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JP5421665B2 - Solar heat converter - Google Patents

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JP5421665B2
JP5421665B2 JP2009144068A JP2009144068A JP5421665B2 JP 5421665 B2 JP5421665 B2 JP 5421665B2 JP 2009144068 A JP2009144068 A JP 2009144068A JP 2009144068 A JP2009144068 A JP 2009144068A JP 5421665 B2 JP5421665 B2 JP 5421665B2
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    • F24S70/00Details of absorbing elements
    • F24S70/30Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

本発明は、太陽光線を受け入れて熱エネルギーに変換する太陽光線熱変換装置に係り、特に、所定の波長より短い波長の光線を透過すると共に、所定の波長以上の光線を反射する第1の層と、この第1の層を透過した光線を吸収して昇温する第2の層と、第1の層と第2の層との間を流通する熱媒体とを備えさせ、昇温した第2の層からの伝熱により熱媒体を加熱して熱エネルギーに変換するものに関する。   The present invention relates to a solar heat-to-heat converter that receives sunlight and converts it into thermal energy, and in particular, a first layer that transmits light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength and reflects light having a wavelength longer than a predetermined wavelength. And a second layer that rises in temperature by absorbing light transmitted through the first layer, and a heat medium that circulates between the first layer and the second layer. The present invention relates to one that heats a heat medium by heat transfer from two layers and converts it into heat energy.

従来、太陽光線を利用して熱エネルギーに変換するものとして、太陽熱温水器などの技術が開示されている。この太陽熱温水器は、太陽熱により水を温めるものであり、受光した太陽光エネルギーを熱エネルギーに変換して利用することが可能なもので、例えば特許文献1の図2に示したような太陽熱温水器などが開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, technologies such as a solar water heater have been disclosed as those that convert solar energy into heat energy. This solar water heater warms water by solar heat, and can use the received solar energy by converting it into thermal energy. For example, solar hot water as shown in FIG. A vessel is disclosed.

このような太陽熱温水器は、ガラス管の内側に真空断熱層を介して集熱管を収容し、集熱管の内部に注水管を挿入してなる貯湯筒を複数本併設して構成されているものであり、真空断熱層を設けてある分、ガラス管と集熱管との間の熱伝導や対流による熱損失を防ぎ、高い効率で太陽光線を熱エネルギーに変換することが可能である。   Such a solar water heater is configured such that a heat collecting tube is housed inside a glass tube via a vacuum heat insulating layer, and a plurality of hot water storage cylinders are formed by inserting water injection tubes inside the heat collecting tube. Since the vacuum heat insulating layer is provided, heat conduction between the glass tube and the heat collecting tube and heat loss due to convection can be prevented, and sunlight can be converted into heat energy with high efficiency.

特開平6−249521号公報JP-A-6-249521

しかしながら、上述したような太陽熱温水器にあっては、集熱管からの熱伝導および対流による熱損失は低減することができるものの、昇温した集熱管からガラス管を介しての熱放射については遮断することができず、この熱放射により熱損失が生じてしまう分、熱エネルギーの変換効率が低下してしまうという問題点があった。   However, in the solar water heater as described above, although heat loss due to heat conduction and convection from the heat collecting tube can be reduced, heat radiation from the heated heat collecting tube through the glass tube is blocked. However, there is a problem that the heat energy conversion efficiency is reduced by the amount of heat loss caused by the heat radiation.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems.

請求項1に係る発明は、太陽光線を受け入れて熱エネルギーに変換する層状に形成された太陽光線熱変換装置であって、一方の面側から前記太陽光線を受け入れる第1の層と、この第1の層は、所定の波長より短い波長の光線を透過すると共に、前記所定の波長以上の光線を反射するものであり、前記所定の波長は、1500nm〜2500nmの範囲内の任意の波長に設定するものであり、前記第1の層の前記太陽光線を受け入れる側と反対の側に設けられ、該第1の層を透過した光線を吸収して昇温する第2の層と、この第2の層は、前記所定の波長より短い波長の光線を吸収し、それ以上の波長の光線を反射させるものであり、前記第1の層と前記第2の層との間を流通すると共に、昇温した前記第2の層からの伝熱により加熱される熱媒体とを備えている太陽光線熱変換装置である。 The invention according to claim 1 is a solar radiation heat conversion device formed in a layer shape that receives sunlight and converts it into heat energy, the first layer receiving the sunlight from one side, and the first layer The first layer transmits light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength and reflects light having a wavelength longer than the predetermined wavelength, and the predetermined wavelength is set to an arbitrary wavelength within a range of 1500 nm to 2500 nm. A second layer that is provided on the side of the first layer opposite to the side that receives the sunlight, absorbs the light transmitted through the first layer, and raises the temperature . The layer absorbs light having a wavelength shorter than the predetermined wavelength and reflects light having a wavelength longer than the predetermined wavelength . The layer circulates between the first layer and the second layer and rises. Heated by heat transfer from the heated second layer A sunlight heat conversion apparatus and a medium.

