JPS5989956A - 太陽選択表面被覆、太陽エネルギ収集器の吸収体、及び収集器素子 - Google Patents

太陽選択表面被覆、太陽エネルギ収集器の吸収体、及び収集器素子

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JPS5989956A
JPS5989956A JP58189145A JP18914583A JPS5989956A JP S5989956 A JPS5989956 A JP S5989956A JP 58189145 A JP58189145 A JP 58189145A JP 18914583 A JP18914583 A JP 18914583A JP S5989956 A JPS5989956 A JP S5989956A
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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】 発明の分野 この発明は、太陽収集器に使用される吸収器表面のため
の太陽選択表面被覆に関し、特に赤外線のエミツタンス
を減するために、屈折率の不整合な層を含んだ太陽選択
表面被覆に向けられている。
発明の背景 当該技術分野で既知の太陽選択表面被覆は普通、太陽エ
ネルギのスペクトル範囲で太いに吸収するが赤外線放射
に対しては透過する材料の外部層を備えている。熱損失
を減少する利益において外部層は、高い反射係数を提供
しそれ散歩外線スペクトル内では低い放射率を提供する
材料の内部層の上に沈積される。このような代表的な選
択表面被覆が米国特許第り３３１４＃ｌＩ号明細書に開
示されており、その表面被層は、金属炭化物の太陽エネ
ルギ吸収性の外部層と、銅の赤外線反射性ベース被覆と
を備えている０金属炭化物吸収性層は、外部表面近辺で
高い金属対炭化物比を有し、かつ吸収性表面と反射性ペ
ース被覆トの間のインターフェース付近で高い炭化物対
金篇比を有するように段階付けられている。
従来の選択表面被覆に固有の問題は、全表面被覆の放射
率が反射性ベース層だけの放射率よりもはるかに高いと
いうことである。この主な理由の１つは、もし重ねられ
た媒体の光学定数が自由空間のものとは相違しているな
らば金属の放射率が増加するということであり、これは
普通吸収性表面被覆に対して使用される材料を持った場
合である。このような材料がもし半導体材料であるなら
ば、自由空間のものより大きい一倍からｌθ倍程度の屈
折率を有し得て、それ故、金属−半導体インターフェー
スを横切る赤外線放射の結付は、全島−空気インターフ
ェースのものよりもはるかに大きい０ 発明の要約 この発明は、少なくとも次の３つの層を備えた太陽選択
表面被色を提供することによって上述の問題を軽減する
ことを追求している。
−高い反射係数を有し、それ散歩外綜スペ〃トル範囲で
は低い放射率を有する材料からなる内部層、 一太丙エネルギのスペクトル範囲でエネルギを吸収し、
赤外線放射に対しては実質的に透過する材料からなる外
部層、 一赤外線放射に対して実質的に透過する材料からなる中
間層。
内部、外部および中間層の材料はそれぞれ複合の屈折率
（ｎｌ−１ｋ、　）、（ｎ２−ｉｋ２）および（ｎ、−
１ｋ３）を有し、それら材料は、赤外醇スペクトル範囲
の少なくとも主部分にわたり、正常に起りがちな放射に
対して以下の関係を満足するよう選ばれている： 上述のように決められた表面被国の構造をもって、内部
層と中間層の間の屈折率の不整合は、（中間層がない場
合の）内部層と外部層の間のものよりも大きく、それ故
より少ない赤外線放射が内部層の外に結合される。別の
言い方をすれば１．２層型の太陽選択表面被覆のインタ
ーフェースで得られるよりも高い赤外線リフレクタンス
の値が、内部および中間層のインターフェースで得られ
る。
発明の好ましい特徴 中間層は、赤外線放射に対して高い透過性を有しくすな
わち略々０に等しいに、を有し）かつ約４４以下の本当
の屈折率ｎ３を有する絶縁材料から構成されるのが好ま
しい。このような最適γＳ材料は、マグネシウム・フッ
化物、マグネシウム酸化物、チタニウム酢化物、アルミ
ニウム酸化物、シリカ、石英、および炭素を含む。
外部層は、収集器の動作温度で半導体として動作する材
料から構成されるのが好ましい。このような材料は単結
晶状、多結晶状、または非結晶構造のものであって良く
、そして例えば、ゲルマニウム、ケルマニウムーシリコ
ンノ合金）シリコン炭化物、鉛硫化物、ホウ素を備えて
いて良く、才た比較的低い温度の収集器システムで使用
される表面被覆の場合には、テルリウム化合物を備えて
いても良い。その材料は、別にサーメットの形態にあっ
