集熱レシーバー及び太陽熱発電装置
【課題】 ヘリオスタットを介して照射される太陽光を効率よく吸収し、熱に変換することが可能な集熱レシーバーを提供すること。
【解決手段】 太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、上記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が形成された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、該熱吸収体を支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、上記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層にシリコンが充填されていないことを特徴とする集熱レシーバー。
【解決手段】 太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、上記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が形成された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、該熱吸収体を支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、上記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層にシリコンが充填されていないことを特徴とする集熱レシーバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集熱レシーバー及び太陽熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽を利用した発電方法として、太陽熱発電が知られている。太陽熱発電は、太陽から照射される光を反射鏡等を介して集光し、得られる太陽熱を利用して蒸気タービンを駆動させ、発電するものである。この太陽熱発電は、発電中に二酸化炭素等の温室効果ガスを発生することがないうえ、蓄熱することが可能であるので、曇天や夜間でも発電が可能である。そのため、太陽熱発電は、将来、有望な発電方法として注目を集めている。
【０００３】
太陽熱発電の方式には、大きく分けて、トラフ型、タワー型の２種類がある。タワー型太陽熱発電は、多数のヘリオスタットと呼ばれる平面鏡を用いて、中央部に設置されたタワーにある集熱レシーバーに太陽光を集中させることで集光し、その熱で発電する発電方式である。ヘリオスタットは、数メートル四方の平面鏡であり、タワー型太陽熱発電では、数百枚から数千枚のヘリオスタットを用いて集められた太陽光を一箇所に集中させることが出来るため、集熱レシーバーを１０００℃程度まで加熱することが可能であり、タワー型太陽熱発電は、熱効率が良いという特徴を有する。
【０００４】
このタワー型太陽熱発電用の集熱レシーバーとして、特許文献１には、熱媒体を通過させるための多数のガス流路を備えた炭化ケイ素製、又は、シリコンと炭化ケイ素からなる熱吸収体が漏斗型の支持体に収納、支持されたものが開示されている。
集熱レシーバーでは、エアーやエアーを含む混合ガスからなる熱媒体を加熱された熱吸収体の流路を通過させ、これにより熱媒体が熱を得ることができる。タワー型太陽熱発電では、得られた熱により水を沸騰させて蒸気とし、蒸気タービンを回して発電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６００３５０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記集熱レシーバーは、ヘリオスタットを介して照射される太陽光を吸収し、効率よく熱に変換する必要があるが、特許文献１等に記載された集熱レシーバーは、太陽光が照射される面が平面であるため、太陽光の反射率が充分に低いとは言えず、吸収効率が高くないという問題があり、さらに吸収効率のよい集熱レシーバーが求められている。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためにされたものであり、ヘリオスタットを介して照射される太陽光を効率よく吸収し、熱に変換することが可能な集熱レシーバー及びそれを用いた太陽熱発電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】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の集熱レシーバーは、太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、
上記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が形成された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、上記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成されているため、緻密体となり、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、多孔質炭化ケイ素の気孔をシリコンで充填した緻密体は、熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに空気等の熱媒体に伝達することができる。
【００１０】
また、請求項１に記載の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットの太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないので、シリコンにより太陽光が反射するのを防止することができる。また、請求項１に記載の集熱レシーバーでは、太陽光がハニカムユニット表面の多孔質層の中に入り込み易く、多孔質層内で反射された光は、多孔質層内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくくなる。そのため、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【００１１】
請求項２に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットは、さらに、多孔質カーボンを含んで構成され、上記ハニカムユニットの表面領域は、多孔質カーボン層からなるので、ハニカムユニットの表層領域自体の太陽光の反射率が低下し、熱吸収効率が高くなる。
【００１２】
請求項３に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットの表面領域は、表面から５００ｎｍ以上の深さを有する。表面領域を上記範囲に設定したのは、表面領域の深さが５００ｎｍ未満では、表面領域が浅すぎるため、上記ハニカムユニットに含まれるシリコンによる太陽光の反射等が発生し、熱吸収効率が低下してしまうからである。
【００１３】
請求項４に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、上記ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、上記多孔質炭化ケイ素の気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである。このような気孔率、気孔径であると、上記多孔質炭化ケイ素にシリコンが充填され易くなる。このようにして得られる緻密なハニカムユニットの流路をこのように構成することで、上記流路を熱媒体が流通する際、上記ハニカムユニットからなる熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達され、その結果、高い効率で発電を行うことができる。
【００１４】
本発明に係るハニカムユニットでは、流路に対して垂直な断面を形成した際、１ｃｍ２当たりの流路の数は、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２であることが望ましい。ハニカムユニットの流路の数が３１．０個／ｃｍ２未満である場合には、ハニカムユニットの流路の数が少ないため、ハニカムユニットが熱媒体と効率よく熱交換することが難しくなる。一方、ハニカムユニットの流路の数が９３．０個／ｃｍ２を超えると、ハニカムユニットの１つの流路の断面積が小さくなるため、熱媒体が流通しにくくなる。
【００１５】
請求項５に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体と上記支持体との間には断熱材が介装されており、上記断熱材により上記熱吸収体をしっかりと保持するとともに、上記断熱材により上記熱吸収体から上記支持体への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【００１６】
請求項６に記載の集熱レシーバーでは、複数個のハニカムユニットが側面に形成された接着材層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体に含まれるハニカムユニットの流路を流れる熱媒体の流れの力により、一部のハニカムユニットが抜けるのを防止することができる。
【００１７】
請求項７に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体に含まれるハニカムユニットの流路を流れる熱媒体の流れの力により、一部のハニカムユニットが抜けるのを防止することができる。
【００１８】
請求項８に記載の太陽熱発電装置では、請求項１〜７のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられているので、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーの表面領域近傍を示す拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の太陽熱発電装置を構成するレシーバーアレイを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したレシーバーアレイのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は、本願発明に係る太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１及び比較例１及び２の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第一実施形態）
以下、本発明の集熱レシーバーの一実施形態である第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーのＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）は、集熱レシーバーに収納された熱吸収体を構成するハニカムユニットの流路に平行に切断した縦断面図であり、図１（ｂ）は、上記流路に垂直な断面を示す断面図である。
図２は、本発明の第一実施形態に係わるハニカムユニットの表面領域近傍を示す拡大断面図である。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、本発明に係わる集熱レシーバー１０は、熱媒体１４を通過させるための多数の流路１３ｂが並設されたハニカムユニット１３が接着材として機能するシリコン１５（シリコンからなる接着材層、以下、シリコン層ともいう）を介して複数個接着された熱吸収体１１と、熱吸収体１１を収納、支持するとともに、熱媒体１４を流通させる支持体１２とを含んで構成されている。そして、熱吸収体１１と支持体１２の間には、無機繊維からなる断熱材１７が介装され、この断熱材１７を介して熱吸収体１１が支持体１２に支持、固定されている。
【００２２】
ハニカムユニット１３は、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素１６と多孔質炭化ケイ素１６中の開気孔を充填するシリコン１５とからなり、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層１３ａから構成されている。図２には、ハニカムユニット１３の表面領域の多孔質層１３ａの詳しい構造を示している。多孔質層１３ａ以外の気孔には、シリコン１５が充填されて緻密体となっているが、多孔質層１３ａの部分には、シリコン１５が存在せず、開気孔を有する多孔質体となっている。
【００２３】
このため、ヘリオスタットにより反射した太陽光１８が、直接、シリコン１５に当たりにくくなっており、シリコン１５により太陽光１８が反射するのを防止することができる。また、ハニカムユニット１３の表面領域が多孔質層１３ａとなっているので、太陽光１８が多孔質層１３ａの中に入り込み易く、多孔質層１３ａ内で反射された光は、多孔質層１３ａ内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくい。このため、照射された太陽光１８を、効率よく熱に変換することができる。
【００２４】
多孔質層１３ａは、多孔質層炭化ケイ素１６のみからなるものであってもよい。多孔質層１３ａが多孔質炭化ケイ素１６からなる場合、多孔質炭化ケイ素１６の開気孔の全部をシリコン１５で充填し、多孔質炭化ケイ素１６の表面領域に一旦充填されたシリコン１５を何らかの方法で除去した状態のものとすることによりハニカムユニット１３を作製することができる。また、多孔質層１３ａは、シリコン１５を取り除くことにより露出した多孔質炭化ケイ素１６をさらにカーボンに変換させたものであってもよい。
【００２５】
多孔質層１３ａ中の多孔質炭化ケイ素１６をカーボンに変換する方法としては、例えば、多孔質炭化ケイ素１６の回りの雰囲気を０．８Ｔｏｒｒ以下の真空にし、１６００〜１７００℃で９６時間以上加熱処理を行う方法が挙げられる。これにより、炭化ケイ素からケイ素が抜け、炭化ケイ素がカーボンに変換される。
【００２６】
多孔質層１３ａが炭化ケイ素からなる場合には、多孔質層１３ａの表面領域の厚さの下限値は、４００ｎｍ（０．４０μｍ）が望ましく、４０μｍがより望ましく、上限値は、２ｍｍが望ましい。多孔質層１３ａがカーボンからなる場合には、多孔質層１３ａの厚さの下限値は、４００ｎｍ（０．４０μｍ）が望ましく、６５０ｎｍ（０．６５μｍ）がより望ましく、上限値は、２ｍｍが望ましい。
