JP6549491B2

JP6549491B2 - 太陽熱集熱管

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Publication number: JP6549491B2
Application number: JP2016015492A
Authority: JP
Inventors: 琢仁筒井; 笹谷　亨; 亨笹谷; 則武　和人; 和人則武; 芳樹奥原; 友宏黒山; 大輔伊岐見
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Current assignee: Toyota Industries Corp; Japan Fine Ceramics Center
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2019-07-24
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Description

本発明は、太陽熱集熱管に関する。

太陽光を熱に変換し、その熱を利用して発電を行う太陽熱発電装置が知られている。この装置では、集光手段によって太陽光を集光し、その集光した太陽光によって太陽熱集熱管内の熱媒体を加熱した後、その加熱した熱媒体の熱エネルギーを発電機で利用することによって発電が行なわれる。そのため、この装置では、内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面に、太陽光を熱に効率良く変換するための様々な層が形成された太陽熱集熱管が用いられている。例えば、内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面上には、熱媒体及び管からの熱輻射を反射する赤外線反射層、太陽光を熱に変換する太陽光−熱変換層、及び太陽光の反射を防止する反射防止層が形成されている。これらの様々な層の中でも赤外線反射層にはＡｇ層を用いることが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−２７１０３３号公報

太陽熱集熱管は、内部を流通する熱媒が高温になると、熱媒体が流通する管の外側表面が約６５０℃〜約７００℃の高温になり、管の外側表面に形成された赤外線反射層も高温に曝される。従来、赤外線反射層として用いられているＡｇ層は、耐熱性が十分でないため、高温に曝されると、１時間程度でＡｇが凝集及び昇華し、熱媒体及び管からの熱輻射を反射する効果が低下してしまう。そして、このような状態のＡｇ層では、赤外線反射層としての機能が十分に発揮されないため、太陽光を熱に変換する効率が低下してしまう。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高温に曝されてもＡｇの凝集及び昇華を抑制することができる耐熱性に優れたＡｇ層を赤外線反射層に用いることにより、太陽光を熱に変換する効率が低下し難い太陽熱集熱管及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、Ｎｂ（ニオブ）をＡｇ層に所定の割合で分散させることにより、Ａｇの凝集及び昇華を抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の第（１）項〜第（８）項である。
（１）内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面上に、少なくとも赤外線反射層、太陽光−熱変換層及び反射防止層が設けられた太陽熱集熱管であって、
前記赤外線反射層は、Ｎｂが分散されたＡｇ層であり、且つＮｂの含有率が０．１ａｔ％〜３１．８ａｔ％であることを特徴とする太陽熱集熱管。
（２）前記赤外線反射層と前記太陽光−熱変換層との間に金属保護層が設けられていることを特徴とする第（１）項に記載の太陽熱集熱管。
（３）前記金属保護層が、Ａｇよりも融点が高い材料から形成されていることを特徴とする第（２）項に記載の太陽熱集熱管。

（４）前記管と前記赤外線反射層との間に金属保護層が設けられていることを特徴とする第（１）項〜第（３）項のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
（５）前記金属保護層と前記太陽光−熱変換層との間に酸素バリア層が設けられていることを特徴とする第（２）項〜第（４）項のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
（６）前記管と前記赤外線反射層との間に拡散防止層が設けられていることを特徴とする第（４）項又は第（５）項に記載の太陽熱集熱管。

（７）前記金属保護層と前記酸素バリア層又は前記太陽光−熱変換層との間に反応防止層が設けられていることを特徴とする第（２）項〜第（６）項のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
（８）前記拡散防止層と前記金属保護層との間に反応防止層が設けられていることを特徴とする第（６）項又は第（７）項に記載の太陽熱集熱管。

本発明によれば、高温に曝されてもＡｇの凝集及び昇華を抑制することができる耐熱性に優れたＡｇ層を赤外線反射層に用いることにより、太陽光を熱に変換する効率が低下し難い太陽熱集熱管及びその製造方法を提供することができる。

