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吸収することにより得られた熱を周囲に放散しにくい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、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、前記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、前記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されている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、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、前記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、前記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されている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、例えば、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。このような太陽熱発電は、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。このタワー型太陽熱発電の場合、数メートル四方の平面鏡、数百枚から数千枚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る。従って、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】
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とからなる熱吸収体が漏斗型の支持体に支持、固定されたものが開示されている。
集熱レシーバーでは、加熱された熱吸収体の流路にエアー又はエアーを含む混合ガスからなる熱媒体を通過させ、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】
特許文献1に記載された集熱レシーバーは、熱吸収体が漏斗型の支持体に、直接的に、支持、固定されているため、熱吸収体が周囲に露出しており、折角集めた熱が周囲に逃散し易いという問題がある。
【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吸収することにより得られた熱を周囲に放散しにくい集熱レシーバー及び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、
上記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、上記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されていることを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、上記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されているので、上記熱吸収体と上記支持体との間の空間を断熱層とすることができ、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。
【0010】
請求項1に記載の集熱レシーバーでは、熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成されているため、熱伝導率が高い。また、熱吸収体は、耐熱性に優れているためクラック等が発生しにくく、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。また、炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であるため、熱吸収体は、長期間の使用においても、その性能が変わりにくい。
【0011】
請求項2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保持材が介装されており、保持材が断熱層として機能する。そのため、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とともに、上記保持材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0012】
請求項3に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、上記支持体に設けられた固定部材によりしっかりと支持、固定されている。また、上記固定部材を除いた上記熱吸収体と上記支持体との間には、空気層が存在しているので、上記空気層が断熱層として機能し、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。
【0013】
請求項4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無機質断熱部材が介装されており、上記無機質断熱部材が断熱層として機能する。従って、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とともに、上記無機質断熱部材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0014】
請求項5に記載の集熱レシーバーでは、上記保持材は、アルミナ−シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維からなるので、優れた断熱性を有するとともに、耐熱性を有する。そのため、上記熱吸収体の温度が1000℃程度に上昇しても、保持材に溶融等が発生することはない。そのため、上記集熱レシーバーは、上記断熱性を保持することができ、上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0015】
請求項6に記載の集熱レシーバーでは、アルミナとシリカとの組成比(アルミナ/シリカ)が60/40〜80/20のアルミナ−シリカ繊維からなる。従って、上記保持材は、優れた断熱性を有するとともに、耐熱性を有し、上記熱吸収体の温度が1000℃程度に上昇しても、保持材に溶融等が発生することはなく、上記断熱性を保持することができ、上記熱吸収体をしっかりと保持することができる。
【0016】
請求項7に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、上記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体の開口面積をBとした際、下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%である。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
従って、上記した割合の層が断熱層として機能し、熱吸収体からの放熱を防止することができる。
断熱領域面積割合が5%未満であると、断熱領域の割合が小さすぎるため、充分に放熱を防止することができず、一方、断熱領域面積割合が50%を超えると、それ以上断熱領域を増加させても、断熱効果が殆ど向上しない。
【0017】
請求項8に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素からなるので、熱伝導率が高く、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0018】
請求項9に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素と上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いるので、緻密体となる。熱吸収体が緻密体であると、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、緻密体である熱吸収体の熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0019】
請求項10に記載の集熱レシーバーでは、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であり、集熱レシーバーは開気孔を有しているので、シリコンを充填する際には、スムーズに気孔の内部にシリコンが充填される。
【0020】
請求項11に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、緻密質炭化ケイ素からなるので、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、緻密質炭化ケイ素からなる熱吸収体は、極めて熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0021】
請求項12に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体には、31.0〜93.0個/cm2の流路が形成され、上記熱吸収体の流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmである。そのため、熱吸収体の流路を熱媒体が流通しやすくなることにより、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。
【0022】
請求項13に記載の集熱レシーバーでは、請求項1〜12のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられており、熱吸収体の熱伝導率がよい。さらに上記集熱レシーバーは、断熱層を有していて熱の逃散がないため、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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【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、本発明において、断熱領域面積割合を算出する際に用いる断面積Aと断面積Bとを模式的に示す断面図である。
【図3】図3(a)は、本発明の第二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3(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのB−B線断面図である。
【図4】図4(a)は、本発明の第三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4(b)は、図4(a)に示した集熱レシーバーのC−C線断面図である。
【図5】図5(a)は、本発明の第四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5(b)は、図5(a)に示したレシーバーアレイのC−C線断面図である。
【図6】図6は、本発明の第四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。
【図7】図7は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図8】図8は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【図9】図9は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図10】図10は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【図11】図11は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図12】図12は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
(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である。
【0025】
図1(a)、(b)に示すように、本発明の実施形態に係る集熱レシーバー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ール材層15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、無機繊維からなる保持材17が介装され、この保持材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。熱吸収体11は、1個のハニカムユニット13からなる。
【0026】
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からなる。
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー10において、多孔質炭化ケイ素の気孔率は35〜60%が望ましい。多孔質炭化ケイ素の気孔率が35%未満であると、気孔の一部が閉気孔となり易く、気孔に熱媒体が侵入することが難しくなるために熱伝導が低下しやなる。一方、多孔質炭化ケイ素の気孔率が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値である。
【0027】
多孔質炭化ケイ素の平均気孔径は、5〜30μmが望ましい。多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が5μm未満であると、多孔質炭化ケイ素の気孔が閉気孔になり易く、気孔に熱媒体が侵入することが難しくなる。そのため、ハニカムユニット13の熱伝導率が低下しやすくなる。一方、多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が30μmを超えると、多孔質炭化ケイ素の機械的強度が低下し、その結果、ハニカムユニット13の強度も低下する。
【0028】
本発明の実施形態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、熱媒体が流通しにくくなる。
【0029】
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13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。
【0030】
本発明の実施形態に係るハニカムユニット13では、多孔質炭化ケイ素を使用しているが、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という特徴がある。
【0031】
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、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、特に四角形に限定されず、六角形等であってもよい。
【0032】
本実施形態では、複数のハニカムユニット13を用いて熱吸収体11を作製しており、接着材として少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含む接着材ペーストを用い、ハニカムユニット13同士を接着している。そのため、ハニカムユニットは、複数のハニカムユニット13と接着材層とからなる熱吸収体11としている。上記接着材ペーストは、有機バインダを含んでいてもよい。