この範囲にあると、太陽光を反射し難く、太陽光を良好に吸収することができ、また、収集した熱の熱媒体への熱伝達も良好である。多孔質層１３ａの表面領域の厚さが下限値より薄いと、太陽光が緻密層まで到達し、一方、多孔質層１３ａの表面領域の厚さが上限値より厚いと、緻密体領域が相対的に減少し、熱媒体への熱の伝達量が低下し易い。
多孔質層１３ａがカーボンからなる場合に、カーボンが太陽光１８を吸収しやすいので、多孔質層１３ａの厚さを、薄く設定することが可能である。
特には、多孔質層１３ａが炭化ケイ素からなる場合には、表面領域の厚さは、０．４０μｍ〜７８μｍが望ましく、４７〜７８μｍがより望ましい。多孔質層１３ａがカーボンからなる場合には、表面領域の厚さは、０．４０〜７８μｍが望ましく、０．６５〜７８μｍがより望ましい。
【００２７】
本発明に係る集熱レシーバー１０において、多孔質炭化ケイ素１６の気孔率は３５〜６０％が望ましい。上記気孔率が３５％未満であると、上記気孔の一部が閉気孔となり、シリコン１５を全部の気孔に充填するのが困難となる。一方、上記気孔率が６０％を超えるとハニカムユニット１３の強度が低下し、ハニカムユニット１３の昇温、降温の繰り返し（熱履歴）により破壊され易くなる。
なお、上記気孔率は、水銀圧入法により測定した。
【００２８】
多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径は、５〜３０μｍが望ましい。多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径が５μｍ未満であると、気孔の一部が閉気孔になり易く、シリコン１５を充填するのが難しくなる。一方、多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径が３０μｍを超えると、多孔質炭化ケイ素１６の機械的強度が低下し、ハニカムユニット１３の強度も低下する。
【００２９】
シリコン１５は、多孔質炭化ケイ素１００重量部に対して１５〜５０重量部含浸されていることが好ましい。この範囲で多孔質炭化ケイ素１６にシリコン含浸を行うことにより、シリコン１５が多孔質炭化ケイ素１６中の開放気孔内に埋まり込んでハニカムユニットは、緻密体となる。
【００３０】
本発明に係るハニカムユニット１３では、流路１３ｂに対して垂直な断面を形成した際、１ｃｍ２当たりの流路１３ｂの数は、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２であることが望ましい。ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が３１．０個／ｃｍ２未満である場合には、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が少ないため、ハニカムユニット１３が熱媒体１４と効率よく熱交換することが難しくなる。一方、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が９３．０個／ｃｍ２を超えると、ハニカムユニット１３の１つの流路１３ｂの断面積が小さくなるため、熱媒体１４が流通しにくくなる。
【００３１】
また、ハニカムユニット１３の流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。ハニカムユニット１３の壁部の厚さが０．１ｍｍ未満では、ハニカムユニットの壁部の機械的強度が低下し、破損し易くなる。一方、ハニカムユニット１３の壁部の厚さが０．５ｍｍを超えると、ハニカムユニット１３の壁部が厚くなりすぎ、ハニカムユニット１３の面積に対する熱媒体１４の流通量が低下するため、熱効率が低下する。
【００３２】
本発明では、多孔質炭化ケイ素１６を、シリコン１５を充填するための多孔質セラミックとして使用しているが、他の多孔質セラミックを用いることも可能である。他の多孔質セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル等の炭化物セラミックを挙げることができる。これらのセラミックは、それ自体が高い熱伝導率を有している。
【００３３】
複数のハニカムユニット１３を用いて熱吸収体１１を作製する場合には、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）の内部に充填されているシリコン１５と同じ材料であるシリコン１５を接着材として用い、接着材層を形成してハニカムユニット１３同士を接着して熱吸収体１１とすることができる。
【００３４】
なお、図１（ｂ）において、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの断面形状を四角形にしているが、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの断面形状は、特に限定されず、六角形等であってもよい。また、図１（ｂ）に示す支持体１２の断面図形も、四角形であるが、支持体１２の断面図形は特に四角形に限定されず、六角形等であってもよい。
【００３５】
支持体１２は、上述のように、図１（ｂ）に示すような正面から見た断面形状は、四角形、六角形等の形状であるが、支持体１２の全体的な形状は、漏斗形状である。すなわち、熱吸収体１１が収納され、熱媒体１４が流入する部分である集熱部１２ａの断面（熱吸収体１１の太陽光１８を受ける面に平行な断面）は大面積であるが、断面を熱媒体１４の出口方向に平行移動していくと、断面の面積は次第に小さくなり、その後、ガス出口１２ｂでは、断面の面積は略一定面積となる。
【００３６】
支持体１２の材料は特に限定されるものではないが、熱吸収体１１は１０００℃前後となるため、支持体１２は耐熱性を有する必要があり、金属又はセラミックが好ましい。
金属材料としては、例えば、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン、鉛、銅、亜鉛及びこれら金属の合金等が挙げられる。また、セラミックとしては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア等の酸化物セラミック等が挙げられる。支持体１２の材料としては、その他に、例えば、金属と窒化物セラミックの複合体、金属と炭化物セラミックの複合体等も挙げられる。これらのなかでは、耐熱性等の点から、アルミナ、炭化ケイ素等のセラミックが好ましい。
【００３７】
本発明の集熱レシーバー１０では、熱吸収体１１と支持体１２との間に断熱材１７が介装されている。
断熱材１７の材料は特に限定されるものではなく、無機繊維、無機粒子、無機バインダ等、種々の無機材料を含むものであってもよいが、無機繊維からなるマット状のものが好ましい。本実施形態では、断熱材として無機繊維からなる平面視矩形のマットを使用した例について、以下に説明する。
この断熱材１７は、無機繊維からなる平面視矩形のマットが１個又は複数積層されて構成されたものであり、この断熱材１７を熱吸収体１１の側面に巻き付けた状態で、支持体１２に収納することにより、熱吸収体１１を支持体１２の内部に支持、固定することができる。
【００３８】
上記マットを構成する無機繊維としては、特に限定されず、アルミナ−シリカ繊維であってもよく、アルミナ繊維、シリカ繊維等であってもよい。無機繊維の材料は、耐熱性や耐風蝕性等、シール材に要求される特性等に応じて変更すればよい。アルミナ−シリカ繊維を無機繊維として用いる場合には、例えば、アルミナとシリカとの組成比が、６０：４０〜８０：２０の繊維を用いることが好ましい。
【００３９】
上記マットには、ニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。マットにニードルパンチング処理が施されることにより、マットを構成する無機繊維のシート等の構成材料がばらばらになりにくく、1つのまとまったマット状となる。また、マットが上記長手方向に垂直な幅方向でニードルパンチング処理されていると、ニードルパンチング処理した部分でマットの幅方向に折り目がついたようになることから、マットを被巻着体へ巻き付ける際に巻き付けやすくなる。
【００４０】
また、断熱材１７として、上記マットに、アクリル系樹脂等を含む有機バインダを含浸させ、圧縮乾燥させることにより、その厚さを薄くしたものを用いてもよい。、熱吸収体１１に断熱材１７を巻き付け、支持体１２に押し込んで支持体１２に熱吸収体１１を取り付けた後、太陽光１８の反射光を熱吸収体１１に照射すると、熱吸収体１１の温度が１０００℃近くに上昇する。そのため、有機バインダは分解、消失し、有機バインダによる圧縮状態が開放される。その結果、熱吸収体１１は、しっかりと支持体１２に保持、固定されることとなる。断熱材１７の厚さは、３〜１４ｍｍが望ましい。
【００４１】
以下、本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法について説明する。
まず、ハニカムユニットを構成する多孔質炭化ケイ素を製造する。
多孔質炭化ケイ素を製造する際には、原料として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダ、可塑剤、潤滑剤、水等とを混合して、成形用の湿潤混合物を調製する。
【００４２】
続いて、上記湿潤混合物を押出成形機に投入して押出成形する成形工程を行い、長手方向に多数の流路が形成された四角柱形状のハニカムユニットの成形体を作製する。
【００４３】
次に、ハニカムユニットの成形体の両端を切断装置を用いて切断する切断工程を行い、ハニカムユニットの成形体を所定の長さに切断し、切断したハニカムユニットの成形体を乾燥機を用いて乾燥する。
【００４４】
次に、ハニカムユニットの成形体中の有機物を脱脂炉中で加熱する脱脂工程を行い、焼成炉に搬送し、焼成工程を行ってハニカムユニットの焼成体（多孔質炭化ケイ素）を作製する。なお、ハニカムユニットの焼成体は、単にハニカムユニットともいうこととする。
【００４５】
続いて、ハニカムユニットの焼成体に金属を含浸する金属含浸工程を行う。
ハニカムユニットの焼成体にシリコンを含浸する場合、例えば、前もってハニカムユニットの焼成体に炭素質物質を含浸しておくことが好ましい。このような炭素質物質としては、例えば、フルフラール樹脂、フェノール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コーンスターチ、糖蜜、コールタールピッチ、アルギン酸塩等の各種有機物質を挙げることができる。なお、カーボンブラック、アセチレンブラックのような熱分解炭素も同様に使用することができる。
【００４６】
上記炭素質物質をあらかじめハニカムユニットの焼成体に含浸する理由は、ハニカムユニットの焼成体の開放気孔の表面に新たな炭化珪素の膜が形成されるため、これによって溶融シリコンとハニカムユニットの焼成体との結合が強固なものとなるからである。また、炭素質物質の含浸によって、ハニカムユニットの焼成体の強度も強くなるからである。
【００４７】
また、シリコンをハニカムユニットの焼成体の開放気孔中へ充填する方法としては、例えば、シリコンを加熱溶融させて開気孔に吸い込ませ、充填する方法を挙げることができる。この場合、ハニカムユニットの焼成体の上面又は下面（端面を除く側面）に塊状、粉末状又は粒子状のシリコンを載置し、真空条件下、１４５０℃以上でシリコンを溶解させ、ハニカムユニットの焼成体の開気孔中にシリコンを充填させる。上記作業を繰り返し行うこと、又は、載置するシリコンの重量を変化させること等により、ハニカムユニットの焼成体に対するシリコンの含浸率を制御することができる。
【００４８】
また、微粉化したシリコンを分散媒液中に分散させ、この分散媒液をハニカムユニットの焼成体に含浸させて乾燥した後、シリコンの溶融温度以上に加熱するという方法も適用することができる。
また、上記した金属含浸工程は、ハニカムユニットの成形体（即ち、焼成工程前のハニカムユニット）に対して行ってもよい。この方法によると、省電力化を図ることができ、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
上記方法によりシリコンが充填されたハニカムユニットを得ることができる。ハニカムユニットは、そのまま、１つのハニカムユニットで熱吸収体として使用することもできるが、複数のハニカムユニットを接着材で接着して熱吸収体とすることもできる。複数のハニカムユニットが接着材層を介して接着された熱吸収体は、以下の方法により作製することができる。
すなわち、シリコンを接着材として使用し、複数のハニカムユニットをシリコン層を介して接着する際には、多孔質炭化ケイ素（ハニカムユニットの焼成体）に対するシリコンの充填と接着とを同時に行う。この場合には、例えば、微粉状シリコンを含浸させた複数のハニカムユニットの焼成体を所定の固定具等を用いて熱吸収体の形状となるように組み合わせた後、加熱する。また、他の方法として、シリコンを含浸させていないハニカムユニットの焼成体を複数個組み合わせた後、真空下、ハニカム焼成体の上面、下面（端面を除く側面）等にシリコンを載置し、加熱する方法も採用することができる。
さらに、シリコンの粉末をスラリー状にしたものをハニカムユニットの焼成体の側面に塗布し、塗布面を介して二つのハニカム焼成体を接触させた状態で加熱することにより接着し、この作業を繰り返してもよい。
【００５０】
上記方法により、ハニカムユニットの焼成体（多孔質炭化ケイ素）の開気孔中にシリコンが充填されるとともに、ハニカムユニットの焼成体の側面の間にもシリコンが広がっていき、接着層を形成し、ハニカム焼成体同士をシリコンを介して接着することができる。
【００５１】
シリコンが充填されたハニカムユニット（多孔質炭化ケイ素）に多孔質層を形成する際には、ハニカムユニットの表面から所定の深さの表面領域のシリコンをエッチング等により除去する必要がある。
シリコンをエッチングする方法としては、液を用いたウエットエッチング、ガスを用いたドライエッチング等が挙げられる。ウエットエッチングの方法としては、フッ酸と硝酸とを混合したフッ硝酸、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いてシリコンをエッチングする方法が挙げられる。また、ドライエッチングの方法としては、フロン等を用いたプラズマエッチング等によりシリコンのエッチングを行う方法が挙げられる。
また、シリコンが充填されたハニカムユニットを、真空下、加熱することにより、シリコンを蒸発させる方法をとることもできる。
【００５２】
