放射線選択的吸収コーティング、吸収チューブ、及び吸収チューブの製造方法
【課題】吸収コーティング、該吸収コーティング処理された吸収チューブ、及び該吸収チューブを用いて作製され、かつ長期間に亘って経済的に使用可能なバラボラコレクターを提供する。
【解決手段】パラボラコレクター（１０）の吸収チューブ（１３）に用いる放射線選択的吸収コーティングを赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から構成し、前記反射層（２１）を少なくとも２層のバリア層（２４ａ）及び（２４ｂ）上へ配置し、さらに前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層（２４ｂ）をＳｉＯｘ化合物を用いて形成する。
【解決手段】パラボラコレクター（１０）の吸収チューブ（１３）に用いる放射線選択的吸収コーティングを赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から構成し、前記反射層（２１）を少なくとも２層のバリア層（２４ａ）及び（２４ｂ）上へ配置し、さらに前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層（２４ｂ）をＳｉＯｘ化合物を用いて形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本願特許請求の範囲の請求項１項前文に記載された放射線選択的吸収コーティングに関する。本発明はさらに、前記放射線選択的コーティングを施された吸収チューブに関する。本発明はさらに、前記吸収チューブの製造方法及び吸収チューブを用いたパラボラコレクターの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
慣用の吸収コーティングは赤外領域において反射する層、すなわち赤外領域反射層から成り、基材、特に金属管、太陽光スペクトル領域において高レベルな吸収能を有するサーメット層へ処理される。このサーメット層へ処理される最上層は反射防止層と呼ばれ、またこの最上層は、サーメット層の高い屈折率ゆえに、サーメット層における表面反射を減ずるように意図されている。
【０００３】
本発明の基本的目的は最大のエネルギー収率を得ることである。エネルギー効率は特に吸収係数αと発散係数εに依存するため、目標は常に吸収係数が高く（α＞９５％）かつ発散係数の低い（ε＜１０％）吸収コーティングを得ることである。
【０００４】
さらに、前記コレクターの効率はそれが使用される温度によって決まるものである。この観点からすると、最も高い温度で効率的であることが望ましい。これに反し、前記吸着コーティングの層系の寿命は、使用温度の上昇に伴って老化及び又は拡散によって減少し、その結果として、サーメット層の吸収特性及び赤外領域における反射特性も大きく低下する可能性がある。
【０００５】
このため、ＤＥ１０１５０７３８Ｃ１には色変化が示されず、従って老化しない放射線選択的吸収コーティングに関する記載がある。このコーティングは、アルミニウムと酸化アルミニウムから成る第三層を処理する過程において確立される特定の酸素容積流によって形成される。この層には最終的にＡｌ２Ｏ３から成る層が処理される。
【０００６】
ＵＳ５，５２３，１３２には、金属含量の異なる、すなわち屈折率の異なる複数のサーメット層が設けられた吸収コーティングが開示されている。波長毎に吸収極大点が異なるため、太陽光スペクトルに対する適合がより高められて得られている筈である。材料及び層厚に関する説明は為されていないが、サーメット層と赤外領域反射層との間、あるいはサーメット層と反射防止層との間に拡散防止層を設けることが可能とされている。
【０００７】
ＤＥ１０２００４０１０６８９Ｂ３には、金属基板、拡散バリア層、金属反射層、サーメット層、及び反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングから成る吸収が開示されている。この拡散バリア層は金属基板の酸化成分から成る酸化物層である。
【０００８】
Michael Lanxner & Zvi Elgatは、SPIE Vol.1272、エネルギー効率及び太陽エネルギー変換光学材料技術ＩＸ（１９９０）、２４０〜２４９頁の「プラズマスパッタリングによって生ずる高操作温度のための太陽光選択的吸収コーティング」と題した論文において、スチール基板に対して処理され、かつＳｉＯ２から成る反射防止層、Ｍｏ／Ａｌ２Ｏ３組成物から成るサーメット層、及び赤外領域において反射するモリブデン層から成る吸収コーティングと、前記赤外領域において反射する層と前記基板との間に配置されるＡｌ２Ｏ３から成る拡散バリアについて記載している。
【０００９】
前記赤外領域反射層には通常モリブデンが用いられる。しかしながら、モリブデンの反射特性は最適とは言えないため、さらに反射性の良好な材料が望まれている。
【００１０】
公知吸収チューブの使用温度は減圧下３００〜４００℃である。上述した理由から、使用温度をさらに高めることは基本的方向であるが、例えばサーメット層の吸収特性や赤外領域反射層の反射特性を損なうことがあってはならない。
【００１１】
国立代替エネルギー研究所２００２年７月版のC.E.Kennedy著「中温〜高温太陽光選択的吸収」には上記努力に関する要約が記載されている。この論文には、ＺｒＯｘＮｙまたはＺｒＣｘＮｙ吸収層と赤外領域で反射を起こすＡｇあるいはＡｌ層から成る層構造が開示されており、この層構造は、Ａｌ２Ｏ３拡散バリア層が導入されているために、大気下での熱安定性に優れている。さらに、減圧下における赤外線反射層の熱安定性はこの層の下へ拡散バリア層を設けることによって改善可能なことも見出されている。このようなバリア層の材料として、Ｃｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３あるいはＳｉＯ２が提案されている。この層により５００℃以下における銀反射層の安定性が得られることが期待されている。
【００１２】
しかしながら、このような層によっても、耐久性があり、同時に吸収性及び発散性に優れる層の目標には達していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した観点より、本発明は、吸収コーティング、該吸収コーティング処理された吸収チューブ、及び該吸収チューブを用いて作製され、かつ長期間に亘って経済的に使用可能なバラボラコレクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、少なくとも２層から成るバリア層であってその第二バリア層がＳｉＯｘ化合物から成るバリア層上へ赤外領域反射層を設けることによって達成される。
【００１５】
驚くべきことに、２層のバリア層によって赤外領域において基板からの反射を起こす層を選定することにより、スチール吸収チューブから赤外領域反射層への基板材料、特に鉄の、拡散、特に熱拡散がさらに効率的に防止されること、従ってコーティングの長期間に亘る熱安定性が増大されることが見出された。
【００１６】
このことは、特に前記少なくとも２層のバリア層の第一バリア層が熱酸化物から成り、また前記少なくとも２層のバリア層の第二バリア層がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成る場合に極めて好都合である。より好ましくはＸ＝２であるが、Ｘは１〜２の範囲内の数値であってもよい。
【００１７】
好ましくは、前記赤外領域反射層と、有利にはサーメットから成る、好ましくはＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、ｙは１〜３の数値、から成る吸収層との間に第三バリア層が配置される。別法において、前記第三バリア層は好ましくはＳｉＯｘ層から作製され、この場合においてｘは１〜２の数値と考えてよいが、好ましくは２であり、また１〜２の範囲内の数値であってもよい。
【００１８】
２つのシリコン層間へ、あるいはシリコン層と酸化アルミニウム層の間へ前記赤外領域反射層を埋め込んでサンドイッチ構造を形成することにより、前記赤外領域反射層からいずれかの材料がその上の吸収層へと拡散することが不可となり、これよって吸収層の吸収特性を損なうことなくなる利点が得られる。これにより、層系内における拡散の抑制、特に赤外領域反射層内あるいは層外への拡散、及びサーメット吸収層中への拡散を実質的に抑制することが可能となる。
