JPS5956661A

JPS5956661A - 太陽熱コレクタ−の製造方法

Info

Publication number: JPS5956661A
Application number: JP57166573A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nakano; 博隆中野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1984-04-02
Also published as: JPS6347985B2

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】（発明の技術分野）本発明は、太陽熱コレクタに係り、特にその選択吸収膜
の製造方法に関するものである。

（発明の技術的背景及びその問題点）太陽熱コレクターは、例えば温水器、冷暖房システム、
太陽熱発電システム等に使用される。その構造は、例え
ば第１図及びその断面図である第２図に示す如くである
。即ち、太陽光（１）を集光するように、放物面鏡（２
）が設けられており、大気圧よりも圧力の低い状態すな
わち真空（５）で隔てられた、二重管構造となっている
。第１のガラス管（３）には、選択透過膜（４）が真空
（５）側に形成されているが、これは省略される場合が
有る。前記第１のガラス着（３）の内部には、真空（５
）で断熱され選択吸収膜（６）で表面処理された、第２
のガラス管または金属管（７）が具備されている。前記
第２のガラス管または金属管（７）の中には、内部に熱
媒体が流れる熱媒管（８）が具備されている。

第３図の「太陽光の放射」に示すような、放射エネルギ
ー強度スペクトルを持つ太陽光（１）は、放物面鏡（２
）で集光され、第１のガラス管（３）に入射し、真空（
５）を通過して、選択吸収膜（６）を具備した第２のガ
ラス管または金属管（７）に至る。太陽光（１）は、こ
ごで熱エネルギーに変換され、熱媒管（８）中を循環し
ている熱媒体に集められる。しかし、熱媒体の温度が２
００℃乃至３００℃となるため、第３図に示される「発
熱による放射」の如く、熱線が放射される。その熱線は
、第１のガラス管（１）を通して外部に逃げる。それ故
、選択吸収膜に要求される特性は、「太陽光の放射」に
示される波長範囲の光を良く吸収し、「発熱による放射
」の波長範囲の光を良く反射させるというものである。

従来提案されている選択吸収膜は、その膜構成から分類
すると、次のようになる。

（ｉ）金属基板上の半導体層。例えばＳｉ／Ｍｏ。これ
は、半導体層の、バンド間遷移による光吸収を用いる方
法である。

（ｉｉ）金属基板上の反射防止膜層。例えばＳＳｉＯ２
／Ａｌ、〔Ａｌ２Ｏ３／Ｍｏ〕ｎ等。

（ｉｉｉ）テクスチャー・・エツチングにより、金属表
面に凹凸を設けたもの、あるいは金属ウィスカー。

例えばＷウィスカー。

また、その製造方法から分類するど、次の如くである。

（ａ）真空蒸着法、スパッタリング法、あるいはＣＶＤ
法等による薄膜形成。

（ｂ）金属を、大気中で熱処理することにより、表面に
酸化膜を形成する熱酸化法。例えばＦｅ３Ｏ４／鋼。

（ｃ）金属表面を化学的に処理することにより、薄膜を
形成する、あるいはテクスチャー・エツチングする化学
的処理法。例えは硫化アンモニア溶液中で、銅を処理す
ることにより得られるＣｕ２Ｓ／Ｃｕ。

あるいは、ＮａＯＨとＮａＣｌＯ２混合液により得られ
る銅表面のデンドライト構造。

（ｄ）電気メッキ法。例えば、金属基板上に、ニッケル
を電気メッキ法により形成し、続いて二層のブラック・
ニッケルの層を電気メッキ法により形成する方法。即ち
、ＮｉＳ／ＺｎＳ／Ｎｉ／金属の構造。

他の例は、金属基板上に、ニッケルを電気メツキ法によ
り形成し、続いてブラック・クロムの層を電気メッキ法
により形成する方法。即ち、ＣｒｘＯｙ／Ｎｉ／金属の
構造。ここで金属は、鋼、銅等である。