さらに、上記方法によりハニカムユニットの表面領域に多孔質層を形成し、場合によっては、上述した方法により、多孔質層の多孔質炭化ケイ素をさらに炭素（カーボン）に変換してもよい。
【００５３】
支持体は、従来から用いられている方法を用いることにより作製することができる。セラミックからなる支持体を作製する際には、セラミック粉末、有機バインダ等を含む混合物の加圧成形、射出成形、鋳込成形等を行った後、脱脂工程、焼成工程を経ることにより、支持体を作製することができる。
【００５４】
集熱レシーバー１０を組み立てる際には、上記方法により作製した熱吸収体１１の周囲に断熱材１７を巻き付け、断熱材１７が巻きつけられた熱吸収体１１を支持体１２に押し込んで固定することにより、集熱レシーバー１０を組み立てることができる。
【００５５】
以下、本実施形態の集熱レシーバーの作用効果について列挙する。
（１）本実施形態の集熱レシーバーにおいては、熱吸収体に含まれるハニカムユニットが、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成されているため、ハニカムユニットは緻密体となる。ハニカムユニットは、緻密体であるので、その熱容量が大きくなり、ハニカムユニットの蓄熱性が高くなる。また、ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素とシリコンとで構成される緻密体であるので、熱伝導率が高く、得られた熱をスムーズに空気等の熱媒体に伝達することができる。
【００５６】
（２）本実施形態の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットの太陽光が照射される面の表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなるので、シリコンにより太陽光が反射するのを防止することができる。、また、本実施形態の集熱レシーバーは、太陽光がハニカムユニットの多孔質層の中に入り込み易く、ハニカムユニットの多孔質層内で反射された光は、多孔質層内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくくなる。そのため、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【００５７】
（３）本実施形態の集熱レシーバーで、ハニカムユニットの表面領域の多孔質層が多孔質のカーボン層からなる場合には、表層領域自体の太陽光の反射率がより低下し、熱吸収効率が高くなる。
【００５８】
（４）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体に含まれるハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．４ｍｍであり、上記ハニカムユニットの気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである。そのため、上記ハニカムユニットの気孔にシリコンが充填され易くなる。また、上記ハニカムユニットの流路を熱媒体が流通することにより、上記熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達され、その結果、高い効率で発電を行うことができる。
【００５９】
（５）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体と上記支持体との間には断熱材が介装されており、上記断熱材により上記熱吸収体をしっかりと保持するとともに、上記断熱材により、上記熱吸収体から上記支持体への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【００６０】
（６）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体の流路を流れる熱媒体の流れ方向の力が作用することによる、一部のハニカムユニットの抜け落ちを防止することができる。
【実施例】
【００６１】
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が、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。
【００６２】
（実施例１）
（ハニカムユニットの焼成体の作製工程）
平均粒子径２２μｍを有する炭化ケイ素の粗粉末５２．８重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の微粉末２２．６重量％とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂２．１重量％、有機バインダ（メチルセルロース）４．６重量％、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）２．８重量％、グリセリン１．３重量％、及び、水１３．８重量％を加えて混練して湿潤混合物を得る。次に、得られた湿潤混合物を押出成形する押出成形工程を行い、四角柱形状の生のハニカムユニットの成形体を作製した。
【００６３】
次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記生のハニカムユニットの成形体を乾燥させ、ハニカムユニットの成形体の乾燥体とした。
【００６４】
このハニカムユニットの成形体の乾燥体を４００℃で脱脂する脱脂工程を行い、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間の条件で焼成工程を行い、炭化ケイ素からなるハニカムユニットの焼成体を作製した。このハニカムユニットの焼成体の気孔率は４２％、平均気孔径は１１μｍ、大きさは３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×４５ｍｍ、セルの数（セル密度）は５０個／ｃｍ２、セル壁の厚さは０．２５ｍｍ（１０ｍｉｌ）であった。
【００６５】
（シリコン充填工程）
次いで、得られた多孔質炭化ケイ素からなるハニカムユニットの焼成体にフェノール樹脂（炭化率３０重量％）をあらかじめ常温、常圧で含浸し、続いて乾燥した。
【００６６】
次に、ハニカムユニットの焼成体の上面及び下面（端面を除く側面）に粒子状のシリコンを載置し、真空条件下、１６５０℃で２時間保持してシリコンを溶解させ、ハニカムユニットの焼成体の開気孔中にシリコンを充填させた。
なお、炭化ケイ素１００重量部に対する上記シリコンの含浸量は４０重量部であった。
【００６７】
得られたハニカムユニット１３の熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は、２．８０ｇ／ｃｍ３ であった。
【００６８】
次に、４９ｗｔ％フッ酸と６１ｗｔ％硝酸と純水とを１：１：１の体積比で混合したフッ硝酸を用い、ハニカムユニット１３の表面領域に存在するシリコンのエッチングを行った。すなわち、上記フッ硝酸の液に、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面を下にして１０ｍｍの深さで浸漬させ、１時間後に引き上げた。引き上げた後、ハニカムユニット１３の表面領域を観察したところ、表面より４７μｍの深さまで、シリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存していた。
【００６９】
（結束工程）
次いで、ハニカムユニット１３の接着面に耐熱性の両面テープを貼着し、縦４個、横４個の合計１６個のハニカムユニット１３を耐熱性の両面テープを介して接着し、熱吸収体１１とした。
【００７０】
（実施例２）
ハニカムユニット１３をフッ硝酸に含浸する時間を２時間としたほかは、実施例１と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より７８μｍの深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７１】
（実施例３）
実施例１と同様にしてハニカムユニット１３を作製した。次に、実施例１と同様の組成のフッ硝酸を用い、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面を下にして５ｍｍ浸漬し、１時間後に引き上げた。引き上げた後、ハニカムユニット１３の表面領域を観察したところ、ハニカムユニットの表面より６５０ｎｍ（０．６５μｍ）の深さまで、シリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存していた。
次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコンを抜き、カーボンに変換した。上記工程を経て得られたハニカムユニットを用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７２】
（実施例４）
実施例２と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より７８μｍの深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコンを抜き、表面領域がカーボンに変換されたハニカムユニットを得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７３】
（参考例１）
ハニカムユニット１３をフッ硝酸に含浸する時間を１時間としたほかは、実施例１と同様にして、表面より４００ｎｍ（０．４０μｍ）の深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７４】
（参考例２）
参考例１と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より４００ｎｍ（０．４０μｍ）の深さまでシリコンがエッチングされ、炭化ケイ素の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間程度加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコン１５を抜き、表面領域がカーボンに変換されたハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７５】
（比較例１）
フッ硝酸処理を行わなかったほかは、実施例１同様にして、多孔質層１３ａが形成されておらず、シリコンがハニカムユニット１３の表面領域にも存在するハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７６】
（比較例２）
実施例１と同様にして、ハニカムユニットの焼成体を作製した後、シリコンの充填は行わず、作製したハニカムユニットの焼成体を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７７】
（サンプルの評価）
まず、各実施例、参考例及び比較例で得られた熱吸収体の側面に、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８（重量比）からなる無機繊維のマットで、無機繊維の平均繊維径が５．１μｍ、平均繊維長６０ｍｍ、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３、目付量が１４００ｇ／ｍ２の断熱材１７を１４ｍｍの厚さになるように巻き付け、温度測定用のサンプル（以下、単にサンプルという）とした。
【００７８】
次に、パナソニック社製でＲＰＳ−５００ＷＢ、１００Ｖ、１５０Ｗのスポット写真用ランプを用い、サンプルの表面より１００ｍｍの距離から写真用ランプを３０分間照射し、照射開始から照射終了後３０分のサンプルの温度を１０秒毎にサンプルに直接取り付けた熱電対により測定した。
図５は、実施例１及び比較例１、２の評価結果を示すグラフであり、縦軸は温度（℃）、横軸は、経過時間（秒）を示している。また、全ての実施例、参考例及び比較例について、評価結果を表１に示した。表１では、各実施例、比較例、参考例に係るサンプルの温度測定結果（最高温度、ランプの照射が終了して３０分後の温度）を示した。また、併せてハニカムユニットのシリコン含浸割合（重量部／ＳｉＣ１００重量部）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、多孔質層の材質及び多孔質層の厚さを示す。なお、熱伝導率の測定は、レーザフラッシュ法により行った。
【００７９】
【表１】
【００８０】
図５及び表１に示した結果より明らかなように、実施例１〜４に係るサンプルでは、比較例１のようなハニカムユニットの表面に多孔質層が形成されていないサンプルに比べて光の熱を吸収しやすく、温度が上昇し易い。また、実施例１〜４に係るサンプルは、熱容量が大きいので、比較例２のようなシリコンが充填されていないサンプルに比べると、温度の上昇は比較的ゆっくりであるが、ランプを照射を止めた後、サンプル温度の降下速度は小さく、ランプ照射を止めた３０分後の温度は、シリコンが充填されたサンプルの温度の方が高くなった。
【００８１】
なお、参考例１、２に示すように、多孔質層の厚さが０．４０μｍ（４００ｎｍ）と薄い場合には、多少、熱吸収体の太陽光の吸収率は低下すると考えられる。実施例１〜４の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、比較例２の熱伝導率は、４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、シリコンを含浸することで熱伝導率を向上し、ハニカムユニットにシリコンを含浸することが望ましいことがわかる。
【００８２】
（第二実施形態）
以下、本発明の集熱レシーバーの他の一実施形態である第二実施形態について説明する。
本実施形態に係る集熱レシーバーでは、複数のハニカムユニット１３を接着、結束する接着材として接着材ペーストが使用され、接着材層が形成されているほかは、第一実施形態に係る集熱レシーバーと同様に構成されている。
【００８３】
従って、以下においては、主に本実施形態に係る接着材ペーストについて説明する。
すなわち、第一実施形態において、複数のハニカムユニット１３を用いて熱吸収体１１を作製する場合には、多孔質炭化ケイ素１６の内部に充填されているシリコン１５と同じ材料であるシリコン１５を接着材として用い、ハニカムユニット１３同士を接着して熱吸収体１１としている。
【００８４】
一方、本実施形態においては、少なくとも無機粒子及び無機バインダを含む接着材ペーストを用いてハニカムユニット１３を接着し、熱吸収体１１とする。上記接着材ペーストは、無機繊維及び／又は有機バインダを含んでいてもよい。
