(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡を用いて太陽光を集光し、集光した光を集熱管を備えた集熱器で熱へと変換し、前記熱を利用して発電を行う集光型太陽熱発電に用いられる集熱管であって、
前記集熱管は、熱媒体を収容する本体部と、前記本体部の外側表面に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層と、前記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の表面に形成された可視光透過性−赤外光低吸収性層とからなり、
前記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、かつ、波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、
前記可視光透過性−赤外光低吸収性層は、波長１５００〜１００００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が９０％未満であり、
前記可視光透過性−赤外光低吸収性層は酸化亜鉛からなる可視光透過性−赤外光低吸収性材料と、非晶質無機材とからなることを特徴とする集熱管。
【請求項２】
前記可視光透過性−赤外光低吸収性層における前記可視光透過性−赤外光低吸収性材料と前記非晶質無機材との重量比は、可視光透過性−赤外光低吸収性材料：非晶質無機材＝５：９５〜４０：６０である請求項１に記載の集熱管。
【請求項３】
前記非晶質無機材は、アルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスである請求項１又は２に記載の集熱管。
【請求項４】
前記可視光透過性−赤外光低吸収性層の厚さは５〜３０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の集熱管。
【請求項５】
前記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、二酸化マンガン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を含む請求項１〜４のいずれかに記載の集熱管。
【請求項６】
前記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、さらにアルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスを含む請求項５に記載の集熱管。
【請求項７】
前記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の厚さは５〜３０μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の集熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽を利用した発電方法として、集光型太陽熱発電が知られている。集光型太陽熱発電は、一般に、太陽光を集光して熱へと変換し、この熱により熱媒体を加熱して、これにより製造した蒸気を利用して蒸気タービンを回して発電するものである。このような集光型太陽熱発電は、発電中に温室効果ガスを出さないうえ、蓄熱することで曇天や夜間でも発電できることから、その開発が進められている。
集光型太陽熱発電の方式としては、トラフ型、フレネル型、タワー型、パラボラ・ディッ
シュ型等が知られている。
【０００３】
これらの集光型態様熱発電の方式のうちタワー型の太陽熱発電は、反射鏡を用いて太陽光をタワーに備えられた集熱器に集光させる方式であり、トラフ型の太陽熱発電は、断面が略円弧状に形成された横長の反射鏡を介して太陽熱を集熱器に集める方式である。このような集熱器内にはＳＵＳ管等の集熱管が配置されている。集熱管の構造は、タワー型及びトラフ型の太陽熱発電で共通している。また、集熱管内には、オイル等の熱媒体が入っている。反射鏡の反射面は、太陽の方に傾けて配置され、集熱管に向けて太陽光を集光して、集光した熱で集熱管に入っている熱媒体を加熱するように、その位置が調整される。また、反射鏡には、モータで軸を回転させることにより、太陽が移動しても反射面が太陽の方向に向き続けることができるように構成されているものもある。加熱された集熱管内の熱媒体は、蒸気タービンに供給され、蒸気タービンを回す事で発電が行われる。
【０００４】
太陽熱発電に用いられる集熱管には、太陽光の熱エネルギーを効率よく集熱管に吸収させてその熱を集熱管内の熱媒体に伝達することが求められている。
このように高効率で熱を集熱管内の熱媒体に伝達するための集熱管として、特許文献１には、熱媒体を収容する本体部と、該本体部の外側表面に形成された室温での波長１〜１５μｍにおける放射率が０．７０〜０．９８であるコーティング層とを有する集熱管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９３００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された集熱管では、本体部の外側表面に形成された室温での波長１〜１５μｍにおける放射率が０．７０〜０．９８であるコーティング層を有することにより、太陽光の反射又は散乱を大きく低減させ、効率的に太陽光を吸収し、熱に変換することができる。また、本体部の外側表面がコーティング層で覆われることで、集光された太陽光の熱の放熱を低減することもできる。
このように特許文献１に開示された集熱管では、加熱され、充分に昇温した本体部の熱を効率よく、熱媒体に伝達することができ、効率良く熱媒体を加熱、昇温させることができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された集熱管は、赤外光領域（波長２５００ｎｍ〜１００００ｎｍ）の赤外光吸収率（放射率）が高いため、集熱管の温度が高くなった場合に、可視光領域（波長２２０〜２５００ｎｍ）の可視光を吸収して変換した熱エネルギーを輻射光として積極的に放出してしまうという問題があった。従って、特許文献１に開示された集熱管では、赤外光として放出する熱エネルギーを抑制するための改良の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、可視光を効率よく吸収し熱エネルギーへと変換し、当該熱エネルギーが赤外光として放射されることを低減することができる集熱管を提供することである。