（ｅ）ペイント法。例えば硫化鉛顔料を含有したシリコ
ーン・ペイントを塗布する方法。

しかし、上述の従来の選択吸収膜の製造方法には、下記
に述べる欠点が有った。即ち、（ａ）の方法では、真空
蒸着装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の高価な
設備を必要とする。

また太陽熱コレクター用選択吸収膜の製造に際しては、
大面積の円筒状基板上に薄膜を形成しなければならず、
その製造インデックスを大きく取ることは不可能であり
、コスト高となる。また、上述の装置を用いて大面積の
円筒状の基板上に均一に薄膜を形成することは容易でな
い。

即ち、円筒状基板を回転させて蒸着しても長手方向の中
央部付近と周辺部付近では蒸発源に近い中央部で厚く形
成され、周辺部では薄くなる。

（ｂ）の方法では、熱処理により酸化被膜の膜厚を制御
することは容易でない。また形成される酸化膜の安定性
も、鉄酸化物の場合は良くない。（ｃ）乃至（ｅ）の方
法では、コストは低下するが、（ｃ）の方法では、大面
積の表面上に均一に化学処理することは容易でない。特
に金属基板上にテクスチャー・エツチングを施すことは
、その結晶方位によりエッチング速度が異なるため、均
一の凹凸処理を施すことは容易でない。また（ｄ）では
メツキ法に電気をエネルギー源として用いるため、発電
機等を必要とする。また、（ｅ）ではペイント材料に通
常赤外で吸収があり、選択吸収膜として用いる場合、赤
外領域の反射率が低下する。

以上の如く、表面積が大面積の円筒状ガラス乃至金属基
板上に、低コストで、耐熱性のある選択吸収膜を再現性
良く設けることは、従来技術ではなかなｋ困難であった
。

（発明の目的）本発明は、上述の従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、低コストでしかも耐熱性があり再現性の良い選択吸収
膜を有する太陽熱コレクターの製造方法を提供すること
を目的とする。

（発明の概要）すなわち本発明は内部が真空であって外部から太陽光が
入射する第１のガラス管と、この第１のガラス管の内側
に設けら表面に選択的収膜を具備する第２のガラス管ま
たは、金属管とを有し、前記選択的吸収膜が前記第２の
ガラス管または金属管に接する金属膜とこの金属膜上に
被着される誘電体薄膜とで構成される太陽熱コレクター
の製造方法に於て、前記金属膜がニッケル、コバルト、
銀または銅のうちから選ばれた一種類の無電解メッキ法
により形成され、少なくとも前記銹電体薄膜が、二酸化
チタン、五酸化タンタル、または五酸化ニオブのうちか
ら選ばれた一種類あるいはそれらの混合物の溶液からの
塗布法により塗膜した後、酸化性雰囲気中で５００℃以
上の熱処理を施すことにより形成されることを特徴とす
る太陽熱コレクターの製造方法である。

（発明の実施例）以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

無電解メッキ法により形成可能な金属膜としては、ニッ
ケル、銀、銅、コバルト等があるが、本実施例では、ニ
ッケルの場合を例に取り詳述する。

前記金属膜上に形成する誘電体薄膜としては、高屈折率
物質が望ましい。溶液からの塗布法により形成可能な高
屈折率誘電体薄膜としては、二酸化チタン、五酸化タン
タル、五酸化ニオブが有り、これら三種類の物質の屈折
率は殆ど等しく、その値は約２．２である。それ故、三
種類のうちから選ばれた混合誘電体膜でも良い。以下、
本実施例では、誘電体薄膜として、二酸化チタンを用い
た場合につき詳述する。また二重管の内側の管は、ガラ
ス管の場合を例に取り詳述する。

本実施例による太陽熱コレクター用選択吸収膜の製造方
法の流れ図を第４図に示す。これに従い、本実施例を詳
述する。先ず、一端が封止されたガラス管（７）を、ア
ルカリ脱脂処理等のため洗浄を行なう。次に感受性賦与
液（センシタイザ−）に、常温にて約３分間浸漬する。

