JP2013019574A - Sheet for forming solar light selective absorption film, method of forming solar light selective absorption film, and method of manufacturing solar system - Google Patents

Sheet for forming solar light selective absorption film, method of forming solar light selective absorption film, and method of manufacturing solar system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form an uniform solar light selective absorption film on a surface of a comparatively large-scaled solar heat collection pipe (inner pipe and the like) by a simple method at low cost.SOLUTION: This sheet for forming the solar light selective absorption film includes a peelable base film having flexibility, a plurality of approximate spherical fine particles disposed on the base film, and a metallic film formed on at least a part of a surface at a side opposite to the base film of the fine particles. The fine particles are constituted of a material transparent to wavelengths of visible light and near-infrared light, the fine particles have refractive index smaller than that of the metallic film, and a product of the refractive index and a particle diameter of the fine particles is substantially equal to a specific wavelength in the visible light and near-infrared ray light regions.

Description

本発明は、太陽光を集光して熱として利用するための太陽光選択吸収膜形成用シート、太陽光選択吸収膜の製造方法、および、ソーラーシステムの製造方法に関する。   The present invention relates to a solar selective absorption film forming sheet for collecting sunlight and using it as heat, a method for manufacturing a solar selective absorption film, and a method for manufacturing a solar system.

太陽光を効率よく熱エネルギーに変換するデバイスとして、2重円筒型などの太陽光集熱管が用いられている。この太陽光集熱管は、外側の円筒が、ガラスなどの太陽光を透過する構造材で構成され、内側の円筒が、太陽光を吸収して内部を流動する媒体と熱交換を行うための表面コートされたスチール管や銅管で構成されている。また、両円筒の間隙は真空状態であり、内筒が高温になっても伝熱・対流による熱損失が小さくなるように設計されている。さらに、太陽光を効率よく吸収し、輻射損失をなるべく小さくするために、内筒の表面には太陽光選択吸収膜が形成されている。   As a device for efficiently converting sunlight into heat energy, a solar collecting tube such as a double cylinder type is used. In this solar heat collecting tube, the outer cylinder is composed of a structural material that transmits sunlight, such as glass, and the inner cylinder is a surface for heat exchange with a medium that absorbs sunlight and flows inside Consists of coated steel and copper tubes. In addition, the gap between the two cylinders is in a vacuum state, and the heat loss due to heat transfer and convection is designed to be small even when the inner cylinder becomes high temperature. Furthermore, in order to absorb sunlight efficiently and to reduce radiation loss as much as possible, a sunlight selective absorption film is formed on the surface of the inner cylinder.

従来、太陽光選択吸収膜としては、太陽光の吸収効率を高めるために、金属表面にたとえば黒クロム(酸化クロム)めっきを施したものが用いられていた。しかしながら、黒クロムは、太陽光の吸収率は高くなるものの、赤外光の反射率が高くないことから、輻射光の放射が多くなってしまうという問題を有している。また、黒クロムは、高温(>300℃)での耐久性に劣るので高温下での使用には適さない。   Conventionally, as a solar selective absorption film, in order to increase the absorption efficiency of solar light, for example, a metal surface subjected to black chrome (chromium oxide) plating has been used. However, black chrome has a problem that although it has a high solar absorptivity, it does not have a high infrared light reflectivity, resulting in an increase in radiation emission. Further, black chrome is not suitable for use at high temperatures because it has poor durability at high temperatures (> 300 ° C.).

そこで、特許文献1(特開2003−332607号公報)には、タングステンなどからなる耐熱性基板の表面に、可視光および近赤外光の波長領域での特定波長太陽光の波長と実質的に同じ周期構造を有する表面微細凹凸パターンを形成してなる太陽光選択吸収膜(波長選択性太陽光吸収材料)が開示されている。ここで、表面微細凹凸パターンを構成する多数のキャビティは、可視光および近赤外光の波長領域での特定波長太陽光の波長と実質的に同じ長さの開口径および所定の深さに形成され、かつ所定のスペクトル拡散反射率、所定のスペクトル吸収率、所定のスペクトル放射率を備えている。このため、特許文献1の太陽光選択吸収膜は、表面微細凹凸パターンにおいて光を共振させることにより、高い太陽光吸収率および低い赤外光放射率を示す。また、基板材料が高温耐久性に優れたタングステンなどであることから、熱安定性に優れ、高温での長期間の使用に耐えることのできる高効率の太陽光選択吸収膜が提供される。   Therefore, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332607), the surface of a heat-resistant substrate made of tungsten or the like is substantially the same as the wavelength of sunlight having a specific wavelength in the wavelength region of visible light and near infrared light. A solar selective absorption film (wavelength selective solar absorption material) formed by forming a surface fine uneven pattern having the same periodic structure is disclosed. Here, a large number of cavities composing the surface fine concavo-convex pattern are formed with an opening diameter and a predetermined depth substantially the same as the wavelength of sunlight having a specific wavelength in the wavelength region of visible light and near infrared light. And having a predetermined spectral diffuse reflectance, a predetermined spectral absorptance, and a predetermined spectral emissivity. For this reason, the sunlight selective absorption film of patent document 1 shows a high sunlight absorption factor and a low infrared-light emissivity by resonating light in a surface fine unevenness | corrugation pattern. In addition, since the substrate material is tungsten or the like excellent in high-temperature durability, a highly efficient solar selective absorption film that has excellent thermal stability and can withstand long-term use at high temperatures is provided.