実施の形態１の太陽熱集熱管の部分断面図である。石英基板上に形成した、Ａｇのみから構成されるＡｇ層を７００℃で１時間加熱した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。石英基板上に形成した、Ａｇのみから構成されるＡｇ層を７００℃で１時間加熱する前後のＡｇ層の光透過率の結果である。石英基板に形成した、０．７５ａｔ％のＮｂを分散させたＡｇ層を７００℃で１時間加熱した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。石英基板に形成した、０．７５ａｔ％のＮｂを分散させたＡｇ層を７００℃で１時間加熱する前後のＡｇ層の光透過率の結果である。実施の形態２の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態３の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態４の太陽熱集熱管の部分断面図である。石英基板に、金属保護層（２０ｎｍのＮｂ層）、０．７５ａｔ％のＮｂを分散させたＡｇ層（２００ｎｍ）、金属保護層（２５ｎｍのＮｂ層）及び酸素バリア層（４０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）を順に積層させた積層体である。図９の積層体を７００℃で１時間、１１時間及び５１時間加熱する前後の積層体の光透過率の結果である。実施の形態５の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態６の太陽熱集熱管の部分断面図である。実施の形態７の太陽熱集熱管の部分断面図である。石英基板に、反応防止層（２０ｎｍのＮｂＳｉ_２層）、金属保護層（１５．７ｎｍのＮｂ層）、０．７５ａｔ％のＮｂを分散させたＡｇ層（２００ｎｍ）、金属保護層（７．８ｎｍのＮｂ層）、反応防止層（１０ｎｍのＮｂＳｉ_２層）及び酸素バリア層（５０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）を順に積層させた積層体である。図１４の積層体を７００℃で１時間、１１時間及び５１時間加熱する前後の積層体の光透過率の結果である。

以下、本発明の太陽熱集熱管及びその製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図１において、本実施の形態の太陽熱集熱管１は、内部を熱媒体が流通可能な管２と、管２の外側表面上に形成された赤外線反射層３と、赤外線反射層３上に形成された太陽光−熱変換層４と、太陽光−熱変換層４上に形成された反射防止層５とを有する。

内部を熱媒体が流通可能な管２としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。一般的には、管２の材質は、鉄系材料（例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼）、アルミニウム系材料等の耐熱性を有する金属を用いることができる。これらの中でも、使用環境（例えば、管２の加熱温度）を考慮すると、ステンレス鋼又は耐熱鋼製の管２であることが好ましい。

管２の内部を流通する熱媒体としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。熱媒体の例としては、水、油、溶融塩（例えば、溶融ナトリウム）等が挙げられる。

管２の外側表面上に形成された赤外線反射層３は、熱媒体及び管２からの熱輻射（熱放射）を反射する機能を有する。太陽熱集熱管１に用いられる熱媒体及び管２などの材料は、約６５０℃〜約７００℃の高温に加熱されることがあるが、その際に放射される電磁波のほとんどは赤外線となる。そのため、赤外線反射層３は、この赤外線を反射する機能を主に有している。すなわち、赤外線反射層３は、熱媒体及び管２に与えられた熱エネルギーが、熱輻射によって管２の外部に放出されるのを抑制している。

赤外線反射層３としては、従来、Ａｇ層７が用いられてきたが、Ａｇのみから構成されるＡｇ層７は、約６５０℃〜約７００℃の高温に曝されると、１時間程度でＡｇが凝集又は昇華してしまう。
ここで、石英基板上に形成した、Ａｇのみから構成されるＡｇ層７を７００℃で１時間加熱した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図２に示す。また、当該加熱前後のＡｇ層７の光透過率の結果を図３に示す。
図２に示されているように、Ａｇ層７は加熱によってＡｇが昇華すると共に凝集し、Ａｇ層７の下層である石英基板が露出してしまう。また、図３に示されているように、加熱前のＡｇ層７は、約２００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域の光透過率がほぼゼロ（当該波長域の光が透過しない）であったのに対し、加熱後のＡｇ層７は、約２００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域の光透過率が約４０％である（当該波長域の光が透過する）。このようにＡｇの凝集及び昇華したＡｇ層７では、赤外線反射層３としての機能（熱媒体及び管からの熱輻射を反射する機能）が十分に発揮されないため、太陽光を熱に変換する効率が低下してしまう。

