(57)【要約】【課題】流体が効率よく加熱されるようにするとともに、加熱された流体が容易に得られるようにする。【解決手段】流体加熱部材においては、流体が接触しうる表面を基材が有する。また、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化ランタン、炭化ジルコニウムおよびホウ化チタンからなる群から選択される少なくとも１種類の化合物からなるナノ粒子が基材の表面に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が接触しうる表面を有する基材と、
前記表面に固定され、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化ランタン、炭化ジルコニウムおよびホウ化チタンからなる群から選択される少なくとも１種類の化合物からなるナノ粒子と、
を備える流体加熱部材。
【請求項２】
前記基材は、透光性を有する緻密体からなり、
前記ナノ粒子は、前記表面に分散して固定される
請求項１の流体加熱部材。
【請求項３】
前記基材は、透光性を有し細孔内表面を有する多孔質体からなり、
前記表面は、前記細孔内表面を含み、
前記ナノ粒子は、前記細孔内表面に分散して固定される
請求項１の流体加熱部材。
【請求項４】
前記基材は、外表面を有する多孔質体からなり、
前記表面は、前記外表面を含み、
前記ナノ粒子は、前記外表面に分散して固定される
請求項１の流体加熱部材。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかの流体加熱部材と、
前記流体が前記流体加熱部材により加熱された後に前記流体を前記流体加熱部材から回収する回収機構と、
を備える加熱された流体を製造する装置。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれかの流体加熱部材と、
前記流体が前記流体加熱部材により加熱されることにより生成される気体を前記流体加熱部材から回収する回収機構と、
を備える気体を製造する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体加熱部材、加熱された流体を製造する装置および気体を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化チタン（ＴｉＮ）ナノ粒子は、太陽光のスペクトルに近い吸収スペクトルを有する。このため、窒化チタンナノ粒子に太陽光を吸収させ、吸収させた太陽光を熱に変換し、得られた熱により流体を加熱することが検討されている。例えば、特許文献１には、窒化チタンナノ粒子を水に分散させることにより得られる窒化チタンナノ粒子分散水に太陽光を照射し、窒化チタンナノ粒子に太陽光を吸収させ、太陽光を熱に変換し、得られた熱により窒化チタンナノ粒子分散水を加熱し、水蒸気を発生させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１２５６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術が加熱された流体を得るために利用される場合は、太陽光を効率よく吸収する窒化チタンナノ粒子から流体に熱が伝わり流体が効率よく加熱される。しかし、窒化チタンナノ粒子から流体を分離する処理、窒化チタンナノ粒子により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理等が必要であり、加熱された流体を容易に得ることができない。
【０００５】
また、特許文献１に記載された技術が流体を加熱することにより生成する気体を得るために利用される場合も、太陽光を効率よく吸収する窒化チタンナノ粒子から流体に熱が伝わり流体が効率よく加熱される。しかし、窒化チタンナノ粒子から流体を分離する処理、窒化チタンナノ粒子の流出を防ぐ処理等が必要であり、加熱された流体を容易に得ることができない。例えば、特許文献１に記載された技術が海水から淡水を得るために利用される場合は、バッチ処理においては、海水から水を気化させるにつれて海水が濃縮されるので、窒化チタンナノ粒子から海水を分離する処理が必要であり、連続処理においては、窒化チタンナノ粒子の流出を防ぐ処理が必要である。
【０００６】
これらの問題は、窒化チタンナノ粒子以外のナノ粒子から流体に熱を伝える場合も生じる。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされる。本発明が解決しようとする課題は、流体が効率よく加熱されるようにするとともに、加熱された流体が容易に得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
流体加熱部材においては、流体が接触しうる表面を基材が有する。また、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化ランタン、炭化ジルコニウムおよびホウ化チタンからなる群から選択される少なくとも１種類の化合物からなるナノ粒子が基材の表面に固定される。
【発明の効果】
【０００９】
ナノ粒子は、太陽光に近いスペクトルを有するため、太陽光を効率よく吸収し、太陽光を効率よく熱に変換する。また、ナノ粒子は、基材の表面に固定されるため、基材に埋設される場合と比較して、太陽光を効率よく吸収し、太陽光を効率よく熱に変換する。さらに、ナノ粒子は、基材の表面に固定されるため、流体に直接的に接触し、変換により生成された熱を流体に直接的に伝え、基材に埋設される場合と比較して、変換により生成された熱を流体に効率よく伝える。このため、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子から流体に熱が効率よく伝わり、流体が効率よく加熱される。また、ナノ粒子から流体を分離する処理、ナノ粒子により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【００１０】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図２】第１実施形態の流体加熱部材を図示する断面図である。
【図３】第１実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートである。
【図４】第２実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図５】第２実施形態の流体加熱部材を図示する分解斜視図である。
【図６】第２実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートである。
【図７】第３実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図８】第３実施形態、第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態および第９実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートである。
【図９】第４実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図１０】第５実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図１１】第６実施形態および第８実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図１２】第６実施形態および第７実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図である。