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、集熱管の本体部の外側表面に可視光高吸収性−赤外光高吸収性層を設け、さらに該可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の表面に可視光透過性−赤外光低吸収性層を設けることにより、可視光の吸収が促進され、赤外光の放射が抑制されることを見出し本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明の集熱管は、反射鏡を用いて太陽光を集光し、集光した光を集熱管を備えた集熱器で熱へと変換し、上記熱を利用して発電を行う集光型太陽熱発電に用いられる集熱管であって、上記集熱管は、熱媒体を収容する本体部と、上記本体部の外側表面に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層と、上記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の表面に形成された可視光透過性−赤外光低吸収性層とからなり、上記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、かつ、波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層は、波長１５００〜１００００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が９０％未満であり、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層は酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズからなる群から選ばれる少なくとも１種の可視光透過性−赤外光低吸収性材料を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の集熱管では、熱媒体を収容する本体部の外側表面に可視光高吸収性−赤外光高吸収性層が形成されている。また、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の表面には、可視光透過性−赤外光低吸収性層が形成されている。
本発明の集熱管が、反射鏡からの太陽光を受ける場合、太陽光には可視光が多く含まれるため、太陽光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層を透過する。そして可視光透過性−赤外光低吸収性層を透過した太陽光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層の内側に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層に吸収され熱エネルギーに変換される。可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、赤外光吸収率（放射率）が高いので、集熱管の温度が上昇すると、当該熱エネルギーは赤外光として可視光高吸収性−赤外光高吸収性層から放射されるが、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の外側には可視光透過性−赤外光低吸収性層があるので、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層から放射された赤外光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層により遮断され、結果として当該熱エネルギーが集熱管に留まることになる。
従って、本発明の集熱管では、効率よく太陽光エネルギーを熱エネルギーとして吸収、保持することができる。
【００１２】
なお、本発明の集熱管では、上記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、かつ、波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなる。また、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層は、波長１５００〜１００００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が９０％未満である。
【００１３】
本発明の集熱管では、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層は酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズからなる群から選ばれる少なくとも１種の可視光透過性−赤外光低吸収性材料を含む。
酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズは、可視光透過性及び赤外光低吸収性を示す。従って、これらの化合物は、可視光透過性−赤外光低吸収性層に好適に用いることができる。
【００１４】
本発明の集熱管では、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層が酸化亜鉛からなることが望ましい。酸化亜鉛は特に優れた可視光透過性及び赤外光低吸収性を示す。
従って、酸化亜鉛は、可視光透過性−赤外光低吸収性層に特に好適に用いることができる。
【００１５】
本発明の集熱管では、上記可視光透過性−赤外光低吸収性層は、非晶質無機材と、上記可視光透過性−赤外光低吸収性材料とからなることが望ましい。
上記可視光透過性−赤外光低吸収性層が、可視光透過性−赤外光低吸収性材料のみからなると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の熱膨張率と、可視光透過性−赤外光低吸収性層の熱膨張率との間に差が生じやすくなる。そのため、集熱管が高温になると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層と、可視光透過性−赤外光低吸収性層とが剥離しやすくなる。
しかし、可視光透過性−赤外光低吸収性層が、非晶質無機材と、可視光透過性−赤外光低吸収性材料とからなると、この熱膨張率の差を低減することができる。従って、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層と、可視光透過性−赤外光低吸収性層とが剥離することを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の集熱管では、上記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、二酸化マンガン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を含むことが望ましい。
これらの化合物は、可視光高吸収性及び赤外光高吸収性を示す。従って、これらの化合物は、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層に好適に用いることができる。
【００１７】
本発明の集熱管では、上記可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、さらにアルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスを含むことが望ましい。