【００８５】
上記接着材ペーストに含まれる無機バインダとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機バインダのなかでは、シリカゾルが望ましい。接着材層には、これらの材料の固形分が残ることになる。
【００８６】
また、上記無機バインダの含有量の下限は、固形分で、１重量％が望ましく、５重量％がさらに望ましい。一方、上記無機バインダの含有量の上限は、固形分で、３０重量％が望ましく、１５重量％がより望ましい。上記無機バインダの含有量が１重量％未満では、接着材層の接着強度の低下を招き易くなる。一方、上記無機バインダの含有量が３０重量％を超えると、接着材層の熱伝導率の低下を招き易い。
【００８７】
接着材ペーストに含まれる有機バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。有機バインダのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００８８】
上記有機バインダの含有量の下限は、固形分で、０．１重量％が望ましく、０．４重量％がより望ましく、一方、上記有機バインダの含有量の上限は、固形分で、５．０重量％が望ましく、１．０重量％がより望ましい。上記有機バインダの含有量が固形分で０．１重量％未満では、接着材層のマイグレーションを抑制するのが難しくなる。一方、上記有機バインダの含有量が固形分で５．０重量％を超えると、接着材層中の分解してガスになる有機分の量が多くなりすぎ、接着材層の接着力の低下を招きやすくなる。
【００８９】
接着材ペーストに含まれる無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機繊維のなかでは、アルミナファイバが望ましい。
【００９０】
上記無機繊維の含有量の下限は、１０重量％が望ましく、２０重量％がより望ましい。一方、上記無機繊維の含有量の上限は、７０重量％が望ましく、４０重量％がより望ましい。上記無機繊維の含有量が１０重量％未満では、接着材層の弾性が低下し易くなる。一方、上記無機繊維の含有量が７０重量％を超えると、接着材層の熱伝導性の低下を招き易く、弾性体としての効果が低下し易くなる。
【００９１】
接着材ペーストに含まれる無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素からなる無機粉末等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化ケイ素が望ましい。
【００９２】
上記無機粒子の含有量の下限は、３重量％が望ましく、１０重量％がより望ましく、２０重量％がさらに望ましい。一方、上記無機粒子の含有量の上限は、８０重量％が望ましく、４０重量％がより望ましい。上記無機粒子の含有量が３重量％未満では、接着材層の熱伝導率の低下を招を招き易くなる。一方、上記無機粒子の含有量が８０重量％を超えると、接着材層が高温にさらされた場合に、接着材層の接着強度の低下を招を招き易くなる。
【００９３】
上記接着材ペーストに含まれる有機バインダは、ハニカムユニットの温度が上昇することにより、分解、消去されるが、他の無機粒子及び無機バインダの固形分等が含まれているので、充分な接着力を維持することができる。
【００９４】
本実施形態では、接着材ペーストは、無機粒子、無機繊維及び無機バインダを含んでいることが望ましく、無機粒子、無機繊維、有機バインダ及び無機バインダを含んでいることがより望ましい。
【００９５】
次に、本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法について説明する。
本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法においても、ハニカムユニット同士を接着する接着材ペーストとして、上記した構成の接着材ペーストを使用するほかは、第一実施形態と同様にして、集熱レシーバーを作製する。
【００９６】
すなわち、ハニカムユニット同士を接着する際には、上記接着材ペーストをハニカムユニットの側面（流路が形成されていない面）に塗布し、ハニカムユニット同士を接着した後、乾燥させればよい。乾燥条件は、例えば、１２０℃、３〜１０時間が挙げられる。
【００９７】
以下、本実施形態に係わる集熱レシーバーの作用効果について列挙する。
本実施形態においては、第一実施形態の（１）〜（５）の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
【００９８】
（７）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成された接着材層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体の流路を流れる熱媒体の流れ方向の力が作用することによる、一部のハニカムユニットの抜け落ちを確実に防止することができる。また、接着材が耐熱性を有するので、長期に渡り安定的に使用することができる。
【００９９】
（第三実施形態）
以下、本発明の太陽熱発電装置の一実施形態である第三実施形態について説明する。
本実施形態に係る太陽熱発電装置では、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーが用いられている。
【０１００】
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る太陽熱発電装置を構成するレシーバーアレイを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すレシーバーアレイのＢ−Ｂ線断面図である。
図４は、本実施形態に係る太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。
【０１０１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すレシーバーアレイ２０では、太陽光照射面が開放された箱型の枠体２２に複数の集熱レシーバー１０が、熱吸収体１１の太陽光１８の照射を受ける面を正面に向けて整列した状態で配置されている。
【０１０２】
すなわち、集熱レシーバー１０を構成する支持体１２の熱媒体の出口１２ｂは、枠体２２の底部２２ａに結合しており、底部２２ａは、管２２ｂと繋がっている部分を除いて密閉した空間２２ｃとなっている。従って、空気等の熱媒体１４は、ハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過し、熱吸収体１１により加熱された後、支持体１２の熱媒体の出口１２ｂを通って枠体２２の底部２２ａに集まり、管２２ｂを通って後述する蒸気発生器３３に導かれる。
【０１０３】
実際には、管２２ｂ又は管２２ｂに結合された容器等は、排気ポンプ等の熱媒体１４を吸引する装置に結合している。従って、排気ポンプ等を稼動させることにより、集熱レシーバー１０の周囲にある空気等の熱媒体１４をハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過させ、熱吸収体１１に蓄積された熱を空気等の熱媒体１４に伝達することができる。。
【０１０４】
図３（ａ）、（ｂ）では、集熱レシーバー１０の周囲にある空気等の熱媒体１４をハニカムユニット１３の流路１３ｂに導くようにしているが、枠体２２の底部２２ａを２つの部屋を有する二重構造としてもよい。この場合、空気等の熱媒体１４は、いきなりハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂに入るのではなく、２つの部屋のうちの１つの部屋に入り、多数の集熱レシーバー１０の間に存在する空間２２ｃに入る。続いて、熱媒体１４は、集熱部１２ａの間に形成された隙間から吹き出た後、直ぐに集熱レシーバー１０のハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂに入る。
【０１０５】
上記のような構成とした場合には、熱媒体１４は、最初に、温度の上昇した支持体１２と熱交換するため、熱効率はより高くなる。
【０１０６】
本発明の太陽熱発電装置３０では、中央タワー３２の最も高い位置にレシーバーアレイ２０が配設されており、その下に順次、蒸気発生器３３、蓄熱器３４、蒸気タービン３５及び冷却器３６が配設されている。また、中央タワー３２の周囲には、多数のヘリオスタット３７が配置されているが、これらヘリオスタット３７は、反射角度や鉛直方向を軸とした回転方向を自由に制御することが可能なように設定されており、時事刻々と変化する太陽光１８をヘリオスタット３７で反射し、中央タワー３２のレシーバーアレイ２０に集めるように自動的に制御されている。
【０１０７】
蒸気発生器３３は、蒸気タービン３５を稼動させるための蒸気を発生させる部署である。蒸気発生器３３では、レシーバーアレイ２０の熱吸収体１１により加熱された熱媒体１４がガス管２２ｂを通過した後、蒸気発生器３３（ボイラー）中の配管に導かれ、熱媒体１４と熱交換することにより加熱された水が水蒸気を発生させる。
【０１０８】
発生した水蒸気は、蒸気タービン３５に導入されて蒸気タービン３５を稼動させて回転させ、この蒸気タービン３５の回転により発電機が稼動して電気が発生する。
【０１０９】
蓄熱器３４は、熱媒体１４が得た熱を一時的に蓄熱する部署であり、蓄熱部材として砂が用いられている。この蓄熱器３４では、砂の中に管２２ｂと繋がった蓄熱用配管（図示せず）が通っており、熱吸収体１１により加熱された熱媒体１４が蓄熱用配管内を通過することにより、蓄熱材料である砂に熱を供給する。蓄熱材は、熱容量が大きいので、多量の熱を吸収して蓄熱することができる。なお、蓄熱器３４に収容される蓄熱材料は、上記した砂に限定されるものではなく、その他の熱容量が大きい無機材料であってもよく、種々の塩等であってもよい。
【０１１０】
蓄熱器３４の砂のなかには、蓄熱用配管とは別の蒸気発生用配管（図示せず）も通っており、夜間等、太陽光１８を利用できない時間では、この蒸気発生用配管に加熱されていない熱媒体１４を流し、温度が上昇した蓄熱材の砂により熱媒体１４を加熱する。蓄熱用配管は、蒸気発生用配管を兼ねていてもよい。
【０１１１】
加熱された熱媒体１４は、蒸気発生器３３に入って水蒸気を発生させ、上述したように、蒸気タービン３５が稼動することにより、電気が発生する。
【０１１２】
蒸気タービン３５を通過した水蒸気は、冷却器３６に導かれ、冷却器３６で冷却されることにより水となり、所定の処理を行った後、蒸気発生器３３に戻される。
この冷却器３６に関し、蒸気発生器３３を通過することにより冷却された熱媒体１４は、冷却器３６の冷却管（図示せず）を通るように構成されていることが好ましい。熱媒体１４が冷却管を通ることにより加熱されるので、集熱レシーバー１０で吸収した熱を効率良く利用することができる。
【０１１３】
また、上述したように、熱を回収した熱媒体１４が、レシーバーアレイ２０の多数の集熱レシーバー１０の間に形成されている空間２２ｃに入るように配管を構成すれば、さらに、集熱レシーバー１０の支持体１２の熱も有効に利用することができる。
【０１１４】
以下、第三実施形態に係る太陽熱発電装置の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態の太陽熱発電装置においては、第一実施形態に係る集熱レシーバーが用いられているので、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【０１１５】
（２）本実施形態の太陽熱発電装置においては、レシーバーアレイは、多数の集熱レシーバーを備えているので、太陽熱発電装置では、多量の太陽熱を利用することができ、多量の発電を行うことが出来る。
【０１１６】
（３）本実施形態の太陽熱発電装置では、蓄熱器が用いられ、上記蓄熱器に太陽光により発生した熱を蓄えておくことができるので、太陽光のない夜間や雨の日等においても、発電を行うことができる。
【０１１７】
以上、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを用いた本発明の太陽熱発電装置について説明したが、本発明の第二実施形態に係る集熱レシーバーを用いても同様の太陽熱発電装置とすることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ 集熱レシーバー
１１ 熱吸収体
１２ 支持体
１２ａ 集熱部
１２ｂ 熱媒体の出口
１３ ハニカムユニット
１３ａ 多孔質層
１３ｂ 流路
１４ 熱媒体
１５ シリコン
１６ 多孔質炭化ケイ素
１７ 断熱材
１８ 太陽光
２０ レシーバーアレイ
２２ 枠体
２２ａ 底部
２２ｂ 管
２２ｃ 空間
３２ 中央タワー
３０ 太陽熱発電装置
３３ 蒸気発生器
３４ 蓄熱器
３５ 蒸気タービン
３６ 冷却器
３７ ヘリオスタット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集熱レシーバー及び太陽熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽を利用した発電方法として、太陽熱発電が知られている。太陽熱発電は、太陽から照射される光を反射鏡等を介して集光し、得られる太陽熱を利用して蒸気タービンを駆動させ、発電するものである。この太陽熱発電は、発電中に二酸化炭素等の温室効果ガスを発生することがないうえ、蓄熱することが可能であるので、曇天や夜間でも発電が可能である。そのため、太陽熱発電は、将来、有望な発電方法として注目を集めている。
【０００３】
太陽熱発電の方式には、大きく分けて、トラフ型、タワー型の２種類がある。タワー型太陽熱発電は、多数のヘリオスタットと呼ばれる平面鏡を用いて、中央部に設置されたタワーにある集熱レシーバーに太陽光を集中させることで集光し、その熱で発電する発電方式である。ヘリオスタットは、数メートル四方の平面鏡であり、タワー型太陽熱発電では、数百枚から数千枚のヘリオスタットを用いて集められた太陽光を一箇所に集中させることが出来るため、集熱レシーバーを１０００℃程度まで加熱することが可能であり、タワー型太陽熱発電は、熱効率が良いという特徴を有する。
【０００４】
このタワー型太陽熱発電用の集熱レシーバーとして、特許文献１には、熱媒体を通過させるための多数のガス流路を備えた炭化ケイ素製、又は、シリコンと炭化ケイ素からなる熱吸収体が漏斗型の支持体に収納、支持されたものが開示されている。