【００１９】
このようにして、減圧下で操作温度５５０℃において６００時間以上の期間に亘ってα＞９５．５％の高吸収性及びε＜８．５％の低放出性を検出することが初めて可能となる。これにより、このコーティングが施された吸収チューブから成るコレクターの効率を次の２点において改善させることが可能となる。すなわち、このような方法でコーティングされた吸収チューブから成るパラボラコレクターの経済的使用を確保するためにはこのようなコーティングの寿命を延ばすしかないと仮定した場合、選択的比α／εを０．９５／０．１以上にすることは放射エネルギーの高収率化を意味し、使用温度の上昇によって効率のさらに良い電気エネルギーの変換が可能となる。
【００２０】
これは、吸収コーティングの熱安定性が高まることによって安価な熱伝搬媒体の使用が可能となるからである。現在まで熱伝搬媒体として高価な特製オイルが使用されてきたが、これら特製オイルの熱安定性は約４００℃までしかない。このように吸収コーティングの熱安定性が高まることにより吸収チューブを４００〜５５０℃の温度範囲内において使用することが可能となる。
【００２１】
前記熱伝搬媒体としては沸点が１１０℃以下の媒体、特に水を用いるのが有利である。高温使用温度においては、スチーム形態であればスチームタービン中へ直接導入することが可能である。
【００２２】
オイルから熱を水へ移動させるため今日まで用いられてきた付加的熱交換体はもはや不要であり、この点において、本発明に係る吸収コーティング処理された吸収チューブから成るパラボラコレクターによれば、現在まで使用してきたコレクターに比べてずっと低コストで使用することが可能である。
【００２３】
さらに利点として、吸収チューブコーティングに不利を生ずることなく高温使用が可能となるように、熱伝搬液の吸収チューブ中を通る流速を減じることも可能である。これにより、パラボラコレクターのポンプ操作に要するエネルギーを節約することが可能である。
【００２４】
好ましくは、前記シリコン層及び酸化アルミニウム層の厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。前記厚さが５ｎｍ未満である場合、隣接層の組成によってはシリコン層あるいは酸化アルミニウム層のバリア作用が不十分となることがある。また、前記厚さが１００ｎｍ以上である場合、熱的ストレスが生じて、状況次第では層の剥離をひき起こす可能がある。前記シリコン層及び酸化アルミニウム層の好ましい厚さは１５ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内であり、さらに好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内である。
【００２５】
前記酸化ケイ素層と酸化アルミニウム層の厚さは異なっていてもよく、下側酸化ケイ素層の厚さは好ましくは上側酸化アルミニウム層の厚さよりも厚く形成される。好ましくは、基板と赤外領域反射層の間に配置される酸化ケイ素層の層厚は５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１５ｎｍ〜７０ｎｍであり、赤外領域反射層と吸収層の間に配置される酸化アルミニウム層あるいは酸化ケイ素層の厚さは０ｎｍ〜５０ｎｍであり、該層の組成によっては好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍ、または他の場合には５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内である。
【００２６】
赤外領域反射層を２層の酸化物層間へ埋め込むことにより、該反射層に銀、銅、白金、あるいは金等の材料を用いることが可能となり、これら材料により拡散はより容易になるが、発散度εが１０％未満となる等の赤外領域における反射性が大幅に向上する更なる利点がある。
【００２７】
前記赤外領域反射層の厚さは、その材料によって異なるが、好ましくは５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内である。この範囲内の厚さの中でも好ましい範囲は特に銅あるいは銀が用いられる場合には１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。前記層に銀が用いられる場合は、８０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内も層厚として好ましい範囲である。他の場合では、有効な層厚は５０〜１００ｎｍ、特に有効な厚さは５０〜８０ｎｍの範囲内である。
【００２８】
これら材料を用いる場合、金、銀、白金、銅などの材料は反射性が極めて高く、また２層の酸化物層間に埋め込まれているため他層へ拡散されないこと、あるいは拡散侵入してくる他の破壊性元素によってはその正の特性が損なわれないことから、前記赤外領域反射層の層厚を減ずることが可能である。
【００２９】
貴金属である金、銀、白金等を用いることによる高コスト化は、赤外領域反射層に要する層厚が公知の層厚に比べて大幅に減じられることにより補償可能であり、場合によっては補償を上回って余りある。
【００３０】
基板と赤外線ミラーコーティングとの間の第二バリア層へのＳｉＯｘの使用は、ＡｌｘＯｙを用いる場合に厚さが約６０ｎｍとなるのに対して約３０ｎｍの厚さで抑えられることからＡｌｘＯｙの使用に比べて有利である。これにより、加工時間を短縮し、かつ収量を増大させることが可能となる。
【００３１】
吸収層の厚さは好ましくは６０〜１８０ｎｍ、より好ましくは８０ｎｍ〜１５０ｎｍである。この吸収層は好ましくはモリブデンを含む酸化アルミニウム、あるいはモリブデンを含む酸化ジルコニウムから成るサーメット層である。均質な吸収層の代わりに組成の異なる複数の吸収層、特に金属含量を減じた層、あるいは徐々に変化する吸収層を設けることも可能である。サーメット層は、好ましくは勾配層、すなわち層内で金属含量が連続的に、あるいは実用的には段階的に、減少あるいは増加している層に作製される。
【００３２】
吸収層上にある反射防止層の層厚は好ましくは６０〜１２０ｎｍである。この層は好ましくは酸化シリコンあるいは酸化アルミニウムから成る。
【００３３】
本発明に係る吸収チューブの製造方法は、下記工程、すなわち、
・熱酸化法を用いてスチールチューブへ第一の酸化物バリア層を処理する工程、
・酸素を供給しながらシリコンの気相蒸着（ＰＶＤ）によって第二バリア層を処理する工程、
・金、銀、白金または銅等の材料、好ましくは気相蒸着法を用いて赤外領域反射層に対して金、銀、白金または銅を蒸着処理する工程、
・アルミニウムとモリブデンの気相蒸着を同時に行って吸収層を処理する工程、及び
・酸素を供給しながら気相蒸着によって反射防止層へシリコンを処理する工程を含むことを特徴とする。
前記スチールチューブは、好ましくは熱酸化処理前に、好ましくは表面粗さがＲａが０．２μｍ未満となるまで研磨される。
【００３４】
本発明に係る特にパラボラ・コレクター用の吸収チューブは、チューブ外側上へ少なくとも１層の赤外領域反射層と、反射層上へ配置される少なくとも１層の吸収層と、さらに吸収層上へ配置される反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングが施されたスチールチューブを備えて構成され、前記スチールチューブと前記反射層の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記スチールチューブへ処理された第一バリア層は熱処理によって得られた酸化物から成り、さらに前記第一バリア層へ処理された第二バリア層はＳｉＯｘ化合物（ｘは１〜２の数値とかんがえてよい）から成ることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る、特にサーメット材から成る吸収層と、前記サーメット層へ処理される反射防止層と、さらに外側に少なくとも１層の赤外領域反射層から成る放射線選択的吸収コーティングが処理されたスチールチューブを備える特にパラボラコレクタ用の吸収チューブは、特に、前記赤外領域反射層が２層のＳｉＯｘ層間、あるいは１層のＳｉＯｘ層と１層のＡｌｙＯｚ層間に配置されることを特徴とする。なお、上記において、ｘは好ましくは２であり、ｙは好ましくは１〜２の数値であり、及びｚは１〜３の数値である。