特許文献1では、表面微細凹凸パターンの形成方法として、耐熱性基板の表面にマスクパターンを形成してドライエッチングする方法が開示されている。また、上記マスクパターンとしては、多孔アルミナ膜マスクとEBリソグラフィー法によるレジストマスクとが例示されている。しかし、ドライエッチングを用いる方法では、エッチング速度や面内均一性などの点で制御が難しく、大面積化には不向きであると考えられる。また、レジストマスクのパターンサイズはサブミクロンオーダーであるため、大面積化が難しいことは容易に想像できる。また、一般にサブミクロンサイズのパターニングが可能な露光設備は高価であるため、製造コストも高くなる。   Patent Document 1 discloses a method of forming a mask pattern on the surface of a heat-resistant substrate and performing dry etching as a method of forming a surface fine unevenness pattern. Examples of the mask pattern include a porous alumina film mask and a resist mask by EB lithography. However, the method using dry etching is difficult to control in terms of etching rate and in-plane uniformity, and is considered unsuitable for increasing the area. Further, since the pattern size of the resist mask is on the order of submicrons, it can be easily imagined that it is difficult to increase the area. In general, the exposure equipment capable of sub-micron patterning is expensive, which increases the manufacturing cost.

他の従来の太陽光選択吸収膜の形成方法として、例えば、特許文献2(特開昭59−56661号公報)には、集熱管の内筒表面に、無電解めっき法により吸収層となる金属層を形成した後、太陽光の反射を抑制するための整合層となる誘電体層を塗布法により形成する方法が開示されている。このような手法では、集熱管の内筒の形状に関わらず一様な太陽光選択吸収膜の形成が可能であるが、サブミクロンオーダーの膜厚制御が難しく、膜の表面粗さが大きいという問題があり、また、集熱管の内筒を構成する材料が、めっき法で金属層を形成することのできる材料に限定されるという制約があった。   As another conventional solar selective absorption film forming method, for example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 59-56661), a metal that becomes an absorption layer by an electroless plating method on the inner cylinder surface of a heat collecting tube. After forming the layer, a method is disclosed in which a dielectric layer serving as a matching layer for suppressing reflection of sunlight is formed by a coating method. With such a technique, it is possible to form a uniform solar selective absorption film regardless of the shape of the inner tube of the heat collecting tube, but it is difficult to control the film thickness on the order of submicrons, and the surface roughness of the film is large. There is a problem, and there is a restriction that the material constituting the inner cylinder of the heat collecting tube is limited to a material that can form a metal layer by a plating method.

また、特許文献3(特開昭57−16756号公報)には、スパッタリング法により、集熱管の内筒(太陽熱コレクターの集熱板)の表面に一様に、モリブデン薄膜およびモリブデンと炭素の固溶体から成る薄膜の積層体からなる太陽光選択吸収膜を製造する方法が開示されている。しかし、大型の円筒状基材にスパッタ膜を形成する場合、膜厚を均一にするために、基材のサイズと同等の大型のターゲットまたは複数個のターゲットを並べる必要があり、コストが高くなってしまう。また、均一に太陽光選択吸収膜を形成できるエリアは装置およびターゲットサイズに依存するために、大型の基材に対して均一に太陽光選択吸収膜を形成することが難しいという問題もある。   Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-16756) discloses that a molybdenum thin film and a solid solution of molybdenum and carbon are uniformly formed on the surface of an inner tube of a heat collecting tube (a heat collecting plate of a solar collector) by sputtering. A method for producing a selective solar absorption film made of a laminate of thin films made of is disclosed. However, when a sputtered film is formed on a large cylindrical substrate, it is necessary to arrange a large target or a plurality of targets equivalent to the size of the substrate in order to make the film thickness uniform, which increases the cost. End up. In addition, since the area where the selective solar absorption film can be uniformly formed depends on the apparatus and the target size, there is a problem that it is difficult to form the selective solar absorption film uniformly on a large base material.

このように、エネルギー密度の低い太陽光をエネルギー源として利用するためには、平方メートルオーダーの表面積を有する集熱管の内筒が必要であり、その表面を覆う平方メートルオーダーのサイズの太陽光選択吸収膜が必要となる。しかし、従来は、スパッタ、蒸着法、めっき、陽極酸化法などを用いて、基板(スチール、銅、アルミなどから構成される太陽光集熱管の内管の表面上に、直接、太陽光選択吸収膜を形成しており、大型の太陽光集熱管の内管表面に均一な太陽光選択吸収膜を安価に製造できる方法は知られていなかった。   As described above, in order to use sunlight with low energy density as an energy source, an inner cylinder of a heat collecting tube having a surface area of the order of square meters is necessary, and a solar selective absorption film of a size of the order of square meters covering the surface. Is required. Conventionally, however, selective absorption of sunlight directly on the surface of the inner tube of a solar heat collecting tube composed of a substrate (steel, copper, aluminum, etc.) using sputtering, vapor deposition, plating, anodizing, etc. A film is formed, and a method capable of inexpensively manufacturing a uniform solar selective absorption film on the inner tube surface of a large solar heat collecting tube has not been known.

特開2003−332607号公報JP 2003-332607 A 特開昭59−56661号公報JP 59-56661 A 特開昭57−16756号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-16756

本発明は、比較的大型の太陽光集熱管(内管等)の表面に、均一な太陽光選択吸収膜を簡便な方法により低コストで形成することを目的とする。   An object of the present invention is to form a uniform solar selective absorption film on a surface of a relatively large solar heat collecting tube (such as an inner tube) at a low cost by a simple method.

本発明は、可撓性を有する剥離可能な基材フィルムと、
上記基材フィルム上に配置された複数の略球状の微小粒子と、
上記微小粒子の上記基材フィルムとは反対側の少なくとも一部の表面に形成された金属膜とを備え、
上記微小粒子は、可視光および近赤外光の波長に対して透明な材料からなり、
上記微小粒子は、その屈折率が上記金属膜の屈折率より小さく、かつ上記微小粒子の屈折率と粒径の積が可視光および近赤外光領域における特定の波長と実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする太陽光選択吸収膜形成用シートである。
The present invention comprises a flexible peelable substrate film,
A plurality of substantially spherical microparticles disposed on the substrate film;
A metal film formed on at least a part of the surface of the microparticle opposite to the base film,
The microparticles are made of a material that is transparent to the wavelengths of visible light and near infrared light,
The fine particles have a refractive index smaller than that of the metal film, and the product of the refractive index and the particle size of the fine particles is substantially equal to a specific wavelength in the visible light and near infrared light regions. It is the sheet | seat for selective solar absorption film formation characterized by having made it.

