JP2014119223A

JP2014119223A - 光吸収体

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Publication number: JP2014119223A
Application number: JP2012276278A
Authority: JP
Inventors: Yumi Saeki; 優美佐伯; Ryoji Asahi; 良司旭; Hirofumi Hazama; 広文間; Akitoshi Suzumura; 彰敏鈴村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】安価で、吸収率が高く、同時に放射のエネルギー損失が低い光吸収体を提供すること。
【解決手段】前記光吸収体は、照射光を受光し、かつ、前記照射光のエネルギーを熱エネルギーとして吸収するための１又は２以上の受光面と、前記受光面から放射される放射光を再吸収するための１又は２以上の再受光面と、前記照射光を受光せず、かつ、前記熱エネルギーの放射を抑制するための１又は２以上の非受光面とを備えている。前記受光面及び前記再受光面は、それぞれ、黒化処理が施されている。前記非受光面は、鏡面処理が施されている。光吸収体は、前記受光面の法線方向に、少なくとも１つの前記再受光面があるものが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、光吸収体に関し、さらに詳しくは、太陽光などの照射光が持つ光エネルギーを熱エネルギーとして効率良く蓄えることが可能な光吸収体に関する。

太陽光が持つエネルギーを利用する方法は、太陽光を電気エネルギーに直接変換する方法と、太陽光を熱エネルギーに変換する方法に大別される。後者の例として、例えば、太陽熱利用システムが知られている。太陽熱利用システムは、太陽熱を利用して温水や温風を作り、これを給湯や冷暖房に利用するシステムである。
光エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を向上させるためには、光エネルギーを熱エネルギーとして吸収する高効率な光吸収体（集熱器）が必要となる。そのため、このような光吸収体に関し、従来から種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、中心線平均粗さ（Ｒa）が０．９８μｍ以下であるＡｌ基板に陽極酸化処理及び電解着色処理を施すことによって、Ａｌ基板の表面に選択吸収膜を形成した太陽熱集熱板が開示されている。
同文献には、Ａｌ基板の中心線平均粗さを０．９８μｍ以下とすると、その表面に形成される選択吸収膜の太陽光吸収率αは０．９２以上となり、赤外線放射率εは０．１５以下になる点が記載されている。

特許文献２には、
（ａ）アルミニウムシートを陽極酸化処理することによって、細孔がハニカム状に配列しているアルミナ膜マスクを作製し、
（ｂ）アルミナ膜マスクをＷ基板上に載置し、高速原子線エッチングを用いてＷ基板の表面をエッチングする
ことにより得られるポーラスＷ（波長選択性太陽光吸収材料）が開示されている。
同文献には、
（ａ）このような方法により、Ｗ基板上に、キャビティが周期的に二次元配列しており、かつ、キャビティの開口径が０．４５μｍ、深さが０．３μｍ以下であるポーラスＷが得られる点、及び、
（ｂ）ポーラスＷの表面は、高温では高いスペクトル吸収率及び低いスペクトル放射率を同時に実現することができる点、
が記載されている。

特許文献３には、Ａｌをターゲット材とする平行平板型スパッタリング装置を用いて、Ａｒ、Ｎ₂の混合ガスをスパッタガスとし、ガラス基板上にＡｌＮとＡｌを堆積させることにより得られるＡｌ−Ｎ系光吸収体が開示されている。
同文献には、
（ａ）膜の成長に伴い、膜表面の凹凸が増大し、膜表面側の反射率が著しく低下する点、
（ｂ）膜のガラス基板側の面は金属光沢を持つため、表面で吸収しきれなかった光を再び膜基板側で反射し戻すことができる点、及び、
（ｃ）得られたＡｌ−Ｎ系光吸収体は、膜厚が１μｍ以下であり、太陽光の９５％を吸収できる点
が記載されている。