そこで、本実施の形態の太陽熱集熱管１では、Ｎｂ６を分散させたＡｇ層７を赤外線反射層３として用いている。Ｎｂ６は、Ａｇ層７においてＡｇの凝集及び昇華を抑制する効果を有し、これによりＡｇ層７の耐熱性が向上する。
ここで、石英基板に形成した、０．７５ａｔ％のＮｂ６を分散させたＡｇ層７を７００℃で１時間加熱した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図４に示す。また、このＡｇ層７を７００℃で１時間加熱する前後のＡｇ層７の光透過率の結果を図５に示す。
図４に示されているように、７００℃で１時間加熱しても、Ａｇ層７の下層である石英基板が露出しておらず、Ａｇの凝集及び昇華もほとんど生じていない。また、図５に示されているように、加熱前後でＡｇ層７の光透過率もほとんど変化しない。したがって、Ｎｂ６が分散されたＡｇ層７であれば、約７００℃の高温に曝されたとしても、Ａｇの凝集及び昇華を抑制することができるため、赤外線反射層３としての機能（熱媒体及び管からの熱輻射を反射する機能）が低下せず、太陽光を熱に変換する効率も低下しない。

Ａｇ層７におけるＮｂ６の含有率は、Ａｇの凝集及び昇華を抑制する効果を得る観点から、０．１ａｔ％〜３１．８ａｔ％、好ましくは０．２ａｔ％〜３０ａｔ％、より好ましくは０．３ａｔ％〜２５ａｔ％、さらに好ましくは０．４ａｔ％〜２０ａｔ％、特に好ましくは０．５ａｔ％〜１５ａｔ％である。
Ｎｂ６が分散されたＡｇ層７の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ〜４００ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。

Ｎｂ６が分散されたＡｇ層７は、Ａｇ及びＮｂをターゲットとして用い、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの存在下でスパッタリングを行うことによって形成することができる。スパッタリングの際の条件は、使用する装置に応じて適宜調整すればよく特に限定されない。また、ターゲットは、Ａｇ及びＮｂを個別のターゲットとしてもよいし、Ａｇ及びＮｂの混合物を１つのターゲットとしてもよい。

赤外線反射層３上に形成された太陽光−熱変換層４は、熱輻射による放熱を抑えつつ、太陽光を効率良く吸収する機能を有する。太陽光−熱変換層４は、光選択吸収層とも称される。
太陽光−熱変換層４としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。太陽光−熱変換層４の例としては、黒色クロムめっき層、黒色ニッケルめっき層、無電解ニッケル黒化処理層、四三酸化鉄皮層、サーメット層（セラミックと金属とを複合させた材料からなる層）、ケイ化マンガン層、ケイ化クロム層、ケイ化マンガン又はケイ化クロムと透明誘電体（例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮなど）との複合材料からなる層などが挙げられる。

太陽光−熱変換層４の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
太陽光−熱変換層４の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングなど）、めっき法などを用いて形成することができる。

太陽光−熱変換層４上に形成された反射防止層５は、太陽光の反射を防止する機能を有する。
反射防止層５としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。反射防止層５の例としては、ＳｉＯ_２層、Ａｌ_２Ｏ_３層、ＡｌＮ層、Ｃｒ_２Ｏ_３層等の透明誘電体層が挙げられる。

反射防止層５の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。
反射防止層５の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管１によれば、Ｎｂ６をＡｇ層７に所定の割合で分散させることでＡｇの凝集及び昇華を抑制した赤外線反射層３を備えているため、太陽光を熱に変換する効率が低下し難い。

実施の形態２．
図６は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図６において、本実施の形態の太陽熱集熱管１０は、赤外線反射層３と太陽光−熱変換層４との間に金属保護層１１が設けられている点で、実施の形態１の太陽熱集熱管１と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態１の太陽熱集熱管１と同じであるため、説明を省略する。
金属保護層１１は、赤外線反射層３に含有されるＡｇを昇華し難くする機能を有する。そのため、赤外線反射層３と太陽光−熱変換層４との間に金属保護層１１を形成することにより、赤外線反射層３に含有されるＡｇの昇華がより一層抑制され、赤外線反射層３の機能が低下し難くなる。

