WO2016006691A1 - ミラー - Google Patents

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淳仁 長田
渉 古市
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イビデン株式会社
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a mirror in which a reflective layer is provided on a plate-like ceramic.
  • Patent Document 1 describes a ceramic mirror in which a reflective film is attached to the back surface of a plate-like body made of translucent ceramics, and a reflective mirror is applied to the back surface of a plate state made of ceramics.
  • the mirror can be formed thin, and the weight can be reduced. Further, it is described that the deviation of reflected light due to birefringence can be reduced by forming a thin light-transmitting layer formed of a light-transmitting ceramic.
  • Patent Document 1 only describes some ceramics including single crystal alumina ceramics, and does not consider applying other ceramic materials to the mirror.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a mirror having an improved reflection performance in a mirror in which a light transmitting layer is made of ceramics.
  • the mirror of the present invention includes a translucent layer made of ceramics, a reflective layer that is provided on the back surface of the translucent layer and reflects light incident from the front side of the translucent layer, the translucent layer, and the reflective layer An intermediate layer having a refractive index lower than that of the light-transmitting layer interposed between the light-transmitting layer and the light-transmitting layer.
  • the light transmitting layer is made of SiC.
  • the SiC is polycrystalline SiC.
  • the intermediate layer is made of SiO 2 .
  • the intermediate layer is made of an amorphous material.
  • the mirror of the present invention has a surface layer having a refractive index lower than that of the light transmitting layer provided on the surface of the light transmitting layer.
  • the mirror of the present invention is used to reflect sunlight to the heat collecting part of solar thermal power generation.
  • an intermediate layer which is a back surface antireflection film, is interposed between the light transmitting layer and the reflective layer, the light that should enter the light transmitting layer and exit from the back surface is reflected at the back interface of the light transmitting layer.
  • a mirror having an effect that the reflection efficiency of sunlight can be improved.
  • FIG. 1 shows a solar thermal power generation apparatus (solar thermal power generation) 20 using the mirror 10 of the present invention.
  • the solar thermal power generation apparatus 20 has a plurality of towers 21 at the center, for example, and a condenser mirror 22 is attached to the upper end portion of the tower 21.
  • the condenser mirror 22 has an upwardly convex curved reflecting surface such as an elliptical shape, and is attached with the reflecting surface facing downward.
  • a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the condenser mirror 22, a heat collecting part 23 is provided below the
  • a large number of the above-described mirrors 10 of the present invention are arranged around the lower part of the condenser mirror 22 so as to surround a plurality of central towers, for example.
  • the mirror 10 is attached to the upper end of the support column 24 provided on the ground so that the inclination angle (reflection angle) and direction can be adjusted, and always reflects the sunlight BM toward the reflection surface of the collector mirror 22. It has become. Therefore, when sunlight BM is irradiated on the mirror 10, the light reflected by the mirror 10 is concentrated on the condenser mirror 22. Then, the light poured into the condenser mirror 22 is reflected downward and concentrated on the heat collecting unit 23.
  • the heat collecting unit 23 converts the sunlight BM into heat energy, and generates power using the heat energy.
  • the mirror 10 will be specifically described. (First embodiment)
  • the mirror 10A of the first embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the mirror 10 ⁇ / b> A reflects a light transmitting layer 11 made of ceramics and light incident from the front surface side of the light transmitting layer 11 provided on the back surface of the light transmitting layer 11.
  • a reflective layer 12 reflects a light transmitting layer 11 made of ceramics and light incident from the front surface side of the light transmitting layer 11 provided on the back surface of the light transmitting layer 11.
  • a reflective layer 12 Then, an intermediate layer 13 was interposed between the translucent layer 11 and the reflective layer 12.
  • the intermediate layer 13 has a refractive index lower than that of the light transmissive layer 11.
  • the translucent layer 11 is made of SiC, and this SiC is polycrystalline SiC.
  • Examples of polycrystalline SiC include CVD-SiC and PVD-SiC.