【図１３】第６実施形態の基材の作製において使用されるウレタンフォームを図示する斜視図である。
【図１４】第７実施形態および第９実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【図１５】第８実施形態および第９実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図である。
【図１６】第１０実施形態の温水製造装置を図示する模式図である。
【図１７】第１１実施形態の溶融塩製造装置を図示する模式図である。
【図１８】第１２実施形態の水蒸気製造装置を図示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１  第１実施形態
１．１  流体加熱部材の構成
第１実施形態は、流体加熱部材に関する。
【００１３】
図１の模式図は、第１実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。図２の模式図は、第１実施形態の流体加熱部材を図示する断面図である。
【００１４】
図１および図２の各々に図示される流体加熱部材１００は、基材１１０、多数のナノ粒子１１１およびスペーサー１１２を備える。基材１１０は、複数のセラミック基板１２０を備える。
【００１５】
複数のセラミック基板１２０は、複数のセラミック基板１２０の各々である各セラミック基板１２０の厚さ方向に配列される。複数のセラミック基板１２０に含まれる隣接する２枚のセラミック基板１２０は、流体が侵入しうる間隙１３０を挟んで互いに対向する。スペーサー１１２は、複数のセラミック基板１２０が上記の配置を有する状態が維持されるように複数のセラミック基板１２０を支持する。各セラミック基板１２０は、緻密体からなる。これらにより、平行平板状の構造体である基材１１０が得られ、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２が、流体が接触しうる表面になる。
【００１６】
各セラミック基板１２０は、透光性を有する。各セラミック基板１２０を構成するセラミック材料は、望ましくはアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアまたはシリカであり、さらに望ましくは高い熱伝導率を有するアルミナまたは窒化アルミニウムである。各セラミック基板１２０を構成するセラミック材料がアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアおよびシリカから選択される２種類以上のセラミック材料の固溶体または複合体であってもよい。各セラミック基板１２０が例示されるセラミック材料以外のセラミック材料以外により構成されてもよい。セラミック材料により構成されるセラミック基板がセラミック材料以外の材料により構成される基板に置き換えられてもよい。例えば、セラミック材料により構成されるセラミック基板がガラスにより構成されるガラス基板、石英により構成される石英基板等に置き換えられてもよい。
【００１７】
ナノ粒子１１１は、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に分散して固定される。ナノ粒子１１１は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化ランタン、炭化ジルコニウムおよびホウ化チタンからなる群から選択される少なくとも１種類の化合物からなり、望ましくは窒化チタンからなる。ナノ粒子１１１は、プラズモン吸収効果を有するように調製される。
【００１８】
１．２  流体の加熱
流体加熱部材１００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材１００が流体中に置かれ、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に流体が接触させられる。また、流体加熱部材１００に太陽光が照射される。各セラミック基板１２０は透光性を有するため、照射された太陽光は一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２の全部に到達し一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に固定されたナノ粒子１１１に到達する。ナノ粒子１１１に到達した太陽光は、ナノ粒子１１１に吸収され、熱に変換される。発生した熱は、ナノ粒子１１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【００１９】
第１実施形態の流体加熱部材１００によれば、ナノ粒子１１１が、太陽光に近いスペクトルを有するため、太陽光を効率よく吸収し、太陽光を効率よく熱に変換する。また、ナノ粒子１１１が、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に固定されるため、各セラミック基板１２０に埋設される場合と比較して、太陽光を効率よく吸収し、太陽光を効率よく熱に変換する。さらに、ナノ粒子１１１が、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に固定されるため、流体に直接的に接触し、変換により生成された熱を流体に直接的に伝え、各セラミック基板１２０に埋設される場合と比較して、変換により生成された熱を流体に効率よく伝える。このため、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子１１１から流体に熱が効率よく伝わり、流体が効率よく加熱される。
【００２０】
また、第１実施形態の流体加熱部材１００によれば、ナノ粒子１１１が各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に固定され流出しない。このため、ナノ粒子１１１から流体を分離する処理、ナノ粒子１１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子１１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【００２１】
さらに、第１実施形態の流体加熱部材１００によれば、各セラミック基板１２０が透光性を有する。このため、第１実施形態の流体加熱部材１００によれば、流体加熱部材１００の中心部においても太陽光が吸収され、太陽光を熱に変換する効率が高くなる。
【００２２】
加えて、第１実施形態の流体加熱部材１００において各セラミック基板１２０が高い熱伝導率を有する場合は、流体の全体に熱が均一に伝わり、加熱された流体を製造することが容易になる。
【００２３】
１．３  流体加熱部材の製造
図３は、第１実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートである。
【００２４】
流体加熱部材１００の製造においては、図３に図示される工程Ｓ１０１において、複数のセラミック基板１２０が作製される。
【００２５】
続いて、工程Ｓ１０２において、各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２にナノ粒子１１１が分散して固定される。ナノ粒子１１１の固定が工程Ｓ１０３の後に行われてもよい。
【００２６】
続いて、工程Ｓ１０３において、複数のセラミック基板１２０が上記の配置を有するようにスペーサー１１２で固定される。これにより、図１および図２の各々に図示される流体加熱部材１００が製造される。
【００２７】
１．４  ゲルキャスト法による各セラミック基板の作製