集熱レシーバーでは、エアーやエアーを含む混合ガスからなる熱媒体を加熱された熱吸収体の流路を通過させ、これにより熱媒体が熱を得ることができる。タワー型太陽熱発電では、得られた熱により水を沸騰させて蒸気とし、蒸気タービンを回して発電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６００３５０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記集熱レシーバーは、ヘリオスタットを介して照射される太陽光を吸収し、効率よく熱に変換する必要があるが、特許文献１等に記載された集熱レシーバーは、太陽光が照射される面が平面であるため、太陽光の反射率が充分に低いとは言えず、吸収効率が高くないという問題があり、さらに吸収効率のよい集熱レシーバーが求められている。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためにされたものであり、ヘリオスタットを介して照射される太陽光を効率よく吸収し、熱に変換することが可能な集熱レシーバー及びそれを用いた太陽熱発電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】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の集熱レシーバーは、太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、
上記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が形成された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、上記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成されているため、緻密体となり、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、多孔質炭化ケイ素の気孔をシリコンで充填した緻密体は、熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに空気等の熱媒体に伝達することができる。
【００１０】
また、請求項１に記載の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットの太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないので、シリコンにより太陽光が反射するのを防止することができる。また、請求項１に記載の集熱レシーバーでは、太陽光がハニカムユニット表面の多孔質層の中に入り込み易く、多孔質層内で反射された光は、多孔質層内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくくなる。そのため、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【００１１】
請求項２に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットは、さらに、多孔質カーボンを含んで構成され、上記ハニカムユニットの表面領域は、多孔質カーボン層からなるので、ハニカムユニットの表層領域自体の太陽光の反射率が低下し、熱吸収効率が高くなる。
【００１２】
請求項３に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットの表面領域は、表面から５００ｎｍ以上の深さを有する。表面領域を上記範囲に設定したのは、表面領域の深さが５００ｎｍ未満では、表面領域が浅すぎるため、上記ハニカムユニットに含まれるシリコンによる太陽光の反射等が発生し、熱吸収効率が低下してしまうからである。
【００１３】
請求項４に記載の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、上記ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、上記多孔質炭化ケイ素の気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである。このような気孔率、気孔径であると、上記多孔質炭化ケイ素にシリコンが充填され易くなる。このようにして得られる緻密なハニカムユニットの流路をこのように構成することで、上記流路を熱媒体が流通する際、上記ハニカムユニットからなる熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達され、その結果、高い効率で発電を行うことができる。
【００１４】
本発明に係るハニカムユニットでは、流路に対して垂直な断面を形成した際、１ｃｍ２当たりの流路の数は、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２であることが望ましい。ハニカムユニットの流路の数が３１．０個／ｃｍ２未満である場合には、ハニカムユニットの流路の数が少ないため、ハニカムユニットが熱媒体と効率よく熱交換することが難しくなる。一方、ハニカムユニットの流路の数が９３．０個／ｃｍ２を超えると、ハニカムユニットの１つの流路の断面積が小さくなるため、熱媒体が流通しにくくなる。
【００１５】
請求項５に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体と上記支持体との間には断熱材が介装されており、上記断熱材により上記熱吸収体をしっかりと保持するとともに、上記断熱材により上記熱吸収体から上記支持体への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【００１６】
請求項６に記載の集熱レシーバーでは、複数個のハニカムユニットが側面に形成された接着材層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体に含まれるハニカムユニットの流路を流れる熱媒体の流れの力により、一部のハニカムユニットが抜けるのを防止することができる。
【００１７】
請求項７に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体に含まれるハニカムユニットの流路を流れる熱媒体の流れの力により、一部のハニカムユニットが抜けるのを防止することができる。
【００１８】
請求項８に記載の太陽熱発電装置では、請求項１〜７のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられているので、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーの表面領域近傍を示す拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の太陽熱発電装置を構成するレシーバーアレイを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したレシーバーアレイのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は、本願発明に係る太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１及び比較例１及び２の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第一実施形態）
以下、本発明の集熱レシーバーの一実施形態である第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーのＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）は、集熱レシーバーに収納された熱吸収体を構成するハニカムユニットの流路に平行に切断した縦断面図であり、図１（ｂ）は、上記流路に垂直な断面を示す断面図である。
図２は、本発明の第一実施形態に係わるハニカムユニットの表面領域近傍を示す拡大断面図である。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、本発明に係わる集熱レシーバー１０は、熱媒体１４を通過させるための多数の流路１３ｂが並設されたハニカムユニット１３が接着材として機能するシリコン１５（シリコンからなる接着材層、以下、シリコン層ともいう）を介して複数個接着された熱吸収体１１と、熱吸収体１１を収納、支持するとともに、熱媒体１４を流通させる支持体１２とを含んで構成されている。そして、熱吸収体１１と支持体１２の間には、無機繊維からなる断熱材１７が介装され、この断熱材１７を介して熱吸収体１１が支持体１２に支持、固定されている。
【００２２】
ハニカムユニット１３は、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素１６と多孔質炭化ケイ素１６中の開気孔を充填するシリコン１５とからなり、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層１３ａから構成されている。図２には、ハニカムユニット１３の表面領域の多孔質層１３ａの詳しい構造を示している。多孔質層１３ａ以外の気孔には、シリコン１５が充填されて緻密体となっているが、多孔質層１３ａの部分には、シリコン１５が存在せず、開気孔を有する多孔質体となっている。
【００２３】
このため、ヘリオスタットにより反射した太陽光１８が、直接、シリコン１５に当たりにくくなっており、シリコン１５により太陽光１８が反射するのを防止することができる。また、ハニカムユニット１３の表面領域が多孔質層１３ａとなっているので、太陽光１８が多孔質層１３ａの中に入り込み易く、多孔質層１３ａ内で反射された光は、多孔質層１３ａ内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくい。このため、照射された太陽光１８を、効率よく熱に変換することができる。
【００２４】
多孔質層１３ａは、多孔質層炭化ケイ素１６のみからなるものであってもよい。多孔質層１３ａが多孔質炭化ケイ素１６からなる場合、多孔質炭化ケイ素１６の開気孔の全部をシリコン１５で充填し、多孔質炭化ケイ素１６の表面領域に一旦充填されたシリコン１５を何らかの方法で除去した状態のものとすることによりハニカムユニット１３を作製することができる。また、多孔質層１３ａは、シリコン１５を取り除くことにより露出した多孔質炭化ケイ素１６をさらにカーボンに変換させたものであってもよい。
【００２５】
多孔質層１３ａ中の多孔質炭化ケイ素１６をカーボンに変換する方法としては、例えば、多孔質炭化ケイ素１６の回りの雰囲気を０．８Ｔｏｒｒ以下の真空にし、１６００〜１７００℃で９６時間以上加熱処理を行う方法が挙げられる。これにより、炭化ケイ素からケイ素が抜け、炭化ケイ素がカーボンに変換される。
【００２６】
多孔質層１３ａが炭化ケイ素からなる場合には、多孔質層１３ａの表面領域の厚さの下限値は、４００ｎｍ（０．４０μｍ）が望ましく、４０μｍがより望ましく、上限値は、２ｍｍが望ましい。多孔質層１３ａがカーボンからなる場合には、多孔質層１３ａの厚さの下限値は、４００ｎｍ（０．４０μｍ）が望ましく、６５０ｎｍ（０．６５μｍ）がより望ましく、上限値は、２ｍｍが望ましい。
この範囲にあると、太陽光を反射し難く、太陽光を良好に吸収することができ、また、収集した熱の熱媒体への熱伝達も良好である。多孔質層１３ａの表面領域の厚さが下限値より薄いと、太陽光が緻密層まで到達し、一方、多孔質層１３ａの表面領域の厚さが上限値より厚いと、緻密体領域が相対的に減少し、熱媒体への熱の伝達量が低下し易い。
多孔質層１３ａがカーボンからなる場合に、カーボンが太陽光１８を吸収しやすいので、多孔質層１３ａの厚さを、薄く設定することが可能である。
特には、多孔質層１３ａが炭化ケイ素からなる場合には、表面領域の厚さは、０．４０μｍ〜７８μｍが望ましく、４７〜７８μｍがより望ましい。多孔質層１３ａがカーボンからなる場合には、表面領域の厚さは、０．４０〜７８μｍが望ましく、０．６５〜７８μｍがより望ましい。
【００２７】
本発明に係る集熱レシーバー１０において、多孔質炭化ケイ素１６の気孔率は３５〜６０％が望ましい。上記気孔率が３５％未満であると、上記気孔の一部が閉気孔となり、シリコン１５を全部の気孔に充填するのが困難となる。一方、上記気孔率が６０％を超えるとハニカムユニット１３の強度が低下し、ハニカムユニット１３の昇温、降温の繰り返し（熱履歴）により破壊され易くなる。
なお、上記気孔率は、水銀圧入法により測定した。
【００２８】
多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径は、５〜３０μｍが望ましい。多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径が５μｍ未満であると、気孔の一部が閉気孔になり易く、シリコン１５を充填するのが難しくなる。一方、多孔質炭化ケイ素１６の平均気孔径が３０μｍを超えると、多孔質炭化ケイ素１６の機械的強度が低下し、ハニカムユニット１３の強度も低下する。
【００２９】
シリコン１５は、多孔質炭化ケイ素１００重量部に対して１５〜５０重量部含浸されていることが好ましい。この範囲で多孔質炭化ケイ素１６にシリコン含浸を行うことにより、シリコン１５が多孔質炭化ケイ素１６中の開放気孔内に埋まり込んでハニカムユニットは、緻密体となる。
【００３０】
本発明に係るハニカムユニット１３では、流路１３ｂに対して垂直な断面を形成した際、１ｃｍ２当たりの流路１３ｂの数は、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２であることが望ましい。ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が３１．０個／ｃｍ２未満である場合には、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が少ないため、ハニカムユニット１３が熱媒体１４と効率よく熱交換することが難しくなる。一方、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が９３．０個／ｃｍ２を超えると、ハニカムユニット１３の１つの流路１３ｂの断面積が小さくなるため、熱媒体１４が流通しにくくなる。
【００３１】