さらに、特許文献４には、
（ａ）銅板の表面に、中心線平均粗度（Ｒa）が０．９６μｍであるニッケルメッキ層を形成し、
（ｂ）ニッケルメッキ層の表面に銅メッキ層を形成し、
（ｃ）銅メッキ層を酸化処理し、酸化第１銅・酸化第２銅からなる選択吸収膜とする
ことにより得られる太陽熱吸収体が開示されている。
同文献には、得られた太陽熱吸収体は、吸収率αが０．９６であり、放射率εが０．１２５である点が記載されている。

特許文献１〜４に開示されているように、材料表面に微細凹凸構造を形成すると、吸収率が増大する。しかしながら、微細凹凸構造の形成には、高コストな微細加工技術や、再現性を得ることが難しい薄膜技術を必要とする。一方、このような微細凹凸構造によることなく、安価で、吸収率が高く、同時に放射のエネルギー損失が低い光吸収体が提案された例は、従来にはない。

特開２００４−２３９４７８号公報特開２００３−３３２６０７号公報特開２００２−２７７６２７号公報特開昭５８−１５８４５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、安価で、吸収率が高く、同時に放射のエネルギー損失が低い光吸収体を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る光吸収体は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記光吸収体は、
照射光を受光し、かつ、前記照射光のエネルギーを熱エネルギーとして吸収するための１又は２以上の受光面と、
前記受光面から放射される放射光を再吸収するための１又は２以上の再受光面と、
前記照射光を受光せず、かつ、前記熱エネルギーの放射を抑制するための１又は２以上の非受光面と
を備えている。
（２）前記受光面及び前記再受光面は、それぞれ、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％未満となる処理（黒化処理）が施されている。
（３）前記非受光面は、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％以上となる処理（鏡面処理）が施されている。
光吸収体は、前記受光面の法線方向に、少なくとも１つの前記再受光面があるものが好ましい。

照射光の入射側に、機械加工によって形成可能な大きさを有する受光面及び再受光面を形成し、受光面と再受光面の形状、位置及び大きさを最適化すると、受光面から放射される放射光の大半が再受光面で再吸収される。そのため、このような受光面及び再受光面を備えた光吸収体は、吸収率が高く、同時に放射のエネルギー損失も低い。また、受光面及び再受光面は、微細加工技術や薄膜技術を用いることなく形成可能であるため、光吸収体の製造コストを低減できる。

図１（ａ）は、凹凸構造のみを備えた光吸収体の断面模式図である。図１（ｂ）は、凹凸構造と中空体とを備えた光吸収体の断面模式図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光吸収体の平面断面図（Ａ−Ａ’線断面図、上図）及び正面断面図（Ｂ−Ｂ’線断面図、下図）である。図２（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光吸収体の平面断面図（Ａ−Ａ’線断面図、上図）及び正面断面図（Ｂ−Ｂ’線断面図、下図）である。本発明に係る光吸収体の具体例を示す図である。

黒化処理した平板の反射率を示す図である。光吸収体の太陽光吸収特性を示す図である。光吸収体の温度変化を示す図である。

以下に本発明の一実施の形態につて詳細に説明する。
［１．光吸収体］
本発明に係る光吸収体は、以下の構成を備えている。
（１）前記光吸収体は、
照射光を受光し、かつ、前記照射光のエネルギーを熱エネルギーとして吸収するための１又は２以上の受光面と、
前記受光面から放射される放射光を再吸収するための１又は２以上の再受光面と、
前記照射光を受光せず、かつ、前記熱エネルギーの放射を抑制するための１又は２以上の非受光面と
を備えている。
（２）前記受光面及び前記再受光面は、それぞれ、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％未満となる処理（黒化処理）が施されている。
（３）前記非受光面は、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％以上となる処理（鏡面処理）が施されている。

［１．１．照射光］
本発明において、照射光は、特に限定されない。照射光としては、例えば、太陽光、人工的に作られた光などがある。照射光は、平行光線であっても良く、あるいは、集光レンズにより集光された太陽光のような非平行光線であっても良い。