ゲルキャスト法による各セラミック基板１２０の作製においては、成形用スラリーが調製される。成形用スラリーは、分散媒にセラミック粉末を添加して分散させることにより得られるスラリーにゲル化剤をさらに添加することにより調製される。または、成形用スラリーは、分散媒にセラミック粉末およびゲル化剤を同時に添加して分散させることにより調製される。成形用スラリーが分散媒、セラミック粉末およびゲル化剤以外の成分を含んでもよい。例えば、成形用スラリーが分散剤、消泡剤等を含んでもよい。
【００２８】
分散媒は、有機溶剤である。有機溶剤は、多価アルコール、多塩基酸、エステル類等である。多価アルコールは、ジオール類、トリオール類等である。ジオール類は、エチレングリコール等である。トリオール類は、グリセリン等である。多塩基酸は、ジカルボン酸等である。エステル類は、多塩基酸エステル、多価アルコールのエステル等である。多塩基酸エステルは、グルタル酸ジメチル、マロン酸ジメチル等である。多価アルコールのエステルは、トリアセチン等である。
【００２９】
セラミック粉末は、各セラミック基板１２０を構成するセラミック材料の粉末である。
【００３０】
ゲル化剤は、反応性官能基を有し架橋剤の存在下で３次元架橋構造を形成する有機化合物であり、プレポリマー等である。プレポリマーは、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等である。
【００３１】
調製された成形用スラリーは、型に形成された板状の型内空間に注型される。注型された成形用スラリーにおいては、ゲル化剤が重合し、３次元架橋構造が形成される。これにより、注型された成形用スラリーが硬化し、板状のセラミック成形体が得られる。
【００３２】
得られた板状のセラミックス成形体は、適切な雰囲気下において適切な温度で焼成される。これにより、各セラミック基板１２０が得られる。
【００３３】
１．５  ドクターブレード法による各セラミック基板の作製
ドクターブレード法による各セラミック基板１２０の作製においては、成形用スラリーがキャリアフィルム上に塗布される。これにより、塗布膜が得られる。
【００３４】
得られた塗布膜は、硬化させられる。これにより、テープ状のセラミック成形体が得られる。
【００３５】
得られたテープ状のセラミック成形体は、加工される。これにより、板状のセラミック成形体が得られる。
【００３６】
得られた板状のセラミックス成形体は、適切な雰囲気下において適切な温度で焼成される。これにより、各セラミック基板１２０が得られる。
【００３７】
１．６  ナノ粒子の固定
ナノ粒子１１１の固定においては、分散スラリーが調製される。分散スラリーは、分散媒にナノ粒子１１１および無機系バインダーを添加して分散させることにより調製される。
【００３８】
分散媒は、水、エタノール等の液体である。
【００３９】
作製された各セラミック基板１２０が、調製された分散スラリーに浸漬される。これにより、ディップコーティングが行われ、調製されたスラリーが各セラミック基板１２０の一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に接触し、ナノ粒子１１１が一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に付着する。
【００４０】
一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２にナノ粒子１１１が付着した各セラミック基板１２０は、乾燥熱処理される。これにより、ナノ粒子１１１が無機系バインダーにより一方の主面１４０、他方の主面１４１および端面１４２に結合させられ、図１および図２の各々に図示されるナノ粒子１１１が結合させられた各セラミック基板１２０が作製される。
【００４１】
２  第２実施形態
２．１  流体加熱部材の構成
第２実施形態は、流体加熱部材に関する。
【００４２】
第１実施形態の流体加熱部材と第２実施形態の流体加熱部材との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が平行平板状の構造体であるのに対して、第２実施形態においては、基材が格子状の構造体である点にある。
【００４３】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第２実施形態において採用されてもよい。
【００４４】
図４の模式図は、第２実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。図５の模式図は、第２実施形態の流体加熱部材を図示する分解斜視図である。
【００４５】
図４および図５の各々に図示される流体加熱部材２００は、基材２１０および多数のナノ粒子２１１を備える。
【００４６】
基材２１０は、複数のセラミック基板２２０および複数のセラミック基板２２１を備える。複数のセラミック基板２２０は、複数のセラミック基板２２０の各々である各セラミック基板２２０の厚さ方向に配列される。複数のセラミック基板２２０に含まれる隣接する２枚のセラミック基板２２０は、流体が侵入しうる間隙２３０を挟んで互いに対向する。複数のセラミック基板２２１は、複数のセラミック基板２２１の各々である各セラミック基板２２１の厚さ方向に配列される。複数のセラミック基板２２１に含まれる隣接する２枚のセラミック基板２２１は、流体が侵入しうる間隙２３１を挟んで互いに対向する。各セラミック基板２２０は、各セラミック基板２２１と垂直をなす。各セラミック基板２２０は、図５に図示されるように、板状くし型であり、板状部２４０およびくし状部２４１を備える。くし状部２４１には、複数のスリット２５０が形成される。各セラミック基板２２１は、図５に図示されるように、板状くし型であり、板状部２４２およびくし状部２４３を備える。くし状部２４３には、複数のスリット２５１が形成される。複数のスリット２５０には、複数のセラミック基板２２１の板状部２４２がそれぞれ挿入される。複数のスリット２５１には、複数のセラミック基板２２０の板状部２４０がそれぞれ挿入される。複数のセラミック基板２２０は、複数のセラミック基板２２１が上記の配置を有する状態が維持されるように複数のセラミック基板２２１を支持する。複数のセラミック基板２２１は、複数のセラミック基板２２０が上記の配置を有する状態が維持されるように複数のセラミック基板２２０を支持する。これらにより、図４に図示されるように複数の孔２６０および複数の溝２６１が形成された格子状の構造体である基材２１０が得られ、複数の孔２６０の各々である各孔２６０の内壁２７０、複数の溝２６１の各々である各溝２６１の内壁２７１、各セラミック基板２２０の端面２８０および各セラミック基板２２１の端面２８１が、流体が接触しうる表面になる。
【００４７】
各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１は、透光性を有する。各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１を構成するセラミック材料は、第１実施形態の各セラミック基板１２０を構成するセラミック材料と同様のものである。
【００４８】
ナノ粒子２１１は、各孔２６０の内壁２７０、各溝２６１の内壁２７１、各セラミック基板２２０の端面２８０および各セラミック基板２２１の端面２８１に分散して固定される。ナノ粒子２１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【００４９】
２．２  流体の加熱