【００３６】
熱伝搬媒体が中を通過する吸収チューブを用いた本発明に係るパラボラコレクタの使用方法は、吸収チューブが、少なくとも１層の赤外領域反射層、該反射層上に配置される少なくとも１層の吸収層及び該吸収層上に配置される反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングと共に用いられ、少なくとも２層のバリア層が前記吸収チューブと前記反射層の間に配置され、そのうちの吸収チューブに対向する第一バリア層は熱処理によって得られた酸化物から成り、さらに第一バリア層へ処理された第二バリア層はＳｉＯｘ化合物（ｘは１〜２の数値と考えてよい）から成ることを特徴とする。
【００３７】
熱伝搬媒体が中を通過する吸収チューブを用いた本発明に係るパラボラコレクターの使用方法は、吸収チューブが、少なくとも１層の赤外領域反射層、特にサーメット材から成る吸収層、及び反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングと共に用いられ、前記赤外領域反射層は２層のＳｉＯｘ層の間、あるいはＳｉＯｘ層とＡｌｙＯｚ層の間に配置されることを特徴とする。なお、この場合において、ｘは好ましくは２、ｙは好ましくは１〜２の数値、及びｚは１〜３の数値を示す。
【００３８】
前記熱伝搬液として、特に水、または他オイル、または塩溶液が使用可能である。
【００３９】
さらに別の実施態様では、パラボラコレクターの使用方法において、吸収チューブの操作温度を４００〜５５０℃、特に４８０〜５２０℃に調節することが構成要件とされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】パラボラコレクタを示した図である。
【図２】本発明の一実施態様に従った吸収チューブの断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下において、本発明について図面を参照しながら実施態様を用いて詳細に説明する。
図１は側面が放物線状を呈する細長形状のパラボラ反射板１１を備えるパラボラコレクター１０を示した図である。パラボラ反射板１１は支持構造体１２によって保持されている。パラボラ反射板１１の焦点ラインに沿ってパラボラコレクターと連結している支持体１４上に吸収チューブ１３が固定されて延びている。パラボラ反射板１１と、支持体１４及び吸収チューブ１３によって、吸収チューブを中心として回転する装置、すなわち太陽Ｓの座標軸における位置を追跡する装置が形成される。太陽Ｓから入射する平行太陽輻射はパラボラ反射板１１によって吸収チューブ１３上へ集中される。熱伝搬媒体、特に水がこの吸収チューブ１３中を流れ、吸収された太陽輻射熱によって熱せられる。この熱伝搬媒体を吸収チューブの出口端部において取り出してエネルギー需要者あるいはエネルギー変換需要者へ供給することが可能である。
【００４２】
図２は吸収チューブ１３の断面を示す略断面図である。吸収チューブ１３はスチールチューブ１が有し、このチューブを通して熱伝搬媒体が流れ、このチューブによってチューブ１の外側へ処理される吸収コーティング２０の基板が形成される。吸収コーティング２０の個々の層の層厚は、表示の便宜から拡大され、かつ同一厚で示されている。
【００４３】
吸収コーティング２０には、その内側から外側へ向けて、熱酸化法によってスチールチューブ１へ処理されたクロミウム酸化鉄から成る第一バリア層あるいは拡散バリア層２４ａが設けられる。この上に、ＳｉＯｘ、好ましくはＳｉＯ２から成る第二バリア層と好ましくは酸化ケイ素あるいは酸化アルミニウムから成る第三バリア層２４ｃの間に、赤外領域反射層２１が埋め込まれたものが設けられ、この層２１は金、銀、白金あるいは銅によって作製される。前記第三バリア層２４ｃにはサーメット層２２が処理され、最終的にその外側に反射防止層２３が設けられて層系が完成される。
【００４４】
図２に示した実施態様による吸収チューブは以下に述べる方法によってコーティング処理される。
【００４５】
スチールチューブ１、好ましくはステンレススチールチューブを研磨し、次いで清浄する。前記研磨は好ましくは０．２μｍ未満の表面粗さになるまで実施される。次いで前記ステンレススチールチューブを４００℃より高い温度で約３０分間〜２時間、とりわけ５００℃で１時間熱酸化する。かかる処理により、厚さ１５ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ±１０ｎｍの酸化物層が第一バリア層２４ａとして形成される。
【００４６】
次いでスチールチューブを真空コーティング系の中へ持ち込み、その系から空気を抜く。気圧が５×１０−４ミリバール未満、好ましくは１×１０−４ミリバール未満になったら、気相蒸着法（ＰＶＤ）、とりわけ陰極原子化（スバッタリング）を用いて後続層を処理形成する。このため、スチールチューブはスパッタリング源を通過して、すなわち例えばＡｌ、Ａｇ及びＭｏ等のコーティング物質から成る目標を通過して回転移動される。
【００４７】
蒸着の最初の工程において、第二バリア層２４ｂは、シリコンを蒸発あるいは霧状化し、そして酸素を供給しながら反応させて蒸着することによってＳｉＯｘの形態で処理される。この処理中に１０−２〜１０−３ミリバール、好ましくは（４〜９）×１０−３ミリバールの酸素圧が確立される。この第二バリア層の好ましい層厚は１０ｎｍ〜７０ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ±１０ｎｍである。
【００４８】
後の第二蒸着工程において、第二バリア層２４ｂ上へ厚さが６０ｎｍ〜１５０ｎｍ、より好ましくは１１０ｎｍ±１０ｎｍとなるように金、銀、白金、あるいは銅、好ましくは銀を処理することによって赤外領域反射層２１が設けられる。
【００４９】
蒸着の第三工程において、第二バリア層の場合と同様に、第三バリア層２４ｃが、シリコンあるいはアルミニウムを蒸発させ、それを供給された酸素と反応させながら蒸着させることによってＳｉＯｘあるいはＡｌｘＯｙ層の形態で処理される。この第三バリア層の好ましい層厚は５０ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ±５ｎｍである。しかしながら、反射層２１へ適当な組成から成る吸収層２２が処理される場合はバリアの追加によって拡散が必ずしも阻害されないことが見出されていることから、このバリア層の処理を全く行わないことも可能である。
【００５０】
蒸着の第三工程では、同一るつぼから、あるいは２つの別個のターゲットからアルミニウムとモリブデンを共蒸発／共霧状化（ｃｏａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）させて吸収層、より具体的には、この場合ではサーメット層２２が処理される。この工程では、アルミニウムとモリブデンに加えて酸化アルミニウムも（反応によって）蒸着させるため、好ましくは前記共蒸発／共霧状化領域中へ酸素が同時に導入される。
【００５１】
蒸着の第四工程では、別の組成とし、適切な操作パラメータ（蒸発／霧状化速度及び酸素量など）を選定して層の進行と共に組成を変化させることも可能である。特に別個のターゲットを用いる場合は、モリブデン成分の蒸着は吸収層２２中のアルミニウム及び又は酸化アルミニウム成分の蒸着に対して可変的に構成可能である。別の言い方をすれば、吸収層２２のモリブデン成分に勾配をもたせ、その場合好ましくはモリブデン成分量は吸収層２２の処理と共に低下される。この場合、内部における濃度は、好ましくは２５容積％〜７０容積％、さらに好ましくは４０±１５容積％とし、また外側方向における濃度は１０〜３０容積％、さらに好ましくは２０±１０容積％まで低下させる。
【００５２】
未酸化のアルミニウム成分が吸収層２２中に残るように、好ましくは酸素が蒸着されたアルミニウム成分に対する化学量論に基づいて添加される。これは次いでレドックス電位あるいは酸素ゲッターとして利用されるため、酸化モリブデンの生成は起こらない。吸収層２２中の未酸化アルミニウム成分量は好ましくは吸収層の全成分量の１０容積％以下、さらに好ましくは０〜５容積％の範囲内である。蒸発速度や酸素量などの操作パラメータを変更することにより、吸収層内の未酸化アルミニウム成分量を変えることが可能である。
