析を行った。その結果を図３２及び図３３に示す。

図３３のＸ線回析のチャートから、比較例１ではＦｅＳｉのピークが認められ、ＦｅＳｉが生じていることが認められた。一方で、図３２より、実施例１では２０１時間加熱してもＦｅＳｉのピークは認められず、高温で長時間安定であることが示された。

上記試験例１～９、実施例１及び比較例１の実験結果から、第１の拡散防止層及び第２の拡散防止層を設けることにより、太陽熱集熱管の管を構成するステンレス鋼などの鉄系材料に由来する成分の熱拡散が防止され、高熱安定性に優れる太陽熱集熱管を得ることが可能であることが証明された。

１、１０、２０、３０、４０、５０，６０太陽熱集熱管、２管、３第１の拡散防止層、４第２の拡散防止層、５赤外線反射層、６赤外線反射層に分散された金属、７太陽光－熱変換層、８反射防止層、１１金属保護層、１２酸素バリア層、１３第１の太陽光－熱変換層、１４第２の太陽光－熱変換層。

Claims

内部を熱媒体が流通可能な鉄系材料製管の外側表面上に、内側から、少なくとも第１の拡散防止層、第２の拡散防止層、赤外線反射層、太陽光－熱変換層及び反射防止層をこの順で含み、
前記第１の拡散防止層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム及び酸化クロムからなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記第２の拡散防止層は、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記赤外線反射層と第２の拡散防止層の間に金属保護層をさらに含む、太陽熱集熱管。
前記太陽光－熱変換層が、ケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の太陽熱集熱管。
前記赤外線反射層が９０ａｔ％以上のＡｇを含む、請求項１又は２に記載の太陽熱集熱管。
前記赤外線反射層と太陽光－熱変換層の間に金属保護層をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽熱集熱管。
前記赤外線反射層が２つの金属保護層の間に挟持されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽熱集熱管。
前記金属保護層がＡｇよりも高い融点の材料を含む、請求項４又は５に記載の太陽熱集熱管。
前記金属保護層と前記太陽光－熱変換層の間に酸素バリア層をさらに含む、請求項４～６のいずれか１項に記載の太陽熱集熱管。
前記太陽光－熱変換層が、内側から第１の太陽光－熱変換層と第２の太陽光－熱変換層で形成され、
第１の太陽光－熱変換層がケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の１種を少なくとも８０ａｔ％で含み、
第２の太陽光－熱変換層はケイ化鉄、ケイ化マンガン及びケイ化クロムからなる群から選択されるケイ化物の少なくとも１種と、無機材料の少なくとも１種を含む複合材料からなる、請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽熱集熱管。