流体加熱部材２００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材２００が流体中に置かれ、各孔２６０の内壁２７０、各溝２６１の内壁２７１、各セラミック基板２２０の端面２８０および各セラミック基板２２１の端面２８１に流体が接触させられる。また、流体加熱部材２００に太陽光が照射される。基材２１０は透光性を有するため、照射された太陽光は内壁２７０、内壁２７１、端面２８０および端面２８１の全部に到達し内壁２７０、内壁２７１、端面２８０および端面２８１に固定されたナノ粒子２１１に到達する。ナノ粒子２１１に到達した太陽光は、ナノ粒子２１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子２１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【００５０】
第２実施形態の流体加熱部材２００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子２１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【００５１】
また、第２実施形態の流体加熱部材２００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子２１１から流体を分離する処理、ナノ粒子２１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子２１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【００５２】
さらに、第２実施形態の流体加熱部材２００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、流体加熱部材２００の中心部においても太陽光が吸収され、太陽光を熱に変換する効率が高くなる。
【００５３】
加えて、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、第２実施形態の流体加熱部材２００において各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１が高い熱伝導率を有する場合は、流体の全体に熱が均一に伝わり、加熱された流体を製造することが容易になる。
【００５４】
２．３  流体加熱部材の製造
図６は、第２実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートでもある。
【００５５】
流体加熱部材２００の作製においては、図６に図示される工程Ｓ２０１において、複数のセラミック基板２２０および複数のセラミック基板２２１が作製される。
【００５６】
続いて、工程Ｓ２０２において、各孔２６０の内壁２７０、各溝２６１の内壁２７１、各セラミック基板２２０の端面２８０および各セラミック基板２２１の端面２８１にナノ粒子２１１が分散して固定される。ナノ粒子２１１の固定が工程Ｓ２０３の後に行われてもよい。
【００５７】
続いて、工程Ｓ２０３において、複数のセラミック基板２２０および複数のセラミック基板２２１が上記の配置を有するように複数のセラミック基板２２０および複数のセラミック基板２２１が互いに組み合わされる。これにより、図４および図５の各々に図示される流体加熱部材２００が製造される。
【００５８】
２．４  ゲルキャスト法による各セラミック基板の作製
ゲルキャスト法による各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板の作製においては、成形用スラリーが調製される。調製される成形用スラリーは、第１実施形態のゲルキャスト法による各セラミック基板１２０の作製において調製される成形用スラリーと同様のものである。
【００５９】
調製された成形用スラリーは、型に形成された板状くし型の型内空間に注型される。注型された成形用スラリーにおいては、ゲル化剤が重合し、３次元架橋構造が形成される。これにより、注型された成形用スラリーが硬化し、板状くし型のセラミック成形体が得られる。
【００６０】
得られた板状くし型のセラミック成形体は、適切な雰囲気下において適切な温度で焼成される。これにより、各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板が得られる。各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板が板状のセラミック基板を加工することにより作製されてもよい。
【００６１】
２．５  ドクターブレード法による各セラミック基板の作製
ドクターブレード法による各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板の作製においては、成形用スラリーがキャリアフィルム上に塗布される。これにより、塗布膜が得られる。
【００６２】
得られた塗布膜は、硬化させられる。これにより、テープ状のセラミック成形体が得られる。
【００６３】
得られたテープ状のセラミック成形体は、加工される。これにより、板状くし型のセラミック成形体が得られる。
【００６４】
得られた板状くし型のセラミック成形体は、適切な雰囲気下において適切な温度で焼成される。これにより、各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板が得られる。各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１の各々として使用されるセラミック基板が板状のセラミック基板を加工することにより作製されてもよい。
【００６５】
２．６  ナノ粒子の固定
ナノ粒子２１１の固定においては、分散スラリーが調製される。調製される分散スラリーは、第１実施形態のナノ粒子１１１の固定において調製される分散スラリーと同様のものである。
【００６６】
作製された各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１が、調製された分散スラリーに浸漬される。これにより、ディップコーティングが行われ、調製されたスラリーが各セラミック基板２２０の両主面および端面ならびに各セラミック基板２２１の両主面および端面に接触し、ナノ粒子２１１が各セラミック基板２２０の両主面および端面ならびに各セラミック基板２２１の両主面および端面に付着する。
【００６７】
両主面および端面にナノ粒子２１１が付着した各セラミック基板２２０ならびに両主面および端面にナノ粒子２１１が付着した各セラミック基板２２１は、乾燥熱処理される。これにより、ナノ粒子２１１が無機系バインダーにより各セラミック基板２２０の両主面および端面ならびに各セラミック基板２２１の両主面および端面に結合させられ、図４および図５の各々に図示されるナノ粒子２１１が結合させられた各セラミック基板２２０および各セラミック基板２２１が作製される。
【００６８】
２．７  押し出し成形による基材の作製
複数のセラミック基板２２０および複数のセラミック基板２２１の組み合わせ物である基材２１０が、基材２１０の形状と同様の形状を有する一体物である基材に置き換えられてもよい。
【００６９】
一体物である基材の作製においては、杯土が調製される。杯土は、骨材に分散媒および有機バインダーを添加して混練することにより調製される。杯土が骨材、分散媒および有機バインダー以外の成分を含んでもよい。例えば、杯土が界面活性剤、可塑剤等を含んでもよい。
【００７０】
骨材は、一体物である基材を構成するセラミック材料の粉末である。
【００７１】
調製された杯土は、一体物である基材の断面形状に応じた断面形状を有する孔が形成された口金を経由して押し出し成形される。これにより、一体物である基材の断面形状に応じた断面形状を有する形状物が得られる。
【００７２】
得られた形状物は、乾燥させられる。
【００７３】
乾燥させられた形状物は、所定の長さを有するように切断される。これにより、成形体が得られる。
【００７４】