【００５３】
前記吸収層２２は好ましくは全体で６０ｎｍ〜１８０ｎｍ、さらに好ましくは８０ｎｍ〜１５０ｎｍ、最も好ましくは１２０±３０ｎｍの厚さに処理される。
【００５４】
蒸着の第五工程では、シリコンの気相蒸着法を用いて酸素を供給しながら蒸着を行うことにより反射防止層２３がＳｉＯ２の形態で処理される。この反射防止層２３はその好ましい厚さである７０ｎｍ〜１１０ｎｍ、さらに好ましくは９０±１０ｎｍの厚さに蒸着される。
【００５５】
このような方法によって製造した吸収チューブを真空加熱装置中５５０℃で６００時間加熱した。この加熱処理中、真空室内圧力は１×１０−４ミリバールとした。加熱は６００時間後に停止された。サンプルを１００℃以下まで冷却した後、真空室の換気を行い、サンプルを取り出した。次いでサンプルを分光計により分析し、ＡＭ１．５直接太陽光スペクトル及び波長域３５０〜２５００ｎｍに対して９５.5％±０．５％の積分太陽熱吸収値を得た。基板温度４００℃に対する熱放射測定値は７．５±２％であった。
【符号の説明】
【００５６】
１：スチールチューブ
２：熱伝搬液
１０：パラボラコレクター
１１：パラボラ反射板
１２：支持構造体
１３：吸収チューブ
１４：支持体
２０：放射線選択的吸収コーティング
２１：赤外領域反射層
２２：吸収層
２３：反射防止層
２４ａ：第一バリア層
２４ｂ：第二バリア層
２４ｃ：第三バリア層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本願特許請求の範囲の請求項１項前文に記載された放射線選択的吸収コーティングに関する。本発明はさらに、前記放射線選択的コーティングを施された吸収チューブに関する。本発明はさらに、前記吸収チューブの製造方法及び吸収チューブを用いたパラボラコレクターの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
慣用の吸収コーティングは赤外領域において反射する層、すなわち赤外領域反射層から成り、基材、特に金属管、太陽光スペクトル領域において高レベルな吸収能を有するサーメット層へ処理される。このサーメット層へ処理される最上層は反射防止層と呼ばれ、またこの最上層は、サーメット層の高い屈折率ゆえに、サーメット層における表面反射を減ずるように意図されている。
【０００３】
本発明の基本的目的は最大のエネルギー収率を得ることである。エネルギー効率は特に吸収係数αと発散係数εに依存するため、目標は常に吸収係数が高く（α＞９５％）かつ発散係数の低い（ε＜１０％）吸収コーティングを得ることである。
【０００４】
さらに、前記コレクターの効率はそれが使用される温度によって決まるものである。この観点からすると、最も高い温度で効率的であることが望ましい。これに反し、前記吸着コーティングの層系の寿命は、使用温度の上昇に伴って老化及び又は拡散によって減少し、その結果として、サーメット層の吸収特性及び赤外領域における反射特性も大きく低下する可能性がある。
【０００５】
このため、ＤＥ１０１５０７３８Ｃ１には色変化が示されず、従って老化しない放射線選択的吸収コーティングに関する記載がある。このコーティングは、アルミニウムと酸化アルミニウムから成る第三層を処理する過程において確立される特定の酸素容積流によって形成される。この層には最終的にＡｌ２Ｏ３から成る層が処理される。
【０００６】
ＵＳ５，５２３，１３２には、金属含量の異なる、すなわち屈折率の異なる複数のサーメット層が設けられた吸収コーティングが開示されている。波長毎に吸収極大点が異なるため、太陽光スペクトルに対する適合がより高められて得られている筈である。材料及び層厚に関する説明は為されていないが、サーメット層と赤外領域反射層との間、あるいはサーメット層と反射防止層との間に拡散防止層を設けることが可能とされている。
【０００７】
ＤＥ１０２００４０１０６８９Ｂ３には、金属基板、拡散バリア層、金属反射層、サーメット層、及び反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングから成る吸収が開示されている。この拡散バリア層は金属基板の酸化成分から成る酸化物層である。
【０００８】
Michael Lanxner & Zvi Elgatは、SPIE Vol.1272、エネルギー効率及び太陽エネルギー変換光学材料技術ＩＸ（１９９０）、２４０〜２４９頁の「プラズマスパッタリングによって生ずる高操作温度のための太陽光選択的吸収コーティング」と題した論文において、スチール基板に対して処理され、かつＳｉＯ２から成る反射防止層、Ｍｏ／Ａｌ２Ｏ３組成物から成るサーメット層、及び赤外領域において反射するモリブデン層から成る吸収コーティングと、前記赤外領域において反射する層と前記基板との間に配置されるＡｌ２Ｏ３から成る拡散バリアについて記載している。
【０００９】
前記赤外領域反射層には通常モリブデンが用いられる。しかしながら、モリブデンの反射特性は最適とは言えないため、さらに反射性の良好な材料が望まれている。
【００１０】
公知吸収チューブの使用温度は減圧下３００〜４００℃である。上述した理由から、使用温度をさらに高めることは基本的方向であるが、例えばサーメット層の吸収特性や赤外領域反射層の反射特性を損なうことがあってはならない。
【００１１】
国立代替エネルギー研究所２００２年７月版のC.E.Kennedy著「中温〜高温太陽光選択的吸収」には上記努力に関する要約が記載されている。この論文には、ＺｒＯｘＮｙまたはＺｒＣｘＮｙ吸収層と赤外領域で反射を起こすＡｇあるいはＡｌ層から成る層構造が開示されており、この層構造は、Ａｌ２Ｏ３拡散バリア層が導入されているために、大気下での熱安定性に優れている。さらに、減圧下における赤外線反射層の熱安定性はこの層の下へ拡散バリア層を設けることによって改善可能なことも見出されている。このようなバリア層の材料として、Ｃｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３あるいはＳｉＯ２が提案されている。この層により５００℃以下における銀反射層の安定性が得られることが期待されている。
【００１２】
しかしながら、このような層によっても、耐久性があり、同時に吸収性及び発散性に優れる層の目標には達していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した観点より、本発明は、吸収コーティング、該吸収コーティング処理された吸収チューブ、及び該吸収チューブを用いて作製され、かつ長期間に亘って経済的に使用可能なバラボラコレクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、少なくとも２層から成るバリア層であってその第二バリア層がＳｉＯｘ化合物から成るバリア層上へ赤外領域反射層を設けることによって達成される。
【００１５】
驚くべきことに、２層のバリア層によって赤外領域において基板からの反射を起こす層を選定することにより、スチール吸収チューブから赤外領域反射層への基板材料、特に鉄の、拡散、特に熱拡散がさらに効率的に防止されること、従ってコーティングの長期間に亘る熱安定性が増大されることが見出された。
【００１６】
このことは、特に前記少なくとも２層のバリア層の第一バリア層が熱酸化物から成り、また前記少なくとも２層のバリア層の第二バリア層がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成る場合に極めて好都合である。より好ましくはＸ＝２であるが、Ｘは１〜２の範囲内の数値であってもよい。
【００１７】
好ましくは、前記赤外領域反射層と、有利にはサーメットから成る、好ましくはＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、ｙは１〜３の数値、から成る吸収層との間に第三バリア層が配置される。別法において、前記第三バリア層は好ましくはＳｉＯｘ層から作製され、この場合においてｘは１〜２の数値と考えてよいが、好ましくは２であり、また１〜２の範囲内の数値であってもよい。
【００１８】