これらの低融点ガラスが可視光高吸収性−赤外光高吸収性層に含まれると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層を本体部の外側表面に形成する際に、低融点ガラスは溶融して本体部に密着することになる。従って、本体部と可視光高吸収性−赤外光高吸収性層との密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の集熱管の一例を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の集熱管の長手方向の垂直な断面であって、外周近傍を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本体部の外側表面に可視光高吸収性−赤外光高吸収性層のみが設けられている集熱管を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を模式的に示す模式図である。図２（ｂ）は、本発明の集熱管を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を模式的に示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程を模式的に示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例及び比較例に係る集熱管の吸収スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の集熱管について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【００２０】
本発明の集熱管について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の集熱管の一例を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の集熱管の長手方向の垂直な断面であって、外周近傍を模式的に示す断面図である。
【００２１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、集熱管１０は、熱媒体を収容する本体部２０と、本体部２０の外側表面に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０と、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の表面に形成された可視光透過性−赤外光低吸収性層４０とからなる。
【００２２】
ここで、集熱管１０に太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を説明する。
図２（ａ）は、本体部の外側表面に可視光高吸収性−赤外光高吸収性層のみが設けられている集熱管を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を模式的に示す模式図である。
図２（ｂ）は、本発明の集熱管を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を模式的に示す模式図である。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すような、本体部２２０の外側表面に可視光高吸収性−赤外光高吸収性層２３０のみが設けられている集熱管２１０を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を説明する。
集熱管２１０が、太陽光Ｓ（図２（ａ）中、白矢印で示す）を受ける場合、太陽光Ｓには可視光が多く含まれるため、太陽光Ｓは、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層２３０に吸収され熱エネルギーに変換される。これにより熱を蓄積することができる。しかし、熱が蓄積されるにつれ集熱管２１０の温度も上昇する。
ここで、物体からの単位面積あたりの放射伝熱速度はステファン・ボルツマンの法則に従い、物体の温度の４乗と、物体の吸収率（放射率）との積に比例する。つまり、吸収率（放射率）が高い程、放射伝熱速度が高いことになる。また、温度が高くなると、放射伝熱速度が上昇する。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層２３０は、赤外光吸収率（放射率）が高いので、集熱管２１０の温度が上昇すると、熱エネルギーは赤外光ＩＲ（図２（ａ）中、黒矢印で示す）として可視光高吸収性−赤外光高吸収性層２３０から放射されることになる。そのため、熱エネルギーを効率よく発電に用いることができない。
【００２４】
次に、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０及び可視光透過性−赤外光低吸収性層４０を有する集熱管１０を用いて太陽光を集光し熱エネルギーを蓄積する原理を説明する。
集熱管１０が、太陽光Ｓ（図２（ｂ）中、白矢印で示す）を受ける場合、太陽光Ｓには可視光が多く含まれるため、太陽光Ｓは、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０を透過する。そして可視光透過性−赤外光低吸収性層４０を透過した太陽光Ｓは、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０の内側に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に吸収され熱エネルギーに変換される。このように熱が蓄積されるにつれ集熱管１０の温度も上昇する。可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、赤外光吸収率（放射率）が高いので、集熱管１０の温度が上昇すると、当該熱エネルギーは赤外光ＩＲ（図２（ｂ）中、黒矢印で示す）として可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０から放射される。しかし、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の外側には可視光透過性−赤外光低吸収性層４０があるので、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０から放射された赤外光ＩＲは、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０により遮断されることになる。その結果、集熱管１０に蓄積された熱エネルギーは、集熱管１０に留まることになる。
従って、集熱管１０では、効率よく太陽光エネルギーを熱エネルギーとして吸収、保持することができ、熱エネルギーを効率よく発電に用いることができる。
【００２５】