得られた成形体は、骨材の材料および杯土の組成に応じた温度で骨材の材料および杯土の組成に応じた時間をかけて焼成される。例えば、得られた成形体は、１０００から１６００℃で０．１から３時間かけて焼成される。これにより、焼結体であり一体物である基材が作製される。
【００７５】
３  第３実施形態
３．１  流体加熱部材の構成
第３実施形態は、流体加熱部材に関する。
【００７６】
第１実施形態の流体加熱部材と第３実施形態の流体加熱部材との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が平行平板状の構造体であるのに対して、第３実施形態においては、基材がハニカム状の構造体である点にある。
【００７７】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第３実施形態において採用されてもよい。
【００７８】
図７の模式図は、第３実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【００７９】
図７に図示される流体加熱部材３００は、基材３１０および多数のナノ粒子３１１を備える。
【００８０】
基材３１０には、複数の六角柱状の孔３２０が形成される。複数の六角柱状の孔３２０は、密に配列される。これにより、複数の六角柱状の孔３２０が形成されたハニカム状の構造体である基材３１０が得られ、複数の六角柱状の孔３２０の各々である各孔３２０の内壁３３０、基材３１０の外周面３３１および基材３１０の端面３３２が、流体が接触しうる表面になる。
【００８１】
基材３１０は、透光性を有する。基材３１０を構成するセラミック材料は、第１実施形態の各セラミック基板１２０を構成するセラミック材料と同様のものである。
【００８２】
ナノ粒子３１１は、各孔３２０の内壁３３０、基材３１０の外周面３３１および基材３１０の端面３３２に分散して固定される。ナノ粒子３１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【００８３】
３．２  流体の加熱
流体加熱部材３００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材３００が流体中に置かれ、各孔３２０の内壁３３０、基材３１０の外周面３３１および基材３１０の端面３３２に流体が接触させられる。また、流体加熱部材３００に太陽光が照射される。基材３１０は透光性を有するため、照射された太陽光は内壁３３０、外周面３３１および端面３３２の全部に到達し内壁３３０、外周面３３１および端面３３２に固定されたナノ粒子３１１に到達する。ナノ粒子３１１に到達した太陽光は、ナノ粒子３１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子３１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【００８４】
第３実施形態の流体加熱部材３００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子３１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【００８５】
また、第３実施形態の流体加熱部材３００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子３１１から流体を分離する処理、ナノ粒子３１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子３１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【００８６】
さらに、第３実施形態の流体加熱部材３００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、流体加熱部材３００の中心部においても太陽光が吸収され、太陽光を熱に変換する効率が高くなる。
【００８７】
加えて、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、第３実施形態の流体加熱部材３００において基材３１０が高い熱伝導率を有する場合は、流体の全体に熱が均一に伝わり、加熱された流体を製造することが容易になる。
【００８８】
３．３  流体加熱部材の製造
図８は、第３実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートである。
【００８９】
流体加熱部材３００の作製においては、図８に図示される工程Ｓ３０１において、基材３１０が作製される。
【００９０】
続いて、工程Ｓ３０２において、各孔３２０の内壁３３０、基材３１０の外周面３３１および基材３１０の端面３３２にナノ粒子３１１が分散して固定される。これにより、図７に図示される流体加熱部材３００が製造される。
【００９１】
３．４  押し出し成形による基材の作製
基材３１０の作製においては、杯土が調製される。調製される杯土は、第２実施形態の一体物である基材の作製において調製される杯土と同様のものである。
【００９２】
調製された杯土は、基材３１０の断面形状に応じた断面形状を有する孔が形成された口金を経由して押し出し成形される。これにより、基材３１０の断面形状に応じた断面形状を有する形状物が得られる。
【００９３】
得られた形状物は、乾燥させられる。
【００９４】
乾燥させられた形状物は、所定の長さを有するように切断される。これにより、成形体が得られる。
【００９５】
得られた成形体は、骨材の材料および杯土の組成に応じた温度で骨材の材料および杯土の組成に応じた時間をかけて焼成される。例えば、得られた成形体は、１０００から１６００℃で０．１から３時間かけて焼成される。これにより、焼結体である基材３１０が作製される。
【００９６】
４  第４実施形態
第４実施形態は、流体加熱部材に関する。
【００９７】
第１実施形態の流体加熱部材１００と第４実施形態の流体加熱部材との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が平行平板状の構造体であるのに対して、第４実施形態においては、基材が格子状の構造体である点にある。
【００９８】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第４実施形態において採用されてもよい。
【００９９】
図９の模式図は、第４実施形態の流体加熱部材４００を図示する斜視図である。
【０１００】
図９に図示される流体加熱部材４００は、基材４１０および多数のナノ粒子４１１を備える。
【０１０１】
基材４１０は、円筒４２０および格子４２１を備える。格子４２１は、円筒４２０に形成される円柱状の空間４３０に配置され、空間４３０を複数の柱状の孔４４０に区分けする。これにより、複数の柱状の孔４４０が形成された格子状の構造体である基材４１０が得られ、複数の柱状の孔４４０の各々である各孔４４０の内壁４５０、基材４１０の外周面４５１および基材４１０の端面４５２が、流体が接触しうる表面になる。
【０１０２】
第４実施形態の流体加熱部材４００は、基材４１０の形状が異なる点を除いては、第３実施形態の流体加熱部材３００と同様に製造される。
【０１０３】
５  第５実施形態
第５実施形態は、流体加熱部材に関する。
【０１０４】
第１実施形態の流体加熱部材１００と第５実施形態の流体加熱部材との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が平行平板状の構造体であるのに対して、第５実施形態においては、基材が格子状の構造体である点にある。
【０１０５】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第５実施形態において採用されてもよい。
【０１０６】