２つのシリコン層間へ、あるいはシリコン層と酸化アルミニウム層の間へ前記赤外領域反射層を埋め込んでサンドイッチ構造を形成することにより、前記赤外領域反射層からいずれかの材料がその上の吸収層へと拡散することが不可となり、これよって吸収層の吸収特性を損なうことなくなる利点が得られる。これにより、層系内における拡散の抑制、特に赤外領域反射層内あるいは層外への拡散、及びサーメット吸収層中への拡散を実質的に抑制することが可能となる。
【００１９】
このようにして、減圧下で操作温度５５０℃において６００時間以上の期間に亘ってα＞９５．５％の高吸収性及びε＜８．５％の低放出性を検出することが初めて可能となる。これにより、このコーティングが施された吸収チューブから成るコレクターの効率を次の２点において改善させることが可能となる。すなわち、このような方法でコーティングされた吸収チューブから成るパラボラコレクターの経済的使用を確保するためにはこのようなコーティングの寿命を延ばすしかないと仮定した場合、選択的比α／εを０．９５／０．１以上にすることは放射エネルギーの高収率化を意味し、使用温度の上昇によって効率のさらに良い電気エネルギーの変換が可能となる。
【００２０】
これは、吸収コーティングの熱安定性が高まることによって安価な熱伝搬媒体の使用が可能となるからである。現在まで熱伝搬媒体として高価な特製オイルが使用されてきたが、これら特製オイルの熱安定性は約４００℃までしかない。このように吸収コーティングの熱安定性が高まることにより吸収チューブを４００〜５５０℃の温度範囲内において使用することが可能となる。
【００２１】
前記熱伝搬媒体としては沸点が１１０℃以下の媒体、特に水を用いるのが有利である。高温使用温度においては、スチーム形態であればスチームタービン中へ直接導入することが可能である。
【００２２】
オイルから熱を水へ移動させるため今日まで用いられてきた付加的熱交換体はもはや不要であり、この点において、本発明に係る吸収コーティング処理された吸収チューブから成るパラボラコレクターによれば、現在まで使用してきたコレクターに比べてずっと低コストで使用することが可能である。
【００２３】
さらに利点として、吸収チューブコーティングに不利を生ずることなく高温使用が可能となるように、熱伝搬液の吸収チューブ中を通る流速を減じることも可能である。これにより、パラボラコレクターのポンプ操作に要するエネルギーを節約することが可能である。
【００２４】
好ましくは、前記シリコン層及び酸化アルミニウム層の厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。前記厚さが５ｎｍ未満である場合、隣接層の組成によってはシリコン層あるいは酸化アルミニウム層のバリア作用が不十分となることがある。また、前記厚さが１００ｎｍ以上である場合、熱的ストレスが生じて、状況次第では層の剥離をひき起こす可能がある。前記シリコン層及び酸化アルミニウム層の好ましい厚さは１５ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内であり、さらに好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内である。
【００２５】
前記酸化ケイ素層と酸化アルミニウム層の厚さは異なっていてもよく、下側酸化ケイ素層の厚さは好ましくは上側酸化アルミニウム層の厚さよりも厚く形成される。好ましくは、基板と赤外領域反射層の間に配置される酸化ケイ素層の層厚は５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１５ｎｍ〜７０ｎｍであり、赤外領域反射層と吸収層の間に配置される酸化アルミニウム層あるいは酸化ケイ素層の厚さは０ｎｍ〜５０ｎｍであり、該層の組成によっては好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍ、または他の場合には５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内である。
【００２６】
赤外領域反射層を２層の酸化物層間へ埋め込むことにより、該反射層に銀、銅、白金、あるいは金等の材料を用いることが可能となり、これら材料により拡散はより容易になるが、発散度εが１０％未満となる等の赤外領域における反射性が大幅に向上する更なる利点がある。
【００２７】
前記赤外領域反射層の厚さは、その材料によって異なるが、好ましくは５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内である。この範囲内の厚さの中でも好ましい範囲は特に銅あるいは銀が用いられる場合には１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。前記層に銀が用いられる場合は、８０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内も層厚として好ましい範囲である。他の場合では、有効な層厚は５０〜１００ｎｍ、特に有効な厚さは５０〜８０ｎｍの範囲内である。
【００２８】
これら材料を用いる場合、金、銀、白金、銅などの材料は反射性が極めて高く、また２層の酸化物層間に埋め込まれているため他層へ拡散されないこと、あるいは拡散侵入してくる他の破壊性元素によってはその正の特性が損なわれないことから、前記赤外領域反射層の層厚を減ずることが可能である。
【００２９】
貴金属である金、銀、白金等を用いることによる高コスト化は、赤外領域反射層に要する層厚が公知の層厚に比べて大幅に減じられることにより補償可能であり、場合によっては補償を上回って余りある。
【００３０】
基板と赤外線ミラーコーティングとの間の第二バリア層へのＳｉＯｘの使用は、ＡｌｘＯｙを用いる場合に厚さが約６０ｎｍとなるのに対して約３０ｎｍの厚さで抑えられることからＡｌｘＯｙの使用に比べて有利である。これにより、加工時間を短縮し、かつ収量を増大させることが可能となる。
【００３１】
吸収層の厚さは好ましくは６０〜１８０ｎｍ、より好ましくは８０ｎｍ〜１５０ｎｍである。この吸収層は好ましくはモリブデンを含む酸化アルミニウム、あるいはモリブデンを含む酸化ジルコニウムから成るサーメット層である。均質な吸収層の代わりに組成の異なる複数の吸収層、特に金属含量を減じた層、あるいは徐々に変化する吸収層を設けることも可能である。サーメット層は、好ましくは勾配層、すなわち層内で金属含量が連続的に、あるいは実用的には段階的に、減少あるいは増加している層に作製される。
【００３２】
吸収層上にある反射防止層の層厚は好ましくは６０〜１２０ｎｍである。この層は好ましくは酸化シリコンあるいは酸化アルミニウムから成る。
【００３３】
本発明に係る吸収チューブの製造方法は、下記工程、すなわち、
・熱酸化法を用いてスチールチューブへ第一の酸化物バリア層を処理する工程、
・酸素を供給しながらシリコンの気相蒸着（ＰＶＤ）によって第二バリア層を処理する工程、
・金、銀、白金または銅等の材料、好ましくは気相蒸着法を用いて赤外領域反射層に対して金、銀、白金または銅を蒸着処理する工程、
・アルミニウムとモリブデンの気相蒸着を同時に行って吸収層を処理する工程、及び
・酸素を供給しながら気相蒸着によって反射防止層へシリコンを処理する工程を含むことを特徴とする。
前記スチールチューブは、好ましくは熱酸化処理前に、好ましくは表面粗さがＲａが０．２μｍ未満となるまで研磨される。
【００３４】
本発明に係る特にパラボラ・コレクター用の吸収チューブは、チューブ外側上へ少なくとも１層の赤外領域反射層と、反射層上へ配置される少なくとも１層の吸収層と、さらに吸収層上へ配置される反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングが施されたスチールチューブを備えて構成され、前記スチールチューブと前記反射層の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記スチールチューブへ処理された第一バリア層は熱処理によって得られた酸化物から成り、さらに前記第一バリア層へ処理された第二バリア層はＳｉＯｘ化合物（ｘは１〜２の数値とかんがえてよい）から成ることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る、特にサーメット材から成る吸収層と、前記サーメット層へ処理される反射防止層と、さらに外側に少なくとも１層の赤外領域反射層から成る放射線選択的吸収コーティングが処理されたスチールチューブを備える特にパラボラコレクタ用の吸収チューブは、特に、前記赤外領域反射層が２層のＳｉＯｘ層間、あるいは１層のＳｉＯｘ層と１層のＡｌｙＯｚ層間に配置されることを特徴とする。なお、上記において、ｘは好ましくは２であり、ｙは好ましくは１〜２の数値であり、及びｚは１〜３の数値である。