センシタイザ−としては、例えは次に示す組成の溶液を
用いた。

塩化第二スズ（ＳｎＣｌ２・２Ｈ２Ｏ）……２ｇ塩酸（
ＨＣｌ）　　　　　　　　　　　……０，５ｍｌ純水（
Ｈ２Ｏ）　　　　　　　　　　　……１ｌ次に純水で水
洗した後、約４０℃の活性化処理液（アクチベイター）
に約３０秒間浸漬する。アクチベイターとしては、例え
ば次に示す組成の溶液を用いた。

塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）……０．２５ｇ塩酸（Ｈ
Ｃｌ）　　　　　　　……２．５ｍｌ純水（Ｈ２Ｏ）　
　　　　　　……１ｌ次に純水で水洗した後、約５５℃
に加熱された無電解ニッケル・メッキ用溶液に約５分間
浸漬する。

無電解ニッケル・メッキ用溶液の組成としては、次の如
くである。

塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）　　　　　……４５ｇ次亜
リン酸ナトリウム（ＮａＰＨ２Ｏ・Ｈ２Ｏ）…１１ｇク
エン酸ナトリウム（Ｃ３Ｈ（ＯＨ）（Ｃｏ２Ｎａ）３・
Ｈ２Ｏ）……１００ｇ塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）　　　……５０ｇ純水
（Ｈ２Ｏ）　　　　　　　　　　　……１ｌこの液体の
Ｐ　は８．５〜９．０である。尚、メッキ液のＰＨは、
アンモニア水で制御する。

以上の工程により、前記ガラス管（７）の外面に、膜厚
が約１μのニッケルの薄膜が形成される。次に約６０℃
の湯にて洗浄後、乾燥する。次にニッケルの薄膜が形成
されたガラス管（１１）のニッケル膜上に、酸化チタン
の薄膜をデイップング法により形成する。第５図に、デ
ィッピング法の概念図を示す。二酸化チタンの薄膜形成
用溶液（１２）としては、溶質として、チタン・イソ・
プロコギシド〔Ｔｉ−ｉ−（ＯＣ３Ｈ７）４〕を３．４
％含み、溶媒としてエタノールと酢酸エチル（エタノー
ルと酢酸エチルの比は９：１）から成るものである。必
要とされるニ酸化チタンの膜厚は、約６００Åであり、
この膜厚は溶液からの引上速度によって制御される。第
６図に、５００℃大気中熱処理後の膜厚と、引上速度の
関係を示す。これより５．０ｍｍ／ｓｅｃの引上速度で
引上げれば良いことがわかる。ディッピングによりニ酸
化チタンの薄膜を形成した後、上述の如く、熱処理を施
す。条件は、酸化性雰囲気中例えば大気中で５００℃、
２０分である。このディッピング法によれば円筒状管の
長手方向での膜厚変動は生ぜず一定である。

即ち蒸着法等の場合に比較し均一で全域に亘って極めて
優れた特性を有する選択吸収膜となる。以上の方法で形
成した、空気（真空）｜ＴｉＯ２｜Ｎｉ｜ガラス基板の
構成の分光反射率の測定結果を、第７図に示す。ここで
分光反射率測定は、２．５μを境界として、２種類の分
光器により測定を行なった。

第７図より計算で得られる太陽光の吸収率αはα＝０．
８９であり、黒体放射エネルギーに対する放射率εは、
ε＝０．０８であった。第７図の分光反射率、並びにα
、εの値は、選択吸収膜として充分な特性である。

上述の選択吸収膜（６）が形成された第２のガラス管（
７）を、太陽熱コレクターとするには、第１のガラス管
（３）と、真空排気・封着の工程を経、放物面鏡（２）
を設置すれば良い。

以上、本実施例に於て、第２のガラス管（７）を用いた
場合につき詳述したが、ガラス管（７）の代りにステン
レス・パイプあるいは銅パイプのような金属管（７）を
用いても良いのはもちろんのことである。