図１０の模式図は、第５実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。
【０１０７】
図１０に図示される流体加熱部材５００は、基材５１０および多数のナノ粒子５１１を備える。
【０１０８】
基材５１０は、角筒５２０および格子５２１を備える。格子５２１は、角筒５２０に形成される角柱状の空間５３０に配置され、角柱状の空間５３０を複数の柱状の孔５４０に区分けする。これにより、複数の柱状の孔５４０が形成された格子状の構造体である基材５１０が得られ、複数の柱状の孔５４０の各々である各孔５４０の内壁５５０、基材５１０の外周面５５１および基材５１０の端面５５２が、流体が接触しうる表面になる。
【０１０９】
第５実施形態の流体加熱部材５００は、基材の形状が異なる点を除いては、第３実施形態の流体加熱部材３００と同様に製造される。
【０１１０】
６  第６実施形態
６．１  流体加熱部材の構成
第６実施形態は、流体加熱部材に関する。
【０１１１】
第１実施形態と第６実施形態との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が緻密体からなり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２が、流体が接触しうる表面になり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２にナノ粒子１１１が固定されるのに対して、第６実施形態においては、基材が多孔質体からなり、基材の細孔内表面および外表面が、流体が接触しうる表面になり、基材の細孔内表面にナノ粒子が固定される点にある。
【０１１２】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第６実施形態において採用されてもよい。
【０１１３】
図１１は、第６実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。図１２は、第６実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図である。
【０１１４】
図１１および図１２に図示される流体加熱部材６００は、基材６１０および多数のナノ粒子６１１を備える。
【０１１５】
基材６１０は、３次元格子状である。基材６１０は、図１２に図示されるように、多孔質体からなる。このため、基材６１０は流体が侵入しうる空間となる細孔６２０を内部に有し、基材６１０の細孔内表面６３０および外表面６３１は流体が接触しうる表面になる。
【０１１６】
基材６１０は、透光性を有する。基材６１０を構成するセラミック材料は、望ましくはアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアまたはシリカであり、さらに望ましくは低い熱伝導率を有するジルコニアまたはシリカである。基材６１０を構成するセラミック材料がアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアおよびシリカから選択される２種類以上のセラミック材料の固溶体または複合体であってもよい。例えば、基材６１０を構成するセラミック材料が高い耐食性を有するジルコニアおよびシリカの固溶体であってもよい。基材６１０は、望ましくは高い親水性を有する。これにより、加熱される流体が水である場合に基材６１０が水を保持する能力が向上する。基材６１０が例示されるセラミック材料以外のセラミック材料以外により構成されてもよい。セラミック材料により構成される基材６１０がセラミック材料以外の材料により構成される基材に置き換えられてもよい。例えば、セラミック材料により構成される基材６１０がガラス、石英等により構成される基材に置き換えられてもよい。
【０１１７】
ナノ粒子６１１は、細孔６２０を囲む細孔内表面６３０に分散して固定される。ナノ粒子６１１が細孔内表面６３０に加えて基材６１０の外部に露出する外表面６３１に固定されてもよい。ナノ粒子６１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【０１１８】
６．２  流体の加熱
流体加熱部材６００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材６００が流体中に置かれ、基材６１０の細孔内表面６３０および外表面６３１に流体が接触させられる。また、流体加熱部材６００に太陽光が照射される。基材６１０は透光性を有するため、照射された太陽光は細孔内表面６３０に到達し細孔内表面６３０に固定されたナノ粒子６１１に到達する。ナノ粒子６１１に到達した太陽光は、ナノ粒子６１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子６１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【０１１９】
第６実施形態の流体加熱部材６００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子６１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【０１２０】
また、第６実施形態の流体加熱部材６００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子６１１から流体を分離する処理、ナノ粒子６１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子６１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【０１２１】
さらに、第６実施形態の流体加熱部材６００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、流体加熱部材６００の中心部においても太陽光が吸収され、太陽光を熱に変換する効率が高くなる。
【０１２２】
加えて、第６実施形態の流体加熱部材６００において基材６１０が低い熱伝導率を有する場合は、流体に局所的に熱が伝わり、液体を蒸発させることにより生成される気体を製造することが容易になる。
【０１２３】
６．３  流体加熱部材の製造
図８は、第６実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートでもある。
【０１２４】
流体加熱部材６００の作製においては、図８に図示される工程Ｓ６０１において、基材６１０が作製される。
【０１２５】
続いて、工程Ｓ６０２において、基材６１０の細孔内表面６３０にナノ粒子６１１が分散して固定される。これにより、図１１および図１２に図示される流体加熱部材６００が製造される。
【０１２６】
６．４  基材の作製
基材６１０の作製においては、成形用スラリーが調製される。調製される成形用スラリーは、第１実施形態のゲルキャスト法による各セラミック基板１２０の作製において調製される成形用スラリーと同様のものである。
【０１２７】
図１３は、第６実施形態の基材の作製において使用されるウレタンフォームを図示する斜視図である。
【０１２８】
図１３に図示されるウレタンフォーム６４０は、あらかじめ３次元構造を有するように加工され、基材６１０の形状に応じた形状を有する。
【０１２９】
調製された成形用スラリーは、ウレタンフォーム６４０に含浸させられる。
【０１３０】
成形用スラリーが含浸させられたウレタンフォーム６４０は、含浸させられた成形用スラリーがウレタンフォーム６４０に形成された孔を塞がない程度に絞られる。これにより、余剰の成形用スラリーが除去される。
【０１３１】