【0033】
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。
【0034】
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。無機バインダの含有量が、固形分で1重量%未満では、接着強度の低下を招き易い。一方、上記無機バインダの含有量が、固形分で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。
【0035】
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。
【0036】
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。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が発生し易くなる。一方、有機バインダの含有量が、固形分で5.0重量%を超えると、接着材層とハニカムユニットとの接着力の低下を招きやすくなる。
【0037】
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。
【0038】
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、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。
【0039】
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、具体的には、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。
【0040】
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、接着強度の低下を招を招き易い。
【0041】
上記接着材層に含まれる有機バインダは、ハニカムユニット13の温度が上昇することにより、分解、消去されるが、接着材層には無機粒子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。
【0042】
本実施形態では、接着材層は、無機粒子、無機繊維及び無機バインダ(無機バインダの固形分)を含んでいることが望ましい。さらに、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接着材ペーストを用いて接着材層が形成されることがより望ましい。
【0043】
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、四角形の形状であるが、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拡大部12aの断面(熱吸収体11の太陽光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、熱媒体の出口12bでは、断面積は、略一定面積となる。
【0044】
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。そのため、支持体12の材料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。支持体の材料は、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。
【0045】
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー10では、熱吸収体11と支持体12との間に保持材17が介装されている。
この保持材17は、無機繊維からなる平面視矩形のマットが1層又は複数積層されて構成されたものである。この保持材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。そのため、熱吸収体11に蓄積された熱が放散されるのを防止することができる。
【0046】
この保持材17からなる断熱領域の断面積の支持体12の開口の断面積に対する割合(以下、断熱領域面積割合ともいう)に関し、熱吸収体11の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、上記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体12の開口面積をBとした際、下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%であることが望ましい。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
【0047】
図2は、断熱領域面積割合を算出する際に用いる断面積Aと断面積Bとを模式的に示す断面図である。
図2は、図1(b)に示した断面図を利用しており、図示された最も外側の輪郭線が支持体12の外側の輪郭であり、その内側の輪郭線Bの内側部分が、支持体12の開口面積Bを示している。また、その内側の輪郭線Aは、熱吸収体11の断面積Aを示している。従って、ハッチングのある部分が断熱領域断の面積(B−A)となり、断熱領域面積割合は、支持体12の開口面積Bに対する断熱領域の断面積(B−A)の百分率ということとなり、(1)式のようになる。
【0048】
上記断熱領域面積割合が5%未満であると、保持材の断熱領域の割合が小さすぎるため、充分に熱吸収体の放熱を防止することができない。一方、上記断熱領域面積割合が50%を超えると、それ以上断熱領域を増加させても、断熱効果が殆ど向上しない。
【0049】
上記した断熱領域面積割合の望ましい範囲は、保持材17を断熱材として用いた場合だけでなく、他の断熱材を用いた場合や断熱領域が空気の層と固定部材からなる場合にも同様に適用することができると考えられる。なお、熱吸収体11は、熱吸収体11の上下、左右に存在する熱吸収体11と支持体12との間隔が同じになるように配置されることが望ましい。
【0050】
保持材17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、ロックウール等が挙げられる。耐熱性や耐風蝕性等、保持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望ましい。
【0051】
保持材17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。ニードルパンチング処理が施されることにより、保持材を構成するマットの無機繊維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することができる。また、保持材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、保持材を構成するマットの幅方向に折り目がついたようになる。そのため、保持材を熱吸収体に巻き付ける際に保持材を巻き付けやすくなる。
【0052】
また、保持材17として、保持材を構成するマットに、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。この保持材17は、熱吸収体11に保持材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、消失する。そのため、保持材17を構成するマットの有機バインダによる圧縮状態が開放され、熱吸収体11は、しっかりと支持体12に保持、固定され易くなる。
【0053】
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、湿潤混合物を調製する。
【0054】
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。
【0055】
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、乾燥機を用い、切断したハニカムユニットの成形体を乾燥する。
【0056】
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(多孔質炭化ケイ素)を作製する。
【0057】
複数の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、接着材層を形成する。太陽光発電を行う際に、熱吸収体11は、太陽光が照射され、1000℃付近の温度になるので、接着材層中の水分等は蒸発し、有機バインダは、分解消失する。接着材層に含まれている無機バインダの固形成分で、無機繊維及び無機粒子が接合されて強固な接着材層となる。
【0058】
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製造することができる。セラミックからなる支持体を製造する際には、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、又は、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、支持体を製造することができる。
【0059】
集熱レシーバー10を組み立てる際には、上記方法により製造した熱吸収体11の周囲に保持材17を巻き付け、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。
【0060】
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は、多孔質炭化ケイ素からなるハニカムユニットを含む熱吸収体を有するため、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。また、ハニカムユニットを構成する炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であるため、長期間の使用においても、その性能が変わりにくくなる。
【0061】
(2)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保持材が介装されており、上記保持材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができる。また、保持材が断熱層として機能するので、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。
【0062】
(3)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ペーストを使用した接着材層を介して接着されて構成されている。従って、ハニカムユニット同士がしっかりと接着される。また、接着剤層は、耐熱性を有するので、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起因す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。
【0063】
(4)本実施形態の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットからなる熱吸収体には、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、0.1〜0.5mm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。そのため、多孔質炭化ケイ素の気孔にシリコンが充填され易くなる。そのため、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、上記緻密質の熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達される。その結果、集熱レシーバーが用いられた太陽熱発電装置では、高い効率で発電を行うことができる。
【実施例】
【0064】
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。
【0065】
(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た。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。
【0066】
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。
【0067】
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13を作製した。得られたハニカムユニット13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。
【0068】
(接着工程)
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。
【0069】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、組成比がAl2O3:SiO2=72:28(重量比)からなる無機繊維のシート状物で、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の保持材17を、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。
この温度測定用のサンプルは、支持体12に挿入、固定することにより、集熱レシーバーとすることが可能である。
このとき、熱吸収体11の寸法は、縦137.2mm、横137.2mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(179.2×179.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(179.2×179.2)=41.4(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、41.4%となる。
【0070】
(実施例2)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例1と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(165.2×165.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(165.2×165.2)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、31.0%となる。
【0071】
(実施例3)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例1と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(151.2×151.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(151.2×151.2)=17.7(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、17.7%となる。
【0072】
(実施例4)
実施例1と同様にして、ハニカムユニット13を作製し、耐熱性の両面テープを用いて縦3個、横3個の合計9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。
