JPS5913382A - 放射エネルギ収集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、入射した放射エネルギを熱エネルギに変換す
る装置に係り、更に具体的に云えは、紫外線及び可視光
線に対して高吸収率を有し、赤外線に対して低輻射率を
有すること’ｆ％徴とする太陽エネルギ収集装置に係る
。

〔従来技術〕

太陽の放射をより直接的に有用な形のエネルギに変換さ
せる１つの周知の方法は、放射の吸収を増すために黒色
であることが多い蕗出向を有し、循環する水の如き流体
と接触している、大きな面積の収集装置を用いている。

管又は平坦なパネルの形を有していることが多い収集装
置に当った太陽の放射は該装置に熱の形で吸収され、そ
の熱が循環する流体に転移される。

米国特許出願第４０８８５４７号の明細書に於ては、例
えば鋼管の如き金属の基板上に電解により銅のテンドラ
イトを成長させ、そのテンドライト状表面を滑らかな銅
でめっきし、それから上記の滑らかな銅で被覆されたデ
ンドライト状表面を黒色ニッケル又は黒色クロムの如き
熱を吸収する黒色の被ｊ臭でめっきすることによって、
太陽エネルギ収集装置が形成されている。米国特許第４
１４８２９４号の明細書は、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の基板を電解質水溶液中でサブミクロンの範囲
の孔を有する多孔性の酸化物層が形成される迄陽極酸化
し、それからニッケル・イオンの如き適当な金属イオン
を含む水溶液中で上記基板を区イ執と（７て、ニッケル
棒の如き微細な細長い金属体を上記の孔の中に電気的に
付Ｎさせることによって形成される太陽エイ・ルギ収集
パネルについて記載している。米国狩許第４０１Ｊ５６
９８号の明細書は、入射した太陽エイ・ルギを、音響的
無響表面の幾何学的構造に類似され得る微小構造７有す
る幾（ｉ”Ｊ学的迷路中に補促する、光子エネルギ変換
装置について記載している。その元学的光子吸収表曲は
、各々可視光線の波長程度の寸法及び相互間に可視光線
の波長の数倍程度の間隔を有する、例えはタングステン
の整合された針の晋林より成る。その様な表面ば、無響
室に於て多数の音の反射により吸収が生じる場合と同様
に、入射した光子が針の迷路に侵入するときに多数の反
射が生じるために、１％い効率で吸収を生じるものと考
えられる。

上述の型の太陽エネルギ収集装置りを設けるには比較的
高いコストの材料及び／若しくは製造技術が心安とされ
るので、それらが広範囲に用いられる見込は限られてい
る。

種々の形状に容易に熱成形され得る合成樹脂は低コスト
の太陽エネルギ収集装置の製造に〕１１ｉｉ当な材料と
して広く研究されている。一般に入手され得る幾つかの
材料は、適当な強度を有して安価であり、紫外線による
劣化に対して許容され得る耐性を有し、可視光線に対し
て高吸収率を有するが、前述の太陽エネルギ収集装置の
デンドライト状表面とは異なり、概して赤外線領域（即
ち、５乃至１０μｍ）に於ける適当な低輻射率の特性を
有していない。東金体表面の電気的、熱的及び／若しく
は化学的特性夕修正するために上記表面を粗面化（ｔｅ
ｘｔｕｒｉｚｉｎｇ）即ち食刻することは、周知の技術
であり、特に電子的分野に於て実際に用いられている。

