(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射し集光する太陽光反射板と、前記太陽光反射板によって集光した太陽光を受け加熱される集熱管と、を備える集光集熱装置に用いられる太陽光反射板であって、
少なくとも、圧延加工された基材を備え、
太陽光を反射する最外表面である太陽光反射面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０２〜１．０μｍであり、
前記基材の圧延方向と前記集熱管の長手方向とのなす角度が８０〜１００°である向きに配置される、太陽光反射板。
【請求項２】
前記基材上に、金属を含有する反射膜を備える、請求項１に記載の太陽光反射板。
【請求項３】
前記反射膜上に、保護膜を備える、請求項２に記載の太陽光反射板。
【請求項４】
前記基材が、ステンレス鋼板または冷延鋼板である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光反射板。
【請求項５】
太陽光を反射し集光する太陽光反射板と、前記太陽光反射板によって集光した太陽光を受け加熱される集熱管と、を備える集光集熱装置であって、
前記太陽光反射板が、少なくとも、圧延加工された基材を備え、
前記太陽光反射板における太陽光を反射する最外表面である太陽光反射面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０２〜１．０μｍであり、
前記太陽光反射板が、前記基材の圧延方向と前記集熱管の長手方向とのなす角度が８０〜１００°である向きに配置される、集光集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電に好適に用いられる太陽光反射板および集光集熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱発電に用いられる集光集熱装置として、一般的に、太陽光を集光する太陽光反射板と、その焦点に配置される集熱管とを備える装置が知られている。
このような集光集熱装置が備える太陽光反射板（反射鏡）として、例えば特許文献１には、「アルミニウム、鋼板、ステンレスなどの金属、合金またはプラスチックなどの適宜な材料で形成された基材４、この基材４上に被着されたアルミニウム、銀などで形成された金属反射膜５、この金属反射膜５の表面に被着されたたとえばＳｉＯ、ＳｉＯ２のようなガラス質膜で形成された透明性無機質保護膜６を含んで形成されている」ものが開示されている（２頁右上欄参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているように、太陽光反射板（反射鏡）が反射膜を有する場合、拡散反射率は向上するものの、太陽熱発電において重要な正反射率が低いものとなる。
そこで、発明者らが検討を行ったところ、太陽光反射板の最外表面（反射膜の表面）の表面粗さを低減することにより正反射率が向上することを見出した。
しかしながら、正反射率が高いにも拘わらず、その集光性は低く、期待するほど発電効率が向上しない場合があることが明らかとなった。
【０００５】
本発明は、以上の点を鑑みてなされた発明であり、優れた集光性が得られる太陽光反射板および集光集熱装置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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、所定の表面粗さを有する太陽光反射板が、集熱管に対して特定の向きに配置されることで、優れた集光性が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（５）を提供する。
【０００７】
（１）太陽光を反射し集光する太陽光反射板と、上記太陽光反射板によって集光した太陽光を受け加熱される集熱管と、を備える集光集熱装置に用いられる太陽光反射板であって、少なくとも、圧延加工された基材を備え、太陽光を反射する最外表面である太陽光反射面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０２〜１．０μｍであり、上記基材の圧延方向と上記集熱管の長手方向とのなす角度が８０〜１００°である向きに配置される、太陽光反射板。
【０００８】
（２）上記基材上に、金属を含有する反射膜を備える、上記（１）に記載の太陽光反射板。
【０００９】
（３）上記反射膜上に、保護膜を備える、上記（２）に記載の太陽光反射板。