［１．２．受光面及び再受光面］
「受光面」とは、照射光を受光し、かつ、照射光のエネルギーを熱エネルギーとして吸収するための面をいう。受光面は、平面でも良く、あるいは、曲面でも良い。また、受光面の数は、１つでも良く、あるいは、２以上でも良い。
「再受光面」とは、受光面から放射される放射光を再吸収するための面をいう。再受光面は、平面でも良く、あるいは、曲面でも良い。また、再受光面の数は、１つでも良く、あるいは、２以上でも良い。

光吸収体のある１つの面が受光面となるか再受光面となるかは、相対的なものである。個々の面の位置関係や照射光の入射方向に応じて、ある面が受光面又は再受光面のいずれか一方として機能する場合と、双方として機能する場合とがある。

受光面及び再受光面には、黒化処理が施される。「黒化処理」とは、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％未満となる処理をいう。反射率が低くなるほど、光の吸収率が高くなり、かつ、放射のエネルギー損失が低くなる。反射率は、好ましくは、１０％以下、さらに好ましくは、５％以下である。
黒化処理としては、例えば、
（１）表面に市販の黒化塗料を塗布する処理、
（２）電解発色法により黒色発色を行う処理、
（３）蒸着やスパッタ法により各種金属や半導体吸収膜を成膜する処理、
などがある。

［１．３．非受光面］
「非受光面」とは、照射光を受光せず、かつ、熱エネルギーの放射を抑制するための面をいう。非受光面は、平面でも良く、あるいは、曲面でも良い。また、非受光面の数は、１つでも良く、あるいは、２以上でも良い。

「照射光を受光しない」とは、意図的に照射光が照射されないこと、あるいは、光エネルギーを吸収させる目的で照射光が照射されないことをいう。従って、不可抗力により、非受光面に照射光が照射される場合がある。
例えば、太陽光を自動追尾する装置に本発明に係る光吸収体を設置した場合、常に、受光面にのみ太陽光が照射される。一方、太陽光を自動追尾しない装置に本発明に係る光吸収体を設置した場合、光吸収体の形状や太陽光の入射角度によっては、受光面だけでなく非受光面にも太陽光が照射される場合がある。

非受光面には、鏡面処理が施される。「鏡面処理」とは、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％以上となる処理をいう。反射率が高くなるほど、放射のエネルギー損失が低くなる。反射率は、好ましくは、６０％以上、さらに好ましくは、９０％以上である。
鏡面処理としては、例えば、
（１）メッキ処理、
（２）スパッタリング法又はＥＢ蒸着法によるＡｇ、Ａｌ、Ａｕ等の金属膜の形成、
（３）バフ研磨による金属光沢仕上げ、
などがある。

［１．４．形状］
光吸収体の照射光の入射側には、凸部及び／又は凹部を設けるのが好ましい。凹部及び／又は凸部を設けると、反射光や放射光の再吸収が促進される。凸部及び凹部の形状は、特に限定されるものではなく、その表面が受光面又は再受光面として機能する形状であれば良い。
例えば、凸部は、照射光の入射方向に対して平行方向の断面形状が三角形、半円形、扇形、半楕円形などのいずれの形状であっても良い。
同様に、凹部は、照射光の入射方向に対して平行方向の断面形状が三角形、半円形、扇形、半楕円形などのいずれの形状であっても良い。

断面が三角形となる凸部の立体形状としては、例えば、円錐、多角錐（三角錐、四角錐、五角錘…）、三角柱などがある。
断面が円形となる凸部の立体形状としては、例えば、半球、半円柱などがある。
断面が半楕円形となる凸部の立体形状としては、例えば、半楕円球、半楕円柱などがある。
断面が扇形となる凸部の立体形状としては、例えば、１／４球、１／４円柱、１／４楕円球、１／４楕円柱などがある。