さらに、前記金属膜の前記微小粒子とは反対側に貼付された可撓性および粘着性を有する粘着剤を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to provide an adhesive having flexibility and adhesiveness that is affixed to the opposite side of the metal film from the fine particles.

上記微小粒子は、シリカからなることが好ましい。また、上記金属膜は、タングステンまたはモリブデンからなることが好ましい。   The fine particles are preferably made of silica. The metal film is preferably made of tungsten or molybdenum.

また、本発明は、上記太陽光選択吸収膜形成用シートを太陽光集熱管に貼付する工程と、
上記太陽光集熱管に貼付された上記太陽光選択吸収膜形成用シートから上記基材フィルムを剥離する工程と、
を含むことを特徴とする、太陽光選択吸収膜の製造方法にも関する。
Further, the present invention is a step of attaching the solar selective absorption film forming sheet to a solar heat collecting tube,
Peeling the substrate film from the solar selective absorption film-forming sheet attached to the solar heat collecting tube;
In addition, the present invention also relates to a method for producing a selective solar absorption film.

また、本発明は、太陽光集熱管および太陽光選択吸収膜を備えたソーラーシステムの製造方法であって、
上記太陽光選択吸収膜の製造方法によって上記太陽光選択吸収膜を製造する工程を含むことを特徴とする、ソーラーシステムの製造方法にも関する。
Further, the present invention is a method for manufacturing a solar system comprising a solar heat collecting tube and a solar selective absorption film,
The present invention also relates to a method for manufacturing a solar system, comprising a step of manufacturing the solar selective absorption film by the method for manufacturing a solar selective absorption film.

本発明によれば、剥離可能な基材フィルム上に太陽光選択吸収膜を形成した後、該太陽光選択吸収膜を太陽光集熱管の内筒などの基板に転写することにより、比較的大型の太陽光集熱管(内管等)の表面に、均一な太陽光選択吸収膜を簡便な方法により低コストで形成することが可能となる。   According to the present invention, after forming a solar selective absorption film on a peelable base film, the solar selective absorption film is transferred to a substrate such as an inner cylinder of a solar heat collecting tube, thereby being relatively large. It is possible to form a uniform solar selective absorption film on the surface of the solar heat collecting tube (inner tube or the like) at a low cost by a simple method.

本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 本発明の太陽光選択吸収膜の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the sunlight selective absorption film | membrane of this invention. 太陽光および黒体輻射のエネルギー分布を示す図である。It is a figure which shows energy distribution of sunlight and black body radiation. 光学反射率の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of an optical reflectance.

<太陽光選択吸収膜形成用シート>
本発明の太陽光選択吸収膜形成用シートは、可撓性を有する剥離可能な基材フィルムと、
上記基材フィルム上に配置された複数の略球状の微小粒子と、
上記微小粒子の上記基材フィルムとは反対側の少なくとも一部の表面に形成された金属膜と、
上記金属膜の上記微小粒子とは反対側に貼付された可撓性および粘着性を有する粘着剤とを備える。
<Solar selective absorption film forming sheet>
The solar selective absorption film forming sheet of the present invention has a flexible peelable substrate film,
A plurality of substantially spherical microparticles disposed on the substrate film;
A metal film formed on at least a part of the surface of the microparticle opposite to the base film;
A flexible and adhesive pressure-sensitive adhesive affixed to the opposite side of the metal film to the microparticles.

(基材フィルム)
可撓性を有する剥離可能な基材フィルムは、微小粒子等の太陽光選択吸収膜形成用シートの他の構成部材から剥離できるものである。基材フィルムの少なくとも微小粒子が設置される側の表面は、剥離可能な程度の弱い接着力で、微小粒子を接着させることのできるような材料からなることが好ましい。かかる材料としては、例えば、耐熱性樹脂フィルム、金属フィルム、ガラスフィルムが挙げられる。耐熱性樹脂フィルムとしては、ポリイミドフィルム、ポリカーボネートなどが挙げられ、好ましくは、耐熱性と柔軟性に優れたポリイミドフィルムである。
(Base film)
The peelable base film having flexibility can be peeled off from other components of the solar selective absorption film forming sheet such as fine particles. It is preferable that at least the surface of the base film on the side where the microparticles are installed is made of a material that can adhere the microparticles with a weak adhesive force that can be peeled off. Examples of such a material include a heat resistant resin film, a metal film, and a glass film. Examples of the heat resistant resin film include a polyimide film and polycarbonate, and a polyimide film excellent in heat resistance and flexibility is preferable.

なお、従来は、一様な金属膜を基材フィルム上に直接形成した場合、基材フィルムと金属膜との接着力が大きいため、基材フィルムを容易に剥離することができなかったが、基材フィルム上にシリカ粒子など微小粒子を介して太陽光選択吸収膜の構成部材が積層されているため、これらと基材フィルムとの接着力が比較的小さくなり、基材フィルムの剥離を容易に行うことができる。   In the past, when a uniform metal film was formed directly on the base film, the base film could not be easily peeled off because of the large adhesive force between the base film and the metal film. Since the constituent members of the solar selective absorption film are laminated on the base film through fine particles such as silica particles, the adhesive force between them and the base film becomes relatively small, and the base film can be easily peeled off. Can be done.