請求項2に係る発明は、請求項1記載の太陽光線熱変換装置において、第1の層は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に積層した多層膜であるものである。   The invention according to claim 2 is the solar light heat conversion device according to claim 1, wherein the first layer is a multilayer film in which thin films having a high refractive index and thin films having a low refractive index are alternately laminated. .

請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の太陽光線熱変換装置において、第2の層の太陽光線を受け入れる側と反対の側であって該第2の層とは間をあけて設けられ、前記第2の層からの熱放射を少なくともこの第2の層から放射される波長領域において反射する第3の層とを備えているものである。
The invention according to claim 3 is the solar light heat conversion device according to claim 1 or 2, wherein the second layer is on a side opposite to the side receiving the solar light and spaced apart from the second layer. provided, in which and a third reflective layer in at least the second layer or al the emitted wavelength range of heat radiation from the second layer.

請求項4に係る発明は、請求項3記載の太陽光線熱変換装置において、第2の層と第3の層との間は、真空空間であるか、または、前記第2の層からの熱放射を透過しかつ前記第2の層および前記第3の層よりも熱伝導率が低い断熱部材を介在させてあるか、の何れかであるものである。   The invention according to claim 4 is the solar light heat conversion device according to claim 3, wherein the space between the second layer and the third layer is a vacuum space, or heat from the second layer. Either a heat insulating member that transmits radiation and has lower thermal conductivity than the second layer and the third layer is interposed.

請求項1に記載の太陽光線熱変換装置によれば、一方の面側から太陽光線を受け入れる第1の層と、この第1の層は、所定の波長より短い波長の光線を透過すると共に、前記所定の波長以上の光線を反射するものであり、前記第1の層の前記太陽光線を受け入れる側と反対の側に設けられ、該第1の層を透過した光線を吸収して昇温する第2の層と、前記第1の層と前記第2の層との間を流通すると共に、昇温した前記第2の層からの伝熱により加熱される熱媒体とを備えているため、太陽光線の内、所定の波長より短い波長の光線を吸収して昇温した第2の層により熱媒体を加熱することができ、しかも、昇温した第2の層からの熱放射の内、第1の層側に放射される所定の波長以上のものを反射させて第2の層に回帰させることができ、該第2の層からの熱放射による熱損失を抑えて太陽光線を効率良く熱エネルギーに変換することができる。   According to the solar heat-conversion device according to claim 1, the first layer that receives the solar light from one surface side, and the first layer transmit light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength, Reflects light having a wavelength greater than or equal to the predetermined wavelength, and is provided on the side of the first layer opposite to the side that receives the sunlight. The temperature of the first layer is increased by absorbing the light transmitted through the first layer. Since it comprises a second layer, a heat medium that flows between the first layer and the second layer, and is heated by heat transfer from the second layer that has been heated, The heat medium can be heated by the second layer that has been heated by absorbing light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength among the sun rays, and among the heat radiation from the second layer that has been heated, It is possible to reflect and radiate more than a predetermined wavelength emitted to the first layer side and return to the second layer, Suppressing heat loss due to thermal radiation from the second layer can convert solar radiation into heat efficiently energy.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の太陽光線熱変換装置の効果に加え、第1の層は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に積層した多層膜であるため、所定の波長より短い波長の太陽光線を透過させると共に、第2の層から放射される所定の波長以上の熱放射を効率良く反射させて第2の層に回帰させることができ、該第2の層からの熱放射による熱損失をより一層低減することができる。   According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the solar light heat conversion device according to claim 1, the first layer is formed by alternately laminating a thin film having a high refractive index and a thin film having a low refractive index. Because it is a multilayer film, it transmits sunlight with a wavelength shorter than a predetermined wavelength, and efficiently reflects heat radiation of a predetermined wavelength or more emitted from the second layer to return to the second layer. It is possible to further reduce heat loss due to heat radiation from the second layer.