本発明において、受光面及び再受光面を構成する凸部及び凹部は、機械加工によって形成される。この点が、従来とは異なる。
凸部及び凹部の加工コストを低減するためには、凸部又は凹部の高さは、それぞれ、０．１ｍｍ以上が好ましい。

光吸収体は、照射光が入射する側に開口部を有する中空体と、中空体の内底面に設けられた凸部及び／又は前記凹部とを備えているものでも良い。この場合、中空体の内壁面、凸部の表面又は凹部の表面が、受光面又は再受光面として機能する。また、中空体の外壁面は、非受光面として機能する。
さらに、中空体は、開口部から離れた位置における内壁面間の距離が開口部より大きい形状（壺型）を呈しているものが好ましい。

光吸収体が凸部及び／又は凹部のみを備えている場合、受光面からの放射光を完全に吸収できない場合がある。これに対し、光吸収体を中空体とし、中空体の底面に凸部及び／又は凹部を形成すると、凸部又は凹部で再吸収しきれなかった放射光を中空体の内壁面で再吸収することができる。特に、中空体を壺型にすると、放射光がさらに再吸収されやすくなる。
また、壺型の場合、凸部及び凹部がなくても、放射光をある程度吸収することができる。しかしながら、壺型の中空体の内底面に凸部及び／又は凹部を設けると、反射光や照射光の再吸収率を増大させることができる。

凸部又は凹部は、照射光の入射面上に規則的に配列していても良く、あるいは、不規則に配列していても良い。
中空体を備えた光吸収体の場合、光吸収体は、１個の中空体を備えたものでも良く、あるいは、２個以上の中空体を備えたもの（換言すれば、中空体の内部空間が隔壁によって複数個の小空間に仕切られているもの）でも良い。
さらに、２個以上の中空体を備えた光吸収体の場合、各中空体の形状は、同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。また、各中空体は、周期的に配列していても良く、あるいは、不規則に配列していても良い。

［１．５．受光面及び再受光面の配置］
受光面が無限平板でない場合、放射光は、受光面の法線方向以外の方向に放射される場合がある。しかしながら、大半の放射光は、受光面の法線方向に放射されるので、再受光面は、受光面の法線方向に配置されているのが好ましい。この場合、受光面の法線方向に１つの再受光面が配置されていても良く、あるいは、２以上の再受光面が配置されていても良い。受光面と再受光面は、互いに平行に配置されている必要はない。

放射のエネルギー損失を低減するためには、少なくとも１つの受光面から放射される放射光の５０％以上が再受光面に再照射（再吸収）されるように、受光面及び再受光面が配置されているのが好ましい。１つの受光面から放射される放射光の再照射率は、高いほど良い。再照射率は、好ましくは、７０％以上、さらに好ましくは、９０％以上である。
また、光吸収体に備えられる受光面の総面積の５０％以上において、上述した再照射率が満たされているのが好ましい。上述した再照射率を満たす受光面の面積の割合は、高いほど良い。上述した再照射率を満たす受光面の面積の割合は、好ましくは、７０％以上、さらに好ましくは、９０％以上である。

図１（ａ）に、凹凸構造のみを備えた光吸収体の断面模式図を示す。図１（ａ）において、光吸収体１０ａは、平板上の基材１２ａの表面（照射光の入射側）に周期的に形成された凹部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えている。
基材１２ａの底面１６ａ、及び、外側の側面１６ｂ、１６ｃは、非受光面であり、鏡面処理が施されている。
一方、基材１２ａの表面側の端面１８ａ、１８ｂ、並びに、各凹部１４ａ〜１４ｃの斜面２０ａ〜２０ｆは、受光面又は再受光面であり、黒化処理が施されている。