(微小粒子)
基材フィルム上に配置される複数の略球状の微小粒子は、可視光および近赤外光の波長に対して透明な材料からなる。また、高温度領域まで使用可能な太陽光選択吸収膜を得るために、耐熱性に優れた材料であることが好ましい。かかる材料としては、例えば、シリカ(酸化ケイ素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、チタニア(酸化チタン)が挙げられ、入手のし易さ等からシリカが好ましい。これらの粒子は耐熱性が高いため、これが微小粒子の材料として用いられると、高温耐久性に優れた太陽光選択吸収膜を得ることができる。また、シリカは可視域および近赤外域の光に対して透明であるため、微小粒子がシリカから構成される場合、微小粒子で太陽光を有利に共振させることができる。微小粒子を構成する材料の屈折率は、好ましくは粒子上に形成する金属膜の屈折率よりも小さいこと(タングステンの場合1.0〜3.0)である。
(Fine particles)
The plurality of substantially spherical microparticles disposed on the base film is made of a material that is transparent to the wavelengths of visible light and near infrared light. Moreover, in order to obtain a solar selective absorption film that can be used up to a high temperature region, a material having excellent heat resistance is preferable. Examples of such a material include silica (silicon oxide), alumina (aluminum oxide), and titania (titanium oxide). Silica is preferable because it is easily available. Since these particles have high heat resistance, when this is used as a material for fine particles, a solar selective absorption film excellent in high temperature durability can be obtained. Moreover, since silica is transparent to light in the visible range and near infrared range, when the microparticles are made of silica, sunlight can be advantageously resonated with the microparticles. The refractive index of the material constituting the fine particles is preferably smaller than the refractive index of the metal film formed on the particles (1.0 to 3.0 in the case of tungsten).

微小粒子の形状は、球状であることが好ましいが、必ずしも完全な球状である必要はなく、太陽光の吸収特性を損なわない程度の変形は許容される。微小粒子の直径は、好ましくは0.1〜1.0μm(微粒子の屈折率と粒径の積が吸収したい太陽光の波長程度(300nm〜1.5μm)になるような組合せ。シリカ粒子を用いる場合、屈折率が1.5程度なので粒径は0.1〜1.0μmとなる。)である。   The shape of the fine particles is preferably spherical, but it is not always necessary to be a perfect sphere, and deformation that does not impair the absorption characteristics of sunlight is allowed. The diameter of the fine particles is preferably 0.1 to 1.0 μm (combination such that the product of the refractive index and the particle size of the fine particles is about the wavelength of sunlight to be absorbed (300 nm to 1.5 μm). Use silica particles. In this case, since the refractive index is about 1.5, the particle size is 0.1 to 1.0 μm.).

微小粒子は基材フィルム上を一様に覆うように配置されている。粒子の屈折率(シリカの場合1.5程度)は金属の屈折率(タングステンの場合3.0〜3.5)よりも小さいため、空気(屈折率1.0)と金属の急峻な屈折率の変化を緩和する機能を果たす。同時に、略球状の微小粒子を用いて、表面に凹凸構造を形成することでも屈折率変化を緩やかにする効果が得られる。この2つの効果により、金属膜だけの場合に比べて太陽光の反射を抑制し(整合効果)、吸収率を高めることができる。   The fine particles are arranged so as to uniformly cover the base film. Since the refractive index of the particles (about 1.5 for silica) is smaller than the refractive index of metal (3.0 to 3.5 for tungsten), air (refractive index 1.0) and the steep refractive index of the metal Serves the function of mitigating changes. At the same time, the effect of gradual change in the refractive index can be obtained by forming an uneven structure on the surface using substantially spherical fine particles. By these two effects, the reflection of sunlight can be suppressed (matching effect) and the absorption rate can be increased as compared with the case of only the metal film.

(金属膜)
微小粒子の基材フィルムとは反対側の少なくとも一部の表面に形成される金属膜を構成する材料としては、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、クロム、タンタル、ニオブなどが挙げられ、これらから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。これらの材料は、材料定数的に太陽光を吸収しやすいと同時に、500℃程度までの高温輻射を抑制できるので、光−熱変換の効率を確実に高めることができる。金属膜がタングステンまたはモリブデンからなることがより好ましい。
(Metal film)
Examples of the material constituting the metal film formed on at least a part of the surface opposite to the base film of the fine particles include tungsten, molybdenum, nickel, cobalt, chromium, tantalum, niobium, and the like. It is preferable that at least one selected from the group consisting of These materials easily absorb sunlight in terms of material constants, and at the same time, can suppress high-temperature radiation up to about 500 ° C., so that the efficiency of light-heat conversion can be reliably increased. More preferably, the metal film is made of tungsten or molybdenum.

金属膜を形成する方法としては、気相法(スパッタ、PVD)などが挙げられる。形成される金属膜の厚さは、好ましくは100nm以上(光を吸収するために十分な厚み以上)である。   Examples of the method for forming the metal film include a vapor phase method (sputtering, PVD) and the like. The thickness of the formed metal film is preferably 100 nm or more (a thickness that is sufficient to absorb light).

(粘着剤)
金属膜の上記微小粒子とは反対側に貼付される可撓性および粘着性を有する粘着剤は、一方の表面に金属膜を粘着させることができ、他方の表面を太陽光集熱管に粘着させることのできる接合剤である。粘着剤と金属膜との接着力、および、粘着剤と太陽光集熱管の基板との接着力は、基材フィルムと微小粒子との接着力よりも強いことが好ましい。
(Adhesive)
The adhesive having flexibility and adhesiveness that is affixed to the opposite side of the metal film on the opposite side can adhere the metal film to one surface, and adhere the other surface to the solar heat collecting tube. It is a bonding agent that can be used. The adhesive force between the pressure-sensitive adhesive and the metal film and the adhesive force between the pressure-sensitive adhesive and the substrate of the solar heat collecting tube are preferably stronger than the adhesive force between the base film and the fine particles.

粘着剤の金属膜と接着される側の表面の材質は、耐熱性を有する無機系の接着剤や低融点の金属が好適に用いられる。そのような無機系接着剤としては、ジルコニアやアルミナベースの接着剤が挙げられる。金属材料としては各種ろう材が挙げられる。このような無機系接着剤を用いる場合、接合処理の直前に金属/粒子複合膜上に接着剤を塗布し、配管などの接合対象に密着・加熱することで接合することができる。また、ろう材の場合、あらかじめ金属/粒子複合膜上に設けておくことで直前の塗布処理を行うことなく接合可能となる。   As the material of the surface of the pressure-sensitive adhesive to be bonded to the metal film, a heat-resistant inorganic adhesive or a low melting point metal is preferably used. Examples of such inorganic adhesives include zirconia and alumina-based adhesives. Various brazing materials can be used as the metal material. When such an inorganic adhesive is used, bonding can be performed by applying an adhesive on the metal / particle composite film immediately before the bonding process, and closely contacting and heating the object to be bonded such as piping. Further, in the case of a brazing material, bonding can be performed without performing the immediately preceding coating treatment by providing it on the metal / particle composite film in advance.