ても良く、このような場合にはサーメットの誘電もしく
は絶縁マトリックーーコ形成する材料は、表面被覆の中
間層を形成する絶縁もしくは誘電材料と同じであっても
、異っていても良い。
また外部層は、太陽輻射に対する屈折率がその居の深さ
の増加と共に増加するように、そして最大の（実際のお
よび空想上の）屈折率（ｎ２およびに２　）が中間層と
のインターフェース近辺で生ずるように、幾何学的にま
たはその組成によるかのいずれかで段階付けられている
のが好ましい。幾何学的段階付け（ｇθｏｍｅｔｒｉｃ
ａ１１、Ｓ　ｒａａ　ｉ　ｎｇ）ずなわち組織法（ｔｅ
ＸｔｕｒｉＸｌｇ）は、表面被覆の外部層を化学的にエ
ツチングすることによって達成され得る。
さらに外部層はいくつかの二次層によって構成され、そ
して太陽輻射に対する破壊的な妨害を提供するために妨
害層を含んでいて良い。同様に中間層はいくつかの二次
層を含んでいて良いが、予備調肴は、このような構造か
らはどんな利益も得られないということを示す傾向にあ
った０しかしながら注意すべき点は、二次層の可能性を
許して、全表面構造は実際３つ以上の層を含み得るとい
うことである。
内部層は、赤外線輻射に対して高いリフレクタンスを示
す鋸、アルミニウム、モリブデン、銀または金のような
金属を備えているのが好ましく、このような金属層は銅
で構成されるとき、通常は少なくとも０．１０Ｘ１０’
ｍの厚さまで沈積されるであろう。
中間層は、０．／　！；　Ｘ　／　Ｏ−’ｍの最小厚さ
に沈積されるのが好ましく、外部層は普通は、θ、ｊ　
Ｘ　／　０＝ｍから！；、Ｑ　Ｘ　／θ−６ｍ程度の厚
さを有する太陽エネルギ吸収性層を・作るように沈積さ
れるであろう。
成る与えられた皺仮に使用される、内部、中間、および
外部層の材料は、望ましくは、層間でのインターフェー
スにおける異った極軸の危険性を最小とするように、略
々等しい温度膨張係数を有しているべきである。
発明の適用 太陽選択表面被覆は平らな板状収集器の表面に適用され
得る。しかしながら表面被覆は普通管状の収集器素子に
適用されるのが好ましく、その管状の収集器素子は、そ
れを通して熱交換媒体が流される内側管（単一または双
方の終端）と、このＶ′３側管および双方の管の間の排
気空間を囲む外側のガラス管とを有する。管状の収集器
素子の場合は、表面被覆は内側管の外部表面上に沈積さ
れるであろう。
内０１ｌｌ管は収集器システムの意図された動作温度に
よって、ガラスまたは金属で形成されて良い。通常は約
３００℃までの動作温度に対してはガラスが、３θθ℃
を超える温度に対しては金属が使用される。
金属管が使用される場合は、管それ自体が表面被覆の内
部層であって良く、このような場合には中間層は金属管
の外部表面上に直接沈積される。しかしながら通常はス
テンレス鋼またはチタニウムの管が使用され、このよう
な全屈の比較的高い赤外線エミツタンスのために九通常
ハ低いエミツタンスの金属層が管上に被費されて内部層
を形成するだろう。
収集器の管の上に表面被覆のそれぞれの層を沈積するた
めに種々の技術が使用され得る。例えば、電子ビーム、
マグネトロン・スパッタリング、ｒ、ｆ、スパッタリン
グ、また適当ならは゛反作用スパッタリング（ｒｅａｃ
ｔｉｖｅ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　）の沈積技術がすべ
ての層に対して使用され得る。
別に内部層を電気メッキ、ディップ成形（ｄｉｐｐｉｎ
ｇ）、または蒸着（ｖａｐｏｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）技術によって適用もしくは付着して良く、他方、中
間層はディップ成形によって、また外部層は化学蒸着（
ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｕｒ　ｄｅｐｏｏｉｔｉｏ
ｎ　）によって適用もしくは付着され得る。使用される
技術は、それぞれの層に使用される材料、および収集器
管自体が形成される材料に依存する。
この発明は、３つの層の太陽選択表面被覆が適用もしく
は付着される管状の収集器素子の好ましい実施例を示す
以下の説明から充分に理解されるであろう。
実施例 第７図に示されるように管状の収集器素子１０は、内側
の（単一終端された）ガラス管／ｌと外側のガラス管／
コとを備えている。外側のガラス管は、内側のガラス管
の外側表面が外側のガラス管で囲われるようにして内側
のガラスの開口端と結合（すなわち溶接）されており、
２つの管の間の空間／３は連続的に排気されている。
第１図に一点鎖線ｌｌｌで示されている太陽選択表面被
覆が、２つの管の端結合に先立って内側ガラス管の外側
表面に沈積される。表面被覆ｌグは３つの別個の眉とし