米国！　５′ｌ−第４０６４０３０号及び第４１５５８
２６号の明細書は各・７、真空又は不活性ガス中でスパ
ッタリング食刻されることにより粗面化された外側表面
有する、成形された弗素側１１旨の製品について記載し
ている。その様な表面処理は、それらの製品にイ」層さ
れる接着剤、塗料又はインクの如き材料に対するそれら
の製品の付着性を増加させる。米国ｖｆ肝第４０９２４
４２号の明η４１１書は、感光性レジストを必要とする
ポジティブ型又はネガティブ型の電子ビーム・リソグラ
フィを使用する方法に於て用いられる、プラズマ食刻さ
れたポリイミドのマスクについて開示して（・る。米国
特許第４２２９２３３号の明細書に於ては、光電池が形
成される、主としてシリコンである、半導体基板の反射
率を低下させるために、酸素を用いたプラズマ食刻が用
いられている。集積回路の如き敏感な電子素子のための
、例えはポリイミドより成る、プラズマ食刻された薄膜
の保護膜が知られている（　Ｄｕｐｏｎｔ社のＰｙｒａ
ｌｉｎｅ　（ｐｐ品名）のポリイミド被膜に関する置明
薔を参照）。

従来に於て、太陽エネルギ収集装置の吸収及び輻射特性
を改良するために薄い樹脂の被膜な粗面化することにつ
いては、何ら開示されていない。

本発明の概要 本発明は、放射エネルギに対して露出される表面の少く
とも一部が薄いポリイミド樹脂の被膜で被覆された基板
より成り、上記被膜の表面は該被膜で被覆された基板が
上記放射エネルギに対して尚吸収率及び低輻射率を有す
る様に粗面化されている、放射エネルギ収集装置を提供
する。

本発明の実施例 −本発明の実施に於ては、例えば、アルミニウム、銅、
鋼、Ｎｉｃｈｒｏｍｅ　（Ｄｒｉｖｅｒ−Ｈａｒｒｉｓ
社の米国登録開襟）、マグナリウム等の如き金属及び金
属合金、Ｍｅｔｇｌａｓ　（Ａ１１ｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　社の商品名）シリーズの如きガラス状金属、あ
らゆる種類の七ラミック及びガラス、サーメッ）Ｙ含む
複合材料、並びにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
エチレン−プロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ
ブチレン・テレフタラート、ポリアミド等の如き多数の
合成樹脂より成る棟々の基板が用いられ得る。通常の工
業相アルミニウムは、比較的低コストであり、容易に人
手可能であり、梱々の構造に成形され易いので、本発明
に於けるポリイミド被膜のための基板として働き得る特
に好ましい型の金属である。カーボン・ブラックで充填
されたポリブチレン・テレフタラートは、本発明による
放射エネルギ収集装置を形成するだめの１つの好ましい
４ｉ脂であり、平行な配列体状の管のパネルの形で一般
に入手され得る。基板は、その型の如イａＪに拘らず、
多くの形状に形成され得る。

即ち、基板は、周知の製造技術を用いて、より一般的で
ある平坦なパネル状及び管状の構造の他に、例えば円形
、放物面状等の所望の橿７の曲線ケとり得る。

一般的には、水が放射エネルギ収集装置の作動流体とし
て用いられるが、例えは、エチレン・グリコール、エチ
レン・グリコール水溶液、及び放射エネルギ収集装置の
動作温度に於て液状である・・ログン化炭化水素の如き
、他の流体も用いられ得る。基板を、被覆するために用
いられ得る適当なポリイミドは、例えは、各々Ｄｕｐｏ
ｎｔ社製のＶｅｓｐｅｌ　（ＩＩＪ品名）及びＰｙｒａ
ｌｉｎｅシリーズの樹脂として、一般に入手され得る。

芳香族のポリイミドが好ましく、それらは、典型的には
、環化な防ぎそしてポリ（アミン酸）溶液を形成するた
めに５０℃以下で、ジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリ
ドン、メタクレゾール及び同種のものの如き襖性溶媒中
で、芳香族のジアンヒドリドを芳香族のジアミンと反応
させることによって形成される。ポリ（アミン酸）溶液
の加熱は、上記溶媒を蒸発させ、イミド化を生じて、ポ
リイミド樹脂を形成する。これらの反応、即ちポリ（ア
ミン酸）の形成及びその後のイミド化は、１つの好まし
い芳香族ポリイミド、即ち次式により表わされる叩きピ
ロメリト酸ジアンヒドリドと４，４′−ジャミノジフェ
ニル・エーテルとの反応に基づく１つ−の芳香族ポリイ
ミドに関して説明され得る。