金属保護層１１としては、Ａｇを昇華し難くする機能を有するものであれば特に限定されず、一般に、Ａｇ（融点９６１．８℃）よりも融点が高い材料から形成される。Ａｇよりも融点が高い材料としては、Ｎｂ（融点２４６９℃）、Ｍｏ（融点２６２３℃）、Ｗ（融点３４２２℃）、Ｃｕ（融点２５６２℃）、Ｎｉ（融点１４５５℃）、Ｆｅ（融点１５３８℃）、Ｃｒ（融点１９０７℃）、Ｔａ（融点３０２０℃）などが挙げられる。
また、金属保護層１１を形成する材料は、赤外域の光に対する反射率が高いことが好ましい。例えば、波長２５００ｎｍの赤外光に対する反射率は、Ｎｂが９６．１％、Ｍｏが９７．１％、Ｗが９５．２％、Ｃｕが９７．４％、Ｎｉが８６．４％、Ｆｅが８１．８％、Ｃｒが８１．３％、Ｔａが９７．３％であり、赤外域の光に対する反射率が９０％を超えるＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＣｕが好ましい。

金属保護層１１の厚さは、使用する材料の種類などに応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、熱輻射を抑える観点から、赤外線反射層３の厚さよりも小さいことが好ましい。
また、赤外線反射層３及び金属保護層１１に用いる材料の光学定数を用いて多層膜近似し、その結果を基に輻射率を計算することにより、赤外線反射層３上に形成される金属保護層１１の適切な厚さを求めてもよい。例えば、Ｎｂ６を０．７５ａｔ％で含む厚さ１００ｎｍの赤外線反射層３上にＭｏを用いて金属保護層１１を形成する場合、金属保護層１１（Ｍｏ層）の厚さを０．１ｎｍ〜４０．５ｎｍとすることにより、６５０℃での輻射率をＣｕ層よりも低くすることができる。また、Ｗを用いて金属保護層１１を形成する場合、金属保護層１１（Ｗ層）の厚さを０．１ｎｍ〜１４．５ｎｍとすることにより、６５０℃での輻射率をＣｕ層よりも低くすることができる。さらに、Ｎｂを用いて金属保護層１１を形成する場合、金属保護層１１（Ｎｂ）層の厚さを０．１ｎｍ〜５．９ｎｍとすることにより、６５０℃での輻射率をＣｕ層よりも低くすることができる。

金属保護層１１の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管１０によれば、赤外線反射層３に含有されるＡｇの昇華をより一層抑制することができるため、赤外線反射層３の機能がより一層低下し難くなる。そのため、この太陽熱集熱管１０は、太陽光を熱に変換する効率がより一層低下し難い。

実施の形態３．
図７は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図７において、本実施の形態の太陽熱集熱管２０は、管２と赤外線反射層３との間に金属保護層１１がさらに設けられている点で、実施の形態２の太陽熱集熱管１０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態２の太陽熱集熱管１０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態１の太陽熱集熱管１にも適用することができる。
管２と赤外線反射層３との間に設けられる金属保護層１１は、赤外線反射層３の下地として設けられ、赤外線反射層３を均一に形成し易くする機能を有する。そのため、管２と赤外線反射層３との間に金属保護層１１を形成することにより、赤外線反射層３が均一に形成され、赤外線反射層３の機能を安定して得ることができる。

管２と赤外線反射層３との間に設けられる金属保護層１１としては、特に限定されず、赤外線反射層３上に設けられる金属保護層１１と同じものを用いることができる。
また、管２と赤外線反射層３との間に設けられる金属保護層１１の厚さは、下地としての機能を発揮し得る範囲であれば特に限定されないが、一般に１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ〜５０ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管２０によれば、実施の形態１の太陽熱集熱管１又は実施の形態２の太陽熱集熱管１０の効果に加えて、赤外線反射層３の機能を安定して得ることができる。

実施の形態４．
図８は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図８において、本実施の形態の太陽熱集熱管３０は、金属保護層１１と太陽光−熱変換層４との間に酸素バリア層１２が設けられている点で、実施の形態３の太陽熱集熱管２０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態３の太陽熱集熱管２０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態２の太陽熱集熱管１０にも適用することができる。
酸素バリア層１２は、金属保護層１１の酸化が起こる原因となる酸素の透過を防止するために設けられる。そのため、金属保護層１１と太陽光−熱変換層４との間に酸素バリア層１２を形成することにより、金属保護層１１の酸化を防止することができるため、金属保護層１１の機能が低下し難くなる。