また、ハニカムユニット１３の流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。ハニカムユニット１３の壁部の厚さが０．１ｍｍ未満では、ハニカムユニットの壁部の機械的強度が低下し、破損し易くなる。一方、ハニカムユニット１３の壁部の厚さが０．５ｍｍを超えると、ハニカムユニット１３の壁部が厚くなりすぎ、ハニカムユニット１３の面積に対する熱媒体１４の流通量が低下するため、熱効率が低下する。
【００３２】
本発明では、多孔質炭化ケイ素１６を、シリコン１５を充填するための多孔質セラミックとして使用しているが、他の多孔質セラミックを用いることも可能である。他の多孔質セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル等の炭化物セラミックを挙げることができる。これらのセラミックは、それ自体が高い熱伝導率を有している。
【００３３】
複数のハニカムユニット１３を用いて熱吸収体１１を作製する場合には、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）の内部に充填されているシリコン１５と同じ材料であるシリコン１５を接着材として用い、接着材層を形成してハニカムユニット１３同士を接着して熱吸収体１１とすることができる。
【００３４】
なお、図１（ｂ）において、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの断面形状を四角形にしているが、ハニカムユニット１３の流路１３ｂの断面形状は、特に限定されず、六角形等であってもよい。また、図１（ｂ）に示す支持体１２の断面図形も、四角形であるが、支持体１２の断面図形は特に四角形に限定されず、六角形等であってもよい。
【００３５】
支持体１２は、上述のように、図１（ｂ）に示すような正面から見た断面形状は、四角形、六角形等の形状であるが、支持体１２の全体的な形状は、漏斗形状である。すなわち、熱吸収体１１が収納され、熱媒体１４が流入する部分である集熱部１２ａの断面（熱吸収体１１の太陽光１８を受ける面に平行な断面）は大面積であるが、断面を熱媒体１４の出口方向に平行移動していくと、断面の面積は次第に小さくなり、その後、ガス出口１２ｂでは、断面の面積は略一定面積となる。
【００３６】
支持体１２の材料は特に限定されるものではないが、熱吸収体１１は１０００℃前後となるため、支持体１２は耐熱性を有する必要があり、金属又はセラミックが好ましい。
金属材料としては、例えば、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン、鉛、銅、亜鉛及びこれら金属の合金等が挙げられる。また、セラミックとしては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア等の酸化物セラミック等が挙げられる。支持体１２の材料としては、その他に、例えば、金属と窒化物セラミックの複合体、金属と炭化物セラミックの複合体等も挙げられる。これらのなかでは、耐熱性等の点から、アルミナ、炭化ケイ素等のセラミックが好ましい。
【００３７】
本発明の集熱レシーバー１０では、熱吸収体１１と支持体１２との間に断熱材１７が介装されている。
断熱材１７の材料は特に限定されるものではなく、無機繊維、無機粒子、無機バインダ等、種々の無機材料を含むものであってもよいが、無機繊維からなるマット状のものが好ましい。本実施形態では、断熱材として無機繊維からなる平面視矩形のマットを使用した例について、以下に説明する。
この断熱材１７は、無機繊維からなる平面視矩形のマットが１個又は複数積層されて構成されたものであり、この断熱材１７を熱吸収体１１の側面に巻き付けた状態で、支持体１２に収納することにより、熱吸収体１１を支持体１２の内部に支持、固定することができる。
【００３８】
上記マットを構成する無機繊維としては、特に限定されず、アルミナ−シリカ繊維であってもよく、アルミナ繊維、シリカ繊維等であってもよい。無機繊維の材料は、耐熱性や耐風蝕性等、シール材に要求される特性等に応じて変更すればよい。アルミナ−シリカ繊維を無機繊維として用いる場合には、例えば、アルミナとシリカとの組成比が、６０：４０〜８０：２０の繊維を用いることが好ましい。
【００３９】
上記マットには、ニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。マットにニードルパンチング処理が施されることにより、マットを構成する無機繊維のシート等の構成材料がばらばらになりにくく、1つのまとまったマット状となる。また、マットが上記長手方向に垂直な幅方向でニードルパンチング処理されていると、ニードルパンチング処理した部分でマットの幅方向に折り目がついたようになることから、マットを被巻着体へ巻き付ける際に巻き付けやすくなる。
【００４０】
また、断熱材１７として、上記マットに、アクリル系樹脂等を含む有機バインダを含浸させ、圧縮乾燥させることにより、その厚さを薄くしたものを用いてもよい。、熱吸収体１１に断熱材１７を巻き付け、支持体１２に押し込んで支持体１２に熱吸収体１１を取り付けた後、太陽光１８の反射光を熱吸収体１１に照射すると、熱吸収体１１の温度が１０００℃近くに上昇する。そのため、有機バインダは分解、消失し、有機バインダによる圧縮状態が開放される。その結果、熱吸収体１１は、しっかりと支持体１２に保持、固定されることとなる。断熱材１７の厚さは、３〜１４ｍｍが望ましい。
【００４１】
以下、本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法について説明する。
まず、ハニカムユニットを構成する多孔質炭化ケイ素を製造する。
多孔質炭化ケイ素を製造する際には、原料として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダ、可塑剤、潤滑剤、水等とを混合して、成形用の湿潤混合物を調製する。
【００４２】
続いて、上記湿潤混合物を押出成形機に投入して押出成形する成形工程を行い、長手方向に多数の流路が形成された四角柱形状のハニカムユニットの成形体を作製する。
【００４３】
次に、ハニカムユニットの成形体の両端を切断装置を用いて切断する切断工程を行い、ハニカムユニットの成形体を所定の長さに切断し、切断したハニカムユニットの成形体を乾燥機を用いて乾燥する。
【００４４】
次に、ハニカムユニットの成形体中の有機物を脱脂炉中で加熱する脱脂工程を行い、焼成炉に搬送し、焼成工程を行ってハニカムユニットの焼成体（多孔質炭化ケイ素）を作製する。なお、ハニカムユニットの焼成体は、単にハニカムユニットともいうこととする。
【００４５】
続いて、ハニカムユニットの焼成体に金属を含浸する金属含浸工程を行う。
ハニカムユニットの焼成体にシリコンを含浸する場合、例えば、前もってハニカムユニットの焼成体に炭素質物質を含浸しておくことが好ましい。このような炭素質物質としては、例えば、フルフラール樹脂、フェノール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コーンスターチ、糖蜜、コールタールピッチ、アルギン酸塩等の各種有機物質を挙げることができる。なお、カーボンブラック、アセチレンブラックのような熱分解炭素も同様に使用することができる。
【００４６】
上記炭素質物質をあらかじめハニカムユニットの焼成体に含浸する理由は、ハニカムユニットの焼成体の開放気孔の表面に新たな炭化珪素の膜が形成されるため、これによって溶融シリコンとハニカムユニットの焼成体との結合が強固なものとなるからである。また、炭素質物質の含浸によって、ハニカムユニットの焼成体の強度も強くなるからである。
【００４７】
また、シリコンをハニカムユニットの焼成体の開放気孔中へ充填する方法としては、例えば、シリコンを加熱溶融させて開気孔に吸い込ませ、充填する方法を挙げることができる。この場合、ハニカムユニットの焼成体の上面又は下面（端面を除く側面）に塊状、粉末状又は粒子状のシリコンを載置し、真空条件下、１４５０℃以上でシリコンを溶解させ、ハニカムユニットの焼成体の開気孔中にシリコンを充填させる。上記作業を繰り返し行うこと、又は、載置するシリコンの重量を変化させること等により、ハニカムユニットの焼成体に対するシリコンの含浸率を制御することができる。
【００４８】
また、微粉化したシリコンを分散媒液中に分散させ、この分散媒液をハニカムユニットの焼成体に含浸させて乾燥した後、シリコンの溶融温度以上に加熱するという方法も適用することができる。
また、上記した金属含浸工程は、ハニカムユニットの成形体（即ち、焼成工程前のハニカムユニット）に対して行ってもよい。この方法によると、省電力化を図ることができ、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
上記方法によりシリコンが充填されたハニカムユニットを得ることができる。ハニカムユニットは、そのまま、１つのハニカムユニットで熱吸収体として使用することもできるが、複数のハニカムユニットを接着材で接着して熱吸収体とすることもできる。複数のハニカムユニットが接着材層を介して接着された熱吸収体は、以下の方法により作製することができる。
すなわち、シリコンを接着材として使用し、複数のハニカムユニットをシリコン層を介して接着する際には、多孔質炭化ケイ素（ハニカムユニットの焼成体）に対するシリコンの充填と接着とを同時に行う。この場合には、例えば、微粉状シリコンを含浸させた複数のハニカムユニットの焼成体を所定の固定具等を用いて熱吸収体の形状となるように組み合わせた後、加熱する。また、他の方法として、シリコンを含浸させていないハニカムユニットの焼成体を複数個組み合わせた後、真空下、ハニカム焼成体の上面、下面（端面を除く側面）等にシリコンを載置し、加熱する方法も採用することができる。
さらに、シリコンの粉末をスラリー状にしたものをハニカムユニットの焼成体の側面に塗布し、塗布面を介して二つのハニカム焼成体を接触させた状態で加熱することにより接着し、この作業を繰り返してもよい。
【００５０】
上記方法により、ハニカムユニットの焼成体（多孔質炭化ケイ素）の開気孔中にシリコンが充填されるとともに、ハニカムユニットの焼成体の側面の間にもシリコンが広がっていき、接着層を形成し、ハニカム焼成体同士をシリコンを介して接着することができる。
【００５１】
シリコンが充填されたハニカムユニット（多孔質炭化ケイ素）に多孔質層を形成する際には、ハニカムユニットの表面から所定の深さの表面領域のシリコンをエッチング等により除去する必要がある。
シリコンをエッチングする方法としては、液を用いたウエットエッチング、ガスを用いたドライエッチング等が挙げられる。ウエットエッチングの方法としては、フッ酸と硝酸とを混合したフッ硝酸、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いてシリコンをエッチングする方法が挙げられる。また、ドライエッチングの方法としては、フロン等を用いたプラズマエッチング等によりシリコンのエッチングを行う方法が挙げられる。
また、シリコンが充填されたハニカムユニットを、真空下、加熱することにより、シリコンを蒸発させる方法をとることもできる。
【００５２】
さらに、上記方法によりハニカムユニットの表面領域に多孔質層を形成し、場合によっては、上述した方法により、多孔質層の多孔質炭化ケイ素をさらに炭素（カーボン）に変換してもよい。
【００５３】
支持体は、従来から用いられている方法を用いることにより作製することができる。セラミックからなる支持体を作製する際には、セラミック粉末、有機バインダ等を含む混合物の加圧成形、射出成形、鋳込成形等を行った後、脱脂工程、焼成工程を経ることにより、支持体を作製することができる。
【００５４】
集熱レシーバー１０を組み立てる際には、上記方法により作製した熱吸収体１１の周囲に断熱材１７を巻き付け、断熱材１７が巻きつけられた熱吸収体１１を支持体１２に押し込んで固定することにより、集熱レシーバー１０を組み立てることができる。
【００５５】
以下、本実施形態の集熱レシーバーの作用効果について列挙する。
（１）本実施形態の集熱レシーバーにおいては、熱吸収体に含まれるハニカムユニットが、多孔質炭化ケイ素と、多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成されているため、ハニカムユニットは緻密体となる。ハニカムユニットは、緻密体であるので、その熱容量が大きくなり、ハニカムユニットの蓄熱性が高くなる。また、ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素とシリコンとで構成される緻密体であるので、熱伝導率が高く、得られた熱をスムーズに空気等の熱媒体に伝達することができる。
【００５６】
（２）本実施形態の集熱レシーバーでは、ハニカムユニットの太陽光が照射される面の表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなるので、シリコンにより太陽光が反射するのを防止することができる。、また、本実施形態の集熱レシーバーは、太陽光がハニカムユニットの多孔質層の中に入り込み易く、ハニカムユニットの多孔質層内で反射された光は、多孔質層内の別の壁等に当たり、外部に出射されにくくなる。そのため、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【００５７】
（３）本実施形態の集熱レシーバーで、ハニカムユニットの表面領域の多孔質層が多孔質のカーボン層からなる場合には、表層領域自体の太陽光の反射率がより低下し、熱吸収効率が高くなる。
【００５８】
（４）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体に含まれるハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．４ｍｍであり、上記ハニカムユニットの気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである。そのため、上記ハニカムユニットの気孔にシリコンが充填され易くなる。また、上記ハニカムユニットの流路を熱媒体が流通することにより、上記熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達され、その結果、高い効率で発電を行うことができる。
【００５９】
（５）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体と上記支持体との間には断熱材が介装されており、上記断熱材により上記熱吸収体をしっかりと保持するとともに、上記断熱材により、上記熱吸収体から上記支持体への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【００６０】