【0073】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、実施例1で使用した保持材17と同様の保持材17を使用し、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。このとき、熱吸収体11の寸法は、縦102.9mm、横102.9mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(144.9×144.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(144.9×144.9)=49.6(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、49.6%となる。
【0074】
(実施例5)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例4と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(130.9×130.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(130.9×130.9)=38.2(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、38.2%となる。
【0075】
(実施例6)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例4と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(116.9×116.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(116.9×116.9)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、22.5%となる。
【0076】
(実施例7)
実施例1と同様にして、ハニカムユニット13を製造し、耐熱性の両面テープを用いて縦2個、横2個の合計4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。
【0077】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、実施例1で使用した保持材17と同様の保持材17を使用し、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。このとき、熱吸収体11の寸法は、縦68.6mm、横68.6mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(110.6×110.6)−断面積A(68.6×68.6)〕×100/断面積B(110.6×110.6)=61.5(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、61.5%となる。
【0078】
(実施例8)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例7と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(96.6×96.6)−断面積A(68.6×68.6)×100/断面積B(96.6×96.6)=49.6(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、49.6%となる。
【0079】
(実施例9)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例7と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(82.6×82.6)−断面積A(68.6×68.6)×100/断面積B(82.6×82.6)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、31.0%となる。
【0080】
(比較例1)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0081】
(比較例2)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0082】
(比較例3)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0083】
(サンプルの評価)
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、実施例1〜9及び比較例1〜3の温度測定用サンプル(以下、単にサンプルともいう)のサンプル表面より100mmの距離から写真用ランプを30分間照射した。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7は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの温度変化を示すグラフであり、図9は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの温度変化を示すグラフであり、図11は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。図7、9及び11の各グラフにおいて、縦軸は温度(℃)、横軸は、経過時間(秒)を示している。また、図8は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフであり、図10は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示したグラフであり、図12は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示したグラフである。図8、10及び12の各グラフにおいて、縦軸は到達最高温度(℃)、横軸は、断熱領域面積割合(%)を示している。さらに、各実施例及び各比較例の温度測定結果を表1に示した。表1では、各実施例、比較例に係るサンプルの最高温度、ランプの照射が終了して30分後の温度を示している。
【0084】
【表1】
【0085】
図7〜図12及び表1に示した結果より明らかなように、実施例1〜9に係るサンプルでは、周囲に保持材17が巻かれているので、比較例1〜3のような周囲に保持材17が形成されていないサンプルに比べて、熱が逃散しにくく、温度が上昇し易いことが分かる。また、断熱領域面積割合が増加し、保持材17の厚さが厚くなるに従って、断熱性は向上するが、断熱領域面積割合が50%を超えると、ほぼ断熱性能は一定となり、余り変わらないことが分かる。熱吸収体11の面積はできるだけ広い方が好ましいので、厚さと断熱効率との関係を考えると、断熱領域面積割合は、50%以下が好ましいと考えられる。
【0086】
(第二実施形態)
以下、本発明の集熱レシーバーの一実施形態である第二実施形態について図面を参照しながら説明する。
図3(a)は、本発明の第二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3(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのB−B線断面図である。
【0087】
図3(a)、(b)に示すように、本発明の第二実施形態に係る集熱レシーバー40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が接着材ペーストとして機能するシリコン45から形成された接着材層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、無機繊維からなる保持材17が介装され、この保持材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。
【0088】
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と多孔質炭化ケイ素中の開気孔を充填するシリコン45とからなる。
【0089】
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー40において、ハニカムユニット13の気孔率は35〜60%が望ましい。ハニカムユニット13の気孔率が35%未満であると、ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の気孔の一部が閉気孔となり、シリコン15をハニカムユニット13の気孔全体に充填するのが困難となる。一方、上記ハニカムユニット13の気孔率が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。
【0090】
多孔質炭化ケイ素の平均気孔径は、5〜30μmが望ましい。多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が5μm未満であると、多孔質炭化ケイ素の気孔が閉気孔になり易く、シリコンを充填するのが難しくなる。一方、多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が30μmを超えると、ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の機械的強度が低下する。
【0091】
ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の開気孔に充填されるシリコンは、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にシリコンを含浸することにより、多孔質炭化ケイ素中の開放気孔がシリコンで埋まり、緻密体となる。
【0092】
本発明の第二実施形態に係るハニカムユニット13の1cm2当たりの流路13bの数は、第一実施形態と同様に、31.0〜93.0個/cm2であることが望ましい。
また、流路間の壁部の厚さも、第一実施形態の場合と同様に、0.1〜0.5mmが好ましい。
【0093】
本発明の実施形態に係るハニカムユニット13では、多孔質炭化ケイ素を、シリコン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という特徴がある。
【0094】
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を構成する多孔質炭化ケイ素の内部に充填されているシリコンと同じ材料であるシリコン45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とすることができる。
【0095】
支持体12は、第一実施形態の場合と同様に構成されている。
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー40では、熱吸収体11と支持体12との間に保持材17が介装されているが、保持材17も第一実施形態の場合と同様に構成されている。
【0096】
以下、本発明の第二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。この多孔質炭化ケイ素は、第一実施形態の場合と同様にして製造することができる。
【0097】
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、又は、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、又は、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。
【0098】
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、ハニカムユニットの焼成体への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。
【0099】
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ハニカムユニットの焼成体の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。載置するハニカムユニットの向きを変え、この作業を繰り返し行う、及び/又は、載置するシリコンの重量を変化させることにより、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。
【0100】
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、上記したハニカムユニットの焼成体への金属含浸工程は、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。
【0101】
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の焼成体を得ることができる。なお、シリコンが充填されたハニカムユニットの焼成体のことをハニカムユニットと呼ぶことにする。ハニカムユニットは、そのまま、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ペーストで接着して熱吸収体とする際には、以下の方法をとることができる。
すなわち、シリコンを接着材ペーストとして使用し、複数のハニカムユニットをシリコンの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)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、加熱する方法をとることができる。
【0102】
シリコン微粉末を含浸させていないハニカムユニットの焼成体を用いる場合、これらを複数個組み合わせた後、真空下、ハニカムユニットの焼成体の上面、下面等(端面を除く側面)にシリコンを載置し、加熱する方法をとることができる。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ユニットの焼成体を接触させた状態で加熱することにより接着してもよい。この作業を繰り返し行い、複数のハニカムユニットを接合することができる。
【0103】
上記したいずれの方法をとった場合にも、ハニカムユニット(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側面の間にもシリコンが広がっていって接着材層を形成し、ハニカムユニットの焼成体同士をシリコンを介して接着することができる。支持体も、第一実施形態の場合と同様にして製造することができる。
【0104】
集熱レシーバー40を組み立てる際には、上記方法により製造した熱吸収体11の周囲に保持材17を巻き付け、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40を組み立てることができる。
【0105】
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。
本実施形態においては、第一実施形態の(2)、(4)の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