集熱管１０では、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、２５℃での波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなり、かつ、波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなる。
なお、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層が、波長５００〜８００ｎｍの波長領域のいずれか一部分で９０％以上の吸収率を示せば、その可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、「波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなる」ことを満たす。
同様に、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層が、波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域のいずれか一部分で９０％以上の吸収率を示せば、その可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、「波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有してなる」ことを満たす。
また、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、２５℃での波長５００〜８００ｎｍの波長領域において吸収率が９０〜９８％の波長領域を有してなることが望ましい。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、２５℃での波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０〜９５％の波長領域を有してなることが望ましい。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０が、２５℃での波長５００〜８００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が９０％未満である場合には、可視光の吸収が低下し、可視光を効率よく熱エネルギーに変換できなくなる。
【００２６】
集熱管１０では、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０は、２５℃での波長１５００〜１００００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が９０％未満である。また、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０は、２５℃での波長１５００〜１００００ｎｍの全ての波長領域において吸収率が１０％以上、９０％未満であることが望ましい。
可視光透過性−赤外光低吸収性層４０が２５℃での波長１５００〜１００００ｎｍの波長領域において吸収率が９０％以上の波長領域を有していると、集熱管１０の温度が上昇した際に、熱エネルギーが赤外光として放射されやすくなり、熱エネルギーを効率よく発電に用いることがしにくくなる。
また、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０は、波長５００〜８００ｎｍの全ての波長領域において可視光透過率が９０％以上であることが望ましく、９０〜９５％であることが望ましい。
可視光透過性−赤外光低吸収性層４０が、波長５００〜８００ｎｍの波長領域において可視光透過率が９０％未満である波長領域を有していると、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０を通過し、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に到達する太陽光Ｓの線量が少なくなるので、効率よく可視光を熱エネルギーに変換しにくくなる。
【００２７】
集熱管１０において、本体部２０の形状は特に限定されず、筒状であることが望ましく、円筒状であることがより望ましい。
【００２８】
集熱管１０において、本体部２０を構成する管の厚さ（図１（ｂ）中、ｔ１で示す）は、０．５〜３ｍｍであることが望ましい。
【００２９】
集熱管１０において、本体部２０の構成材料は特に限定されないが、ステンレス、鋼、鉄、銅等の金属、インコネル、ハステロイ、インバー等のニッケル合金、石英ガラス、アルミナ、炭化ケイ素、窒化珪素等のセラミック等が挙げられる。これらの中では、耐熱性、耐衝撃性に優れるステンレスであることが望ましい。
【００３０】
集熱管１０において、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の厚さ（図１（ｂ）中、ｔ２で示す）は、本体部２０を構成する管の厚さの５〜５０％であることが望ましく、１０〜２０％であることがより望ましい。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の厚さが、本体部２０を構成する管の厚さの５％未満であると、太陽光Ｓを可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０により充分に吸収しにくくなる。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の厚さが、本体部２０を構成する管の厚さの５０％を超えると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に到達した太陽光Ｓが、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の深部まで届きにくくなる。従って、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の深部では、太陽光Ｓを吸収しにくくなる。そのため、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の重量当りの太陽光Ｓを吸収する量が低下する。
また、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の厚さは、５〜３０μｍであることが望ましく１０〜２０μｍであることがより望ましい。
【００３１】
集熱管１０において、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０の厚さ（図１（ｂ）中、ｔ３で示す）は、本体部２０を構成する管の厚さの５〜５０％であることが望ましく、１０〜２０％であることがより望ましい。
可視光透過性−赤外光低吸収性層４０の厚さが、本体部２０を構成する管の厚さの５％未満であると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０から放射される赤外光ＩＲを充分に遮断しにくくなる。