酸素バリア層１２としては、酸素を透過し難いものであれば特に限定されず、例えば、誘電体層を用いることができる。誘電体層の例としては、ＳｉＯ_２層、Ａｌ_２Ｏ_３層、ＡｌＮ層、Ｃｒ_２Ｏ_３層、Ｓｉ_３Ｎ_４層などの透明誘電体層が挙げられる。
酸素バリア層１２の厚さは、酸素を透過させない範囲であれば特に限定されないが、一般に１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ〜５０ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。

酸素バリア層１２の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

ここで、石英基板に、金属保護層１１（２０ｎｍのＮｂ層）、０．７５ａｔ％のＮｂ６を分散させたＡｇ層７（２００ｎｍ）、金属保護層１１（２５ｎｍのＮｂ層）及び酸素バリア層１２（４０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）を順に積層させた図９の積層体を作製し、この積層体を７００℃で１時間、１１時間及び５１時間加熱する前後の積層体の光透過率の結果を図１０に示す。図１０に示されているように、加熱前後で積層体の光透過率はほとんど変化しない。したがって、このような積層構造とすることにより、各層の機能が低下せず、太陽光を熱に変換する効率も低下しない。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管３０によれば、実施の形態２の太陽熱集熱管１０又は実施の形態３の太陽熱集熱管２０の効果に加えて、金属保護層１１の酸化による金属保護層１１の機能の低下を防止することができる。

実施の形態５．
図１１は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図１１において、本実施の形態の太陽熱集熱管４０は、管２と赤外線反射層３との間に拡散防止層１３が設けられている点で、実施の形態４の太陽熱集熱管３０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態４の太陽熱集熱管３０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態１の太陽熱集熱管１、実施の形態２の太陽熱集熱管１０及び実施の形態３の太陽熱集熱管２０にも適用することができる。
拡散防止層１３は、管２の成分（例えば、Ｃｒ）が上層（図１１では金属保護層１１）に拡散することを防止するために設けられる。そのため、管２の外側表面上に拡散防止層１３を形成することにより、管２の上層（図１１では金属保護層１１）の機能が低下し難くなる。

拡散防止層１３としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。拡散防止層１３に用いられる材料の例としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮなどの窒化物が挙げられる。
拡散防止層１３の厚さは、管２の成分が上層に拡散することを防止し得る範囲であれば特に限定されないが、一般に１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ〜５０ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。

拡散防止層１３の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管４０によれば、実施の形態１の太陽熱集熱管１、実施の形態２の太陽熱集熱管１０、実施の形態３の太陽熱集熱管２０又は実施の形態４の太陽熱集熱管３０の効果に加えて、管２の上層の機能の低下を防止することができる。

実施の形態６．
図１２は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図１２において、本実施の形態の太陽熱集熱管５０は、金属保護層１１と酸素バリア層１２との間に反応防止層１４が設けられている点で、実施の形態５の太陽熱集熱管４０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態５の太陽熱集熱管４０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態４の太陽熱集熱管３０にも適用することができる。
反応防止層１４は、金属保護層１１と酸素バリア層１２との反応を防止するために設けられる。そのため、金属保護層１１と酸素バリア層１２との間に反応防止層１４を設けることにより、金属保護層１１及び酸素バリア層１２の機能が低下し難くなる。
また、反応防止層１４は、酸素バリア層１２が形成されていない場合でも、金属保護層１１と太陽光−熱変換層４との反応を防止することができる。この際、反応防止層１４は、酸素の透過を防止する機能も有するため、酸素バリア層１２の代わりにもなる。

反応防止層１４としては、金属保護層１１及び酸素バリア層１２又は太陽光−熱変換層４と反応し難いものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。反応防止層１４に用いられる材料の例としては、ケイ化ニオブ（ＮｂＳｉ_２）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ_２）などのケイ化物が挙げられる。その中でも、反応防止層１４の材料は、金属保護層１１に用いられる金属のケイ化物であることが好ましい。
反応防止層１４の厚さは、金属保護層１１と酸素バリア層１２又は太陽光−熱変換層４との反応を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、一般に１ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜８０ｎｍである。