請求項3に記載の発明によれば、請求項1または2に記載の太陽光線熱変換装置の効果に加え、第2の層の太陽光線を受け入れる側と反対の側であって該第2の層とは間をあけて設けられ、前記第2の層からの熱放射を少なくともこの第2の層4から放射される波長領域において反射する第3の層とを備えているため、昇温した第2の層からの熱放射の内、第3の層側に放射されるものを反射させて第2の層に回帰させることができ、該第2の層からの熱放射による熱損失をより一層低減することができる。   According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of the solar light heat conversion device according to claim 1 or 2, the second layer is a side opposite to the side receiving the solar light, and the second layer The temperature is raised because it includes a third layer that is spaced apart from the layer and reflects heat radiation from the second layer at least in the wavelength region radiated from the second layer 4. Of the heat radiation from the second layer, the radiation radiated to the third layer side can be reflected and returned to the second layer, and the heat loss due to the heat radiation from the second layer can be further reduced. Further reduction can be achieved.

請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の太陽光線熱変換装置の効果に加え、第2の層と第3の層との間は、真空空間であるか、または、前記第2の層からの熱放射を透過しかつ前記第2の層および前記第3の層よりも熱伝導率が低い断熱部材を介在させてあるか、の何れかであるため、第2の層から第3の層への伝熱にあって、熱放射以外の伝熱、すなわち、熱伝導および対流による伝熱を抑えることができ、第2の層からの熱損失をより一層低減することができる。   According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the solar light heat conversion device described in claim 3, the space between the second layer and the third layer is a vacuum space, or the Since the heat radiation from the second layer is transmitted and a heat insulating member having a lower thermal conductivity than the second layer and the third layer is interposed, the second layer In the heat transfer from the first layer to the third layer, heat transfer other than heat radiation, that is, heat transfer by heat conduction and convection can be suppressed, and heat loss from the second layer can be further reduced. it can.

本発明の第1の実施例に係る太陽光線熱変換装置を示した概略的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a solar heat conversion apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の第1の層近傍を拡大して示した概略的断面図である。It is the schematic sectional drawing which expanded and showed the 1st layer vicinity of FIG. 黒体の波長λに対する放射強度曲線(最大値で規格化したもの)を示した概略図であり、放射温度をパラメータとしたものである。It is the schematic which showed the radiation intensity curve (those normalized with the maximum value) with respect to wavelength (lambda) of a black body, and made radiation temperature a parameter. 図3の一部を拡大して示した概略図である。It is the schematic which expanded and showed a part of FIG. 本発明の第2の実施例に係る太陽光線熱変換装置を示した概略的断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the solar-beam heat conversion apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. 図5の変形例を示した概略的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of FIG. 5. 図1、図2、図5および図6の第1の層の波長λに対する透過率および反射率を示した図である。It is the figure which showed the transmittance | permeability and reflectance with respect to wavelength (lambda) of the 1st layer of FIG.1, FIG.2, FIG.5 and FIG.

本発明の第1の実施例を、図1〜図4を参照して説明する。図1において、Aは太陽光線熱変換装置を示しており、太陽光線熱変換装置Aは、太陽光線を受け入れて熱エネルギーに変換するもので、概略的に、第1の層2と、第2の層4と、熱媒体3とにより構成されている。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, A has shown the solar beam heat conversion apparatus, and the solar beam heat conversion apparatus A receives sunlight and converts it into heat energy, and roughly shows the first layer 2 and the second layer. Layer 4 and the heat medium 3.