（６）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体の流路を流れる熱媒体の流れ方向の力が作用することによる、一部のハニカムユニットの抜け落ちを防止することができる。
【実施例】
【００６１】
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が、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。
【００６２】
（実施例１）
（ハニカムユニットの焼成体の作製工程）
平均粒子径２２μｍを有する炭化ケイ素の粗粉末５２．８重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の微粉末２２．６重量％とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂２．１重量％、有機バインダ（メチルセルロース）４．６重量％、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）２．８重量％、グリセリン１．３重量％、及び、水１３．８重量％を加えて混練して湿潤混合物を得る。次に、得られた湿潤混合物を押出成形する押出成形工程を行い、四角柱形状の生のハニカムユニットの成形体を作製した。
【００６３】
次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記生のハニカムユニットの成形体を乾燥させ、ハニカムユニットの成形体の乾燥体とした。
【００６４】
このハニカムユニットの成形体の乾燥体を４００℃で脱脂する脱脂工程を行い、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間の条件で焼成工程を行い、炭化ケイ素からなるハニカムユニットの焼成体を作製した。このハニカムユニットの焼成体の気孔率は４２％、平均気孔径は１１μｍ、大きさは３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×４５ｍｍ、セルの数（セル密度）は５０個／ｃｍ２、セル壁の厚さは０．２５ｍｍ（１０ｍｉｌ）であった。
【００６５】
（シリコン充填工程）
次いで、得られた多孔質炭化ケイ素からなるハニカムユニットの焼成体にフェノール樹脂（炭化率３０重量％）をあらかじめ常温、常圧で含浸し、続いて乾燥した。
【００６６】
次に、ハニカムユニットの焼成体の上面及び下面（端面を除く側面）に粒子状のシリコンを載置し、真空条件下、１６５０℃で２時間保持してシリコンを溶解させ、ハニカムユニットの焼成体の開気孔中にシリコンを充填させた。
なお、炭化ケイ素１００重量部に対する上記シリコンの含浸量は４０重量部であった。
【００６７】
得られたハニカムユニット１３の熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は、２．８０ｇ／ｃｍ３ であった。
【００６８】
次に、４９ｗｔ％フッ酸と６１ｗｔ％硝酸と純水とを１：１：１の体積比で混合したフッ硝酸を用い、ハニカムユニット１３の表面領域に存在するシリコンのエッチングを行った。すなわち、上記フッ硝酸の液に、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面を下にして１０ｍｍの深さで浸漬させ、１時間後に引き上げた。引き上げた後、ハニカムユニット１３の表面領域を観察したところ、表面より４７μｍの深さまで、シリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存していた。
【００６９】
（結束工程）
次いで、ハニカムユニット１３の接着面に耐熱性の両面テープを貼着し、縦４個、横４個の合計１６個のハニカムユニット１３を耐熱性の両面テープを介して接着し、熱吸収体１１とした。
【００７０】
（実施例２）
ハニカムユニット１３をフッ硝酸に含浸する時間を２時間としたほかは、実施例１と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より７８μｍの深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７１】
（実施例３）
実施例１と同様にしてハニカムユニット１３を作製した。次に、実施例１と同様の組成のフッ硝酸を用い、ハニカムユニット１３の太陽光１８が照射される面を下にして５ｍｍ浸漬し、１時間後に引き上げた。引き上げた後、ハニカムユニット１３の表面領域を観察したところ、ハニカムユニットの表面より６５０ｎｍ（０．６５μｍ）の深さまで、シリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存していた。
次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコンを抜き、カーボンに変換した。上記工程を経て得られたハニカムユニットを用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７２】
（実施例４）
実施例２と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より７８μｍの深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコンを抜き、表面領域がカーボンに変換されたハニカムユニットを得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７３】
（参考例１）
ハニカムユニット１３をフッ硝酸に含浸する時間を１時間としたほかは、実施例１と同様にして、表面より４００ｎｍ（０．４０μｍ）の深さまでシリコンがエッチングされ、ハニカムユニット１３（炭化ケイ素）の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７４】
（参考例２）
参考例１と同様にして、ハニカムユニット１３の表面より４００ｎｍ（０．４０μｍ）の深さまでシリコンがエッチングされ、炭化ケイ素の多孔質層１３ａのみが残存したハニカムユニット１３を得た。次に、得られたハニカムユニット１３について、雰囲気を０．８Ｔｏｒｒの真空にし、１６５０℃で９６時間程度加熱処理を行い、ハニカムユニット１３（多孔質炭化ケイ素１６）からシリコン１５を抜き、表面領域がカーボンに変換されたハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７５】
（比較例１）
フッ硝酸処理を行わなかったほかは、実施例１同様にして、多孔質層１３ａが形成されておらず、シリコンがハニカムユニット１３の表面領域にも存在するハニカムユニット１３を得た。得られたハニカムユニット１３を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７６】
（比較例２）
実施例１と同様にして、ハニカムユニットの焼成体を作製した後、シリコンの充填は行わず、作製したハニカムユニットの焼成体を用いて実施例１の結束工程と同様にして熱吸収体を作製した。
【００７７】
（サンプルの評価）
まず、各実施例、参考例及び比較例で得られた熱吸収体の側面に、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８（重量比）からなる無機繊維のマットで、無機繊維の平均繊維径が５．１μｍ、平均繊維長６０ｍｍ、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３、目付量が１４００ｇ／ｍ２の断熱材１７を１４ｍｍの厚さになるように巻き付け、温度測定用のサンプル（以下、単にサンプルという）とした。
【００７８】
次に、パナソニック社製でＲＰＳ−５００ＷＢ、１００Ｖ、１５０Ｗのスポット写真用ランプを用い、サンプルの表面より１００ｍｍの距離から写真用ランプを３０分間照射し、照射開始から照射終了後３０分のサンプルの温度を１０秒毎にサンプルに直接取り付けた熱電対により測定した。
図５は、実施例１及び比較例１、２の評価結果を示すグラフであり、縦軸は温度（℃）、横軸は、経過時間（秒）を示している。また、全ての実施例、参考例及び比較例について、評価結果を表１に示した。表１では、各実施例、比較例、参考例に係るサンプルの温度測定結果（最高温度、ランプの照射が終了して３０分後の温度）を示した。また、併せてハニカムユニットのシリコン含浸割合（重量部／ＳｉＣ１００重量部）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、多孔質層の材質及び多孔質層の厚さを示す。なお、熱伝導率の測定は、レーザフラッシュ法により行った。
【００７９】
【表１】
【００８０】
図５及び表１に示した結果より明らかなように、実施例１〜４に係るサンプルでは、比較例１のようなハニカムユニットの表面に多孔質層が形成されていないサンプルに比べて光の熱を吸収しやすく、温度が上昇し易い。また、実施例１〜４に係るサンプルは、熱容量が大きいので、比較例２のようなシリコンが充填されていないサンプルに比べると、温度の上昇は比較的ゆっくりであるが、ランプを照射を止めた後、サンプル温度の降下速度は小さく、ランプ照射を止めた３０分後の温度は、シリコンが充填されたサンプルの温度の方が高くなった。
【００８１】
なお、参考例１、２に示すように、多孔質層の厚さが０．４０μｍ（４００ｎｍ）と薄い場合には、多少、熱吸収体の太陽光の吸収率は低下すると考えられる。実施例１〜４の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、比較例２の熱伝導率は、４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、シリコンを含浸することで熱伝導率を向上し、ハニカムユニットにシリコンを含浸することが望ましいことがわかる。
【００８２】
（第二実施形態）
以下、本発明の集熱レシーバーの他の一実施形態である第二実施形態について説明する。
本実施形態に係る集熱レシーバーでは、複数のハニカムユニット１３を接着、結束する接着材として接着材ペーストが使用され、接着材層が形成されているほかは、第一実施形態に係る集熱レシーバーと同様に構成されている。
【００８３】
従って、以下においては、主に本実施形態に係る接着材ペーストについて説明する。
すなわち、第一実施形態において、複数のハニカムユニット１３を用いて熱吸収体１１を作製する場合には、多孔質炭化ケイ素１６の内部に充填されているシリコン１５と同じ材料であるシリコン１５を接着材として用い、ハニカムユニット１３同士を接着して熱吸収体１１としている。
【００８４】
一方、本実施形態においては、少なくとも無機粒子及び無機バインダを含む接着材ペーストを用いてハニカムユニット１３を接着し、熱吸収体１１とする。上記接着材ペーストは、無機繊維及び／又は有機バインダを含んでいてもよい。
【００８５】
上記接着材ペーストに含まれる無機バインダとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機バインダのなかでは、シリカゾルが望ましい。接着材層には、これらの材料の固形分が残ることになる。
【００８６】
また、上記無機バインダの含有量の下限は、固形分で、１重量％が望ましく、５重量％がさらに望ましい。一方、上記無機バインダの含有量の上限は、固形分で、３０重量％が望ましく、１５重量％がより望ましい。上記無機バインダの含有量が１重量％未満では、接着材層の接着強度の低下を招き易くなる。一方、上記無機バインダの含有量が３０重量％を超えると、接着材層の熱伝導率の低下を招き易い。
【００８７】
接着材ペーストに含まれる有機バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。有機バインダのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００８８】
上記有機バインダの含有量の下限は、固形分で、０．１重量％が望ましく、０．４重量％がより望ましく、一方、上記有機バインダの含有量の上限は、固形分で、５．０重量％が望ましく、１．０重量％がより望ましい。上記有機バインダの含有量が固形分で０．１重量％未満では、接着材層のマイグレーションを抑制するのが難しくなる。一方、上記有機バインダの含有量が固形分で５．０重量％を超えると、接着材層中の分解してガスになる有機分の量が多くなりすぎ、接着材層の接着力の低下を招きやすくなる。
【００８９】
接着材ペーストに含まれる無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機繊維のなかでは、アルミナファイバが望ましい。
【００９０】
上記無機繊維の含有量の下限は、１０重量％が望ましく、２０重量％がより望ましい。一方、上記無機繊維の含有量の上限は、７０重量％が望ましく、４０重量％がより望ましい。上記無機繊維の含有量が１０重量％未満では、接着材層の弾性が低下し易くなる。一方、上記無機繊維の含有量が７０重量％を超えると、接着材層の熱伝導性の低下を招き易く、弾性体としての効果が低下し易くなる。
【００９１】
接着材ペーストに含まれる無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素からなる無機粉末等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化ケイ素が望ましい。
【００９２】
上記無機粒子の含有量の下限は、３重量％が望ましく、１０重量％がより望ましく、２０重量％がさらに望ましい。一方、上記無機粒子の含有量の上限は、８０重量％が望ましく、４０重量％がより望ましい。上記無機粒子の含有量が３重量％未満では、接着材層の熱伝導率の低下を招を招き易くなる。一方、上記無機粒子の含有量が８０重量％を超えると、接着材層が高温にさらされた場合に、接着材層の接着強度の低下を招を招き易くなる。
【００９３】
上記接着材ペーストに含まれる有機バインダは、ハニカムユニットの温度が上昇することにより、分解、消去されるが、他の無機粒子及び無機バインダの固形分等が含まれているので、充分な接着力を維持することができる。
【００９４】
本実施形態では、接着材ペーストは、無機粒子、無機繊維及び無機バインダを含んでいることが望ましく、無機粒子、無機繊維、有機バインダ及び無機バインダを含んでいることがより望ましい。
【００９５】