光吸収体１０ａの底面１６ａに対して垂直方向から平行な照射光が入射されると、端面１８ａ、１８ｂ、並びに、斜面２０ａ〜２０ｆにおいて照射光が吸収され、熱エネルギーとして光吸収体１０ａの内部に蓄えられる。底面１６ａ、及び、外側の側面１６ｂ、１６ｃは、鏡面処理が施されているので、これらの面からの放射のエネルギー損失は少ない。
一方、端面１８ａ、１８ｂは、黒化処理されており、かつ、その法線方向に再受光面がない。そのため、吸収された熱エネルギーの一部が放射光として放射され、再吸収されることはない。

これに対し、斜面２０ｂ、２０ｄ、２０ｆの法線方向には、斜面２０ａ、２０ｃ、２０ｅがある。そのため、例えば、凹部１４ａ〜１４ｃの頂角θを６０°とすると、理論的には、一方の斜面２０ｂ、２０ｄ、２０ｆ（又は、斜面２０ａ、２０ｃ、２０ｅ）から放射される放射光の５０％が、対向する斜面２０ａ、２０ｃ、２０ｅ（又は、斜面２０ｂ、２０ｄ、２０ｆ）に再照射（再吸収）される。
凹部１４ａ〜１４ｃの頂角θを６０°未満とすると、斜面２０ａ〜２０ｆから放射される放射光の５０％以上が、対向する斜面（再受光面）に再照射される。

図１（ｂ）に、凹凸構造と中空体とを備えた光吸収体の断面模式図を示す。図１（ｂ）において、光吸収体１０ｂは、照射光が入射する側に開口部を有する中空体１２ｂと、中空体１２ｂの内底面に周期的に設けられた凹部１４ａ〜１４ｃとを備えている。
中空体１２ｂの底面１６ａ、及び、外壁面１６ｂ、１６ｃは、非受光面であり、鏡面処理が施されている。
一方、中空体１２ｂの表面側の端面１８ａ、１８ｂ、中空体１２ｂの内壁面１８ｃ、１８ｄ、並びに、各凹部１４ａ〜１４ｃの斜面２０ａ〜２０ｆは、受光面又は再受光面であり、黒化処理が施されている。

光吸収体１０ｂの底面１６ａに対して垂直方向から平行な照射光が入射されると、端面１８ａ、１８ｂ、並びに、斜面２０ａ〜２０ｆにおいて照射光が吸収され、熱エネルギーとして光吸収体１０ｂの内部に蓄えられる。底面１６ａ、及び、外壁面１６ｂ、１６ｃは、鏡面処理が施されているので、これらの面からの放射のエネルギー損失は少ない。
一方、端面１８ａ、１８ｂは、黒化処理されており、かつ、その法線方向に再受光面がない。そのため、吸収された熱エネルギーの一部が放射光として放射され、再吸収されることはない。

これに対し、斜面２０ｂ（又は、斜面２０ｅ）の法線方向には、斜面２０ａ及び内壁面１８ｃ（又は、斜面２０ｆ及び内壁面１８ｄ）がある。さらに、斜面２０ｄ（又は、斜面２０ｃ）の法線方向には、斜面２０ｃ（又は、斜面２０ｄ）がある。
そのため、例えば、凹部１４ａ〜１４ｃの頂角θを６０°とし、Ｈ＝２ｈ／３（Ｈは外壁面の先端から凹部の先端までの距離、ｈは凹部の深さ）とすると、理論的には、斜面２０ｂ（又は、斜面２０ｅ）から放射される放射光の１００％が、斜面２０ａ及び内壁面１８ｃ（又は、斜面２０ｆ及び内壁面１８ｄ）に再照射（再吸収）される。また、斜面２０ｄ（又は、斜面２０ｃ）から放射される放射光の５０％が、対向する斜面２０ｃ（又は、２０ｄ）に再照射される。
凹部１４ａ〜１４ｃの頂角θを６０°未満としたり、あるいは、外壁の高さ（すなわち、Ｈ）をさらに高くすると、斜面２０ｃ、２０ｄから放射される放射光の５０％以上が、対向する再受光面に再照射される。