【００１０】
（４）上記基材が、ステンレス鋼板または冷延鋼板である、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の太陽光反射板。
【００１１】
（５）太陽光を反射し集光する太陽光反射板と、上記太陽光反射板によって集光した太陽光を受け加熱される集熱管と、を備える集光集熱装置であって、上記太陽光反射板が、少なくとも、圧延加工された基材を備え、上記太陽光反射板における太陽光を反射する最外表面である太陽光反射面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０２〜１．０μｍであり、上記太陽光反射板が、上記基材の圧延方向と上記集熱管の長手方向とのなす角度が８０〜１００°である向きに配置される、集光集熱装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、優れた集光性が得られる太陽光反射板および集光集熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】集光集熱装置１を模式的に示す断面図である。
【図２】集光集熱装置１を模式的に示す平面図である。
【図３】太陽光反射板１１の一例を拡大して示す断面図である。
【図４】太陽光反射板１１の別の一例を拡大して示す断面図である。
【図５】太陽光反射板１１のさらに別の一例を拡大して示す断面図である。
【図６】平面にした太陽光反射板１１に光を照射した状態を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図７】集光率の測定方法の概要を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の集光集熱装置および太陽光反射板の一実施形態について、図１〜図５に基いて説明する。
【００１５】
［集光集熱装置］
図１は、集光集熱装置１を模式的に示す断面図であり、図２は、その平面図である。集光集熱装置１は、少なくとも、太陽光を反射し集光する太陽光反射板１１と、太陽光反射板１１によって集光した太陽光を受け加熱される集熱管５１とを備える。太陽光反射板１１は、所定の曲率半径で湾曲しており、光軸と平行に入射された太陽光を焦点に集める。集熱管５１は、この焦点に配置されている。
【００１６】
集光集熱装置１が太陽熱発電に用いられる場合においては、集熱管５１の内部をオイル等の熱媒体（図示せず）が流れており、熱媒体はポンプ（図示せず）によって循環されている。そして、太陽光反射板１１で反射した太陽光により集熱管５１が加熱されることで、集熱管５１を流れる熱媒体も加熱され、加熱された熱媒体が蒸気タービン（図示せず）に送られて水を蒸発させ、この蒸気タービンを回すことにより、発電が行われる。
【００１７】
〔集熱管〕
集熱管５１は、直線状に延びた中空の部材であって、その内部を熱媒体が流れることができればよく、従来公知の中空管を用いることができる。集熱管５１は、断熱性を持たせるため、内部を真空にした二重壁構造であってもよく、また、集熱管５１の外表面は、太陽光吸収率が高く、かつ、放射率が低い選択吸収膜で被覆されていてもよい。このような集熱管５１の材質としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ガラス等を好適に用いることができる。
【００１８】
〔太陽光反射板〕
太陽光反射板１１は、圧延加工された基材１２（図３〜図５を参照）を主体に構成され、太陽光を反射する最外表面（太陽光反射面２１）には、圧延方向に沿って形成された複数本の圧延筋２２が現れている。圧延筋２２は、圧延加工の際に形成されるものである。
【００１９】
図３は、太陽光反射板１１の一例を拡大して示す断面図であり、図４は、太陽光反射板１１の別の一例を拡大して示す断面図であり、図５は、太陽光反射板１１のさらに別の一例を拡大して示す断面図である。
太陽光反射板１１は、図３に示すように基材１２のみで構成されていてもよいが、図４に示すように、基材１２上に反射膜１３が形成されていてもよく、また、図５に示すように、反射膜１３上に保護膜１４がさらに形成されていてもよい。なお、基材１２、反射膜１３、および保護膜１４の材質等の詳細については後述する。
【００２０】
太陽光反射板１１が基材１２のみで構成されている場合（図３参照）、基材１２の表面が太陽光反射面２１となり、太陽光反射面２１には、基材１２に形成されている圧延筋２２がそのまま現れている。
【００２１】