【００３６】
熱伝搬媒体が中を通過する吸収チューブを用いた本発明に係るパラボラコレクタの使用方法は、吸収チューブが、少なくとも１層の赤外領域反射層、該反射層上に配置される少なくとも１層の吸収層及び該吸収層上に配置される反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングと共に用いられ、少なくとも２層のバリア層が前記吸収チューブと前記反射層の間に配置され、そのうちの吸収チューブに対向する第一バリア層は熱処理によって得られた酸化物から成り、さらに第一バリア層へ処理された第二バリア層はＳｉＯｘ化合物（ｘは１〜２の数値と考えてよい）から成ることを特徴とする。
【００３７】
熱伝搬媒体が中を通過する吸収チューブを用いた本発明に係るパラボラコレクターの使用方法は、吸収チューブが、少なくとも１層の赤外領域反射層、特にサーメット材から成る吸収層、及び反射防止層から成る放射線選択的吸収コーティングと共に用いられ、前記赤外領域反射層は２層のＳｉＯｘ層の間、あるいはＳｉＯｘ層とＡｌｙＯｚ層の間に配置されることを特徴とする。なお、この場合において、ｘは好ましくは２、ｙは好ましくは１〜２の数値、及びｚは１〜３の数値を示す。
【００３８】
前記熱伝搬液として、特に水、または他オイル、または塩溶液が使用可能である。
【００３９】
さらに別の実施態様では、パラボラコレクターの使用方法において、吸収チューブの操作温度を４００〜５５０℃、特に４８０〜５２０℃に調節することが構成要件とされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】パラボラコレクタを示した図である。
【図２】本発明の一実施態様に従った吸収チューブの断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下において、本発明について図面を参照しながら実施態様を用いて詳細に説明する。
図１は側面が放物線状を呈する細長形状のパラボラ反射板１１を備えるパラボラコレクター１０を示した図である。パラボラ反射板１１は支持構造体１２によって保持されている。パラボラ反射板１１の焦点ラインに沿ってパラボラコレクターと連結している支持体１４上に吸収チューブ１３が固定されて延びている。パラボラ反射板１１と、支持体１４及び吸収チューブ１３によって、吸収チューブを中心として回転する装置、すなわち太陽Ｓの座標軸における位置を追跡する装置が形成される。太陽Ｓから入射する平行太陽輻射はパラボラ反射板１１によって吸収チューブ１３上へ集中される。熱伝搬媒体、特に水がこの吸収チューブ１３中を流れ、吸収された太陽輻射熱によって熱せられる。この熱伝搬媒体を吸収チューブの出口端部において取り出してエネルギー需要者あるいはエネルギー変換需要者へ供給することが可能である。
【００４２】
図２は吸収チューブ１３の断面を示す略断面図である。吸収チューブ１３はスチールチューブ１が有し、このチューブを通して熱伝搬媒体が流れ、このチューブによってチューブ１の外側へ処理される吸収コーティング２０の基板が形成される。吸収コーティング２０の個々の層の層厚は、表示の便宜から拡大され、かつ同一厚で示されている。
【００４３】
吸収コーティング２０には、その内側から外側へ向けて、熱酸化法によってスチールチューブ１へ処理されたクロミウム酸化鉄から成る第一バリア層あるいは拡散バリア層２４ａが設けられる。この上に、ＳｉＯｘ、好ましくはＳｉＯ２から成る第二バリア層と好ましくは酸化ケイ素あるいは酸化アルミニウムから成る第三バリア層２４ｃの間に、赤外領域反射層２１が埋め込まれたものが設けられ、この層２１は金、銀、白金あるいは銅によって作製される。前記第三バリア層２４ｃにはサーメット層２２が処理され、最終的にその外側に反射防止層２３が設けられて層系が完成される。
【００４４】
図２に示した実施態様による吸収チューブは以下に述べる方法によってコーティング処理される。
【００４５】
スチールチューブ１、好ましくはステンレススチールチューブを研磨し、次いで清浄する。前記研磨は好ましくは０．２μｍ未満の表面粗さになるまで実施される。次いで前記ステンレススチールチューブを４００℃より高い温度で約３０分間〜２時間、とりわけ５００℃で１時間熱酸化する。かかる処理により、厚さ１５ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ±１０ｎｍの酸化物層が第一バリア層２４ａとして形成される。
【００４６】
次いでスチールチューブを真空コーティング系の中へ持ち込み、その系から空気を抜く。気圧が５×１０−４ミリバール未満、好ましくは１×１０−４ミリバール未満になったら、気相蒸着法（ＰＶＤ）、とりわけ陰極原子化（スバッタリング）を用いて後続層を処理形成する。このため、スチールチューブはスパッタリング源を通過して、すなわち例えばＡｌ、Ａｇ及びＭｏ等のコーティング物質から成る目標を通過して回転移動される。
【００４７】
蒸着の最初の工程において、第二バリア層２４ｂは、シリコンを蒸発あるいは霧状化し、そして酸素を供給しながら反応させて蒸着することによってＳｉＯｘの形態で処理される。この処理中に１０−２〜１０−３ミリバール、好ましくは（４〜９）×１０−３ミリバールの酸素圧が確立される。この第二バリア層の好ましい層厚は１０ｎｍ〜７０ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ±１０ｎｍである。
【００４８】
後の第二蒸着工程において、第二バリア層２４ｂ上へ厚さが６０ｎｍ〜１５０ｎｍ、より好ましくは１１０ｎｍ±１０ｎｍとなるように金、銀、白金、あるいは銅、好ましくは銀を処理することによって赤外領域反射層２１が設けられる。
【００４９】
蒸着の第三工程において、第二バリア層の場合と同様に、第三バリア層２４ｃが、シリコンあるいはアルミニウムを蒸発させ、それを供給された酸素と反応させながら蒸着させることによってＳｉＯｘあるいはＡｌｘＯｙ層の形態で処理される。この第三バリア層の好ましい層厚は５０ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ±５ｎｍである。しかしながら、反射層２１へ適当な組成から成る吸収層２２が処理される場合はバリアの追加によって拡散が必ずしも阻害されないことが見出されていることから、このバリア層の処理を全く行わないことも可能である。
【００５０】
蒸着の第三工程では、同一るつぼから、あるいは２つの別個のターゲットからアルミニウムとモリブデンを共蒸発／共霧状化（ｃｏａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）させて吸収層、より具体的には、この場合ではサーメット層２２が処理される。この工程では、アルミニウムとモリブデンに加えて酸化アルミニウムも（反応によって）蒸着させるため、好ましくは前記共蒸発／共霧状化領域中へ酸素が同時に導入される。
【００５１】
蒸着の第四工程では、別の組成とし、適切な操作パラメータ（蒸発／霧状化速度及び酸素量など）を選定して層の進行と共に組成を変化させることも可能である。特に別個のターゲットを用いる場合は、モリブデン成分の蒸着は吸収層２２中のアルミニウム及び又は酸化アルミニウム成分の蒸着に対して可変的に構成可能である。別の言い方をすれば、吸収層２２のモリブデン成分に勾配をもたせ、その場合好ましくはモリブデン成分量は吸収層２２の処理と共に低下される。この場合、内部における濃度は、好ましくは２５容積％〜７０容積％、さらに好ましくは４０±１５容積％とし、また外側方向における濃度は１０〜３０容積％、さらに好ましくは２０±１０容積％まで低下させる。
【００５２】
未酸化のアルミニウム成分が吸収層２２中に残るように、好ましくは酸素が蒸着されたアルミニウム成分に対する化学量論に基づいて添加される。これは次いでレドックス電位あるいは酸素ゲッターとして利用されるため、酸化モリブデンの生成は起こらない。吸収層２２中の未酸化アルミニウム成分量は好ましくは吸収層の全成分量の１０容積％以下、さらに好ましくは０〜５容積％の範囲内である。蒸発速度や酸素量などの操作パラメータを変更することにより、吸収層内の未酸化アルミニウム成分量を変えることが可能である。