［１．６．光吸収体の材料］
光吸収体の材料は、使用温度（例えば、６００℃）において安定な材料であれば良い。
光吸収体の材料としては、例えば、
（ａ）各種金属材料、
（ｂ）酸化物、窒化物などのセラミックス材料
などがある。

［２．光吸収体の具体例］
［２．１．第１の具体例］
図２（ａ）に、本発明の第１の実施の形態に係る光吸収体の平面断面図（Ａ−Ａ’線断面図、上図）及び正面断面図（Ｂ−Ｂ’線断面図、下図）を示す。図２（ａ）において、光吸収体１０ｃは、照射光が入射する側に開口部を有する中空体１２ｃと、中空体１２ｃの内底面に周期的に設けられた凹部１４ａ〜１４ｉとを備えている。

中空体１２ｃは、角筒型を呈しており、その内部空間が隔壁２２、２２…により、複数個（図２（ａ）に示す例においては、合計９個）の小空間に仕切られている。各小空間の内底面には、四角錐型の凹部１４ａ〜１４ｉが形成されている。
中空体１２ｃの表面側の端面及び内壁面、隔壁２２の表面側の端面及び内壁面、並びに、凹部１４ａ〜１４ｉの表面は、いずれも黒化処理が施されている。一方、中空体１２ｃの底面及び外壁面は、鏡面処理が施されている。

凹部１４ａ〜１４ｉの頂角が９０°であり、かつ、中空体１２ｃの底面に対して垂直方向から平行な照射光が入射する場合、凹部１４ａ〜１４ｉの表面が受光面として機能し、中空体１２ｃの内壁面及び隔壁２２の内壁面が再受光面として機能する。
一方、中空体１２ｃの底面に対して垂直方向から非平行な照射光が入射する場合、又は、中空体１２ｃの底面に対して非垂直方向から照射光が入射する場合、中空体１２ｃの内壁面及び隔壁２２の内壁面の一部が受光面として機能する場合がある。

［２．２．第２の具体例］
図２（ｂ）に、本発明の第２の実施の形態に係る光吸収体の平面断面図（Ａ−Ａ’線断面図、上図）及び正面断面図（Ｂ−Ｂ’線断面図、下図）を示す。図２（ｂ）において、光吸収体１０ｄは、照射光が入射する側に開口部を有する中空体１２ｄと、中空体１２ｄの内底面に設けられた凸部２４ａ、２４ｂとを備えている。

中空体１２ｄは、円筒型を呈している。中空体１２ｄの内底面には、円錐台の中心部を円柱状にくり抜いた凸部２４ａが設けられている。また、凸部２４ａの中心部の空間には、円錐状の凸部２４ｂが設けられている。
中空体１２ｄの表面側の端面及び内壁面、並びに、凸部２４ａ、２４ｂの表面は、いずれも黒化処理が施されている。一方、中空体１２ｄの底面及び外壁面は、鏡面処理が施されている。

中空体１２ｄの底面に対して垂直方向から平行な照射光が入射する場合、凹部２４ａ、２４ｂの傾斜面が受光面として機能し、中空体１２ｃの内壁面及び凹部２４ａの内壁面が再受光面として機能する。
一方、中空体１２ｄの底面に対して垂直方向から非平行な照射光が入射する場合、又は、中空体１２ｄの底面に対して非垂直方向から照射光が入射する場合、中空体１２ｃの内壁面及び凹部２４ａの内壁面の一部が受光面として機能する場合がある。

［２．３．その他の具体例］
図３に、本発明に係る光吸収体の他の具体例を示す。
図３（ａ）は、筒型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凸部が設けられた光吸収体の例である。
図３（ｂ）は、側壁が平面で構成された角壺型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凸部が設けられた光吸収体の例である。
図３（ｃ）は、側壁が曲面で構成された丸壺型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凸部が形成された光吸収体の例である。
図３（ｄ）は、筒型の中空体の内底面に、断面が半楕円形である１個の凹部が設けられ、かつ、凹部の上に断面が三角形である１個の凸部が載置された光吸収体の例である。
図３（ｅ）は、図３（ａ）に示す光吸収体を２次元配列させた光吸収体の例である。