  • CVD-SiC is SiC formed by a CVD method, and various crystal forms can be formed depending on temperature, pressure, source gas partial pressure, and the like. Moreover, a plurality of crystal forms are mixed in SiC. There are high-temperature ⁇ -SiC and low-temperature ⁇ -SiC, and ⁇ -SiC includes 2H, 3C, 4H, 6R, and 15R. In the case of polycrystalline SiC, these crystal structures are mixed.
  • the mirror 10 ⁇ / b> A includes a light-transmitting layer 11 made of ceramics, and a reflective layer 12 that is provided on the back surface of the light-transmitting layer 11 and reflects light incident from the front surface side of the light-transmitting layer 11. Between the reflective layer 12, an intermediate layer 13 having a refractive index lower than that of the light-transmitting layer 11 is provided. Therefore, it was found that the reflection efficiency can be increased by interposing the intermediate layer 13 between the translucent layer 11 and the reflective layer 12.
  • This is considered to be related to the refractive index of the light transmissive layer 11 and the refractive index of the intermediate layer 13, and the intermediate layer 13 is interposed between the light transmissive layer 11 having a high refractive index and the reflective layer 12. It is considered that the effect of increasing the total reflectivity was exhibited by the formation.
  • the light transmissive layer 11 of the mirror 10A is formed of SiC.
  • SiC has a high hardness among the ceramic materials used as the light-transmitting layer 11, and can be suitably used as a light-transmitting layer for mirrors used in harsh environments.
  • the SiC of the light transmitting layer 11 is preferably polycrystalline SiC.
  • Polycrystalline SiC can be easily obtained by a CVD method, a large-area plate material can be easily obtained, and can be suitably used as a light-transmitting layer of a mirror.
  • the intermediate layer 13 is preferably SiO 2 .
  • SiO 2 has a refractive index smaller than that of SiC, and the effect of increasing the total reflectance as described later was confirmed.
  • the intermediate layer 13 is preferably amorphous.
  • the polycrystalline translucent layer 11 is likely to have uneven polishing due to the difference in crystal form. If the back surface of the light-transmitting layer 11 is uneven, the deviation in the light reflection direction is amplified to be twice the tilt angle. On the other hand, when the intermediate layer 13 is amorphous, it is easy to be uniformly polished, so that the deviation in the light reflection direction is less likely to occur.
  • the deviation in the direction of refraction of light generated between the intermediate layer 13 and the light-transmitting layer 11 occurs according to the difference in refractive index, but is not as great as the deviation due to reflection, so that it is possible to make it difficult to scatter light. It is thought that there is. This effect is considered to affect the regular reflectance that is affected by light scattering.
  • the mirror 10B of 2nd Embodiment is demonstrated.
  • symbol is attached
  • the mirror 10 ⁇ / b> B of the second embodiment includes a translucent layer 11 made of ceramics and a reflective layer that is provided on the back surface of the translucent layer 11 and reflects light incident from the front side of the translucent layer 11. 12 and an intermediate layer 13 interposed between the translucent layer 11 and the reflective layer 12.
  • a surface layer 14 having a refractive index lower than that of the light transmitting layer 11 is provided on the surface of the light transmitting layer 11. The same surface layer 14 as the intermediate layer 13 can be used.
  • the mirror 10 ⁇ / b> B has a surface layer 14 having a refractive index lower than that of the light transmissive layer 11 provided on the surface of the light transmissive layer 11. Therefore, the sunlight reflected on the surface of the light transmissive layer 11 is incident on the light transmissive layer 11 from the surface of the light transmissive layer 11 by the surface layer 14, so that the light reflection efficiency can be further increased.
  • FIG. 4 is a graph comparing the total reflectivity of the mirror 10A of the first embodiment provided with only the intermediate layer 13, the mirror 10B of the second embodiment provided with the intermediate layer 13 and the surface layer 14, and the conventional mirror 10C. It is shown.
  • the conventional mirror 10 ⁇ / b> C is a mirror that is formed only of the light-transmitting layer 11 and the reflective layer 12, and is not provided with the intermediate layer 13 and the surface layer 14.