余剰の成形用スラリーが除去されたウレタンフォーム６４０は、固定用治具の上に載置された状態で常温から４０℃の温度下において数時間から数１０時間放置される。ウレタンフォーム６４０が放置されている間に、成形用スラリーにおいては、ゲル化剤が重合し、３次元架橋構造が形成される。これにより、ウレタンフォーム６４０に含浸させられた成形用スラリーがゲル化して硬化し、ウレタンフォーム６４０およびセラミック成形体の複合体が得られる。
【０１３２】
得られた複合体は、約５００℃で熱処理される。これにより、ウレタンフォーム６４０が除去され、セラミック成形体が得られる。
【０１３３】
得られたセラミック成形体は、８００℃から１５００℃で焼成される。これにより、セラミック成形体を構成するセラミック粒子が焼結し強固な骨格が形成され、ウレタンフォーム６４０の３次元形状を反映した３次元形状を有する基材６１０が作製される。
【０１３４】
６．５  ナノ粒子の固定
ナノ粒子６１１の固定においては、分散スラリーが調製される。分散スラリーは、第１実施形態のナノ粒子１１１の固定において調製される分散スラリーと同様のものである。
【０１３５】
作製された基材６１０が調製された分散スラリーに浸漬され、作製された基材６１０が調製された分散スラリーに浸漬された状態において真空脱気または分散スラリーの加熱が行われる。これにより、細孔６２０から空気が追い出され、調製されたスラリーが細孔６２０に侵入し、ナノ粒子６１１が細孔内表面６３０に付着する。
【０１３６】
細孔内表面６３０にナノ粒子６１１が付着した基材６１０は、乾燥熱処理される。これにより、ナノ粒子６１１が無機系バインダーにより細孔内表面６３０に結合させられ、図１１および図１２に図示される流体加熱部材６００が作製される。
【０１３７】
７  第７実施形態
７．１  流体加熱部材の構成
第７実施形態は、流体加熱部材に関する。
【０１３８】
第１実施形態と第７実施形態との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が緻密体からなり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２が、流体が接触しうる表面になり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２にナノ粒子１１１が固定されるのに対して、第７実施形態においては、基材が多孔質体からなり、基材の細孔内表面および外表面が、流体が接触する表面になり、基材の細孔内表面にナノ粒子が固定される点にある。
【０１３９】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第７実施形態において採用されてもよい。
【０１４０】
図１４は、第７実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図である。図１２は、第７実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図でもある。
【０１４１】
図１４および図１２に図示される流体加熱部材７００は、基材７１０および多数のナノ粒子７１１を備える。
【０１４２】
基材７１０は、バルク状である。基材７１０は、図１２に図示されるように、多孔質体からなる。このため、基材７１０は流体が侵入しうる空間となる細孔７２０を内部に有し、基材７１０の細孔内表面７３０および外表面７３１は流体が接触しうる表面になる。
【０１４３】
基材７１０は、透光性を有する。基材７１０を構成するセラミック材料は、第６実施形態の基材６１０を構成するセラミック材料と同様のものである。
【０１４４】
ナノ粒子７１１は、細孔７２０を囲む細孔内表面７３０に分散して固定される。ナノ粒子７１１が細孔内表面７３０に加えて外表面７３１に固定されてもよい。ナノ粒子７１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【０１４５】
７．２  流体の加熱
流体加熱部材７００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材７００が流体中に置かれ、基材７１０の細孔内表面７３０に流体が接触させられる。また、流体加熱部材７００に太陽光が照射される。基材７１０は透光性を有するため、照射された太陽光は細孔内表面７３０に到達し細孔内表面７３０に固定されたナノ粒子７１１に到達する。ナノ粒子７１１に到達した太陽光は、ナノ粒子７１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子７１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【０１４６】
第７実施形態の流体加熱部材７００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子７１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【０１４７】
また、第７実施形態の流体加熱部材７００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子７１１から流体を分離する処理、ナノ粒子７１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子７１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【０１４８】
さらに、第７実施形態の流体加熱部材７００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、流体加熱部材７００の中心部においても太陽光が吸収され、太陽光を熱に変換する効率が高くなる。
【０１４９】
加えて、第７実施形態の流体加熱部材７００において基材７１０が低い熱伝導率を有する場合は、流体に局所的に熱が伝わり、液体を蒸発させることにより生成される気体を製造することが容易になる。
【０１５０】
７．３  流体加熱部材の製造
図８は、第７実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートでもある。
【０１５１】
流体加熱部材７００の作製においては、図８に図示される工程Ｓ７０１において、基材７１０が作製される。
【０１５２】
続いて、工程Ｓ７０２において、基材７１０の細孔内表面７３０にナノ粒子７１１が分散して固定される。ナノ粒子７１１の固定は、第６実施形態のナノ粒子６１１の固定と同様に行われる。これにより、図１４および図１２に図示される流体加熱部材７００が製造される。
【０１５３】
７．４  基材の作製
基材７１０の作製においては、杯土が調製される。杯土は、骨材に分散媒および有機バインダーを添加して混練することにより調製される。杯土が骨材、分散媒および有機バインダー以外の成分を含んでもよい。例えば、杯土が界面活性剤、可塑剤、造孔剤等を含んでもよい。造孔剤は、高い気孔率を有する基材７１０を得ることが望まれる場合に添加され、焼成中に消失して気孔を形成する。
【０１５４】
骨材は、基材７１０を構成するセラミック材料の粉末である。
【０１５５】
調製された杯土は、基材７１０の断面形状に応じた断面形状を有する孔が形成された口金を経由して押し出し成形される。これにより、基材７１０の断面形状に応じた断面形状を有する形状物が得られる。
【０１５６】
得られた形状物は、乾燥させられる。
【０１５７】
乾燥させられた形状物は、所定の長さを有するように切断される。これにより、成形体が得られる。
【０１５８】
得られた成形体は、骨材の材料および杯土の組成に応じた温度で骨材の材料および杯土の組成に応じた時間をかけて焼成される。例えば、得られた成形体は、１０００から１６００℃で０．１から３時間かけて焼成される。これにより、焼結体である基材７１０が作製される。
【０１５９】
８  第８実施形態