(5)本実施形態の集熱レシーバーは、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ハニカムユニットが構成されているため、ハニカムユニットは緻密体となる。また、ハニカムユニットは緻密体のため、ハニカムユニットの熱容量が大きくなり、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、ハニカムユニットの熱伝導率が高くなるので、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。
【0106】
(第三実施形態)
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三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、熱吸収体は、支持体に設けられた固定部材により支持され、固定部材を除いた熱吸収体と支持体との間には、空気層が存在しているほかは、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。従って、以下においては、支持体に設けられた固定部材を用いた熱吸収体の固定方法について説明する。
【0107】
図4(a)は、本発明の第三実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示した断面図であり、図4(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのC−C線断面図である。
図4(a)、(b)に示すように、本発明の第三実施形態に係る集熱レシーバー50では、支持体12に収容された熱吸収体11が固定部材であるボルト18により支持、固定されている。
【0108】
すなわち、支持体12には、略柱状の固定部材であるボルト18を嵌め込むための複数のネジ孔12cが形成されている。そして、これらのネジ孔12cに複数のボルト18が嵌め込まれ、これら複数のボルト18により、熱吸収体11が固定されている。
【0109】
図示はしていないが、ボルト18と熱吸収体11との間には、所定の厚さの弾性を有する固定補助部材が介装されていてもよい。上記固定補助部材は、例えば、無機繊維及び無機バインダ等を用いて作製することができる。このような弾性を有する固定補助部材を用いることにより、熱吸収体11は、支持体12にしっかりと支持、固定することができる。
【0110】
本実施形態では、ボルト18が固定部材として使用されているが、固定部材は、ボルトに限らず、ネジが切られ、ねじ込めるものであればよい。また、その材質は、耐熱性の金属材料又はセラミックが好ましい。耐熱性金属材料としては、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。
【0111】
上記実施形態では、熱吸収体11が複数のボルト18により固定されており、ボルト18で固定されている部分以外は、空気の層が存在し、熱媒体14を吸引する際には、熱吸収体11と支持体12との間の空気層の部分も吸引され、所定流量の熱媒体14の流れが発生する。従って、流れている熱媒体14の層が断熱層(保温層)として機能し、上記熱吸収体11から支持体12への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【0112】
ただし、熱吸収体11と支持体12との間隔が広すぎると、熱媒体11は、熱吸収体11と支持体12との間の空間を通り易くなるため、ハニカムユニット13に形成された流路13bを通りにくくなり、熱媒体11への熱の伝達効率が低下することとなる。そのため、熱吸収体11と支持体との間隔を断熱効果を生じる所定間隔とすることが望ましい。
従って、断熱領域面積割合が5〜50%が好ましい。
【0113】
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。
本実施形態においては、第一実施形態の(1)、(3)及び(4)の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
【0114】
(6)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空気の層が存在し、熱媒体を吸引する際には、熱吸収体と支持体との間の空気層の部分も吸引され、所定流量の熱媒体の流れが発生する。従って、流れている熱媒体の層が保温層(断熱層)として機能し、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。
【0115】
(第四実施形態)
以下、本発明の太陽熱発電装置の一実施形態である第四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。
【0116】
図5(a)は、本発明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5(b)は、図5(a)に示すレシーバーアレイのC−C線断面図である。
図6は、本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。
【0117】
図5(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。本明細書において、複数の集熱レシーバーが整列した集熱レシーバーの集合体をレシーバーアレイともいうこととする。
【0118】
すなわち、集熱レシーバー10を構成する支持体12のガス出口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に形成された空間に集まる。この後、熱媒体14は、管22bを通って後述する蒸気発生器33に導かれる。
【0119】
実際には、管22b又は管22bに結合された容器等は、排気ポンプ等のガス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に蓄積された熱を空気等の熱媒体に伝達するように構成されているのである。
【0120】
図5(a)、(b)では、集熱レシーバー10の周囲にある空気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。その後、熱媒体14は、拡大部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。
【0121】
この場合には、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。
【0122】
図6に示すように、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の光をヘリオスタット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。
【0123】
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。この熱交換により加熱された水が水蒸気を発生させる。
【0124】
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。
【0125】
蓄熱器34は、熱媒体14が得た熱を一時的に蓄熱する部分であり、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。
【0126】
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を流し、温度が上昇した蓄熱材の砂により熱媒体を加熱する。蓄熱用配管が蒸気発生用配管を兼ねるものであってもよい。
【0127】
加熱された熱媒体は、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。
【0128】
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において、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が冷却器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。
【0129】
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。
【0130】
以下、本発明の第四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。
【0131】
(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、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。
【0132】
(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。
【0133】
(本発明のその他の実施形態)
以下、本発明の集熱レシーバーのその他の実施形態について説明する。
【0134】
本発明の第一実施形態では、ハニカムユニット13(熱吸収体11)は、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素から構成されており、第二実施形態では、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素と多孔質炭化ケイ素中の開気孔を充填するシリコン15とから構成されている。しかし、本発明の集熱レシーバーは、上記構成に限定されるものではなく、例えば、ハニカムユニット13は、気孔率の小さな緻密質炭化ケイ素から構成されていてもよい。
【0135】
ハニカムユニット13が緻密質炭化ケイ素から構成されている場合、ハニカムユニット13の熱容量が大きくなるため、蓄熱性能に優れている。また、上記したように、また、炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であり、極めて耐熱性に優れているため、長期間の使用においても、その性能が変わらない。また、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、効率よく、ハニカムユニット13に蓄積された熱を熱媒体に伝えることができる。
【0136】
ハニカムユニット13が、緻密質炭化ケイ素から構成されている場合、その気孔率は、5%以下が好ましい。
【0137】
緻密質炭化ケイ素から構成されたハニカムユニット13(熱吸収体11)では、ハニカムユニット13の流路に関し、第一実施形態の場合と同様に、流路に対して垂直な断面を形成した際、1cm2当たりの流路数は、31.0〜93.0個/cm2であることが望ましい。
【0138】
ハニカムユニット13の壁部の厚さに関しても、第一実施形態の場合と同様に、流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmが好ましい。
【0139】
緻密質炭化ケイ素からなる複数のハニカムユニットを用いて熱吸収体11を作製する場合には、第一実施形態で記載した少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含む接着材ペーストを用いてハニカムユニットを接着するか、第二実施形態で記載したシリコンを用いてハニカムユニットを接着し、熱吸収体とすることができる。
【0140】
また、本願発明の他の実施形態に係る集熱レシーバーでは、熱吸収体と支持体との間には無機質断熱部材が介装されていてもよい。
【0141】
上記無機質断熱部材としては、第二実施形態において、複数のハニカムユニットを接着、結束する接着材として使用された接着材ペーストを用いることにより得られる物が挙げられる。すなわち、この場合には、複数のハニカムユニットが接合されて形成された熱吸収体の周囲に接着材ペーストを塗布し、この塗布層を介して熱吸収体を支持体に接着させる。
【0142】
上記接着材ペーストは、少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含むものであり、また、上記接着材ペースト中に有機バインダを含んでいてもよい。上記接着材ペーストについては、第二実施形態で詳しく説明したので、ここでは、詳しい説明を省略する。
本実施形態においては、複数のハニカムユニットからなる集熱レシーバーについて説明を行ったが、本発明の集熱レシーバーは、1つのハニカムユニットから構成されていてもよい。
【0143】
太陽熱発電装置30に使用した際には、熱吸収体11が1000℃近い温度になるので、この接着材層中の水分等は揮発し、無機粒子と無機繊維とを、無機バインダの固形成分で結合させた無機質断熱部材となる。なお、接着材層が有機バインダを含む場合には、当然、有機バインダは、分解、消失することとなる。
【符号の説明】
【0144】
10、40、50 集熱レシーバー
11 熱吸収体
12 支持体
12a 拡大部
12b 熱媒体の出口
13 ハニカムユニット
13b 流路
14 熱媒体
15 シール材層
17 保持材
18 ボルト
20 レシーバーアレイ
22 枠体
22a 底部
22b 管
22c 空間
30 太陽熱発電装置
32 中央タワー
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
45 シリコン
【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、例えば、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。このような太陽熱発電は、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。このタワー型太陽熱発電の場合、数メートル四方の平面鏡、数百枚から数千枚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る。従って、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】
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とからなる熱吸収体が漏斗型の支持体に支持、固定されたものが開示されている。
集熱レシーバーでは、加熱された熱吸収体の流路にエアー又はエアーを含む混合ガスからなる熱媒体を通過させ、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】
特許文献1に記載された集熱レシーバーは、熱吸収体が漏斗型の支持体に、直接的に、支持、固定されているため、熱吸収体が周囲に露出しており、折角集めた熱が周囲に逃散し易いという問題がある。
【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吸収することにより得られた熱を周囲に放散しにくい集熱レシーバー及び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、
上記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、上記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されていることを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、上記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されているので、上記熱吸収体と上記支持体との間の空間を断熱層とすることができ、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。
【0010】