金属管（７）の場合には、無電解メッキ法に代り、電気
メッキ法により金属膜を形成しても、本発明が適用出来
るのはもちろんである。即ち、電気メツキ後、塗布法に
より誘電体薄膜を形成する方法である。また、本実施例
では、ガラス管（７）上に、無電解メッキ法により金属
膜を形成する場合につき詳述したが、ガラス管（７）上
に、無電解メッキ法により薄く、金属膜を形成した後、
引き続き電気メツキ法により金属膜を厚く形成しても良
い。赤外での反射率を高くするに必要な金属膜の膜厚と
して、本実施例では約１μの場合につき述べたが、約１
０００Å以上の場合には、同様の効果がある。

また本発明による選択吸収膜は、酸化性雰囲気、例えば
大気中５００℃以上の熱処理を施しているため、膜の耐
熱性が極めて良く、経時変化による特性の変動を受ける
ことが殆どない。即ち、塗布膜の無電解メツキ膜との付
着力のみならず、無電解メッキ膜のガラス基板との付着
力が強固になる。

その結果信頼性が極めて良いものである。

また本実施例における誘電体薄膜の膜厚は、約６００Å
の場合につき、詳述したが、誘電体薄膜の膜厚の範囲が
４５０Å乃至９００Åの範囲にあれば、撰択吸収膜の分
光反射率特性、また光学特性に大きな変化はなく、同様
に効果がある。

また、本実施例の誘電体薄膜形成の場合溶液からの塗布
法として、ディッピング法を用いた場合につき詳述した
が、他の塗布法として、例えばスプレー法等を用いて形
成しても良いのはもちろんである。

また、本実施例では、無電解メッキ可能な金属膜として
、ニッケルの場合を例に取り詳述したが、他の無電解メ
ッキ可能な金属として、銀、銅、コバルト等がある。赤
外での反射率はこの順に高いが、それらを用いた本発明
による選択吸収膜の光学特性には、大きな差異はなく、
充分満足するものである。

以上、本発明による太陽熱コレクターは、無電解メッキ
法による金属膜の形成しているので、大面積の円筒状ガ
ラス及び金属基板上に、極めて低コストに、しかも均一
に、再現性良く製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】第１図及び第２図は、それぞれ太陽熱コレクターの見取
り図及び断面図、第３図は太陽光並びにコレクタからの
発熱による放射エネルギー強度スペクトルを示す図、第
４図は本発明による太陽熱コレクターの製造方法の流れ
を説明する図、第５図はディッピング法の概念図、第６
図は二酸化チタン薄膜の膜厚と引上速度の関係を示す図
、第７図は本発明による太陽熱コレクター用選択吸収膜
の分光反射率特性図である。１…太陽光　　　　　　２…放物面鏡３…ガラス管　　　　　４…選択透過膜５…真空　　　
　　　　６…選択吸収膜７…ガラス管または金属管８…熱媒管代理人　弁Ｊ！）４士則近７）’１’７佑（ほか１名ｖＩ４１図　　　第２図）蛸３図法衣（μ帆）第４図第５図牛第　６　因引上”ＬＬｘｘ１５．。第　　７　図 ≧ 、ψ ジ皮長　（〃ｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部が真空であって外部から太陽光が入射する第
１のガラス管と、この第１のがラス管の内側に設けられ
表面に選択吸収膜を具備する第２のガラス管または金属
管とを有し、前記選択吸収膜が前記第２のガラス管また
は金属管に接する金属膜とこの金属膜上に被着される誘
電体薄膜とで構成される太陽熱コレクターの製造方法に
於て、前記金属膜がニッケル、コバルト、銀または銅の
うちから選ばれた一種類の無電解メッキ法により形成さ
れ、前記誘電体薄膜が、二酸化チタン、五酸化タンタル
、または五酸化ニオブのうらから選ばれた一種類あるい
はそれらの混合物の溶液からの塗布法により塗膜した後
、酸化性雰囲気中で５００℃以上の熱処理を施すことに
より形成されることを特徴とする太陽熱コレクターの製
造方法。
（２）前記誘電体薄膜の膜厚が、４５０Å乃至９００Å
の範囲にあり、前記金属膜の膜厚が１０００Å以上であ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の太陽
熱コレクターの製造方法。
（３）前記溶液からの塗布法が、ディッピング法である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２頂記載
の太陽熱コレクターの製造方法。