  • the mirror 10 ⁇ / b> A of the first embodiment and the mirror 10 ⁇ / b> B of the second embodiment exhibit substantially the same behavior for light having a wavelength longer than about 400 nm.
  • the mirror 10A and the mirror 10B have higher total reflectivity than the conventional mirror 10C, indicating that an improvement of about 5% was observed with respect to light having a wavelength of about 650 nm.
  • This effect is particularly large depending on the presence or absence of the intermediate layer 13, and the effect of the intermediate layer 13 having a refractive index lower than that of the light-transmitting layer 11 is considered to be the main factor.
  • the solar thermal power generation apparatus 20 using the mirror 10 of the present invention can efficiently reflect the sunlight BM. As a result, it is possible to efficiently generate power by taking in solar thermal energy.
  • the mirror of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
  • the mirror of the present invention can be used as a mirror in which a reflective layer is provided on a plate-like ceramic.

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Abstract

　透光層がセラミックスで構成されたミラーにおいて、反射性能を向上したミラーを提供する。ミラー（１０Ａ）は、セラミックスからなる透光層（１１）と、透光層（１１）の裏面に設けられ透光層（１１）の表面側から入射した光を反射する反射層（１２）とを有し、さらに透光層（１１）と反射層（１２）との間に、透光層（１１）よりも屈折率の低い中間層（１３）を介装した。従って、透光層（１１）および反射層（１２）の間に裏面反射防止膜である中間層（１３）が介装されているため、透光層（１１）に入射して裏面から出射するべき光が透光層（１１）の裏界面で内部反射することを抑制でき、これにより太陽光の反射効率を高くできる。

Description

ミラー
　本発明は、板状セラミックスに反射層を設けたミラーに関するものである。
　特許文献１には、透光性セラミックスよりなる板状体の裏面に反射膜を被着したセラミックスミラーおよびセラミックスよりなる板状態の裏面に反射膜を被着したがセラミックスミラーが記載されている。
　反射膜を被着する板状体を強度が大きいセラミックスで構成することにより、ミラーを薄く形成して、軽量化を図ることができる。また、透光性セラミックスで形成される透光層を薄く形成することにより、複屈折による反射光のズレを小さくすることができることが記載されている。
日本国特開昭６２－２５７１０２号公報
　しかしながら、前述した特許文献１には、単結晶アルミナセラミックスをはじめとする一部のセラミックスについて記載されているのみであり、それ以外のセラミック材料をミラーに適用することについては検討されていない。
　本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、透光層がセラミックスで構成されたミラーにおいて、反射性能を向上したミラーを提供することを目的とする。
　本発明のミラーは、セラミックスからなる透光層と、前記透光層の裏面に設けられ、前記透光層の表面側から入射した光を反射する反射層と、前記透光層および前記反射層間に介装された前記透光層よりも屈折率の低い中間層と、を備えるものである。
　また、本発明のミラーでは、前記透光層は、ＳｉＣであるものである。