請求項1に記載の集熱レシーバーでは、熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成されているため、熱伝導率が高い。また、熱吸収体は、耐熱性に優れているためクラック等が発生しにくく、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。また、炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であるため、熱吸収体は、長期間の使用においても、その性能が変わりにくい。
【0011】
請求項2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保持材が介装されており、保持材が断熱層として機能する。そのため、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とともに、上記保持材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0012】
請求項3に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、上記支持体に設けられた固定部材によりしっかりと支持、固定されている。また、上記固定部材を除いた上記熱吸収体と上記支持体との間には、空気層が存在しているので、上記空気層が断熱層として機能し、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。
【0013】
請求項4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無機質断熱部材が介装されており、上記無機質断熱部材が断熱層として機能する。従って、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とともに、上記無機質断熱部材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0014】
請求項5に記載の集熱レシーバーでは、上記保持材は、アルミナ−シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維からなるので、優れた断熱性を有するとともに、耐熱性を有する。そのため、上記熱吸収体の温度が1000℃程度に上昇しても、保持材に溶融等が発生することはない。そのため、上記集熱レシーバーは、上記断熱性を保持することができ、上記熱吸収体をしっかりと保持することができ、長期にわたり安定的に使用することができる。
【0015】
請求項6に記載の集熱レシーバーでは、アルミナとシリカとの組成比(アルミナ/シリカ)が60/40〜80/20のアルミナ−シリカ繊維からなる。従って、上記保持材は、優れた断熱性を有するとともに、耐熱性を有し、上記熱吸収体の温度が1000℃程度に上昇しても、保持材に溶融等が発生することはなく、上記断熱性を保持することができ、上記熱吸収体をしっかりと保持することができる。
【0016】
請求項7に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、上記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体の開口面積をBとした際、下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%である。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
従って、上記した割合の層が断熱層として機能し、熱吸収体からの放熱を防止することができる。
断熱領域面積割合が5%未満であると、断熱領域の割合が小さすぎるため、充分に放熱を防止することができず、一方、断熱領域面積割合が50%を超えると、それ以上断熱領域を増加させても、断熱効果が殆ど向上しない。
【0017】
請求項8に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素からなるので、熱伝導率が高く、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0018】
請求項9に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素と上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いるので、緻密体となる。熱吸収体が緻密体であると、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、緻密体である熱吸収体の熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0019】
請求項10に記載の集熱レシーバーでは、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であり、集熱レシーバーは開気孔を有しているので、シリコンを充填する際には、スムーズに気孔の内部にシリコンが充填される。
【0020】
請求項11に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体は、緻密質炭化ケイ素からなるので、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、緻密質炭化ケイ素からなる熱吸収体は、極めて熱伝導率が高いので、得られた熱をスムーズに熱媒体に伝達することができる。
【0021】
請求項12に記載の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体には、31.0〜93.0個/cm2の流路が形成され、上記熱吸収体の流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmである。そのため、熱吸収体の流路を熱媒体が流通しやすくなることにより、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。
【0022】
請求項13に記載の集熱レシーバーでは、請求項1〜12のいずれかに記載の集熱レシーバーが用いられており、熱吸収体の熱伝導率がよい。さらに上記集熱レシーバーは、断熱層を有していて熱の逃散がないため、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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【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、本発明において、断熱領域面積割合を算出する際に用いる断面積Aと断面積Bとを模式的に示す断面図である。
【図3】図3(a)は、本発明の第二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3(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのB−B線断面図である。
【図4】図4(a)は、本発明の第三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4(b)は、図4(a)に示した集熱レシーバーのC−C線断面図である。
【図5】図5(a)は、本発明の第四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5(b)は、図5(a)に示したレシーバーアレイのC−C線断面図である。
【図6】図6は、本発明の第四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。
【図7】図7は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図8】図8は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【図9】図9は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図10】図10は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【図11】図11は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。
【図12】図12は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
(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である。
【0025】
図1(a)、(b)に示すように、本発明の実施形態に係る集熱レシーバー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ール材層15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、無機繊維からなる保持材17が介装され、この保持材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。熱吸収体11は、1個のハニカムユニット13からなる。
【0026】
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からなる。
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー10において、多孔質炭化ケイ素の気孔率は35〜60%が望ましい。多孔質炭化ケイ素の気孔率が35%未満であると、気孔の一部が閉気孔となり易く、気孔に熱媒体が侵入することが難しくなるために熱伝導が低下しやなる。一方、多孔質炭化ケイ素の気孔率が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値である。
【0027】
多孔質炭化ケイ素の平均気孔径は、5〜30μmが望ましい。多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が5μm未満であると、多孔質炭化ケイ素の気孔が閉気孔になり易く、気孔に熱媒体が侵入することが難しくなる。そのため、ハニカムユニット13の熱伝導率が低下しやすくなる。一方、多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が30μmを超えると、多孔質炭化ケイ素の機械的強度が低下し、その結果、ハニカムユニット13の強度も低下する。
【0028】
本発明の実施形態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、熱媒体が流通しにくくなる。
【0029】
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13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。
【0030】
本発明の実施形態に係るハニカムユニット13では、多孔質炭化ケイ素を使用しているが、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という特徴がある。
【0031】
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、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、特に四角形に限定されず、六角形等であってもよい。
【0032】
本実施形態では、複数のハニカムユニット13を用いて熱吸収体11を作製しており、接着材として少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含む接着材ペーストを用い、ハニカムユニット13同士を接着している。そのため、ハニカムユニットは、複数のハニカムユニット13と接着材層とからなる熱吸収体11としている。上記接着材ペーストは、有機バインダを含んでいてもよい。
【0033】
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。
【0034】
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。無機バインダの含有量が、固形分で1重量%未満では、接着強度の低下を招き易い。一方、上記無機バインダの含有量が、固形分で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。
【0035】
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。
【0036】
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。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が発生し易くなる。一方、有機バインダの含有量が、固形分で5.0重量%を超えると、接着材層とハニカムユニットとの接着力の低下を招きやすくなる。
【0037】
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。
【0038】
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、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。
【0039】
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、具体的には、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。
【0040】
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、接着強度の低下を招を招き易い。
【0041】
上記接着材層に含まれる有機バインダは、ハニカムユニット13の温度が上昇することにより、分解、消去されるが、接着材層には無機粒子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。
【0042】
本実施形態では、接着材層は、無機粒子、無機繊維及び無機バインダ(無機バインダの固形分)を含んでいることが望ましい。さらに、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接着材ペーストを用いて接着材層が形成されることがより望ましい。
【0043】
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、四角形の形状であるが、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拡大部12aの断面(熱吸収体11の太陽光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、熱媒体の出口12bでは、断面積は、略一定面積となる。
【0044】
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。そのため、支持体12の材料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。支持体の材料は、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。
【0045】