可視光透過性−赤外光低吸収性層４０の厚さが、本体部２０を構成する管の厚さの５０％を超えると、太陽光Ｓが、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０まで到達しにくくなる。
また、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０の厚さは、５〜３０μｍであることが望ましく１０〜２０μｍであることがより望ましい。
【００３２】
集熱管１０では、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、二酸化マンガン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を含むことが望ましく、二酸化マンガンを含むことが特に望ましい。
これらの化合物は、可視光高吸収性及び赤外光高吸収性を示す。従って、これらの化合物は、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に好適に用いることができる。
なお、これらの化合物は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、酸化鉄としてはＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、酸化コバルトとしてはＣｏＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、酸化クロムとしてはＣｒＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯ２があげられる。
【００３３】
集熱管１０では、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０は、さらにアルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスを含むことが望ましい。これらの中では、バリウムガラスであることが望ましい。
これらの低融点ガラスが可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に含まれると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０を本体部２０の外側表面に形成する際に、低融点ガラスは溶融して本体部に密着することになる。従って、本体部２０と可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０との密着性を向上させることができる。
【００３４】
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０中の低融点ガラスの重量の割合は、３０〜８０％であることが望ましく４０〜６０％であることが望ましい。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０中の低融点ガラスの重量の割合が３０％未満であると、低融点ガラスが含まれることの効果が得られにくくなる。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０中の低融点ガラスの重量の割合が８０％を超えると、低融点ガラスの重量の割合が多いことに起因し、可視光の吸収率が低下しやすくなる。従って、可視光を効率よく熱エネルギーに変換しにくくなる。
【００３５】
集熱管１０では、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０は、非晶質無機材と、可視光透過性−赤外光低吸収性材料とからなることが望ましい。
可視光透過性−赤外光低吸収性層が、可視光透過性−赤外光低吸収性材料のみからなると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の熱膨張率と、可視光透過性−赤外光低吸収性層の熱膨張率との間に差が生じやすくなる。そのため、集熱管が高温になると、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層と、可視光透過性−赤外光低吸収性層とが剥離しやすくなる。
しかし、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０が、非晶質無機材と、可視光透過性−赤外光低吸収性材料とからなると、この熱膨張率の差を低減することができる。従って、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０と、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０とが剥離することを防ぐことができる。
【００３６】
可視光透過性−赤外光低吸収性材料は酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズからなる群から選ばれる少なくとも１種である。また、可視光透過性−赤外光低吸収性材料は酸化亜鉛であることが望ましい。
酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズは、可視光透過性及び赤外光低吸収性を示す。従って、これらの化合物は、可視光透過性−赤外光低吸収性材料に好適に用いることができる。
なお、これらの化合物は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３７】
非晶質無機材としては、特に限定されず、アルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスがあげられる。これらの中では、バリウムガラスであることが望ましい。
これらの低融点ガラスが可視光透過性−赤外光低吸収性層４０に含まれると、可視光透過性−赤外低吸収性層４０を、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の表面に形成する際に、低融点ガラスは溶融して可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０に密着することになる。従って、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０と可視光透過性−赤外光低吸収性層４０との密着性を向上させることができる。
なお、これらの低融点ガラスは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
可視光透過性−赤外光低吸収性層４０における可視光透過性−赤外光低吸収性材料と非晶質無機材との重量比は特に限定されないが、可視光透過性−赤外光低吸収性材料：非晶質無機材＝５：９５〜４０：６０であることが望ましく、５：９５〜２０：８０であることがより望ましい。