一般的な集熱管の材質としてステンレス鋼や銅管などが使用されている。これらの材料と相性の良い接合剤は一般的に知られており、例えばステンレス鋼とタングステンのような金属間接合剤としてジルコニアベースの無機接着剤を利用することができる。   Stainless steel, copper pipes, etc. are used as general heat collecting tube materials. Bonding agents that are compatible with these materials are generally known. For example, zirconia-based inorganic adhesives can be used as intermetallic bonding agents such as stainless steel and tungsten.

<太陽光選択吸収膜の製造方法>
本発明の太陽光選択吸収膜の製造方法は、太陽光選択吸収膜を太陽光集熱管(円筒管)の表面に直接形成するのではなく、一旦別の基材上に太陽光選択吸収膜を形成し、その後に太陽光集熱管の必要な部位に転写することを主な特徴とする。
<Method for producing solar selective absorption film>
The method for producing a selective solar absorption film of the present invention is not to directly form a selective solar absorption film on the surface of a solar heat collecting tube (cylindrical tube), but to temporarily form a selective solar absorption film on another substrate. The main feature is that it is formed and then transferred to a necessary portion of the solar heat collecting tube.

すなわち、本発明の太陽光選択吸収膜の製造方法は、
上述の太陽光選択吸収膜形成用シートの上記粘着剤側の面を太陽光集熱管に貼付する工程と、
上記太陽光集熱管に貼付された上記太陽光選択吸収膜形成用シートから上記基材フィルムを剥離する工程と、
を含むことを特徴とする。
That is, the method for producing a solar selective absorption film of the present invention includes:
A step of attaching the pressure-sensitive adhesive side surface of the solar selective absorption film forming sheet to a solar heat collecting tube;
Peeling the substrate film from the solar selective absorption film-forming sheet attached to the solar heat collecting tube;
It is characterized by including.

(太陽光選択吸収膜形成用シート貼付工程)
本工程では、上述の太陽光選択吸収膜形成用シートを太陽光集熱管に貼付する。太陽光選択吸収膜形成用シートに塗布した無機系接着剤または、あらかじめ設けられたろう材を介して太陽光選択吸収膜形成用シートと太陽光集熱管を密着させ、数100℃に加熱し、界面の接合を行う。このとき、密着力を高めるために必要に応じて減圧環境下で接合してもよい。
(Sunlight selective absorption film forming sheet pasting process)
In this step, the above-mentioned solar selective absorption film forming sheet is attached to the solar heat collecting tube. The solar selective absorption film forming sheet and the solar heat collecting tube are brought into close contact with each other through an inorganic adhesive applied to the solar selective absorption film forming sheet or a brazing material provided in advance, and heated to several hundred degrees Celsius, and the interface Bonding is performed. At this time, bonding may be performed in a reduced pressure environment as necessary in order to increase the adhesion.

なお、太陽光集熱管が2重円筒型である場合は、内筒の外表面に太陽光選択吸収膜形成用シートを貼付する。太陽光選択吸収膜形成用シートを貼付する基板(太陽光集熱管の内管等)の材質としては、例えば、ステンレス、銅、アルミが挙げられる。   In addition, when a solar heat collecting tube is a double cylinder type, the solar selective absorption film | membrane formation sheet is affixed on the outer surface of an inner cylinder. Examples of the material of a substrate (such as an inner tube of a solar heat collecting tube) to which the solar selective absorption film forming sheet is attached include stainless steel, copper, and aluminum.

(基材フィルム剥離工程)
太陽光集熱管に貼付された上記太陽光選択吸収膜形成用シートから基材フィルムを剥離することにより、太陽光集熱管の表面に太陽光選択吸収膜が形成される。
(Base film peeling process)
By separating the substrate film from the solar selective absorption film forming sheet attached to the solar heat collecting tube, a solar selective absorbing film is formed on the surface of the solar heat collecting tube.

(生産性に関する効果)
従来の円筒状の太陽熱コレクター(太陽光集熱管)は、バッチ式のスパッタ装置のターゲットの周囲に、一定サイズに裁断された集熱管を並べ、集熱管を自公転させながら成膜するのが一般的であった。この場合、装置に対する配管サイズの自由度が小さく、また成膜工程がバッチ式であるために生産性が低いという問題があり、さらには、均一に太陽光選択吸収膜を形成できるエリアは装置およびターゲットサイズに依存するために大きな基板に対して均一に成膜することが難しいといった問題があった。
(Productivity effects)
Conventional cylindrical solar collectors (solar heat collector tubes) are generally formed by arranging heat collector tubes cut to a certain size around the target of a batch-type sputtering device, and revolving the heat collector tubes. It was the target. In this case, there is a problem that the degree of freedom of the piping size with respect to the apparatus is small, and the productivity is low because the film forming process is a batch type. There is a problem that it is difficult to form a uniform film on a large substrate because it depends on the target size.

これに対し、本発明においては、真空容器内等において、ロールツーロール(roll to roll)方式で太陽光選択吸収膜を剥離可能な基材フィルム上に形成した後、連続的に太陽光集熱管(円筒)に転写することにより、太陽光集熱管(円筒)を1本ずつバッチ処理する方法に比べて生産性が向上する。また、太陽光集熱管への転写工程において、加圧と加熱を連続的に行うことで、任意の長さ(大きさ)の太陽光集熱管の表面に太陽光選択吸収膜を連続的に形成することが可能になる。   On the other hand, in this invention, after forming a sunlight selective absorption film | membrane on the base film which can peel in a vacuum container etc. by a roll-to-roll (roll to roll) system, it is continuously a solar heat collecting tube. By transferring to a (cylinder), productivity is improved as compared with a method of batch-processing solar heat collecting tubes (cylinders) one by one. In addition, a selective solar absorption film is continuously formed on the surface of a solar collector tube of any length (size) by continuously applying pressure and heating in the transfer process to the solar collector tube. It becomes possible to do.