　また、本発明のミラーでは、前記ＳｉＣは、多結晶ＳｉＣであるものである。
　また、本発明のミラーでは、前記中間層は、ＳｉＯ２であるものである。
　また、本発明のミラーでは、前記中間層は非晶質材料であるものである。
　また、本発明のミラーは、前記透光層の表面に設けられた前記透光層よりも屈折率の低い表面層を有するものである。
　さらに、本発明のミラーは、太陽熱発電の集熱部に太陽光を反射するために用いられるものである。
　本発明は、透光層および反射層間に裏面反射防止膜である中間層が介装されているため、透光層に入射して裏面から出射するべき光が透光層の裏界面で反射ロスを抑制でき、これにより太陽光の反射効率を向上できるという効果を有するミラーを提供できる。
本発明に係るミラーを用いた太陽熱発電装置の全体図 本発明に係る第１実施形態のミラーの断面図 本発明に係る第２実施形態のミラーの断面図 本発明に係る第１実施形態のミラーおよび第２実施形態のミラーと従来の形式の透光層と反射層とからなるミラーとの全反射率の比較を示すグラフ
　図１には、本発明のミラー１０を用いた太陽熱発電装置（太陽熱発電）２０が示されている。
　太陽熱発電装置２０は、例えば中央に複数のタワー２１を有し、タワー２１の上端部に集光鏡２２が取り付けられている。集光鏡２２は、上に凸の楕円形等の曲面の反射面を有しており、反射面を下向きにして取り付けられている。集光鏡２２の下方には、集熱部２３が設けられている。
　また、集光鏡２２の下方周囲には、前述した本発明のミラー１０が例えば中央の複数のタワーを取り囲むように多数配置されている。ミラー１０は、地上に設けられている支柱２４の上端に傾斜角度（反射角度）および方向を調整可能に取り付けられており、常に太陽光ＢＭを集光鏡２２の反射面に向けて反射させるようになっている。
　従って、太陽光ＢＭがミラー１０に照射されると、ミラー１０で反射した光は、集光鏡２２に集中する。そして、集光鏡２２に注がれた光は、下方に反射して、集熱部２３に集中する。
　集熱部２３は、太陽光ＢＭを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーを利用して発電を行う。
　次に、ミラー１０を具体的に説明する。
（第１実施形態）
　以下、第１実施形態のミラー１０Ａについて、図面を用いて説明する。
　図２に示すように、本発明に係る実施形態のミラー１０Ａは、セラミックスからなる透光層１１と、透光層１１の裏面に設けられ透光層１１の表面側から入射した光を反射する反射層１２とを有する。そして、透光層１１と反射層１２との間に中間層１３を介装させた。
　中間層１３は、透光層１１の屈折率よりも低い屈折率を有する。
　透光層１１は、ＳｉＣで形成されており、このＳｉＣは多結晶ＳｉＣである。透光層１１の屈折率はｎ＝２．６３である。多結晶ＳｉＣとは、例えばＣＶＤ－ＳｉＣ、ＰＶＤ－ＳｉＣなどが挙げられる。ＣＶＤ－ＳｉＣとは、ＣＶＤ法で形成されたＳｉＣであり、温度、圧力、原料ガス分圧などによって様々な結晶形態のものができる。また、ＳｉＣには複数の結晶形態が混在する。高温型のα－ＳｉＣ、低温型のβ－ＳｉＣとがあり、さらにα－ＳｉＣには、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｒ、１５Ｒなどがある。多結晶ＳｉＣの場合、これらの結晶組織が混在する。
　中間層１３は、非晶質のＳｉＯ２であり、屈折率はｎ＝１．４２である。
　ミラー１０Ａの作用効果について説明する。
　ミラー１０Ａは、セラミックスからなる透光層１１と、透光層１１の裏面に設けられ透光層１１の表面側から入射した光を反射する反射層１２とを有し、さらに透光層１１と反射層１２との間に、透光層１１よりも屈折率の低い中間層１３を有する。
　従って、透光層１１および反射層１２の間に中間層１３が介装されることにより反射効率を高くできることがわかった。
　これは、透光層１１の屈折率と、中間層１３の屈折率とに関連するものであると考えられ、屈折率の高い透光層１１と、反射層１２との間に中間層１３を形成することにより、全反射率が大きくなる効果が発現したと考えられる。
　また、ミラー１０Ａの透光層１１は、ＳｉＣで形成されるのが望ましい。
　ＳｉＣは、透光層１１として用いられるセラミックス材料の中でも硬度が高く、過酷な環境下で使用されるミラーの透光層として好適に利用できる。
　また、透光層１１のＳｉＣは、多結晶ＳｉＣが望ましい。
　多結晶ＳｉＣは、ＣＶＤ法で容易に得ることができ、大面積の板材が得られやすく、ミラーの透光層として好適に利用できる。
　さらに、中間層１３は、ＳｉＯ２が望ましい。
　ＳｉＯ２は、ＳｉＣよりも屈折率が小さく、後述するように全反射率を大きくする効果が確認できた。