これに対して、太陽光反射板１１が基材１２および反射膜１３で構成されている場合（図４参照）、最外表面となる反射膜１３の表面が太陽光反射面２１となる。このとき、反射膜１３は、基材１２の凹凸形状をそのまま反映して形成される。そのため、反射膜１３の表面である太陽光反射面２１においても、圧延筋２２が現れる。
【００２２】
反射膜１３上に保護膜１４が形成されている場合（図５参照）も同様である。この場合、最外表面となる保護膜１４の表面が太陽光反射面２１となる。このとき、保護膜１４は、基材１２および反射膜１３の凹凸形状をそのまま反映して形成される。そのため、保護膜１４の表面である太陽光反射面２１においても、圧延筋２２が現れる。
【００２３】
〈表面粗さ〉
太陽光反射板１１において、圧延筋２２が現れている最外表面である太陽光反射面２１の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０２〜１．０μｍである。
なお、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、基材１２の圧延方向と直角方向（Ｃ方向）について、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準じて測定されたものである。
【００２４】
上述したように、基材１２上に反射膜１３が形成されている場合（図４または図５を参照）、正反射率は低いものとなるが、太陽光反射面２１の表面粗さを低減することにより正反射率が向上することを本発明者らは見出した。
しかしながら、本発明者らは、太陽光反射面２１の表面粗さを低減することによって正反射率が高くなるにも拘わらず、集熱管５１への集光性は必ずしも高くならないことを明らかにした。つまり、太陽光反射面２１の表面粗さが低減すればするほど集光性に優れる、というものではなかった。
そこで、さらに本発明者らが検討を行った結果、意外にも、太陽光反射面２１が比較的粗い、その算術平均粗さＲａが０．０２〜１．０μｍの範囲内である場合に、集熱管５１への集光性が大きく向上することが明らかとなったものである。
【００２５】
その理由は明確ではないが本発明者らは次のように考える。すなわち、鏡面仕上げ等によって太陽光反射面２１を低粗度にした場合、平面状態での反射率は良好であるが、図１に示す太陽光反射板１１のように湾曲させた際には研磨歪み等の影響によって、光軸がずれやすい傾向にあると考えられる。
しかしながら、太陽光反射面２１の表面粗さが上記範囲内である場合には、湾曲させた太陽光反射板１１において、歪みが入りにくく、集熱管５１に対して理想的な形状になるため、光軸がずれにくく、集光性に優れる。
【００２６】
集光性がより優れるという理由から、太陽光反射面２１の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．０４〜０．５０μｍであるのが好ましく、０．１０〜０．５０μｍであるのがより好ましい。
【００２７】
なお、表面粗さが低減するほど圧延筋２２は薄くなり視認しにくくなるが、圧延筋２２が視認できないものであっても、本発明の範囲には含まれるものである。
【００２８】
〈太陽光反射板と集熱管とがなす角度〉
図２に示すように、集光集熱装置１において、太陽光反射板１１および集熱管５１は、太陽光反射板１１の圧延方向（圧延筋２２と平行な仮想線）と集熱管５１の長手方向（集熱管５１の中心を通る仮想線）とのなす角度（図２中、θで示す）が８０〜１００°（９０±１０°）となる向きに配置される。
【００２９】
ところで、算術平均粗さＲａが光の波長程度である圧延筋が形成された平面では、反射光が圧延方向と直交する方向に広がる傾向にある。
図６は、平面にした太陽光反射板１１に光を照射した状態を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図６においては、レーザポインタＰから圧延方向と平行に照射される可視光のレーザＬ（例えば、波長５３２ｎｍの緑色レーザ、波長６３５〜６９０ｎｍの赤色レーザなど）を、太陽光反射面２１に対して斜めに当てている。
図６（Ａ）を見ると、可視光レーザＬは正反射しているように思われるが、図６（Ｂ）を見ると、可視光レーザＬが圧延方向と直交する方向に広がる様子が確認できる。この光の広がり方は一次元的であり、およそのアスペクト比は３〜８０程度となる。
【００３０】
そこで、本発明においては、この一次元的な光の広がりと集熱管５１の長手方向とを一致させる、すなわち、太陽光反射板１１の圧延方向と集熱管５１の長手方向とのなす角度を８０〜１００°（９０±１０°）とすることにより、集光性が優れたものとなる。