また、基材フィルム上にスパッタ膜を形成した場合、スパッタ膜は基板に対して強固に密着するため、基材フィルムからスパッタ膜を剥離することは難しく、スパッタ膜を太陽光集熱管に転写することは難しい。一方、本発明においては、基材フィルム上にシリカ粒子単層膜を形成した後、その上にタングステン膜をスパッタ法にて成膜することで微粒子−金属複合膜を形成している。基材フィルム
と該複合膜の界面は粒子が点接触している状態であり、結合力(接着力)は小さい。従って、基材フィルムを容易に剥離することができる。また、ハンドリング性の観点から、ある程度の接着力が求められる場合には、基材フィルム上に予めシランカップリング剤を塗布した後に、微小粒子を配置(接着)することで基材フィルムと微小粒子の接着力を調整することができる。
In addition, when a sputtered film is formed on the base film, the sputtered film adheres firmly to the substrate, so it is difficult to peel off the sputtered film from the base film, and the sputtered film is transferred to a solar heat collecting tube. It ’s difficult. On the other hand, in the present invention, a fine particle-metal composite film is formed by forming a silica particle monolayer film on a base film and then forming a tungsten film thereon by a sputtering method. The interface between the base film and the composite film is in a state where the particles are in point contact, and the bonding force (adhesive force) is small. Therefore, the base film can be easily peeled off. In addition, when a certain degree of adhesive force is required from the viewpoint of handling properties, the base film and the microparticles are disposed by arranging (adhering) the microparticles after applying a silane coupling agent on the base film in advance. The adhesive strength of can be adjusted.

また、集熱管の内筒表面以外の任意の場所に太陽光選択吸収膜を形成することができ、部分的に太陽光選択吸収膜を形成することも可能である。太陽熱吸収膜形成シートは任意の形状に切り出すことが可能であり、かつ柔軟性のある基材シート状に形成しているからである。   Moreover, a sunlight selective absorption film | membrane can be formed in arbitrary places other than the inner cylinder surface of a heat collecting tube, and it is also possible to form a sunlight selective absorption film | membrane partially. This is because the solar heat absorption film-forming sheet can be cut into an arbitrary shape and is formed into a flexible base sheet.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
図1〜9を用いて本実施例を説明する。まず、粒子径が表1に記載する値(0.1、0.2、0.5、0.7、0.9μm)であるシリカ粒子を、pH10程度に調整したアルカリ性の水溶液に攪拌しながら加えて超音波分散を行い、10wt%のシリカ粒子分散液を作製した。図1に示すように、このシリカ粒子分散液2に、UV処理により一方の面を親水化したポリイミドフィルム11を浸漬してゆっくりと引上げることにより、ポリイミドフィルム11の一方の表面にシリカ粒子12が自己組織化配列してなる粒子膜を形成した(図2)。粒子膜が形成されたポリイミドフィルムに対して、100℃で熱処理を行い、粒子膜上に残留している水分を除去した。
Example 1
A present Example is described using FIGS. First, while stirring silica particles whose particle diameter is the value (0.1, 0.2, 0.5, 0.7, 0.9 μm) described in Table 1 in an alkaline aqueous solution adjusted to about pH 10, In addition, ultrasonic dispersion was performed to prepare a 10 wt% silica particle dispersion. As shown in FIG. 1, a polyimide film 11 having one surface made hydrophilic by UV treatment is immersed in this silica particle dispersion 2 and slowly pulled up, whereby silica particles 12 are formed on one surface of the polyimide film 11. A particle film formed by self-assembled arrangement was formed (FIG. 2). The polyimide film on which the particle film was formed was subjected to heat treatment at 100 ° C. to remove moisture remaining on the particle film.

次に、シリカ粒子12にRIE(Raactive Ion Etching)処理を施すことにより、シリカ粒子12同士の間に間隙を形成した(図3)。このようなRIE処理により、基材フィルム11上に配置された複数の微小粒子4の互いの間の間隔(面内方向の間隔)はエッチング量によって決まるため、複数の微小粒子12が実質的に一定のピッチおよび間隔で規則的に配置されることになる。   Next, the silica particles 12 were subjected to RIE (Raactive Ion Etching) treatment to form a gap between the silica particles 12 (FIG. 3). By such an RIE process, the interval between the plurality of microparticles 4 arranged on the base film 11 (interval in the in-plane direction) is determined by the etching amount. They are regularly arranged at a constant pitch and interval.

次に、シリカ粒子12の表面上にスパッタ法により厚さ200nmのタングステン膜13を形成し、シリカ粒子/タングステン複合膜を備えた太陽光選択吸収膜形成用シートを得た(図4)。   Next, a tungsten film 13 having a thickness of 200 nm was formed on the surface of the silica particles 12 by sputtering to obtain a solar selective absorption film-forming sheet provided with a silica particle / tungsten composite film (FIG. 4).

次に、実際の太陽光集熱管の代わりとして、銅配管3に、太陽光選択吸収膜形成用シート1を貼合した(図5〜図7)。具体的には、銅配管3と太陽光選択吸収膜形成用シート1との間にアルミナベースの無機系の接着剤14を塗布して加圧処理した後、窒素雰囲気中で200℃に加熱してインジウムを溶融した後、室温まで冷却した。   Next, instead of an actual solar heat collecting tube, the solar selective absorption film forming sheet 1 was bonded to the copper pipe 3 (FIGS. 5 to 7). Specifically, an alumina-based inorganic adhesive 14 is applied between the copper pipe 3 and the solar selective absorption film forming sheet 1 and subjected to pressure treatment, and then heated to 200 ° C. in a nitrogen atmosphere. The indium was melted and cooled to room temperature.