て沈積され、第一図に示すように次の層からなる： （ａ）　　スパッタリング方法で約ｏ、１ｏｘｉｏ’ｍ
の厚さｔｌに沈積された銅の内部層／５１ （１））　　反作用的スパッタリング（ａ　ｒｅａｃｔ
ｉＶｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　）方法で１．２．ＯＸ　
／θ−６ｍの厚さｔ２に沈積された半導体材料の外部層
／乙、 （Ｃ）　　内部層の上に０．Ｓ　Ｘ　／　０−’ｍの厚
さｔ、まで反作用的にスパッタリングされた絶縁もし′
くは誘電材料の誘電層／７゜ それぞれの層材料は複合の屈折率を有する：Ｎ１＝Ｊ　
　ｉＪ　　′Ｊ′ＡＦ５　／　！；に対して、Ｎ２＝　
ｎ、　−ｉｋ２　　半導体層／６に対して、Ｎ３＝　ｎ
、　−ｉｋ３　　中間の絶縁材料層１７に対して。
そして材料は、赤外線スペクトル範囲の少なくとも主部
分にわたって、正常に起りがちな放射に対しては以下の
関係を満足するように選ばれる０ 適した半導体および絶縁材料はそれぞれシリコン−ゲル
マニウム合金およびマグネシウムフッ化物である。
第３図は、異った動作温度に対して、第２図の被覆内の
絶縁中間層１７の厚さに向う赤外線放射の半球形エミツ
タンスεＨ（ｈθｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｅｍｉｔｔａ
ｎｃθεＨ）をプロットした分析的に引き出された一群
の曲線（ＡからＤまで）を示している。第３図の曲線Ａ
およびＢは、３θＯ℃の動作温度下の被覆のエミツタン
スに関し、曲線ＢおよびＣは、７００℃の動作温度下の
被覆のエミツタンスに関する。曲線ＡおよびＣは、比較
的高い屈折率（ｎ２＝６）を有する半導体材料に適用可
能であり、曲ｉＷＢおよびＤは比較的低い屈折率（ｎ２
＝Ｊ）を有する半導体材料に適用可能である。
絶縁層１７を含ませると被覆のエミツタンスを減少させ
るのに太いに貢献し、これら長所は、絶縁層を少なくと
も０，２り×１０−６ｍの厚さに沈積することから引き
出されるということが第３図の曲線から解る。特に有効
な結果は、絶縁層をＯ０夕×ｌθ−６ｍから／、夕×Ｉ
（ｆ６ｍ程度の厚さｔ３に沈積することから得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例によるガラス収集器素子を
示す立面断面図、第２図は収集器素子に塗付される表面
被層の部分を拡大して示す断面図、第３図は、表面被覆
の中間層の厚さに対して、表面被覆の計算された（赤外
線）エミツタンスをプロットした一群の曲線を示す図で
ある。図において、１０は収集器素子、／／は内側のガ
ラス管、／、２は外側のガラス管、１３は空間、ｌｌＩ
は表面被覆、／りは銅の内部層、１６は半導体材料の外
部層、／４は絶縁材料の中間層である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　内部層、外部層および中間層を含んだ少なく
    とも３つの層を備え、前記内部層は赤外線スペクトル範
    囲内範囲反射係数を有する材料からなり、前記外部層は
    、太陽エネルギ・スペクトル範囲内のエネルギを吸収す
    ると共に赤外線放射に対して実質的に透明である材料か
    らなり、そして前記中間層は赤外幻放射に対して実質的
    に透明である材料からなり、前記内部、外部および中間
    層の材料はそれぞれ複合の屈折率（ｎ、　−ｉｋ、　）
    、（ｎ２−１ｋ２）および（ｎ３−１ｋ３）を有し、こ
    れら材料は、赤外線スペクトル範囲の少なくとも主部分
    にわたり正常に起りがちな放射に対して の関係を満足するように選ばれる太陽選択表面被覆。 （２）　　前記内部層は、銅、アルミニウム、モリブデ
    ン、銀および金の群から選ばれた金叔からなり、前記外
    部層は半樽体材料からなり、そして前記中間層は絶縁材
    料−からなる特許請求の範囲第１項記載の太陽選択表面
    被覆。 （３）　　内部層、外部層および中間層を含んだ少なく
    とも３つの重ねられた層を備えた太陽選択表面被覆を有
    し、前記内部層は赤外線スペクトル範囲で高い反射係数
    を有する材料からなり、前記外部層は、太陽エネルギ・
    スペクトル範囲内のエネルギを吸収すると共に赤外線放
    射に対して実質的に透明である材料からなり、そして前
    記中間層は赤外線放射に対して実質的に透明である材料
    からなり、前記内部、外部および中間層の材料はそれぞ
    れ複合の屈折率（ｎｌ−ｉｋ、　’７、（ｎ２−１ｋ２
    ）および（ｎ３−１ｋ３）を有し、これら材料は、赤外
    線スペクトル範囲の少なくとも主部分にわたり正電に起
    りがちな放射に対して の関係を満足するように選ばれる太陽エネルギ収集器の