【００３１】
集光性がより優れるという理由から、上記角度は、８５〜９５°であるのが好ましく、８８〜９２°であるのがより好ましい。
【００３２】
〈基材〉
基材１２は、圧延加工されたものであれば特に限定されず、その材料としては、例えば、鋼板、アルミニウム板、プラスチック板等が挙げられる。鋼板としては、通常の鋼板であれば特に限定されないが、耐光性、耐候性、経済性の観点から、冷延鋼板、ステンレス鋼板が好ましく、裏面の耐食性に優れるという理由から、ステンレス鋼板がより好ましい。
ステンレス鋼板などの基材１２は、圧延方向に沿って圧延筋２２が形成されているのが好ましく、ヘアーライン仕上げのように、圧延方向に適当な砥粒などにより研磨して筋状となっているものがより好ましい。
また、図１に示すように、太陽光反射板１１は湾曲したものである。湾曲加工を容易にする観点からは、基材１２は薄い方が好ましく、具体的には、基材１２の板厚は０．５ｍｍ以下が好ましく、０．１５ｍｍ以下がより好ましい。
【００３３】
〈反射膜〉
反射膜１３は、金属を含有する膜であり、この金属としては、反射率の高い銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）が好適に用いられ、経済的な観点からは、アルミニウムが好ましい。
反射膜１３における金属の含有量は、良好な反射率が得られるという理由から、５０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上がさらに好ましい。
【００３４】
反射膜１３を基材１２に被着させる方法としては、特に限定されないが、真空蒸着法などの蒸着法；電気めっき法、溶融めっき法などのめっき法；等が挙げられる。
蒸着法を採用する場合、反射膜１３の厚さは、均一性の観点から、０．５μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下がより好ましい。一方、めっき法を採用する場合、反射膜１３の厚さは、約５〜５０μｍとなる。
なお、蒸着法を採用する場合には基材１２の表面粗さを調整することが必要となる場合があり、また、めっき法を採用する場合には、反射膜１３の表面粗さを研磨等で調整することが必要となる場合がある。
【００３５】
なお、特に、基材１２がアルミニウム板である場合には、基材１２の表面に対して研磨などを施すことによって、反射膜１３を形成せずに太陽光反射板１１とすることができる。
【００３６】
〈保護膜〉
保護膜１４は、屋外侵食に耐えるための透明な従来公知の保護膜であり、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ、ＳｉＯ２）を主成分とした保護膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とした保護膜などが挙げられる。なお、主成分とは、上記の成分を、ＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３換算で６０質量％以上含有していることをいう。
【００３７】
酸化ケイ素を主成分とした保護膜１４を形成する方法としては、例えば、シラノール系薬剤、シランカップリング剤、シリコーン樹脂などを、反射膜１３上に塗布した後、加熱や紫外線照射によって、硬化させる方法が挙げられる。
また、酸化アルミニウムを主成分とした保護膜１４を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法などの蒸着法を用いて、反射膜１３上に蒸着させる方法が挙げられる。
【００３８】
保護層１４の厚さとしては特に限定されないが、反射率と保護性とのバランスの観点から、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。
【実施例】
【００３９】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〜２０、比較例１〜１９〕
基材１２として、下記第１表に示すものを用い、スキンパス仕上げおよび焼鈍を行い、下記第１表に示す反射膜１３および任意で保護膜１４を形成し、平面状の（湾曲前の）太陽光反射板１１を得た。
【００４１】
〈反射膜〉
アルミニウム（Ａｌ）金属膜である反射膜１３は、真空蒸着法によって金属蒸気を発生させて、基材１２の一面に形成したものである。
【００４２】
〈保護膜〉