【００５３】
前記吸収層２２は好ましくは全体で６０ｎｍ〜１８０ｎｍ、さらに好ましくは８０ｎｍ〜１５０ｎｍ、最も好ましくは１２０±３０ｎｍの厚さに処理される。
【００５４】
蒸着の第五工程では、シリコンの気相蒸着法を用いて酸素を供給しながら蒸着を行うことにより反射防止層２３がＳｉＯ２の形態で処理される。この反射防止層２３はその好ましい厚さである７０ｎｍ〜１１０ｎｍ、さらに好ましくは９０±１０ｎｍの厚さに蒸着される。
【００５５】
このような方法によって製造した吸収チューブを真空加熱装置中５５０℃で６００時間加熱した。この加熱処理中、真空室内圧力は１×１０−４ミリバールとした。加熱は６００時間後に停止された。サンプルを１００℃以下まで冷却した後、真空室の換気を行い、サンプルを取り出した。次いでサンプルを分光計により分析し、ＡＭ１．５直接太陽光スペクトル及び波長域３５０〜２５００ｎｍに対して９５.5％±０．５％の積分太陽熱吸収値を得た。基板温度４００℃に対する熱放射測定値は７．５±２％であった。
【符号の説明】
【００５６】
１：スチールチューブ
２：熱伝搬液
１０：パラボラコレクター
１１：パラボラ反射板
１２：支持構造体
１３：吸収チューブ
１４：支持体
２０：放射線選択的吸収コーティング
２１：赤外領域反射層
２２：吸収層
２３：反射防止層
２４ａ：第一バリア層
２４ｂ：第二バリア層
２４ｃ：第三バリア層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）、及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から構成される、特にパラボラコレクター（１０）の吸収チューブ（１３）に用いる放射線選択的吸収コーティング（２０）であって、前記反射層（２１）は少なくとも２層のバリア層（２４ａ）及び（２４ｂ）上へ配置され、及び前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物から成ることを特徴とする吸収コーティング。
【請求項２】
前記少なくとも２層のバリア層のうちの第一バリア層（２４ａ）が熱処理により得られた酸化物から成り、及び前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項１項記載の吸収コーティング。
【請求項３】
第三バリア層（２４ｃ）が反射層（２１）と吸収層（２２）の間に配置されることを特徴とする請求項１項または２項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項４】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、及びｙは１〜３の数値、から成ることを特徴とする請求項３項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項５】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項３項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項６】
前記吸収層（２２）がサーメット材から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項７】
前記赤外領域反射層（２１）に金、銀、白金あるいは銅が含まれるか、あるいは前記赤外領域反射層（２１）が金、銀、白金あるいは銅から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項８】
前記第一バリア層（２４ａ）に酸化鉄が含まれることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項９】
前記第一バリア層（２４ａ）に酸化クロミウムが含まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項１０】
少なくとも１層の赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から成る放射線選択的吸収コーティング（２０）が外側にコーティングされたスチールチューブから成る特にパラボラコレクター用の吸収チューブ（１３）であって、
前記スチールチューブ（１）と前記反射層（２１）の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記スチールチューブ（１）へ処理される第一バリア層（２４ａ）は熱処理により得られる酸化物から成り、及び前記第一バリア層（２４ａ）へ処理される第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする吸収チューブ（１３）。
【請求項１１】
第三バリア層（２４ｃ）が反射層（２１）と吸収層（２２）の間に配置されることを特徴とする請求項１０項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１２】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、ｙは１〜３の数値、から成ることを特徴とする請求項１１項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１３】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項１１項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１４】
熱酸化法を用いてスチールチューブへ第一酸化物バリア層（２４ａ）を処理する工程、
酸素を供給しながら気相蒸着（ＰＶＤ）法を用いたシリコンの蒸着により第二バリア層（２４ｂ）を処理する工程、
気相蒸着法を用いた金、銀、白金あるいは銅の蒸着により赤外領域反射層（２１）を処理する工程、
気相蒸着法を用いてアルミニウムとモリブデンの蒸着を同時に行って吸収層（２２）を処理する工程、及び
酸素を供給しながら気相蒸着法を用いたシリコンの蒸着により反射防止層（２３）を処理する工程、から構成される吸収チューブ（１３）の製造方法。
【請求項１５】
前記スチールチューブが前記熱酸化前に研磨され、その研磨によって表面粗さＲａが０．２μｍ未満とされることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
【請求項１６】
前記気相蒸着が５×１０−４ミリバールを下回る大気圧において実施されることを特徴とする請求項１４項または１５項記載の方法。
【請求項１７】
前記チューブが、前記気相蒸着中に、それぞれの場合における処理対象物質から成るターゲットを通過して回転移動されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
赤外領域反射層（２１）の処理に続き、酸素を供給しながらアルミニウムあるいはシリコンの気相蒸着を行って第三バリア層（２４ｃ）を処理することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記吸収層（２２）中のアルミニウム成分が酸素を供給しながら蒸着されることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
モリブデン成分の蒸着が、吸収層（２２）中のアルミニウム成分及び又は酸化アルミニウム成分の蒸着に対して変動的に行われるように構成されることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１層の赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から成る放射線選択的吸収コーティング（２０）が施された吸収チューブが用いられ、
前記吸収チューブ（１３）と前記反射層（２１）の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記吸収チューブ（１３）に対向する第一バリア層（２４ａ）は熱処理により得られる酸化物から成り、及び前記第一バリア層（２４ａ）へ処理される第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする、内部を熱伝搬媒体（２）が通過する吸収チューブ（１３）を用いたパラボラコレクターの操作方法。