第1の層2は、図1に示したように、一方の面側から太陽光線Yを受け入れ、所定の波長λ0より短い波長の光線を透過光Y1として透過すると共に、所定の波長λ0以上の光線を反射光Y2として反射するものであり、例えば図2に示したような多層膜20により形成されている。なお、図1および後記する図5、図6において、実際には太陽光線Yを第1の層2に対して垂直に入射させるが、透過光Y1と反射光Y2との関係をより判りやすく説明するために、便宜上、太陽光線Yの入射を第1の層2に対して斜めに図示している。 As shown in FIG. 1, the first layer 2 receives the sunlight Y from one surface side, transmits a light beam having a wavelength shorter than the predetermined wavelength λ 0 as transmitted light Y1, and has a predetermined wavelength λ 0. The above light beam is reflected as reflected light Y2, and is formed of, for example, a multilayer film 20 as shown in FIG. In FIG. 1 and FIGS. 5 and 6 to be described later, the sun rays Y are actually incident on the first layer 2 perpendicularly, but the relationship between the transmitted light Y1 and the reflected light Y2 is more easily understood. For the sake of convenience, the incidence of sunlight Y is shown obliquely with respect to the first layer 2.

ここで、多層膜20(2)について詳述すると、この多層膜20(2)は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜(図2において、a1、a2、・・・、amは低屈折率薄膜を、b1、b2、・・・、bmは高屈折率薄膜をそれぞれ示している。)とが交互に積層されているもので、スパッタリング蒸着法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法などの公知の方法を用いて形成されているものである。   Here, the multilayer film 20 (2) will be described in detail. The multilayer film 20 (2) includes a thin film having a high refractive index and a thin film having a low refractive index (in FIG. 2, a1, a2,..., Am are low). (B1, b2,..., Bm are high-refractive index thin films), which are alternately laminated, such as sputtering vapor deposition, electron beam vapor deposition, and vacuum vapor deposition. It is formed using the well-known method.

これら低屈折率薄膜a1、a2、・・・、amおよび高屈折率薄膜b1、b2、・・・、bmを構成する薄膜材料としては、例えば二酸化珪素(SiO2)、酸化珪素(SiO)、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化チタン(TiO2)、五酸化タンタル(Ta25)、五酸化ニオブ(Nb25)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al23)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭素(C)などが挙げられ、これらの中から相対的に高屈性率と低屈折率のものを選定し、それらを組み合わせて用いられる。 The low refractive index thin films a1, a2,..., Am and the high refractive index thin films b1, b2,..., Bm include, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxide (SiO), Magnesium fluoride (MgF 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), oxidation Magnesium (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), silicon (Si), germanium (Ge), carbon (C), etc. Among these, those having relatively high refractive index and low refractive index are selected and used in combination.

ここで、低屈折率薄膜a1、a2、・・・、amおよび高屈折率薄膜b1、b2、・・・、bmの光学的膜厚は(2n−1)ラλi/4(λiは反射させたい可視光線の設計中心波長、nは自然数)に設定されるが、より薄い膜厚で同じ反射効果を得るためにはλi/4(n=1)とするのが好ましい。 Here, the optical thicknesses of the low refractive index thin films a1, a2,..., Am and the high refractive index thin films b1, b2,..., Bm are (2n−1) la λ i / 4 (λ i is The design center wavelength of visible light to be reflected, n is a natural number), but is preferably λ i / 4 (n = 1) in order to obtain the same reflection effect with a thinner film thickness.

なお、図1、図2において1は構体であり、構体1は、第1の層2を上述したような多層膜20としたときに該多層膜20の基板となるもので、太陽光線Yが透過できるように、少なくとも近紫外線から中赤外線領域(太陽光線Yの多くを占める波長領域200nm〜4μmのもの)において光学的に透明な材料、具体的には、例えば耐熱ガラス、石英、サファイヤなどの材料で形成されている。   1 and 2, reference numeral 1 denotes a structure. The structure 1 is a substrate of the multilayer film 20 when the first layer 2 is the multilayer film 20 as described above. Materials that are optically transparent at least in the near-ultraviolet to mid-infrared region (having a wavelength region of 200 nm to 4 μm that occupies most of the sunlight Y), such as heat resistant glass, quartz, sapphire, etc. Made of material.