次に、本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法について説明する。
本実施形態に係る集熱レシーバーの製造方法においても、ハニカムユニット同士を接着する接着材ペーストとして、上記した構成の接着材ペーストを使用するほかは、第一実施形態と同様にして、集熱レシーバーを作製する。
【００９６】
すなわち、ハニカムユニット同士を接着する際には、上記接着材ペーストをハニカムユニットの側面（流路が形成されていない面）に塗布し、ハニカムユニット同士を接着した後、乾燥させればよい。乾燥条件は、例えば、１２０℃、３〜１０時間が挙げられる。
【００９７】
以下、本実施形態に係わる集熱レシーバーの作用効果について列挙する。
本実施形態においては、第一実施形態の（１）〜（５）の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
【００９８】
（７）本実施形態の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成された接着材層を介して接着されて構成されているので、ハニカムユニット同士がしっかりと接着され、熱吸収体の流路を流れる熱媒体の流れ方向の力が作用することによる、一部のハニカムユニットの抜け落ちを確実に防止することができる。また、接着材が耐熱性を有するので、長期に渡り安定的に使用することができる。
【００９９】
（第三実施形態）
以下、本発明の太陽熱発電装置の一実施形態である第三実施形態について説明する。
本実施形態に係る太陽熱発電装置では、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーが用いられている。
【０１００】
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る太陽熱発電装置を構成するレシーバーアレイを模式的に示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すレシーバーアレイのＢ−Ｂ線断面図である。
図４は、本実施形態に係る太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。
【０１０１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すレシーバーアレイ２０では、太陽光照射面が開放された箱型の枠体２２に複数の集熱レシーバー１０が、熱吸収体１１の太陽光１８の照射を受ける面を正面に向けて整列した状態で配置されている。
【０１０２】
すなわち、集熱レシーバー１０を構成する支持体１２の熱媒体の出口１２ｂは、枠体２２の底部２２ａに結合しており、底部２２ａは、管２２ｂと繋がっている部分を除いて密閉した空間２２ｃとなっている。従って、空気等の熱媒体１４は、ハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過し、熱吸収体１１により加熱された後、支持体１２の熱媒体の出口１２ｂを通って枠体２２の底部２２ａに集まり、管２２ｂを通って後述する蒸気発生器３３に導かれる。
【０１０３】
実際には、管２２ｂ又は管２２ｂに結合された容器等は、排気ポンプ等の熱媒体１４を吸引する装置に結合している。従って、排気ポンプ等を稼動させることにより、集熱レシーバー１０の周囲にある空気等の熱媒体１４をハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過させ、熱吸収体１１に蓄積された熱を空気等の熱媒体１４に伝達することができる。。
【０１０４】
図３（ａ）、（ｂ）では、集熱レシーバー１０の周囲にある空気等の熱媒体１４をハニカムユニット１３の流路１３ｂに導くようにしているが、枠体２２の底部２２ａを２つの部屋を有する二重構造としてもよい。この場合、空気等の熱媒体１４は、いきなりハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂに入るのではなく、２つの部屋のうちの１つの部屋に入り、多数の集熱レシーバー１０の間に存在する空間２２ｃに入る。続いて、熱媒体１４は、集熱部１２ａの間に形成された隙間から吹き出た後、直ぐに集熱レシーバー１０のハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂに入る。
【０１０５】
上記のような構成とした場合には、熱媒体１４は、最初に、温度の上昇した支持体１２と熱交換するため、熱効率はより高くなる。
【０１０６】
本発明の太陽熱発電装置３０では、中央タワー３２の最も高い位置にレシーバーアレイ２０が配設されており、その下に順次、蒸気発生器３３、蓄熱器３４、蒸気タービン３５及び冷却器３６が配設されている。また、中央タワー３２の周囲には、多数のヘリオスタット３７が配置されているが、これらヘリオスタット３７は、反射角度や鉛直方向を軸とした回転方向を自由に制御することが可能なように設定されており、時事刻々と変化する太陽光１８をヘリオスタット３７で反射し、中央タワー３２のレシーバーアレイ２０に集めるように自動的に制御されている。
【０１０７】
蒸気発生器３３は、蒸気タービン３５を稼動させるための蒸気を発生させる部署である。蒸気発生器３３では、レシーバーアレイ２０の熱吸収体１１により加熱された熱媒体１４がガス管２２ｂを通過した後、蒸気発生器３３（ボイラー）中の配管に導かれ、熱媒体１４と熱交換することにより加熱された水が水蒸気を発生させる。
【０１０８】
発生した水蒸気は、蒸気タービン３５に導入されて蒸気タービン３５を稼動させて回転させ、この蒸気タービン３５の回転により発電機が稼動して電気が発生する。
【０１０９】
蓄熱器３４は、熱媒体１４が得た熱を一時的に蓄熱する部署であり、蓄熱部材として砂が用いられている。この蓄熱器３４では、砂の中に管２２ｂと繋がった蓄熱用配管（図示せず）が通っており、熱吸収体１１により加熱された熱媒体１４が蓄熱用配管内を通過することにより、蓄熱材料である砂に熱を供給する。蓄熱材は、熱容量が大きいので、多量の熱を吸収して蓄熱することができる。なお、蓄熱器３４に収容される蓄熱材料は、上記した砂に限定されるものではなく、その他の熱容量が大きい無機材料であってもよく、種々の塩等であってもよい。
【０１１０】
蓄熱器３４の砂のなかには、蓄熱用配管とは別の蒸気発生用配管（図示せず）も通っており、夜間等、太陽光１８を利用できない時間では、この蒸気発生用配管に加熱されていない熱媒体１４を流し、温度が上昇した蓄熱材の砂により熱媒体１４を加熱する。蓄熱用配管は、蒸気発生用配管を兼ねていてもよい。
【０１１１】
加熱された熱媒体１４は、蒸気発生器３３に入って水蒸気を発生させ、上述したように、蒸気タービン３５が稼動することにより、電気が発生する。
【０１１２】
蒸気タービン３５を通過した水蒸気は、冷却器３６に導かれ、冷却器３６で冷却されることにより水となり、所定の処理を行った後、蒸気発生器３３に戻される。
この冷却器３６に関し、蒸気発生器３３を通過することにより冷却された熱媒体１４は、冷却器３６の冷却管（図示せず）を通るように構成されていることが好ましい。熱媒体１４が冷却管を通ることにより加熱されるので、集熱レシーバー１０で吸収した熱を効率良く利用することができる。
【０１１３】
また、上述したように、熱を回収した熱媒体１４が、レシーバーアレイ２０の多数の集熱レシーバー１０の間に形成されている空間２２ｃに入るように配管を構成すれば、さらに、集熱レシーバー１０の支持体１２の熱も有効に利用することができる。
【０１１４】
以下、第三実施形態に係る太陽熱発電装置の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態の太陽熱発電装置においては、第一実施形態に係る集熱レシーバーが用いられているので、照射された太陽光を、効率よく熱に変換することができ、効率よく発電を行うことが出来る。
【０１１５】
（２）本実施形態の太陽熱発電装置においては、レシーバーアレイは、多数の集熱レシーバーを備えているので、太陽熱発電装置では、多量の太陽熱を利用することができ、多量の発電を行うことが出来る。
【０１１６】
（３）本実施形態の太陽熱発電装置では、蓄熱器が用いられ、上記蓄熱器に太陽光により発生した熱を蓄えておくことができるので、太陽光のない夜間や雨の日等においても、発電を行うことができる。
【０１１７】
以上、本発明の第一実施形態に係る集熱レシーバーを用いた本発明の太陽熱発電装置について説明したが、本発明の第二実施形態に係る集熱レシーバーを用いても同様の太陽熱発電装置とすることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ 集熱レシーバー
１１ 熱吸収体
１２ 支持体
１２ａ 集熱部
１２ｂ 熱媒体の出口
１３ ハニカムユニット
１３ａ 多孔質層
１３ｂ 流路
１４ 熱媒体
１５ シリコン
１６ 多孔質炭化ケイ素
１７ 断熱材
１８ 太陽光
２０ レシーバーアレイ
２２ 枠体
２２ａ 底部
２２ｂ 管
２２ｃ 空間
３２ 中央タワー
３０ 太陽熱発電装置
３３ 蒸気発生器
３４ 蓄熱器
３５ 蒸気タービン
３６ 冷却器
３７ ヘリオスタット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、
前記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、
該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、
前記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、前記多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、
太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないことを特徴とする集熱レシーバー。
【請求項２】
前記ハニカムユニットは、さらに、多孔質カーボンを含んで構成され、
前記ハニカムユニットの表面領域は、多孔質カーボン層からなる請求項１に記載の集熱レシーバー。
【請求項３】
前記ハニカムユニットの表面領域は、表面から５００ｎｍ以上の深さを有する請求項１又は２に記載の集熱レシーバー。
【請求項４】
前記ハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、前記ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、前記多孔質炭化ケイ素の気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項５】
前記熱吸収体と前記支持体との間には断熱材が介装されている請求項１〜４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項６】
前記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが接着材層を介して接着されて構成されている請求項１〜５のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項７】
前記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されている請求項６に記載の集熱レシーバー。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられていることを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項１】
太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバーであって、
前記集熱レシーバーは、熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、
該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体からなり、
前記ハニカムユニットは、多孔質炭化ケイ素と、前記多孔質炭化ケイ素中の気孔を充填するシリコンとを含んで構成され、
太陽光が照射される面における表面から所定の深さの表面領域は、多孔質層からなり、多孔質層の気孔にはシリコンが充填されていないことを特徴とする集熱レシーバー。
【請求項２】
前記ハニカムユニットは、さらに、多孔質カーボンを含んで構成され、
前記ハニカムユニットの表面領域は、多孔質カーボン層からなる請求項１に記載の集熱レシーバー。
【請求項３】
前記ハニカムユニットの表面領域は、表面から５００ｎｍ以上の深さを有する請求項１又は２に記載の集熱レシーバー。
【請求項４】
前記ハニカムユニットには、３１．０〜９３．０個／ｃｍ２の流路が形成され、前記ハニカムユニットの流路間の壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、前記多孔質炭化ケイ素の気孔率は３５〜６０％、平均気孔径は５〜３０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項５】
前記熱吸収体と前記支持体との間には断熱材が介装されている請求項１〜４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項６】
前記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが接着材層を介して接着されて構成されている請求項１〜５のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項７】
前記熱吸収体は、複数個のハニカムユニットが側面に形成されたシリコン層を介して接着されて構成されている請求項６に記載の集熱レシーバー。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられていることを特徴とする太陽熱発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９２６８８（Ｐ２０１２−９２６８８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９００７（Ｐ２０１０−２３９００７）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
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