図３（ｆ）は、図２（ｂ）に示す光吸収体と同一の光吸収体である。
図３（ｇ）は、フラスコ型（壺型に含まれる）の中空体の内底面に、断面が三角形である複数個の凸部が形成された光吸収体の例である。
図３（ｈ）は、図３（ｆ）に示す光吸収体を２次元配列させた光吸収体の例である。

図３（ｉ）は、断面が半円形である凹部を備えた光吸収体の例である。
図３（ｊ）は、半球状の凹部と、凹部の中心に立設された円柱とを備えた光吸収体の例である。
図３（ｋ）は、半円柱状の凹部と、凹部の中心に立設された平板とを備えた光吸収体の例である。
図３（ｌ）は、図３（ｉ）に示す光吸収体を２次元配列させた光吸収体の例である。
図３（ｍ）は、図３（ｊ）又は図３（ｋ）に示す光吸収体を２次元配列させた光吸収体の例である。

図３（ｎ）は、筒型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凹部が設けられた光吸収体の例である。
図３（ｏ）は、側壁が平面で構成された角壺型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凹部が設けられた光吸収体の例である。
図３（ｐ）は、側壁が曲面で構成された丸壺型の中空体の内底面に、断面が三角形である１個の凹部が形成された光吸収体の例である。
図３（ｑ）は、筒型の中空体の内底面に、断面が半楕円形である１個の凹部が設けられた光吸収体の例である。
図３（ｒ）は、図３（ｎ）に示す光吸収体を２次元配列させた光吸収体の例である。

［３．作用］
照射光の入射側に、機械加工によって形成可能な大きさを有する受光面及び再受光面を形成し、受光面と再受光面の形状、位置及び大きさを最適化すると、受光面から放射される放射光の大半が再受光面で再吸収される。そのため、このような受光面及び再受光面を備えた光吸収体は、吸収率が高く、同時に放射のエネルギー損失も低い。また、受光面及び再受光面は、微細加工技術や薄膜技術を用いることなく形成可能であるため、光吸収体の製造コストを低減できる。

光吸収体の受光面を黒化処理しても、数％の反射光が生じる。これに対し、照射光の入射側に凸部又は凹部を形成すると、１次反射光が吸収されやすい。そのため、凸部又は凹部を備えた光吸収体の全吸収率は、凸部又は凹部のない平板状の光吸収体より高くなる。
また、黒化処理された受光面からは放射が生じる。そのため、平板状の光吸収体では、放射によるエネルギー損失が生じる。これに対し、再受光面を備えた光吸収体では、放射光が再受光面で再度吸収されるため、エネルギーの損失が小さい。また、非受光面を鏡面加工すると、放射によるエネルギーの損失をさらに少なくすることができる。

（実施例１〜２、比較例１）
［１．試料の作製］
図２（ａ）に示す光吸収体（以下、これを「角型」ともいう）（実施例１）、及び、図２（ｂ）に示す光吸収体（以下、これを「丸型」ともいう）（実施例２）を作製した。材質は、ＳＵＳ３０４である。作製した光吸収体の受光面及び再受光面に黒化処理を施した。黒化処理には、ジャパンセンサー社製の黒化塗料（ＪＳＣ３号）を用いた。非受光面は、放射を抑えるために、金属光沢が出るよう鏡面加工を施した。
ＳＵＳ３０４の平板の表面に黒化処理を施した光吸収体（以下、これを「平板」ともいう）（比較例１）を作製した。黒化処理は、上記と同様である。