第2の層4は、第1の層2の太陽光線Yを受け入れる側と反対の側に設けられ、該第1の層2を透過した光線(透過光Y1)(この透過光Y1は、後記する熱媒体3を透過するものでもある)を吸収して昇温するものであり、所定の波長λ0より短い波長の光線を吸収するものであればよく、例えば、グラファイト(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)などの材料により形成することができるが、太陽光線Yを吸収しつつ第2の層4からの輻射を抑えるため、太陽光線Yのほとんどである所定の波長λ0より短い波長の光線(例えば、200nm〜1700nmの光線)を吸収し、それ以上の波長の光線(例えば、2000nm〜20000nmの光線)を反射させるものであるのが好ましい。 The second layer 4 is provided on the side of the first layer 2 opposite to the side that receives the sunlight Y, and the light transmitted through the first layer 2 (transmitted light Y1) (this transmitted light Y1 is described later). And the like, as long as it absorbs light having a wavelength shorter than the predetermined wavelength λ 0. For example, graphite (C), silicon ( Si), germanium (Ge), and the like can be formed, but in order to suppress the radiation from the second layer 4 while absorbing the sunlight Y, from the predetermined wavelength λ 0 that is most of the sunlight Y. It is preferable that it absorbs light having a short wavelength (for example, light having a wavelength of 200 nm to 1700 nm) and reflects light having a longer wavelength (for example, light having a wavelength of 2000 nm to 20000 nm).

熱媒体3は、第1の層2と第2の層4との間を流通すると共に、透過光Y1を吸収して昇温した第2の層4からの伝熱(主として熱伝導)により加熱されるものであり、蓄熱でき、かつ光学的に透過光Y1を透過できる程度に透明であって流動性を有するものであれば何れの材料であってもよく、例えば、水、エチレングリコールなどが用いられる。   The heat medium 3 circulates between the first layer 2 and the second layer 4 and is heated by heat transfer (mainly heat conduction) from the second layer 4 that has raised the temperature by absorbing the transmitted light Y1. Any material may be used as long as it can store heat and is transparent to the extent that it can optically transmit the transmitted light Y1 and has fluidity. For example, water, ethylene glycol, etc. Used.

なお、この熱媒体3の流通は、図示していないポンプなどの流通手段により行われ、第2の層4による加熱により該熱媒体3が高温蒸気となる場合にあっては、例えばこの高温蒸気によりタービン発電機を駆動させたり、高温液体となる場合にあっては、例えば給湯や暖房などの熱源として利用したりすることができる。   The circulation of the heat medium 3 is performed by a circulation means such as a pump (not shown). When the heat medium 3 becomes a high temperature steam by the heating by the second layer 4, for example, the high temperature steam is used. When the turbine generator is driven by the above, or when it becomes a high-temperature liquid, it can be used as a heat source such as hot water supply or heating.

次に、上述したように構成される第1の実施例に係る太陽光線熱変換装置Aの作用効果について、図1〜図4を参照して説明する。まず、図1に示したように、太陽光線熱変換装置Aに入射した太陽光線Yは、構体1を透過し、その一部は透過光Y1として第1の層2を透過すると共に、残部は反射光Y2として第1の層2により反射される。   Next, the effect of the solar-beam heat conversion apparatus A which concerns on the 1st Example comprised as mentioned above is demonstrated with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1, the sunlight Y incident on the solar heat conversion apparatus A passes through the structure 1, part of which passes through the first layer 2 as transmitted light Y1, and the remaining part The reflected light Y2 is reflected by the first layer 2.

ここで、第1の層2の作用について、図2を参照し、高屈折率薄膜b1、b2に挟まれた光学的膜厚がλi/4の低屈折率薄膜a1を例にとって説明すると、上側に位置する高屈折率薄膜b1と下側に位置する低屈折率薄膜a1との界面cにあっては、反射する光線の位相が変わらないものの、上側に位置する低屈折率薄膜a1と下側に位置する高屈折率薄膜b2との界面dにあっては、反射する光線の位相が反転し、かつ、太陽光線Yが第1の層2に垂直に入射する場合にあっては、界面cと界面dとにより反射する光線の光路差がλi/2(=(λi/4)×2)だけ異なる分、界面cと界面dとで反射される光線が同位相となって強め合い、特定の波長λiの反射光Y2を生じるものである。 Here, the operation of the first layer 2 will be described with reference to FIG. 2, taking as an example the low refractive index thin film a1 having an optical film thickness of λ i / 4 sandwiched between the high refractive index thin films b1 and b2. At the interface c between the high refractive index thin film b1 positioned on the upper side and the low refractive index thin film a1 positioned on the lower side, the phase of the reflected light beam does not change, but the lower refractive index thin film a1 positioned on the upper side and the lower At the interface d with the high-refractive-index thin film b2 located on the side, the phase of the reflected light beam is reversed, and when the sun rays Y are perpendicularly incident on the first layer 2, the interface Since the optical path difference between the light beams reflected by c and interface d differs by λ i / 2 (= (λ i / 4) × 2), the light beams reflected by interface c and interface d are in phase and strengthened. Accordingly, the reflected light Y2 having a specific wavelength λ i is generated.