    吸収体。 （４）　　前記吸収体は、赤外愚スペクトル範囲内て高
    い反射係数を有する材料からなり、前記内部層はそれ自
    体前記吸収体で構成され、そして前記中間層は前記吸収
    体上に直接沈積される特許請求の範囲第３項記載の太陽
    エネルギ収集器の吸収体。 （５）前記内部層は前記吸収体の表面上に沈積される特
    許請求の範囲第３項記載の太陽エネルギ収集器の吸収体
    。 （６）管の形態にある時、その管の上に前記太陽選択表
    面被接が沈積される特許請求の範囲第３項記載の太陽エ
    ネルギ収集器の吸収体。 （７）太陽収集器装置に使用される収集器素子であって
    、それを通して流体が通過することができる内側管と、
    この内側管の周辺の少なくとも一部を囲み、かつ双方の
    管の間に排気空間を限定する外側のガラス管と、前記内
    側管の外側表面に沈積される太陽選択表面′Ｅｆｌｅと
    を備え、前記太陽選択表面被覆は、 内部層、外部層および中間層を含んだ少なくとも３つの
    眉を備え、前記内部層は赤外線スペクトル範囲で高い反
    射係数を有する材料からなり、前記外部層は、太陽エネ
    ルギ・スペクトル範囲内のエネルギを吸収すると共に赤
    外線放射に対して実質的に透明である材料からなり、そ
    して前記中間層は赤外線放射に対して実質的に透明であ
    る材料からなり、前記内部、外部および中間層の材料は
    それぞれ複合の屈折率（ｎｌ−１ｋ１）、（ｎ２−１ｋ
    ２）および（ｎ。 −ｉｋ、）を有し、これら材料は、赤外線スペクトル範
    囲の少なくとも主部分にわたり正常に起りがちな放射に
    対して の関係を満足するように選ばれる 収集器素子。 （８）　　前記内側管はガラス舌である特許請求の範囲
    第７項記載の収集器素子〇 （９）前記内側管は金屑管である特許請求の範囲第７項
    記載の収集器素子。 〇＠　前記内部層は、銅、アルミニウム、モリブデン、
    銀および金の群から選ばれた金属からなり、かつ前記内
    部はθ、／　ＯＸ　／　（ｆ’ｍより少なくない厚さに
    沈積される特許請求の範囲第７項記載の収集器素子。 μυ　前記中間層は、少なくとも０，１　夕Ｘ　／　０
    −’ｍの厚さまで沈積される絶縁材料からなる特許請求
    の範囲犯７項記載の収集器素子。 ０り　前記中間層は、０．Ｓ　Ｘ　／　０−’　ｍから
    ２．ＯＸ　／　０−’ｍの範囲内の厚さを有する特許請
    求の範囲第７項記載の収集器素子。 ０階　前記中間層は、マグネシウム・フッ化物、マグネ
    シウム酸化物、チタニウム酸化物、アルミニウム酸、化
    物、シリカ、石英および炭素の群から選ばれる材料から
    なる特許請求の範囲第７項記載の収集器素子。 αａ　前記外部層は半導体材料からなる特許請求の範囲
    第７項記載の収集器素子。 α９　前記外部層は、ゲルマニウム、ゲルマニウム−シ
    リコンの合金、シリコン炭化物、鉛硫化物およびホウ素
    の群から選ばれた材料からなる特許請求の範囲第１１Ｉ
    項記載の収集器素子０ αＱ　前記外部層はサーメットからなる特許請求の範囲
    第７項記載の収集器素子。 （１７）　　前記中間層は、前記サーメットの絶縁マト
    リックスを形成する材料と同じ組成を有する絶縁材料か
    らなる特許請求の範囲第１６項記載の収集器素子。 αａ　前記外部層は、θ、３　Ｘ　／　（ｆ’ｍから！
    ；、ＯＸ　／　０−’ｍまでの範囲の厚さを有する特許
    請求の範囲第７項記載の収集器素子。 α９　　前記外部層は、太陽輻射に対する屈折率が層の
    深さの増加と共に増加するようにその組成に関しで段階
    付けられている特許請求の範囲第１１Ｉ項記載の収集器
    素子。 （至）　前記外部層は、太陽輻射に対する屈折率が層の
    深さの増加と共に増加するように最も外部の表面をエツ
    チングすることによって幾何学的に段階付けられた特許
    請求の範囲第１４’項記載の収集器素子。
JP58189145A 1982-10-08 1983-10-08 太陽選択表面被覆、太陽エネルギ収集器の吸収体、及び収集器素子 Granted JPS5989956A (ja)

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AUPF625482 1982-10-08
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AT (1) ATE31361T1 (ja)
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