［２．試験方法］
［２．１．反射率］
分光光度計にて反射率Ｒ（光吸収率：１００−Ｒ）を測定した。
［２．２．温度変化］
フレネルレンズにより集光した太陽光を光吸収体に入射したときの温度変化を測定した。太陽光の入射エネルギーは、コヒレント社製パワーメータにより測定した。

［３．結果］
［３．１．反射率］
図４に、黒化処理した平板（比較例１）の反射率を示す。図４より、黒化処理によって、３００〜１８００ｎｍで９５％以上の高い光吸収率が得られることがわかる。

［３．２．温度変化］
図５に、光吸収体の太陽光吸収特性を示す。太陽光の入射エネルギーが３８Ｗのとき、９．５ｇの平板は、２８７℃で定常状態となった。また、太陽光の入射エネルギーが８７Ｗのとき、２５７ｇの丸型は３０２℃、１４７ｇの角型は３５１℃で、それぞれ、定常状態となった。

定常状態に達したときに太陽光を遮断し、放冷した。放冷状態では、熱源がないので、光吸収体に蓄積された熱が伝熱と放射熱により冷却される。図６に、光吸収体の温度変化を示す。定常状態と放冷状態での温度変化から、次の（１）式及び（２）式を用いて放射率εを求めた。但し、上記のように平板の光吸収率が９５％程度であったことから、平板の放射率をε＝０．９５として、角型及び丸型の放射率を規格化した。

表１に、放射率を示す。角型ではε＝０．３、丸型ではε＝０．２７であり、いずれも平板の１／３程度であった。このことから、受光面の法線方向に再受光面を配置することにより、放射によるエネルギー損失を低減できることがわかった。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

本発明に係る光吸収体は、太陽熱利用システム、太陽熱光起電力発電システムなどに使用することができる。

Claims

以下の構成を備えた光吸収体。
（１）前記光吸収体は、
照射光を受光し、かつ、前記照射光のエネルギーを熱エネルギーとして吸収するための１又は２以上の受光面と、
前記受光面から放射される放射光を再吸収するための１又は２以上の再受光面と、
前記照射光を受光せず、かつ、前記熱エネルギーの放射を抑制するための１又は２以上の非受光面と
を備えている。
（２）前記受光面及び前記再受光面は、それぞれ、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％未満となる処理（黒化処理）が施されている。
（３）前記非受光面は、可視光領域（３６０〜８３０nm）における反射率が３０％以上となる処理（鏡面処理）が施されている。
前記受光面の法線方向に、少なくとも１つの前記再受光面がある
請求項１に記載の光吸収体。
少なくとも１つの前記受光面から放射される前記放射光の５０％以上が前記再受光面に再照射されるように、前記受光面及び前記再受光面が配置されている請求項２に記載の光吸収体。
前記照射光の入射側に凸部及び／又は凹部が設けられ、
前記凸部又は前記凹部の表面が前記受光面又は前記再受光面として用いられる
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光吸収体。
前記凸部又は前記凹部の高さは、０．１ｍｍ以上である請求項４に記載の光吸収体。
前記照射光が入射する側に開口部を有する中空体と、
前記中空体の内底面に設けられた前記凸部及び／又は前記凹部と
を備え、
前記中空体の内壁面、前記凸部の表面及び前記凹部の表面が前記受光面又は前記再受光面として用いられ、
前記中空体の外壁面及び底面が前記非受光面として用いられる
請求項４又は５に記載の光吸収体。
前記凸部は、前記照射光の入射方向に対して平行方向の断面形状が三角形、半円形、扇形、又は、半楕円形になってる請求項４から６までのいずれか１項に記載の光吸収体。
前記凹部は、前記照射光の入射方向に対して平行方向の断面形状が三角形、半円形、扇形、又は、半楕円形になってる請求項４から７までのいずれか１項に記載の光吸収体。
前記中空体は、前記開口部から離れた位置における内壁面間の距離が前記開口部より大きい形状（壺型）を呈している
請求項６から８までのいずれか１項に記載の光吸収体。