非晶質無機材の重量が、可視光透過性−赤外光低吸収性材料の重量の１．５倍未満であると、非晶質無機材が含まれることの効果が得られにくい。
非晶質無機材の重量が、可視光透過性−赤外光低吸収性材料の重量の１９倍を超えると、可視光透過性−赤外光低吸収性材料が少ないことに起因して、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層から放射される赤外光を遮断しにくくなる。その結果、熱エネルギーが赤外光として放射されやすくなり、効率よく発電しにくくなる。
【００３９】
次に、集熱管１０の製造方法の一例について説明する。
集熱管１０の製造方法は、（１）本体部準備工程と、（２）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成工程と、（３）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程とを含む。
【００４０】
（１）本体部準備工程
まず、集熱管の本体部を準備する。本体部の構成材料は特に限定されないが、ステンレス、鋼、鉄、銅等の金属、インコネル、ハステロイ、インバー等のニッケル合金、石英ガラス、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック等が挙げられる。これらの中では、耐熱性、耐衝撃性に優れるステンレスであることが望ましい。
本体部の望ましい形状は上記の通りであるので、ここでの説明は省略する。
【００４１】
（２）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成工程
（２−１）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の調製
次に、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層を形成するためのコーティング液を調製する。
可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の調製は、二酸化マンガン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物と、アルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスとを湿式混合することで行う。具体的には、各材料の粉末を、それぞれ所定の粒度、形状等になるように調整し、各粉末を所定の配合比率で乾式混合して、混合粉末を調製し、さらに水を加えて、ボールミルで湿式混合することによりスラリーを調製する。混合粉末と水との配合比は、特に限定されるものでないが、混合粉末の重量と水の重量の比が、混合粉末：水＝５：９５〜５０：５０であることが望ましい。
なお、水の代わりに有機溶媒を用いても良い。また、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液には、メチルセルロース等のバインダー等が含まれていてもよい。
【００４２】
（２−２）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の塗布
次に、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液を本体部の外側表面に塗布する。塗布方法は、均一な厚みに塗布できれば特に限定されないが、スプレーコート、カーテンコート、ディッピング、転写、ハケ塗り等の方法により行うことができる。
【００４３】
（２−３）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の焼成
次に、塗布した可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液を乾燥させて焼成することにより、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層を形成する。焼成の条件は５００〜９００℃で１〜２時間であることが望ましい。
【００４４】
（３）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程
次に、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程を図面を用いて説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程を模式的に示す模式図である。
【００４５】
（３−１）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液の調製
まず、可視光透過性−赤外光低吸収性層を形成するためのコーティング液を調製する。
可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液の調製は、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズからなる群から選ばれる少なくとも１種の可視光透過性−赤外光低吸収性材料と、非晶質無機材とを湿式混合することで行う。なお、可視光透過性−赤外光低吸収性材料は酸化亜鉛であることが望ましく、非晶質無機材は、アルミナ珪酸ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、高鉛ガラス及びポタッシュソーダ鉛ガラスからなる群から選ばれる少なくとも１種からなる低融点ガラスであることが望ましい。具体的には、各材料の粉末を、それぞれ所定の粒度、形状等になるように調整し、各粉末を所定の配合比率で乾式混合して、混合粉末を調製し、さらに水を加えて、ボールミルで湿式混合することによりスラリーを調製する。混合粉末と水との配合比は、特に限定されるものでないが、混合粉末の重量と水の重量の比が、混合粉末：水＝５：９５〜５０：５０であることが望ましい。
なお、水の代わりに有機溶媒を用いても良い。また、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液には、メチルセルロース等のバインダー等が含まれていてもよい。
（３−２）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液の塗布
次に、図３（ａ）に示すように、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液４１を可視光高吸収性−赤外光高吸収性層３０の表面に塗布する。塗布方法は、均一な厚みに塗布できれば特に限定されないが、スプレーコート、カーテンコート、ディッピング、転写、ハケ塗り等の方法により行うことができる。
（３−３）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液の焼成