したがって、異なった光学的膜厚の低屈折率薄膜a1、a2、・・・、amおよび高屈折率薄膜b1、b2、・・・、bmを多段に積層することにより、特定の波長(所定の波長λ0)より短い波長の光線を透過光Y1として透過させつつ、所定の波長λ0以上の光線を反射光Y2として反射させることが可能となる。 Therefore, the low refractive index thin films a1, a2,..., Am and the high refractive index thin films b1, b2,. It is possible to reflect a light beam having a wavelength λ 0 or more as reflected light Y2 while transmitting a light beam having a wavelength shorter than the wavelength λ 0 ) as transmitted light Y1.

なお、図7には、所定の波長λ0を約2000μmに設定し、低屈折率薄膜a1、a2、・・・、amとして二酸化珪素(SiO2)を、高屈折率薄膜b1、b2、・・・、bmとして五酸化ニオブ(Nb25)を用いて形成した多層膜20の波長λに対する反射率および透過率の特性を例示した。 In FIG. 7, the predetermined wavelength λ 0 is set to about 2000 μm, the low refractive index thin films a 1, a 2,..., Am are made of silicon dioxide (SiO 2 ), and the high refractive index thin films b 1, b 2,. The characteristics of the reflectance and transmittance with respect to the wavelength λ of the multilayer film 20 formed using niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ) as bm are illustrated.

そして、第1の層2を透過した透過光Y1は、熱媒体3を透過して第2の層4に吸収されるもので、透過光Y1の吸収により第2の層4は熱的に励起して昇温し、この昇温した第2の層4からは、熱媒体3への伝熱(主として熱伝導)が起こる共に熱放射(放射光)を生じる。そして、この放射光は、再度熱媒体3を透過し、第1の層2において、前述した反射光Y2の生成と同じ作用により、所定の波長λ0以上のものについて反射が起こり、反射光Y3として第2の層4に回帰する。 The transmitted light Y1 transmitted through the first layer 2 is transmitted through the heat medium 3 and absorbed by the second layer 4, and the second layer 4 is thermally excited by absorption of the transmitted light Y1. The temperature of the second layer 4 thus raised causes heat transfer (mainly heat conduction) to the heat medium 3 and generates heat radiation (radiated light). Then, this radiated light is transmitted again through the heat medium 3, and in the first layer 2, reflection occurs with respect to light having a predetermined wavelength λ 0 or more by the same action as the generation of the reflected light Y 2 described above. To the second layer 4.

ところで、図3および図4は、黒体の波長λに対する放射強度曲線(最大値で規格化したもの)を示している。ここで、6000Kの放射強度曲線は、太陽光線Yを近似したものである。また、100℃および300℃の放射強度曲線は、想定される第2の層4からの熱放射を例示したものであるが、実際の第2の層4からの放射強度曲線は、該第2の層4の輻射率や温度により異なるものであり、これらは第2の層4を構成する材料の比熱等の物性や表面状態、第2の層4から熱媒体3への伝熱速度、周囲温度などにより変化する。   3 and 4 show a radiation intensity curve (normalized by the maximum value) with respect to the wavelength λ of the black body. Here, the radiation intensity curve of 6000 K approximates the sunlight Y. The radiation intensity curves at 100 ° C. and 300 ° C. exemplify the thermal radiation from the assumed second layer 4, but the actual radiation intensity curve from the second layer 4 is the second It depends on the emissivity and temperature of the layer 4, and these are the physical properties such as the specific heat and surface state of the material constituting the second layer 4, the heat transfer rate from the second layer 4 to the heat medium 3, the surroundings Varies with temperature.