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分とする保護膜１４および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする保護膜１４については、真空蒸着法により形成した。
【００４３】
（表面粗さ）
上記のようにして得られた平面状の太陽光反射板１１における太陽光反射面２１について、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠して、表面粗さ測定機（サーフテストＳＪ−４００、ミツトヨ社製）を用いて、基材１２の圧延方向と直角方向（Ｃ方向）における算術平均粗さＲａを測定した。測定結果を下記第１表に示す。
【００４４】
（正反射率）
平面状の太陽光反射板１１における太陽光反射面２１について、分光光度計（ＵＶ−３１００ＰＣ、島津製作所社製）を用いて、波長３００〜２５００ｎｍにおける正反射率を測定し、この平均値を正反射率とした。結果を下記第１表に示す。
【００４５】
（集光率）
図７は、集光率の測定方法の概要を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
まず、平面状の太陽光反射板１１を、曲率半径１ｍで湾曲させた。
次に、レーザポインタＰから圧延方向と平行に照射される赤色レーザＬ（ビーム径：５ｍｍ）を、太陽光反射板１１の曲げ方向（図７（Ａ）中、破線で示す）に対して斜め４５°の角度で、太陽光反射面２１に入射し、正反射位置となる位置での光強度を、スリット（径：１０ｍｍ）Ｓを介した検出器（光パワーメータ３６６４、日置電機社製）Ｄを用いて測定した。
このとき、スリットＳと検出器Ｄとを同時に移動させながら、一次元的に拡散した反射光の強度を測定した。スリットＳと検出器Ｄとの移動方向は、太陽光反射板１１の曲げ方向に対して９０°の方向であり、かつ、圧延方向とのなす角度（図７（Ｂ）中、θで示す）を適宜変更した。なお、この移動範囲としては、正反射位置を基点として±２０ｃｍとした。
このように測定された強度を積算し（積算強度）、入射レーザＬの光強度に対する、この積算強度の割合を、湾曲時の集光率（％）とした。結果を下記第１表に示す。
なお、集光率が８０％以上であれば、集光性に優れるものとして評価できる。
【００４６】
【表１】
0005163792.tif 000002
【００４７】
【表２】
0005163792.tif 000003
【００４８】
【表３】
0005163792.tif 000004
【００４９】
第１表に示す結果から明らかなように、実施例１〜２０の太陽光反射板においては、湾曲時の集光率が高く、集光性に優れることが分かった。
【００５０】
より詳細には、例えば、第１表（その１）を見ると、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が本発明の範囲内（０．０２〜１．０μｍ）である実施例１〜８においては、集光率が８０％以上であり集光性に優れるのに対して、表面粗さが本発明の下限値未満である比較例１〜４、および、表面粗さが本発明の上限値を超える比較例５〜９においては、集光率が８０％未満であり集光性に劣ることが分かった。
【００５１】
また、第１表（その２）を見ると、角度θが本発明の範囲内（８０〜１００°）である実施例９〜１３においては、集光率が８０％以上であり集光性に優れるのに対して、角度θが本発明の下限値未満である比較例１０〜１４、および、角度θが本発明の上限値を超える比較例１５〜１９においては、集光率が８０％未満であり集光性に劣ることが分かった。
【００５２】
さらに、第１表（その３）を見ると、反射膜上に保護膜を設けた場合や、ステンレス鋼板以外の基材を用いた場合においても、集光率が８０％以上であり集光性に優れることが分かった。
【符号の説明】
【００５３】
１    集光集熱装置
１１    太陽光反射板
１２    基材
１３    反射膜
１４    保護膜
２１    太陽光反射面
２２    圧延筋
５１    集熱管
Ｄ    検出器
Ｌ    レーザ
Ｐ    レーザポインタ
Ｓ    スリット
【図１】
0005163792.tif 000005
【図２】
0005163792.tif 000006
【図３】
0005163792.tif 000007
【図４】
0005163792.tif 000008
【図５】
0005163792.tif 000009
【図６】
0005163792.tif 000010
【図７】
0005163792.tif 000011