【請求項２２】
前記吸収チューブ（１３）の操作温度が４００〜５５０℃に調節されることを特徴とする請求項２１項記載の方法。
【請求項１】
赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）、及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から構成される、特にパラボラコレクター（１０）の吸収チューブ（１３）に用いる放射線選択的吸収コーティング（２０）であって、前記反射層（２１）は少なくとも２層のバリア層（２４ａ）及び（２４ｂ）上へ配置され、及び前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物から成ることを特徴とする吸収コーティング。
【請求項２】
前記少なくとも２層のバリア層のうちの第一バリア層（２４ａ）が熱処理により得られた酸化物から成り、及び前記少なくとも２層のバリア層のうちの第二バリア層がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項１項記載の吸収コーティング。
【請求項３】
第三バリア層（２４ｃ）が反射層（２１）と吸収層（２２）の間に配置されることを特徴とする請求項１項または２項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項４】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、及びｙは１〜３の数値、から成ることを特徴とする請求項３項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項５】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項３項記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項６】
前記吸収層（２２）がサーメット材から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項７】
前記赤外領域反射層（２１）に金、銀、白金あるいは銅が含まれるか、あるいは前記赤外領域反射層（２１）が金、銀、白金あるいは銅から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項８】
前記第一バリア層（２４ａ）に酸化鉄が含まれることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項９】
前記第一バリア層（２４ａ）に酸化クロミウムが含まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の吸収コーティング（２０）。
【請求項１０】
少なくとも１層の赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から成る放射線選択的吸収コーティング（２０）が外側にコーティングされたスチールチューブから成る特にパラボラコレクター用の吸収チューブ（１３）であって、
前記スチールチューブ（１）と前記反射層（２１）の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記スチールチューブ（１）へ処理される第一バリア層（２４ａ）は熱処理により得られる酸化物から成り、及び前記第一バリア層（２４ａ）へ処理される第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする吸収チューブ（１３）。
【請求項１１】
第三バリア層（２４ｃ）が反射層（２１）と吸収層（２２）の間に配置されることを特徴とする請求項１０項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１２】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＡｌｘＯｙ化合物、ｘは１〜２の数値、ｙは１〜３の数値、から成ることを特徴とする請求項１１項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１３】
前記第三バリア層（２４ｃ）がＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする請求項１１項記載の吸収チューブ（１３）。
【請求項１４】
熱酸化法を用いてスチールチューブへ第一酸化物バリア層（２４ａ）を処理する工程、
酸素を供給しながら気相蒸着（ＰＶＤ）法を用いたシリコンの蒸着により第二バリア層（２４ｂ）を処理する工程、
気相蒸着法を用いた金、銀、白金あるいは銅の蒸着により赤外領域反射層（２１）を処理する工程、
気相蒸着法を用いてアルミニウムとモリブデンの蒸着を同時に行って吸収層（２２）を処理する工程、及び
酸素を供給しながら気相蒸着法を用いたシリコンの蒸着により反射防止層（２３）を処理する工程、から構成される吸収チューブ（１３）の製造方法。
【請求項１５】
前記スチールチューブが前記熱酸化前に研磨され、その研磨によって表面粗さＲａが０．２μｍ未満とされることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
【請求項１６】
前記気相蒸着が５×１０−４ミリバールを下回る大気圧において実施されることを特徴とする請求項１４項または１５項記載の方法。
【請求項１７】
前記チューブが、前記気相蒸着中に、それぞれの場合における処理対象物質から成るターゲットを通過して回転移動されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
赤外領域反射層（２１）の処理に続き、酸素を供給しながらアルミニウムあるいはシリコンの気相蒸着を行って第三バリア層（２４ｃ）を処理することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記吸収層（２２）中のアルミニウム成分が酸素を供給しながら蒸着されることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
モリブデン成分の蒸着が、吸収層（２２）中のアルミニウム成分及び又は酸化アルミニウム成分の蒸着に対して変動的に行われるように構成されることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１層の赤外領域反射層（２１）、前記反射層（２１）の上方へ配置される少なくとも１層の吸収層（２２）及び前記吸収層（２２）の上方へ配置される反射防止層（２３）から成る放射線選択的吸収コーティング（２０）が施された吸収チューブが用いられ、
前記吸収チューブ（１３）と前記反射層（２１）の間には少なくとも２層のバリア層が配置され、そのうちの前記吸収チューブ（１３）に対向する第一バリア層（２４ａ）は熱処理により得られる酸化物から成り、及び前記第一バリア層（２４ａ）へ処理される第二バリア層（２４ｂ）はＳｉＯｘ化合物、ｘは１〜２の数値、から成ることを特徴とする、内部を熱伝搬媒体（２）が通過する吸収チューブ（１３）を用いたパラボラコレクターの操作方法。
【請求項２２】
前記吸収チューブ（１３）の操作温度が４００〜５５０℃に調節されることを特徴とする請求項２１項記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１９８１７０（Ｐ２００９−１９８１７０Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−３２２２２（Ｐ２００９−３２２２２）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２２２２（Ｐ２００９−３２２２２）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
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