最後に、基材フィルム11を剥離することにより(図8)、銅配管の表面に、金属膜13および微小粒子12を備えた太陽光選択吸収膜を形成した(図9)。   Finally, the base film 11 was peeled off (FIG. 8) to form a selective solar absorption film including the metal film 13 and the fine particles 12 on the surface of the copper pipe (FIG. 9).

(光学特性の測定)
以上のプロセスで作製した太陽光選択吸収膜の光学特性を測定した。測定には、紫外・可視領域の測定についてはUV−3101PC型自記分光光度計(島津社製)を用い、赤外領域の測定についてはIFS−66v/S(Bruker製 FT−IR、真空光学系)を用いた。
(Measurement of optical properties)
The optical characteristics of the solar selective absorption film produced by the above process were measured. For the measurement in the ultraviolet / visible region, a UV-3101PC type self-recording spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corp.) is used, and in the infrared region, IFS-66v / S (manufactured by Bruker FT-IR, vacuum optical system). ) Was used.

具体的には、太陽光選択吸収膜に垂直に光を入射した場合の反射率を求め、得られた結果から太陽光吸収率αおよび輻射光放射率εを計算した。尚、太陽光吸収率αおよび輻射光放射率εは以下の式に基づいて計算した。   Specifically, the reflectance when light was incident perpendicularly to the sunlight selective absorption film was obtained, and the sunlight absorption rate α and the radiation emissivity ε were calculated from the obtained results. The solar absorptance α and the radiation emissivity ε were calculated based on the following equations.

Figure 2013019574
Figure 2013019574

上式中、Hλは、JISに規定される太陽光エネルギー分布(JIS C8911)である。   In the above equation, Hλ is a solar energy distribution (JIS C8911) defined in JIS.

Figure 2013019574
Figure 2013019574

上式中、B100λは、100℃での黒体輻射光エネルギー分布である。
また、100℃到達時の太陽光利用効率ηについて、以下の式に基づいて計算した。
In the above formula, B 100 λ is a black body radiation energy distribution at 100 ° C.
Moreover, it calculated based on the following formula | equation about the sunlight utilization efficiency (eta) at the time of 100 degreeC arrival.

Figure 2013019574
Figure 2013019574

太陽光および黒体輻射(100℃輻射)のエネルギー分布(波長に対する分光放射強度の分布)を図10に示す。また、光学反射率の解析結果を図11に示す。なお、比較対照としてタングステン板単体についての解析結果も記載している。   The energy distribution (distribution of spectral radiant intensity with respect to wavelength) of sunlight and black body radiation (100 ° C. radiation) is shown in FIG. Moreover, the analysis result of optical reflectance is shown in FIG. In addition, the analysis result about a tungsten plate simple substance is also described as a comparison.

太陽光吸収率、100℃における輻射率、および、変換効率を表1に示す。なお、比較対照としてタングステン板単体についての測定値も記載している。表1の判定において、Aはタングステン板に対して十分な太陽光熱変換能力があり、選択吸収膜として実用的なレベルであることを示し、Bはタングステン板よりも優れた太陽光熱変換能力は認められるものの、実用的なレベルには満たないことを示す。   Table 1 shows the sunlight absorption rate, the radiation rate at 100 ° C., and the conversion efficiency. In addition, the measured value about a tungsten plate single-piece | unit is also described as a comparison. In the determination of Table 1, A indicates that there is a sufficient solar heat conversion capability for the tungsten plate and is a practical level as a selective absorption film, and B indicates a solar heat conversion capability superior to that of the tungsten plate. Although it is, it shows that it is less than a practical level.

Figure 2013019574
Figure 2013019574

比較対照であるタングステン板単体に比して、タングステン/微粒子複合膜を備える太陽光選択吸収膜は、太陽光吸収率が高いことがわかる。太陽光を吸収した太陽光吸熱管(銅配管)が100℃まで昇温した状態におけるエネルギー効率(吸収エネルギーと放射損失エネルギーの差分を太陽光照射エネルギーで割った値)に注目すると、評価した全ての粒子径においてタングステン板単体よりも高い結果となった。また、表1に示されるように、特に粒径が0.2〜0.7μmの範囲にあるときにエネルギー効率(変換効率η)が70%以上と大きくなることが分かった。   It can be seen that the solar selective absorption film provided with the tungsten / fine particle composite film has a higher solar absorption rate than the tungsten plate alone as a comparative control. All evaluated, focusing on the energy efficiency (the difference between absorption energy and radiation loss energy divided by sunlight irradiation energy) in the state where the solar heat absorption tube (copper piping) that absorbed sunlight was heated to 100 ° C The particle size was higher than that of the tungsten plate alone. Further, as shown in Table 1, it was found that the energy efficiency (conversion efficiency η) increases to 70% or more particularly when the particle diameter is in the range of 0.2 to 0.7 μm.

なお、材料の特性として、タングステンやモリブデンは可視光を吸収する機能を持っている。ただし、後述の実施例の通り、タングステン単体の太陽光吸収率は50%程度であり、吸収効率を高める必要があった。吸収に寄与しない光はタングステン界面で反射しているため、これを抑制できれば吸収率を高めることができる。反射は空気とタングステンの屈折率差により生じるため、屈折率差を小さくすれば反射を抑制することができる。   Note that as a material characteristic, tungsten and molybdenum have a function of absorbing visible light. However, as described in the examples below, the sunlight absorption rate of tungsten alone is about 50%, and it was necessary to increase the absorption efficiency. Since light that does not contribute to absorption is reflected at the tungsten interface, the absorption rate can be increased if this can be suppressed. Since reflection is caused by a difference in refractive index between air and tungsten, the reflection can be suppressed by reducing the difference in refractive index.