次に、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液４１を乾燥させて焼成することにより、可視光透過性−赤外光低吸収性層４０を形成する。焼成の条件は５００〜９００℃、で１〜２時間であることが望ましい。このように可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液４１を焼成することにより図３（ｂ）に示すような集熱管１０を製造することができる。
【００４６】
以下に、本発明の集熱管の作用効果について列挙する。
（１）本発明の集熱管が、反射鏡からの太陽光を受ける場合、太陽光には可視光が多く含まれるため、太陽光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層を透過する。そして可視光透過性−赤外光低吸収性層を透過した太陽光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層の内側に形成された可視光高吸収性−赤外光高吸収性層に吸収され熱エネルギーに変換される。可視光高吸収性−赤外光高吸収性層は、赤外光吸収率（放射率）が高いので、集熱管の温度が上昇すると、当該熱エネルギーは赤外光として可視光高吸収性−赤外光高吸収性層から放射されるが、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の外側には可視光透過性−赤外光低吸収性層があるので、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層から放射された赤外光は、可視光透過性−赤外光低吸収性層により遮断され、結果として当該熱エネルギーが集熱管に留まることになる。
従って、本発明の集熱管では、効率よく太陽光エネルギーを熱エネルギーとして吸収、保持することができる。
【００４７】
（２）本発明の集熱管の可視光透過性−赤外光低吸収性層に含まれる、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化インジウムスズからなる群から選ばれる少なくとも１種の可視光透過性−赤外光低吸収性材料は、良好な可視光透過性及び赤外光低吸収性を示す。従って、これらの化合物は、可視光透過性−赤外光低吸収性層に好適に用いることができる。
【００４８】
（実施例）
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
（１）本体部準備工程
直径４０ｍｍ、全長４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円筒状のＳＵＳ管を準備した。
【００５０】
（２）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成工程
（２−１）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の調製
次に、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）粉末６０重量部、バリウムガラス（ＢａＯ−ＳｉＯ２）４０重量部を乾式混合して混合粉末を調製し、混合粉末１００重量部に対し水を１００重量部加えて、ボールミルで湿式混合することによりスラリー（可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液）を調製した。
【００５１】
（２−２）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の塗布
次に、得られた可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液をＳＵＳ管の外側表面にスプレーコートした。
【００５２】
（２−３）可視光高吸収性−赤外光高吸収性層形成用コーティング液の焼成
スプレーコートにより塗布層が形成されたＳＵＳ管を１００℃で２時間乾燥させた後、空気中、７００℃、１時間加熱して焼成を行った。
【００５３】
（３）可視光透過性−赤外光低吸収性層形成工程
次に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末４０重量部、バリウムガラス（ＢａＯ−ＳｉＯ２）６０重量部を乾式混合して混合粉末を調製し、混合粉末１００重量部に対し水を１００重量部加えて、ボールミルで湿式混合することによりスラリー（可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液）を調製した。
次に、可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液を、可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の表面にスプレーコートした。
次に、ＳＵＳ管を１００℃で２時間乾燥させた後、空気中、７００℃、１時間加熱して焼成し実施例１に係る集熱管を作成した。
【００５４】
（比較例１）
可視光透過性−赤外光低吸収性層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る集熱管を製造した。
【００５５】
（層の厚さの測定）
実施例１及び比較例１に係る集熱管を長手方向に垂直方向に切断し、可視光透過性−赤外光低吸収性層及び可視光高吸収性−赤外光高吸収性層の厚さを測定した。層の厚さの測定には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた。
各層の厚さを表１に示す。
【００５６】
【表１】
0006450133.tif 000002
【００５７】
（吸収率の測定）
実施例１及び比較例１に係る集熱管から可視光高吸収性−赤外光高吸収性層及び可視光透過性−赤外光低吸収性層を取り出し、各層の吸収率を分光光度計（島津製作所製：ＵＶ−３１５０、φ４０ｍｍ積分球使用）を用い全反射率の計測によって測定した。測定により得られた各層の波長５００〜８００ｎｍにおける吸収率の最大値、及び、波長１５００〜１００００ｎｍにおける吸収率の最大値を表１に示す。
また、実施例１に係る集熱管の外側（可視光透過性−赤外光低吸収性層側）から光を照射した際の吸収率を、分光光度計（島津製作所製：ＵＶ−３１５０、φ４０ｍｍ積分球使用）を用い全反射率の計測によって測定した。同様に、比較例１に係る集熱管の外側から光を照射した際の吸収率を測定した。結果を図４に示す。
図４は、本発明の実施例及び比較例に係る集熱管の吸収スペクトルを示す図である。
【００５８】
以上の結果から、実施例１に係る集熱管では、可視光透過性−赤外光低吸収性層があることにより、効率よく可視光エネルギーを熱エネルギーとして吸収、保持することができると推測される。
【符号の説明】
【００５９】
１０  集熱管
２０  本体部
３０  可視光高吸収性−赤外光高吸収性層
４０  可視光透過性−赤外光低吸収性層
４１  可視光透過性−赤外光低吸収性層形成用コーティング液
【図１】
0006450133.tif 000003
【図２】
0006450133.tif 000004
【図３】
0006450133.tif 000005
【図４】
0006450133.tif 000006