反応防止層１４の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、化学的蒸着、物理的蒸着（スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング）を用いて形成することができる。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管５０によれば、実施の形態４の太陽熱集熱管３０又は実施の形態５の太陽熱集熱管４０の効果に加えて、金属保護層１１及び酸素バリア層１２又は太陽光−熱変換層４の機能の低下を防止することができる。

実施の形態７．
図１３は、本実施の形態の太陽熱集熱管の部分断面図である。
図１３において、本実施の形態の太陽熱集熱管６０は、拡散防止層１３と金属保護層１１との間に反応防止層１４が設けられている点で、実施の形態６の太陽熱集熱管５０と異なる。なお、この点以外の特徴については、実施の形態６の太陽熱集熱管５０と同じであるため、説明を省略する。また、本実施の形態の特徴は、実施の形態５の太陽熱集熱管４０にも適用することができる。
拡散防止層１３と金属保護層１１との間に設けられる反応防止層１４は、拡散防止層１３と金属保護層１１との反応を防止するために設けられる。そのため、拡散防止層１３と金属保護層１１との間に反応防止層１４を設けることにより、拡散防止層１３及び金属保護層１１の機能が低下し難くなる。

拡散防止層１３と金属保護層１１との間に設けられる反応防止層１４としては、金属保護層１１と酸素バリア層１２との間に設けられる反応防止層１４と同じものを用いることができる。その中でも、反応防止層１４の材料は、金属保護層１１に用いられる金属のケイ化物であることが好ましい。
拡散防止層１３と金属保護層１１との間に設けられる反応防止層１４の厚さは、拡散防止層１３と金属保護層１１との反応を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、一般に１ｎｍ〜１５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。

ここで、石英基板に、反応防止層１４（２０ｎｍのＮｂＳｉ_２層）、金属保護層１１（１５．７ｎｍのＮｂ層）、０．７５ａｔ％のＮｂ６を分散させたＡｇ層７（２００ｎｍ）、金属保護層１１（７．８ｎｍのＮｂ層）、反応防止層１４（１０ｎｍのＮｂＳｉ_２層）及び酸素バリア層１２（５０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４層）を順に積層させた図１４の積層体を作製し、この積層体を７００℃で１時間、１１時間及び５１時間加熱する前後の積層体の光透過率の結果を図１５に示す。図１５に示されているように、加熱前後で積層体の光透過率はほとんど変化しない。したがって、このような積層構造とすることにより、各層の機能が低下せず、太陽光を熱に変換する効率も低下しない。

上記のような特徴を有する本実施の形態の太陽熱集熱管６０によれば、実施の形態５の太陽熱集熱管４０又は実施の形態６の太陽熱集熱管５０の効果に加えて、金属保護層１１及び拡散防止層１３の機能の低下を防止することができる。

１、１０、２０、３０、４０太陽熱集熱管、２管、３赤外線反射層、４太陽光−熱変換層、５反射防止層、６Ｎｂ、７Ａｇ層、１１金属保護層、１２酸素バリア層、１３拡散防止層、１４反応防止層。

Claims

内部を熱媒体が流通可能な管の外側表面上に、少なくとも赤外線反射層、太陽光−熱変換層及び反射防止層が設けられた太陽熱集熱管であって、
前記赤外線反射層は、Ｎｂが分散されたＡｇ層であり、且つＮｂの含有率が０．１ａｔ％〜３１．８ａｔ％であることを特徴とする太陽熱集熱管。
前記赤外線反射層と前記太陽光−熱変換層との間に金属保護層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱管。
前記金属保護層が、Ａｇよりも融点が高い材料から形成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽熱集熱管。
前記管と前記赤外線反射層との間に金属保護層が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
前記金属保護層と前記太陽光−熱変換層との間に酸素バリア層が設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
前記管と前記赤外線反射層との間に拡散防止層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
前記金属保護層と前記酸素バリア層又は前記太陽光−熱変換層との間に反応防止層が設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
前記拡散防止層と前記金属保護層との間に反応防止層が設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽熱集熱管。