本発明によって得られる太陽光選択吸収膜においては、シリカ粒子などの透明な微小粒子を、タングステン膜の表面に配置している。タングステンの可視域での屈折率が3.0〜3.5程度であるに対し、シリカは1.5程度であるため、空気(屈折率1.0)→シリカ(1.5)→タングステン(3.0)と配置することで屈折率の変化を小さくすることができる。また、略球状の微小粒子を用いて、表面に凹凸構造を形成することでも屈折率変化を緩やかにする効果が得られる。この2つの効果により、太陽光の反射を抑制し(整合効果)、吸収率を高めることができたと考えられる。このとき、微細な構造が小さすぎると整合層としての機能が不十分となりフラットな基板に対して十分な優位性を発揮できない(実施例1の粒径が小さい場合に該当)。一方で、微細構造が大きい場合には本来は反射を期待した長波長の領域まで吸収が促進された結果、同波長域での放射率が増加してしまう。従ってεが大きくなるため好ましくない(粒径が大きい場合に該当)。   In the sunlight selective absorption film obtained by the present invention, transparent fine particles such as silica particles are arranged on the surface of the tungsten film. Since the refractive index of tungsten in the visible region is about 3.0 to 3.5, while silica is about 1.5, air (refractive index 1.0) → silica (1.5) → tungsten ( 3.0), the change in refractive index can be reduced. Moreover, the effect of slowing the refractive index change can also be obtained by forming an uneven structure on the surface using substantially spherical fine particles. With these two effects, it is considered that the reflection of sunlight was suppressed (matching effect) and the absorption rate could be increased. At this time, if the fine structure is too small, the function as the matching layer is insufficient, and a sufficient advantage over the flat substrate cannot be exhibited (corresponding to the case where the particle size of Example 1 is small). On the other hand, when the fine structure is large, the absorption is promoted to the long wavelength region originally expected to reflect, and as a result, the emissivity in the same wavelength region increases. Therefore, since ε becomes large, it is not preferable (corresponding to a case where the particle size is large).

このように、本発明によれば、太陽光を選択的に吸収し、かつ輻射損失が少ない高効率集熱特性が得られる太陽光選択吸収膜が連続的に安定して製造できることがわかる。   Thus, according to this invention, it turns out that the sunlight selective absorption film | membrane which absorbs sunlight selectively and can obtain the highly efficient heat collecting characteristic with few radiation losses can be manufactured continuously stably.

なお、本実施例では、金属膜を構成する材料としてタングステンを用いたが、タングステンに近い光学特性を持つモリブデンについても同様の効果が期待できる。   In this embodiment, tungsten is used as a material for forming the metal film, but the same effect can be expected for molybdenum having optical characteristics close to that of tungsten.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 太陽光選択吸収膜形成用シート、11 基材フィルム(ポリイミドフィルム)、12 微小粒子(シリカ粒子)、13 金属膜(タングステン膜)、14 粘着剤、2 シリカ粒子分散液、3 銅配管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sheet | seat for sunlight selective absorption film formation, 11 Base film (polyimide film), 12 Fine particle (silica particle), 13 Metal film (tungsten film), 14 Adhesive agent, 2 Silica particle dispersion liquid, 3 Copper piping.

Claims (6)

可撓性を有する剥離可能な基材フィルムと、
前記基材フィルム上に配置された複数の略球状の微小粒子と、
前記微小粒子の前記基材フィルムとは反対側の少なくとも一部の表面に形成された金属膜とを備え、
前記微小粒子は、可視光および近赤外光の波長に対して透明な材料からなり、
前記微小粒子は、その屈折率が前記金属膜の屈折率より小さく、かつ前記微小粒子の屈折率と粒径の積が可視光および近赤外光領域における特定の波長と実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする、太陽光選択吸収膜形成用シート。
A peelable substrate film having flexibility;
A plurality of substantially spherical microparticles disposed on the substrate film;
A metal film formed on at least a part of the surface opposite to the base film of the microparticles,
The microparticles are made of a material that is transparent to the wavelengths of visible light and near infrared light,
The fine particles have a refractive index smaller than that of the metal film, and a product of the refractive index and the particle size of the fine particles is substantially equal to a specific wavelength in the visible light and near infrared light regions. A solar selective absorption film-forming sheet, characterized in that
さらに、前記金属膜の前記微小粒子とは反対側に貼付された可撓性および粘着性を有する粘着剤を備える、請求項1に記載の太陽光選択吸収膜形成用シート。   Furthermore, the sheet | seat for sunlight selective absorption film | membrane formation of Claim 1 provided with the adhesive which has the flexibility and adhesiveness affixed on the opposite side to the said microparticle of the said metal film. 前記微小粒子がシリカからなる、請求項1または2に記載の太陽光選択吸収膜形成用シート。   The sheet for selective solar absorption film formation according to claim 1 or 2, wherein the fine particles are made of silica. 前記金属膜がタングステンまたはモリブデンからなる、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽光選択吸収膜形成用シート。   The sheet for selective solar absorption film formation according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal film is made of tungsten or molybdenum. 請求項1に記載の太陽光選択吸収膜形成用シートを太陽光集熱菅に貼付する工程と、
前記太陽光集熱管に貼付された前記太陽光選択吸収膜形成用シートから前記基材フィルムを剥離する工程と、
を含むことを特徴とする、太陽光選択吸収膜の製造方法。
A step of affixing the solar selective absorption film-forming sheet according to claim 1 to a solar heat collecting basket;
Peeling the base film from the solar selective absorption film-forming sheet attached to the solar heat collecting tube;
The manufacturing method of the sunlight selective absorption film | membrane characterized by including.
太陽光集熱管および太陽光選択吸収膜を備えたソーラーシステムの製造方法であって、
請求項5に記載の太陽光選択吸収膜の製造方法によって太陽光選択吸収膜を製造する工程を含むことを特徴とする、ソーラーシステムの製造方法。
A solar system manufacturing method including a solar heat collecting tube and a solar selective absorption film,
The manufacturing method of the solar system characterized by including the process of manufacturing a sunlight selective absorption film | membrane with the manufacturing method of the sunlight selective absorption film | membrane of Claim 5.
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