なお、所定の波長λ0は、図4に示した範囲、すなわち、1500nm〜2500nmの範囲内の任意の波長に設定するのが好ましい。これは、図4に示したように、第1の層2において、高温で波長の短い光線を多く含む太陽光線Yを透過させつつ、太陽光線Yに比べて低い温度であって波長の長い光線を多く含む第2の層4からの放射光を反射させ、第2の層4からの熱放射による熱損失を抑えて太陽光線Yを効率良く熱エネルギーに変換するためである。 The predetermined wavelength λ 0 is preferably set to an arbitrary wavelength within the range shown in FIG. 4, that is, the range of 1500 nm to 2500 nm. This is because, as shown in FIG. 4, in the first layer 2, a light ray having a long wavelength and a temperature lower than that of the sunlight ray Y is transmitted while transmitting the sunlight ray Y containing many rays having a short wavelength at a high temperature. This is to reflect the radiation light from the second layer 4 containing a large amount of light and suppress the heat loss due to the thermal radiation from the second layer 4 to efficiently convert the solar rays Y into thermal energy.

次に、本発明の第2の実施例を、図5を参照して説明する。なお、第1の実施例と同一の部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。本実施例にあっては、第1の実施例の太陽光線熱変換装置Aの構成に加え、更に第3の層6を備えているものである。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, a third layer 6 is further provided in addition to the configuration of the solar light heat conversion apparatus A of the first embodiment.

この第3の層6は、図5に示したように、第2の層4の太陽光線Yを受け入れる側と反対の側であって該第2の層4とは間5をあけて設けられ、第2の層4からの熱放射を少なくともこの第2の層4から放射される波長領域において反射するものであり、例えばアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)などの金属の表面を研磨して平坦に加工したり、平坦な基板上にこれらの金属を公知の蒸着法により蒸着したりして形成されている。   As shown in FIG. 5, the third layer 6 is provided on the side opposite to the side of the second layer 4 that receives the sunlight Y, and is spaced 5 from the second layer 4. The thermal radiation from the second layer 4 is reflected at least in the wavelength region radiated from the second layer 4, for example, a metal such as aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), etc. The surface is polished and processed to be flat, or these metals are deposited on a flat substrate by a known vapor deposition method.

次に、上述したように構成される第2の実施例に係る太陽光線熱変換装置Aの作用効果について、図5を参照して説明する。なお、構体1、第1の層2、熱媒体3および第2の層4の構成に基づく太陽光線Yへの作用効果は、第1の実施例のものと同じであるため、その詳細な説明は省略する。   Next, the effect of the solar-beam heat conversion apparatus A which concerns on the 2nd Example comprised as mentioned above is demonstrated with reference to FIG. In addition, since the effect to the solar ray Y based on the structure of the structure 1, the 1st layer 2, the heat medium 3, and the 2nd layer 4 is the same as the thing of a 1st Example, the detailed description Is omitted.

この例にあっては、第1の実施例と同様に、第1の層2を透過した透過光Y1を吸収して第2の層4が昇温し、この昇温した第2の層4から熱放射(放射光)を生じるものである。   In this example, similarly to the first example, the second layer 4 rises in temperature by absorbing the transmitted light Y1 transmitted through the first layer 2, and the raised second layer 4 It generates thermal radiation (radiated light) from

そして、この熱放射は、第2の層4側に向かうものと、第3の層6側に向かうものとに大別されるが、第2の層4からの熱放射の内、第3の層6側に向かうものについて着目すると、放射光は第3の層6により反射光Y4として反射し、第2の層4に回帰するもので、第2の層4からの熱放射と第3の層6からの反射光Y4の回帰とが繰り返され、結果的に放射光が封じ込められて熱放射による熱損失をより一層低減することができる。   And this thermal radiation is divided roughly into the thing which goes to the 2nd layer 4 side, and the thing which goes to the 3rd layer 6 side. Of the thermal radiation from the 2nd layer 4, 3rd Paying attention to the layer 6 side, the emitted light is reflected by the third layer 6 as reflected light Y4 and returns to the second layer 4, and the heat radiation from the second layer 4 and the third layer 6 are reflected. The return of the reflected light Y4 from the layer 6 is repeated, and as a result, the radiated light is confined and heat loss due to thermal radiation can be further reduced.