−上記反応及びその結果得られたポリイミドは単に例と
してボされたものであることを埋屏されたい。本発明の
実施に於て有用である、他のプレ成過程及び共ポリイミ
ドを含む他のポリイミドにってては、Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌ
ｅｙ　＆　５ｏｎｓ社発行のＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ
　ｏｆ　　Ｐｏｌｙｍｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１１巻、第２４７頁乃至第２７
２頁（１９６９年少及びＫ　ｉ　ｒｋ−Ｏｔｈｍｅ　ｒ
によるＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　　ｏｆ　　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＴｅｃ’ｈｎｏｌＯｇ、Ｙ＋　第３版、第１８
巻、第７０４頁乃至第７１９頁（１９８２年）に記載さ
れている。

又、特に太陽の放射である放射エネルギに対する吸収率
を史に増加させそして／又は輻射率を史に低下させるた
めに、微細に粉砕された、例えは金属の妬き、桐料をポ
リイミド中に加えることも、本発明の範囲内に包含され
ている。従って、例えは、ｒｒｒ＝ｔｐ銀の如き金属塩
が、ポリ（アミン酸）の対応する塩を形成するために、
ポリ（アミン酸ン浴液に／Ｊ１」えられ得る。ポリ（ア
ミン酸塩）のイミド化は、均一に分散された金属の微粒
子を含むボリイミドを形成する。この技術については、
米国特許第３０７３７８５号のりＪｎＩＩＩ書に於て、
史に詳細に記載されている。

ポリイミドは、静止されている又は迅速に回転されてい
る選択された基板上に噴霧することにより、その前、眺
物質であるポリ（アミン酸）の溶媒浴液の形で付層され
、それから前述の Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　　Ｐｏｌｙｍｅｒ　
５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　に記
載されている如き熱的又は化学的手段を用いてポリ（ア
ミン酸）がポリイミドに変換されることが好ましい。ポ
リイミド被膜の厚さは広範囲に亘り得るが、一般的には
約５０００乃至約５０００００人、好ましくは約１００
００乃至約１０００００人の範囲に亘る。ポリイミド被
膜は、−針“のテンＩ・ライト状突起の平均晶さが約２
１１Ｏ乃至約１００００人、好ましくは約１０００乃至
約４０００人の範囲に亘り、針相臣間の中心間平均距離
が約３００乃至約１［ｌｏｏｏ人、好ましくは約１００
０乃至約３０００人の範囲である、テンドライト状表面
を設けるために、当技術分野で知られている方法によっ
て粗面化され得る。上記針相互間の中心間平均距離の範
囲は、約１．０ｘ１０１１乃至約１．　ＯＸ　１０８／
　Ｃｍ２の広い範囲、好ましくは約１．０Ｘ１０１０乃
至約１．　ＯＸ　１０９／Ｃｍ”の範囲に於ける適当な
針の密度に相当する。

本発明に於て用いられる好ましい粗面化技術は、前述の
米国特許第４２−２９２３３号の明細１に記載されてい
る、プラズマ食刻及び反応性イオン食刻方法である。プ
ラズマ食刻は、この場合にはポリイミドである、食刻さ
れるべき材料の表面と、塩素、四塩化炭素、四弗化炭素
、及び同様な含ハロゲン炭素化合物を基材とするガスの
如き他の反応性ガスを有する又は有していない、放電に
於て生じた、この場合には酸素である、ガス種との化学
的結合を含む。反応性イオン食刻が好ましく、それは、
ポリイミドの表面な物理的スパッタリング及びガス種と
の化学的反応の両方に対してさらす。上記処理を施すた
めに、２極管、６４＠管又はマグネトロン構造の反応室
が用いられ得る。その結果得られた粗面化された表面を
有するポリイミドは、肉眼には黒色のビロード状に見え
る。