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー10では、熱吸収体11と支持体12との間に保持材17が介装されている。
この保持材17は、無機繊維からなる平面視矩形のマットが1層又は複数積層されて構成されたものである。この保持材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。そのため、熱吸収体11に蓄積された熱が放散されるのを防止することができる。
【0046】
この保持材17からなる断熱領域の断面積の支持体12の開口の断面積に対する割合(以下、断熱領域面積割合ともいう)に関し、熱吸収体11の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、上記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体12の開口面積をBとした際、下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%であることが望ましい。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
【0047】
図2は、断熱領域面積割合を算出する際に用いる断面積Aと断面積Bとを模式的に示す断面図である。
図2は、図1(b)に示した断面図を利用しており、図示された最も外側の輪郭線が支持体12の外側の輪郭であり、その内側の輪郭線Bの内側部分が、支持体12の開口面積Bを示している。また、その内側の輪郭線Aは、熱吸収体11の断面積Aを示している。従って、ハッチングのある部分が断熱領域断の面積(B−A)となり、断熱領域面積割合は、支持体12の開口面積Bに対する断熱領域の断面積(B−A)の百分率ということとなり、(1)式のようになる。
【0048】
上記断熱領域面積割合が5%未満であると、保持材の断熱領域の割合が小さすぎるため、充分に熱吸収体の放熱を防止することができない。一方、上記断熱領域面積割合が50%を超えると、それ以上断熱領域を増加させても、断熱効果が殆ど向上しない。
【0049】
上記した断熱領域面積割合の望ましい範囲は、保持材17を断熱材として用いた場合だけでなく、他の断熱材を用いた場合や断熱領域が空気の層と固定部材からなる場合にも同様に適用することができると考えられる。なお、熱吸収体11は、熱吸収体11の上下、左右に存在する熱吸収体11と支持体12との間隔が同じになるように配置されることが望ましい。
【0050】
保持材17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、ロックウール等が挙げられる。耐熱性や耐風蝕性等、保持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望ましい。
【0051】
保持材17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。ニードルパンチング処理が施されることにより、保持材を構成するマットの無機繊維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することができる。また、保持材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、保持材を構成するマットの幅方向に折り目がついたようになる。そのため、保持材を熱吸収体に巻き付ける際に保持材を巻き付けやすくなる。
【0052】
また、保持材17として、保持材を構成するマットに、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。この保持材17は、熱吸収体11に保持材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、消失する。そのため、保持材17を構成するマットの有機バインダによる圧縮状態が開放され、熱吸収体11は、しっかりと支持体12に保持、固定され易くなる。
【0053】
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、湿潤混合物を調製する。
【0054】
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。
【0055】
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、乾燥機を用い、切断したハニカムユニットの成形体を乾燥する。
【0056】
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(多孔質炭化ケイ素)を作製する。
【0057】
複数の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、接着材層を形成する。太陽光発電を行う際に、熱吸収体11は、太陽光が照射され、1000℃付近の温度になるので、接着材層中の水分等は蒸発し、有機バインダは、分解消失する。接着材層に含まれている無機バインダの固形成分で、無機繊維及び無機粒子が接合されて強固な接着材層となる。
【0058】
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製造することができる。セラミックからなる支持体を製造する際には、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、又は、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、支持体を製造することができる。
【0059】
集熱レシーバー10を組み立てる際には、上記方法により製造した熱吸収体11の周囲に保持材17を巻き付け、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。
【0060】
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は、多孔質炭化ケイ素からなるハニカムユニットを含む熱吸収体を有するため、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。また、ハニカムユニットを構成する炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であるため、長期間の使用においても、その性能が変わりにくくなる。
【0061】
(2)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保持材が介装されており、上記保持材により上記熱吸収体をしっかりと保持することができる。また、保持材が断熱層として機能するので、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。
【0062】
(3)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ペーストを使用した接着材層を介して接着されて構成されている。従って、ハニカムユニット同士がしっかりと接着される。また、接着剤層は、耐熱性を有するので、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起因す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。
【0063】
(4)本実施形態の集熱レシーバーでは、上記ハニカムユニットからなる熱吸収体には、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、0.1〜0.5mm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。そのため、多孔質炭化ケイ素の気孔にシリコンが充填され易くなる。そのため、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、上記緻密質の熱吸収体から上記熱媒体に効率よく熱が伝達される。その結果、集熱レシーバーが用いられた太陽熱発電装置では、高い効率で発電を行うことができる。
【実施例】
【0064】
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。
【0065】
(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た。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。
【0066】
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。
【0067】
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13を作製した。得られたハニカムユニット13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。
【0068】
(接着工程)
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。
【0069】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、組成比がAl2O3:SiO2=72:28(重量比)からなる無機繊維のシート状物で、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の保持材17を、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。
この温度測定用のサンプルは、支持体12に挿入、固定することにより、集熱レシーバーとすることが可能である。
このとき、熱吸収体11の寸法は、縦137.2mm、横137.2mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(179.2×179.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(179.2×179.2)=41.4(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、41.4%となる。
【0070】
(実施例2)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例1と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(165.2×165.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(165.2×165.2)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、31.0%となる。
【0071】
(実施例3)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例1と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(151.2×151.2)−断面積A(137.2×137.2)〕×100/断面積B(151.2×151.2)=17.7(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、17.7%となる。
【0072】
(実施例4)
実施例1と同様にして、ハニカムユニット13を作製し、耐熱性の両面テープを用いて縦3個、横3個の合計9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。
【0073】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、実施例1で使用した保持材17と同様の保持材17を使用し、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。このとき、熱吸収体11の寸法は、縦102.9mm、横102.9mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(144.9×144.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(144.9×144.9)=49.6(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、49.6%となる。
【0074】
(実施例5)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例4と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(130.9×130.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(130.9×130.9)=38.2(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、38.2%となる。
【0075】
(実施例6)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例4と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(116.9×116.9)−断面積A(102.9×102.9)〕×100/断面積B(116.9×116.9)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、22.5%となる。
【0076】
(実施例7)
実施例1と同様にして、ハニカムユニット13を製造し、耐熱性の両面テープを用いて縦2個、横2個の合計4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。
【0077】
次に、得られた熱吸収体11の周囲に、実施例1で使用した保持材17と同様の保持材17を使用し、その厚さが21mmとなるように巻き付け、温度測定用のサンプルとした。このとき、熱吸収体11の寸法は、縦68.6mm、横68.6mmとなる。本実施例では、熱吸収体11の周囲に厚さ21mmの保持材17を巻き付けているので、保持材17の周囲に支持体12が配設されているとして断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(110.6×110.6)−断面積A(68.6×68.6)〕×100/断面積B(110.6×110.6)=61.5(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、61.5%となる。
【0078】
(実施例8)
保持材17の厚さを、14mmとしたほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。 このサンプルに関し、実施例7と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(96.6×96.6)−断面積A(68.6×68.6)×100/断面積B(96.6×96.6)=49.6(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、49.6%となる。
【0079】
(実施例9)
保持材17の厚さを、7mmとしたほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。このサンプルに関し、実施例7と同様に断熱領域面積割合を計算すると、以下のようになる。