　さらに、中間層１３は、非晶質であることが好ましい。多結晶の透光層１１は、結晶形態の違いにより研磨ムラができ易い。透光層１１の裏面に凹凸があると、光の反射方向のズレは傾斜角の２倍となって増幅される。これに対し、中間層１３が非晶質であると、均一に研磨されやすいので、光の反射方向のズレは生じにくくなる。また中間層１３と透光層１１との間で生じる光の屈折方向のズレは、屈折率の差に応じて生じるが、反射によるズレほど大きくないので、光を散乱しにくくすることができる効果があると考えられる。この効果は、光の散乱の影響を受ける正反射率に影響を及ぼすものと考えられる。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態のミラー１０Ｂを説明する。
　なお、前述した第１実施形態のミラー１０Ａと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
　図３に示すように、第２実施形態のミラー１０Ｂは、セラミックスからなる透光層１１と、透光層１１の裏面に設けられ透光層１１の表面側から入射した光を反射する反射層１２と、透光層１１および反射層１２の間に介装された中間層１３を有する。さらに、透光層１１の表面に、透光層１１よりも屈折率の低い表面層１４を有する。
　表面層１４は、中間層１３と同じものを用いることができる。
　ミラー１０Ｂの作用効果について説明する。
　ミラー１０Ｂは、透光層１１の表面に設けられた透光層１１よりも屈折率の低い表面層１４を有する。
　従って、透光層１１の表面で反射される太陽光が、表面層１４により透光層１１の表面から透光層１１に入射するため、更に光の反射効率を高くできる。
　次に、中間層１３および表面層１４の効果について説明する。
　図４には、中間層１３のみを設けた第１実施形態のミラー１０Ａ、中間層１３および表面層１４を設けた第２実施形態のミラー１０Ｂ、従来のミラー１０Ｃの全反射率を比較したグラフが示されている。
　なお、ここで従来のミラー１０Ｃとは、透光層１１と反射層１２のみで形成されており、中間層１３および表面層１４を設けていないものを示す。
　図４に示すグラフにより、第１実施形態のミラー１０Ａおよび第２実施形態のミラー１０Ｂは、波長が約４００ｎｍよりも長い光に対しては、略同様な挙動を示している。
　ミラー１０Ａおよびミラー１０Ｂは、従来のミラー１０Ｃよりも高い全反射率を有しており、約６５０ｎｍの波長の光に対して、約５％の改善がみられたことを示している。
　この効果は特に中間層１３の有無による差異が大きく、透光層１１よりも屈折率の小さい中間層１３による効果が主要因であると考えられる。
　以上、説明したように、本発明のミラー１０を用いた太陽熱発電装置２０では、太陽光ＢＭを効率よく反射することができる。
　これにより、効率よく太陽熱エネルギーを取り入れて発電することができる。
　本発明のミラーは、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
　本出願は、2014年7月10日出願の日本国特許出願（特願2014-142368）に基づくものであり、それらの内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明のミラーは、板状セラミックスに反射層を設けたミラーとして用いることができる。
　１０、１０Ａ、１０Ｂ　ミラー
　１１　透光層
　１２　反射層
　１３　中間層
　１４　表面層
　２０　太陽熱発電装置（太陽熱発電）
　２３　集熱部
　ＢＭ　太陽光

Claims (7)

  1. 　セラミックスからなる透光層と、
    　前記透光層の裏面に設けられ、前記透光層の表面側から入射した光を反射する反射層と、
    　前記透光層および前記反射層間に介装された前記透光層よりも屈折率の低い中間層と、を備えるミラー。
  2. 　請求項１に記載のミラーであって、
    　前記透光層は、ＳｉＣであるミラー。
  3. 　請求項２に記載のミラーであって、
    　前記ＳｉＣは、多結晶ＳｉＣであるミラー。
  4. 　請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載のミラーであって、
    　前記中間層は、ＳｉＯ２であるミラー。
  5. 　請求項３または請求項４に記載のミラーであって、
    　前記中間層は、非晶質材料であることを特徴とするミラー。
  6. 　請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載のミラーであって、
    　前記透光層の表面に設けられた前記透光層よりも屈折率の低い表面層を有するミラー。
  7. 　請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載のミラーであって、
    　太陽熱発電の集熱部に太陽光を反射するために用いられるミラー。
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