本発明による適当に粗１１１］化された表ｕｉ］を有す
るポリイミドで被覆された基板を設けるプラズマ食刻及
び反応性イオン食刻の両方のだめの動作条件は、当業者
により容易にそして簡便に選択され得る。本発明に於て
巨好な結果を与えるその様な条件については、前述の米
国特許第４２２９２３３号の明ＩＩＱ１．ｌ　＊に、詳
細に開示されている。

本発明は、太陽放射のスペクトルの紫外線及び可視光線
の部分、ｆｊｌち各々約２０００乃至約　４０００λ及
び約４０００乃至約７０００人の波長、の吸収に関連し
て用いられるために特に適しているが、本発明は又、太
陽以外の源により放出された上記範囲の放射の波長を吸
収するためにも用いられ得ることを理解されたい。史に
、ポリイミド層の粗面化が行われる条件な適切に調節す
ることによって、紫外線鎖酸以下（その実際的な下限は
大気中の吸収の度合によって設定される。）又は可視光
ＫＭ領域以上の放射エネルギの波長も、本発明の放射エ
ネルギ収集装置により吸収され得る様な吸収特性を有す
るポリイミド層が得られる。例えば、吸収が望まれる放
射エネルギの波長が増大するとともに、ポリイミド層に
形成された針状の突起の平均胃さ及びそれらの中上・間
平均距離が近似的に比例する距離だけ増加すべきである
。これは、食刻室に於けるガス圧、電圧及び時間を適切
に調節することにより達成され、成る所与の粗面化のた
めの最適なレベルは従来の過程を用いた通常のテストに
よって設定され得る。

次に、太陽エネルギ収集装置の形成に本発明を用いた場
合実施の例を示す。

実施例 Ａ、基板の被覆 １００ｍ２及び厚さ０．１０Ｃｍの正方形のアルミニウ
ム・グレートが、無水ピロメリト酸及び４゜４′−ジア
ミノジフェニル・エーテルから誘導されたポリ（アミン
酸）の３０乃至３５３［量％Ｎ−メチルピロリドン浴液
で、略１ｏｏｏｏＡ　の平均厚さく乾燥時）に被覆され
る。上記Ｎ−メチルピロリドンが蒸発された後、上記ポ
リ（アミン酸）で被覆された基板が２５０℃に加熱され
、約３時間の闇路上記温度に保たれて、上記ポリ（アミ
ン酸）が対応するポリイミドに変俣される。

Ｂ、粗面化 前述の米国特許第４２２９２３３号の明細書に記載され
た如き平坦な２極管型反応室が約８０ミリトルの圧力に
排気されて、反応性酸紫の源として周囲空気が約１０５
　ｃｃ／分で上記反応室中に導入される。上記のポリイ
ミドで被覆されたアルミニウム・グレートを支持する電
換が約８００ボルトで１０分間付勢される。上記装置に
通気した後に、粗面化されたポリイミドで被覆されたア
ルミニウム・グレートが上記反応室から取出され、走肴
電子顕微唯で恢食される。ポリイミド被膜の界面は、略
２０００人の平均高さ及び略７０００人の中心間平均距
離を有する針状突起を含むことが観察される。その粗面
化された表面は、光の入射角が収集装置の平面に直角で
あるとぎ、可視光線の９５係以上ケ吸収し、そして２ミ
クロンの波長に於ける輻射率は０８以下である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 放射エネルギに対して露出される表面の少（と。 も一部がポリイミドの被膜で被覆された基板より成り、
   上記被膜の表面は該被膜で被覆された基板が上記放射エ
   ネルギに対して高吸収率及び低輻射率を有する様に粗面
   化されており、上記放射エネルギに対して露出される表
   面と反対側の上記基板の表面は作動流体と接触している
   、放射エネルギ収集装置。