〔断面積B(82.6×82.6)−断面積A(68.6×68.6)×100/断面積B(82.6×82.6)=31.0(%)
すなわち、断熱領域面積割合は、31.0%となる。
【0080】
(比較例1)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例1と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0081】
(比較例2)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例4と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0082】
(比較例3)
保持材17を、熱吸収体11の周囲に巻き付けなかったほかは、実施例7と同様に温度測定用のサンプルを作成した。本比較例の断熱領域面積割合は、0%である。
【0083】
(サンプルの評価)
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、実施例1〜9及び比較例1〜3の温度測定用サンプル(以下、単にサンプルともいう)のサンプル表面より100mmの距離から写真用ランプを30分間照射した。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7は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの温度変化を示すグラフであり、図9は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの温度変化を示すグラフであり、図11は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの温度変化を示すグラフである。図7、9及び11の各グラフにおいて、縦軸は温度(℃)、横軸は、経過時間(秒)を示している。また、図8は、本発明の実施例1〜3及び比較例1におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示すグラフであり、図10は、本発明の実施例4〜6及び比較例2におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示したグラフであり、図12は、本発明の実施例7〜9及び比較例3におけるサンプルの断熱領域面積割合と到達最高温度との関係を示したグラフである。図8、10及び12の各グラフにおいて、縦軸は到達最高温度(℃)、横軸は、断熱領域面積割合(%)を示している。さらに、各実施例及び各比較例の温度測定結果を表1に示した。表1では、各実施例、比較例に係るサンプルの最高温度、ランプの照射が終了して30分後の温度を示している。
【0084】
【表1】
【0085】
図7〜図12及び表1に示した結果より明らかなように、実施例1〜9に係るサンプルでは、周囲に保持材17が巻かれているので、比較例1〜3のような周囲に保持材17が形成されていないサンプルに比べて、熱が逃散しにくく、温度が上昇し易いことが分かる。また、断熱領域面積割合が増加し、保持材17の厚さが厚くなるに従って、断熱性は向上するが、断熱領域面積割合が50%を超えると、ほぼ断熱性能は一定となり、余り変わらないことが分かる。熱吸収体11の面積はできるだけ広い方が好ましいので、厚さと断熱効率との関係を考えると、断熱領域面積割合は、50%以下が好ましいと考えられる。
【0086】
(第二実施形態)
以下、本発明の集熱レシーバーの一実施形態である第二実施形態について図面を参照しながら説明する。
図3(a)は、本発明の第二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3(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのB−B線断面図である。
【0087】
図3(a)、(b)に示すように、本発明の第二実施形態に係る集熱レシーバー40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が接着材ペーストとして機能するシリコン45から形成された接着材層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、無機繊維からなる保持材17が介装され、この保持材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。
【0088】
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と多孔質炭化ケイ素中の開気孔を充填するシリコン45とからなる。
【0089】
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー40において、ハニカムユニット13の気孔率は35〜60%が望ましい。ハニカムユニット13の気孔率が35%未満であると、ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の気孔の一部が閉気孔となり、シリコン15をハニカムユニット13の気孔全体に充填するのが困難となる。一方、上記ハニカムユニット13の気孔率が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。
【0090】
多孔質炭化ケイ素の平均気孔径は、5〜30μmが望ましい。多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が5μm未満であると、多孔質炭化ケイ素の気孔が閉気孔になり易く、シリコンを充填するのが難しくなる。一方、多孔質炭化ケイ素の平均気孔径が30μmを超えると、ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の機械的強度が低下する。
【0091】
ハニカムユニット13を構成する多孔質炭化ケイ素の開気孔に充填されるシリコンは、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にシリコンを含浸することにより、多孔質炭化ケイ素中の開放気孔がシリコンで埋まり、緻密体となる。
【0092】
本発明の第二実施形態に係るハニカムユニット13の1cm2当たりの流路13bの数は、第一実施形態と同様に、31.0〜93.0個/cm2であることが望ましい。
また、流路間の壁部の厚さも、第一実施形態の場合と同様に、0.1〜0.5mmが好ましい。
【0093】
本発明の実施形態に係るハニカムユニット13では、多孔質炭化ケイ素を、シリコン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という特徴がある。
【0094】
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を構成する多孔質炭化ケイ素の内部に充填されているシリコンと同じ材料であるシリコン45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とすることができる。
【0095】
支持体12は、第一実施形態の場合と同様に構成されている。
本発明の実施形態に係る集熱レシーバー40では、熱吸収体11と支持体12との間に保持材17が介装されているが、保持材17も第一実施形態の場合と同様に構成されている。
【0096】
以下、本発明の第二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。この多孔質炭化ケイ素は、第一実施形態の場合と同様にして製造することができる。
【0097】
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、又は、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、又は、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。
【0098】
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、ハニカムユニットの焼成体への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。
【0099】
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ハニカムユニットの焼成体の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。載置するハニカムユニットの向きを変え、この作業を繰り返し行う、及び/又は、載置するシリコンの重量を変化させることにより、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。
【0100】
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、上記したハニカムユニットの焼成体への金属含浸工程は、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。
【0101】
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の焼成体を得ることができる。なお、シリコンが充填されたハニカムユニットの焼成体のことをハニカムユニットと呼ぶことにする。ハニカムユニットは、そのまま、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ペーストで接着して熱吸収体とする際には、以下の方法をとることができる。
すなわち、シリコンを接着材ペーストとして使用し、複数のハニカムユニットをシリコンの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)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、加熱する方法をとることができる。
【0102】
シリコン微粉末を含浸させていないハニカムユニットの焼成体を用いる場合、これらを複数個組み合わせた後、真空下、ハニカムユニットの焼成体の上面、下面等(端面を除く側面)にシリコンを載置し、加熱する方法をとることができる。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ユニットの焼成体を接触させた状態で加熱することにより接着してもよい。この作業を繰り返し行い、複数のハニカムユニットを接合することができる。
【0103】
上記したいずれの方法をとった場合にも、ハニカムユニット(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側面の間にもシリコンが広がっていって接着材層を形成し、ハニカムユニットの焼成体同士をシリコンを介して接着することができる。支持体も、第一実施形態の場合と同様にして製造することができる。
【0104】
集熱レシーバー40を組み立てる際には、上記方法により製造した熱吸収体11の周囲に保持材17を巻き付け、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40を組み立てることができる。
【0105】
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。
本実施形態においては、第一実施形態の(2)、(4)の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
(5)本実施形態の集熱レシーバーは、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ハニカムユニットが構成されているため、ハニカムユニットは緻密体となる。また、ハニカムユニットは緻密体のため、ハニカムユニットの熱容量が大きくなり、熱吸収体の蓄熱性が高くなる。また、ハニカムユニットの熱伝導率が高くなるので、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。
【0106】
(第三実施形態)
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三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、熱吸収体は、支持体に設けられた固定部材により支持され、固定部材を除いた熱吸収体と支持体との間には、空気層が存在しているほかは、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。従って、以下においては、支持体に設けられた固定部材を用いた熱吸収体の固定方法について説明する。
【0107】
図4(a)は、本発明の第三実施形態に係る集熱レシーバーを模式的に示した断面図であり、図4(b)は、図3(a)に示した集熱レシーバーのC−C線断面図である。
図4(a)、(b)に示すように、本発明の第三実施形態に係る集熱レシーバー50では、支持体12に収容された熱吸収体11が固定部材であるボルト18により支持、固定されている。
【0108】
すなわち、支持体12には、略柱状の固定部材であるボルト18を嵌め込むための複数のネジ孔12cが形成されている。そして、これらのネジ孔12cに複数のボルト18が嵌め込まれ、これら複数のボルト18により、熱吸収体11が固定されている。
【0109】
図示はしていないが、ボルト18と熱吸収体11との間には、所定の厚さの弾性を有する固定補助部材が介装されていてもよい。上記固定補助部材は、例えば、無機繊維及び無機バインダ等を用いて作製することができる。このような弾性を有する固定補助部材を用いることにより、熱吸収体11は、支持体12にしっかりと支持、固定することができる。
【0110】
本実施形態では、ボルト18が固定部材として使用されているが、固定部材は、ボルトに限らず、ネジが切られ、ねじ込めるものであればよい。また、その材質は、耐熱性の金属材料又はセラミックが好ましい。耐熱性金属材料としては、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。
【0111】
上記実施形態では、熱吸収体11が複数のボルト18により固定されており、ボルト18で固定されている部分以外は、空気の層が存在し、熱媒体14を吸引する際には、熱吸収体11と支持体12との間の空気層の部分も吸引され、所定流量の熱媒体14の流れが発生する。従って、流れている熱媒体14の層が断熱層(保温層)として機能し、上記熱吸収体11から支持体12への熱の逃散を効果的に防止することができる。
【0112】
ただし、熱吸収体11と支持体12との間隔が広すぎると、熱媒体11は、熱吸収体11と支持体12との間の空間を通り易くなるため、ハニカムユニット13に形成された流路13bを通りにくくなり、熱媒体11への熱の伝達効率が低下することとなる。そのため、熱吸収体11と支持体との間隔を断熱効果を生じる所定間隔とすることが望ましい。
従って、断熱領域面積割合が5〜50%が好ましい。
【0113】
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。
本実施形態においては、第一実施形態の(1)、(3)及び(4)の作用効果を奏するほか、下記の効果を奏する。
【0114】
(6)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空気の層が存在し、熱媒体を吸引する際には、熱吸収体と支持体との間の空気層の部分も吸引され、所定流量の熱媒体の流れが発生する。従って、流れている熱媒体の層が保温層(断熱層)として機能し、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。