ところで、上述して例において、間5は、例えば空気で満たされていてもよいが、第2の層4と第3の層6との間5は、真空空間であるか、または、図6に示したように、第2の層4からの熱放射(放射光)を透過しかつ第2の層4および第3の層6よりも熱伝導率が低い断熱部材5’(例えば、耐熱ガラス、石英、サファイヤなど)を介在させてあるか、の何れかにより構成するのが好ましい。これは、第2の層4から第3の層6への伝熱にあって、熱放射以外の伝熱、すなわち、熱伝導および対流による伝熱を抑えることができ、第2の層4からの熱損失をより一層低減することができからである。   By the way, in the above-described example, the space 5 may be filled with air, for example, but the space 5 between the second layer 4 and the third layer 6 is a vacuum space or FIG. As shown in FIG. 5, the heat insulating member 5 ′ (for example, heat resistant glass) that transmits heat radiation (radiated light) from the second layer 4 and has lower thermal conductivity than the second layer 4 and the third layer 6 is used. , Quartz, sapphire, etc.) are preferably interposed. This is in the heat transfer from the second layer 4 to the third layer 6, and heat transfer other than heat radiation, that is, heat transfer by heat conduction and convection can be suppressed. This is because the heat loss can be further reduced.

A 太陽光線熱変換装置
Y 太陽光線
2 第1の層
3 熱媒体
4 第2の層
5 間
6 第3の層
A Sunlight heat conversion device Y Sunbeam 2 First layer 3 Heat medium 4 Second layer 5 Between 6 Third layer

Claims (4)

太陽光線を受け入れて熱エネルギーに変換する層状に形成された太陽光線熱変換装置であって、
一方の面側から前記太陽光線を受け入れる第1の層と、
この第1の層は、所定の波長より短い波長の光線を透過すると共に、前記所定の波長以上の光線を反射するものであり、
前記所定の波長は、1500nm〜2500nmの範囲内の任意の波長に設定するものであり、
前記第1の層の前記太陽光線を受け入れる側と反対の側に設けられ、該第1の層を透過した光線を吸収して昇温する第2の層と、
この第2の層は、前記所定の波長より短い波長の光線を吸収し、それ以上の波長の光線を反射させるものであり、
前記第1の層と前記第2の層との間を流通すると共に、昇温した前記第2の層からの伝熱により加熱される熱媒体とを備えている
ことを特徴とする太陽光線熱変換装置。
It is a solar radiation heat conversion device formed into a layer that receives sunlight and converts it into heat energy,
A first layer that accepts the sunlight from one side;
The first layer transmits a light beam having a wavelength shorter than a predetermined wavelength and reflects a light beam having the predetermined wavelength or more.
The predetermined wavelength is set to an arbitrary wavelength within a range of 1500 nm to 2500 nm,
A second layer provided on the opposite side of the first layer to the side that receives the sunlight, and absorbing light rays transmitted through the first layer to raise the temperature;
The second layer absorbs light having a wavelength shorter than the predetermined wavelength and reflects light having a wavelength longer than the predetermined wavelength.
The solar radiation heat | fever characterized by including the heat medium which distribute | circulates between the said 1st layer and the said 2nd layer, and is heated by the heat transfer from the said 2nd layer heated up Conversion device.
第1の層は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に積層した多層膜である
ことを特徴とする請求項1記載の太陽光線熱変換装置。
The solar radiation heat conversion apparatus according to claim 1, wherein the first layer is a multilayer film in which a thin film having a high refractive index and a thin film having a low refractive index are alternately stacked.
第2の層の太陽光線を受け入れる側と反対の側であって該第2の層とは間をあけて設けられ、前記第2の層からの熱放射を少なくともこの第2の層から放射される波長領域において反射する第3の層とを備えている
ことを特徴とする請求項1または2記載の太陽光線熱変換装置。
And the second layer a layer comprising at the side for receiving sunlight opposite side of the second provided apart between the thermal radiation at least the second layer or et radiation from the second layer The solar radiation heat conversion apparatus according to claim 1, further comprising: a third layer that reflects in a wavelength region to be reflected.
第2の層と第3の層との間は、真空空間であるか、または、前記第2の層からの熱放射を透過しかつ前記第2の層および前記第3の層よりも熱伝導率が低い断熱部材を介在させてあるか、の何れかである
ことを特徴とする請求項3記載の太陽光線熱変換装置。
The space between the second layer and the third layer is a vacuum space or transmits heat radiation from the second layer and conducts heat more than the second layer and the third layer. The solar radiation heat conversion device according to claim 3, wherein a heat insulating member having a low rate is interposed.
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