【0115】
(第四実施形態)
以下、本発明の太陽熱発電装置の一実施形態である第四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。
【0116】
図5(a)は、本発明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5(b)は、図5(a)に示すレシーバーアレイのC−C線断面図である。
図6は、本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。
【0117】
図5(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。本明細書において、複数の集熱レシーバーが整列した集熱レシーバーの集合体をレシーバーアレイともいうこととする。
【0118】
すなわち、集熱レシーバー10を構成する支持体12のガス出口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に形成された空間に集まる。この後、熱媒体14は、管22bを通って後述する蒸気発生器33に導かれる。
【0119】
実際には、管22b又は管22bに結合された容器等は、排気ポンプ等のガス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に蓄積された熱を空気等の熱媒体に伝達するように構成されているのである。
【0120】
図5(a)、(b)では、集熱レシーバー10の周囲にある空気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。その後、熱媒体14は、拡大部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。
【0121】
この場合には、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。
【0122】
図6に示すように、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の光をヘリオスタット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。
【0123】
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。この熱交換により加熱された水が水蒸気を発生させる。
【0124】
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。
【0125】
蓄熱器34は、熱媒体14が得た熱を一時的に蓄熱する部分であり、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。
【0126】
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を流し、温度が上昇した蓄熱材の砂により熱媒体を加熱する。蓄熱用配管が蒸気発生用配管を兼ねるものであってもよい。
【0127】
加熱された熱媒体は、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。
【0128】
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において、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が冷却器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。
【0129】
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。
【0130】
以下、本発明の第四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。
【0131】
(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、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。
【0132】
(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。
【0133】
(本発明のその他の実施形態)
以下、本発明の集熱レシーバーのその他の実施形態について説明する。
【0134】
本発明の第一実施形態では、ハニカムユニット13(熱吸収体11)は、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素から構成されており、第二実施形態では、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素と多孔質炭化ケイ素中の開気孔を充填するシリコン15とから構成されている。しかし、本発明の集熱レシーバーは、上記構成に限定されるものではなく、例えば、ハニカムユニット13は、気孔率の小さな緻密質炭化ケイ素から構成されていてもよい。
【0135】
ハニカムユニット13が緻密質炭化ケイ素から構成されている場合、ハニカムユニット13の熱容量が大きくなるため、蓄熱性能に優れている。また、上記したように、また、炭化ケイ素は、空気中、1600℃でも安定であり、極めて耐熱性に優れているため、長期間の使用においても、その性能が変わらない。また、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、効率よく、ハニカムユニット13に蓄積された熱を熱媒体に伝えることができる。
【0136】
ハニカムユニット13が、緻密質炭化ケイ素から構成されている場合、その気孔率は、5%以下が好ましい。
【0137】
緻密質炭化ケイ素から構成されたハニカムユニット13(熱吸収体11)では、ハニカムユニット13の流路に関し、第一実施形態の場合と同様に、流路に対して垂直な断面を形成した際、1cm2当たりの流路数は、31.0〜93.0個/cm2であることが望ましい。
【0138】
ハニカムユニット13の壁部の厚さに関しても、第一実施形態の場合と同様に、流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmが好ましい。
【0139】
緻密質炭化ケイ素からなる複数のハニカムユニットを用いて熱吸収体11を作製する場合には、第一実施形態で記載した少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含む接着材ペーストを用いてハニカムユニットを接着するか、第二実施形態で記載したシリコンを用いてハニカムユニットを接着し、熱吸収体とすることができる。
【0140】
また、本願発明の他の実施形態に係る集熱レシーバーでは、熱吸収体と支持体との間には無機質断熱部材が介装されていてもよい。
【0141】
上記無機質断熱部材としては、第二実施形態において、複数のハニカムユニットを接着、結束する接着材として使用された接着材ペーストを用いることにより得られる物が挙げられる。すなわち、この場合には、複数のハニカムユニットが接合されて形成された熱吸収体の周囲に接着材ペーストを塗布し、この塗布層を介して熱吸収体を支持体に接着させる。
【0142】
上記接着材ペーストは、少なくとも無機粒子、無機繊維及び無機バインダのうちの1種類を含むものであり、また、上記接着材ペースト中に有機バインダを含んでいてもよい。上記接着材ペーストについては、第二実施形態で詳しく説明したので、ここでは、詳しい説明を省略する。
本実施形態においては、複数のハニカムユニットからなる集熱レシーバーについて説明を行ったが、本発明の集熱レシーバーは、1つのハニカムユニットから構成されていてもよい。
【0143】
太陽熱発電装置30に使用した際には、熱吸収体11が1000℃近い温度になるので、この接着材層中の水分等は揮発し、無機粒子と無機繊維とを、無機バインダの固形成分で結合させた無機質断熱部材となる。なお、接着材層が有機バインダを含む場合には、当然、有機バインダは、分解、消失することとなる。
【符号の説明】
【0144】
10、40、50 集熱レシーバー
11 熱吸収体
12 支持体
12a 拡大部
12b 熱媒体の出口
13 ハニカムユニット
13b 流路
14 熱媒体
15 シール材層
17 保持材
18 ボルト
20 レシーバーアレイ
22 枠体
22a 底部
22b 管
22c 空間
30 太陽熱発電装置
32 中央タワー
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
45 シリコン
【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、
前記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、
前記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されていることを特徴とする集熱レシーバー。
【請求項2】
前記熱吸収体と前記支持体との間には無機繊維を含む保持材が介装されている請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項3】
前記熱吸収体は、前記支持体に設けられた固定部材により支持され、前記固定部材を除いた前記熱吸収体と前記支持体との間には、空気層が存在している請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項4】
前記熱吸収体と前記支持体との間には無機質断熱部材が介装されている請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項5】
前記保持材は、アルミナ−シリカ繊維、アルミナ繊維又はシリカ繊維からなる請求項2に記載の集熱レシーバー。
【請求項6】
前記保持材は、アルミナとシリカとの組成比(アルミナ/シリカ)が60/40〜80/20のアルミナ−シリカ繊維からなる請求項5に記載の集熱レシーバー。
【請求項7】
前記熱吸収体の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、前記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体の開口面積をBとした際、
下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%である請求項1〜6のいずれかに記載の集熱レシーバー。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
【請求項8】
前記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素からなる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項9】
前記熱吸収体は、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いる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項10】
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8又は9に記載の集熱レシーバー。
【請求項11】
前記熱吸収体は、緻密質炭化ケイ素からなる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項12】
前記熱吸収体には、31.0〜93.0個/cm2の流路が形成され、流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmで請求項1〜11のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項13】
請求項1〜12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、
前記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、
前記支持体の内表面から所定の距離離れて支持されていることを特徴とする集熱レシーバー。
【請求項2】
前記熱吸収体と前記支持体との間には無機繊維を含む保持材が介装されている請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項3】
前記熱吸収体は、前記支持体に設けられた固定部材により支持され、前記固定部材を除いた前記熱吸収体と前記支持体との間には、空気層が存在している請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項4】
前記熱吸収体と前記支持体との間には無機質断熱部材が介装されている請求項1に記載の集熱レシーバー。
【請求項5】
前記保持材は、アルミナ−シリカ繊維、アルミナ繊維又はシリカ繊維からなる請求項2に記載の集熱レシーバー。
【請求項6】
前記保持材は、アルミナとシリカとの組成比(アルミナ/シリカ)が60/40〜80/20のアルミナ−シリカ繊維からなる請求項5に記載の集熱レシーバー。
【請求項7】
前記熱吸収体の太陽光が照射される面に平行な面の断面積をA、前記した太陽光が照射される面に平行な面を含む支持体の開口面積をBとした際、
下記の(1)式で表される断熱領域面積割合が5〜50%である請求項1〜6のいずれかに記載の集熱レシーバー。
断熱領域面積割合(%)=(B−A)×100/B・・・(1)
【請求項8】
前記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素からなる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項9】
前記熱吸収体は、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いる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項10】
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8又は9に記載の集熱レシーバー。
【請求項11】
前記熱吸収体は、緻密質炭化ケイ素からなる請求項1〜7のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項12】
前記熱吸収体には、31.0〜93.0個/cm2の流路が形成され、流路間の壁部の厚さは、0.1〜0.5mmで請求項1〜11のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項13】
請求項1〜12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6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−93003(P2012−93003A)
【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2010−239008(P2010−239008)
【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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