８．１  流体加熱部材の構成
第８実施形態は、流体加熱部材に関する。
【０１６０】
第１実施形態と第８実施形態との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が緻密体からなり、基材１１０が透光性を有し、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２が、流体が接触しうる表面になり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２にナノ粒子１１１が固定されるのに対して、第８実施形態においては、基材が多孔質体からなり、基材が透光性を有しなくてもよく、基材の細孔内表面および外表面が、流体が接触しうる表面になり、基材の外表面にナノ粒子が固定される点にある。
【０１６１】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第８実施形態において採用されてもよい。
【０１６２】
図１１は、第８実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図でもある。図１５は、第８実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図である。
【０１６３】
図１１および図１５に図示される流体加熱部材８００は、基材８１０および多数のナノ粒子８１１を備える。
【０１６４】
基材８１０は、３次元格子状である。基材８１０は、図１５に図示されるように、多孔質体からなる。このため、基材８１０は流体が侵入しうる空間となる細孔８２０を内部に有し、基材８１０の細孔内表面８３０および外表面８３１は流体が接触しうる表面になる。
【０１６５】
基材８１０は、透光性を有しなくてもよい。基材８１０を構成するセラミック材料は、望ましくはムライト、コージェライト、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアまたはシリカであり、さらに望ましくは低い熱伝導率を有するムライトまたはコージェライトである。基材８１０を構成するセラミック材料がムライト、コージェライト、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニアおよびシリカから選択される２種類以上のセラミック材料の固溶体または複合体であってもよい。基材８１０は、望ましくは高い親水性を有する。基材８１０が例示されるセラミック材料以外のセラミック材料以外により構成されてもよい。セラミック材料により構成される基材８１０がセラミック材料以外の材料により構成される基材に置き換えられてもよい。例えば、セラミック材料により構成される基材８１０がガラス、石英等により構成される基材に置き換えられてもよい。
【０１６６】
ナノ粒子８１１は、基材８１０の外表面８３１に分散して固定される。ナノ粒子８１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【０１６７】
８．２  流体の加熱
流体加熱部材８００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材８００が流体中に置かれ、基材８１０の細孔内表面８３０および外表面８３１に流体が接触させられる。また、流体加熱部材８００に太陽光が照射される。ナノ粒子８１１は外表面８３１に固定されるため、照射された太陽光はナノ粒子８１１に到達する。ナノ粒子８１１に到達した太陽光は、ナノ粒子８１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子８１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【０１６８】
第８実施形態の流体加熱部材８００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子８１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【０１６９】
また、第８実施形態の流体加熱部材８００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子８１１から流体を分離する処理、ナノ粒子８１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子８１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【０１７０】
さらに、第８実施形態の流体加熱部材８００において基材８１０が低い熱伝導率を有する場合は、流体に局所的に熱が伝わり、液体を蒸発させることにより生成される気体を製造することが容易になる。
【０１７１】
８．３  流体加熱部材の製造
図８は、第８実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートでもある。
【０１７２】
流体加熱部材８００の作製においては、工程Ｓ８０１において、基材８１０が作製される。基材８１０は、透光性を有する材料を選択する必要がない点を除いて、第６実施形態の基材６１０と同様に作製される。
【０１７３】
続いて、工程Ｓ８０２において、基材８１０の外表面８３１にナノ粒子８１１が分散して固定される。これにより、図１１および図１５に図示される流体加熱部材８００が製造される。
【０１７４】
８．４  ナノ粒子の固定
ナノ粒子８１１の固定においては、分散スラリーが調製される。分散スラリーは、第１実施形態のナノ粒子１１１の固定において調製される分散スラリーと同様のものである。望ましくは、分散スラリーにポリビニルアルコール等の高分子化合物からなる増粘剤が添加され、分散スラリーが増粘させられる。
【０１７５】
作製された基材８１０の表面には、調製された分散スラリーが塗布される。これにより、調製されたスラリーが基材８１０の外表面８３１に接触し、ナノ粒子８１１が外表面８３１に付着する。塗布は、スプレーコート法、スタンプ法、ディッピングコート法等により行われる。
【０１７６】
分散スラリーが増粘させられた場合は、分散スラリーの細孔８２０への進入が抑制され、外表面８３１のみにナノ粒子８１１が固定される。
【０１７７】
外表面８３１にナノ粒子８１１が付着した基材８１０は、乾燥熱処理される。これにより、ナノ粒子８１１が無機系バインダーにより外表面８３１に結合され、図１１および図１５に図示される流体加熱部材８００が作製される。
【０１７８】
９  第９実施形態
９．１  流体加熱部材の構成
第９実施形態は、流体加熱部材に関する。
【０１７９】
第１実施形態と第９実施形態との主な相違は、第１実施形態においては、基材１１０が緻密体からなり、基材１１０が透光性を有し、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２が、流体が接触しうる表面になり、基材１１０の表面１４０，１４１および１４２にナノ粒子１１１が固定されるのに対して、第９実施形態においては、基材が多孔質体からなり、基材が透光性を有しなくてもよく、基材の細孔内表面および外表面が、流体が接触しうる表面になり、基材の外表面にナノ粒子が固定される点にある。
【０１８０】
上記の主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲において他の実施形態において採用された構成が第９実施形態において採用されてもよい。
【０１８１】
図１４は、第９実施形態の流体加熱部材を図示する斜視図でもある。図１５は、第９実施形態の流体加熱部材の微構造を図示する断面図でもある。
【０１８２】
図１４および図１５に図示される流体加熱部材９００は、基材９１０および多数のナノ粒子９１１を備える。
【０１８３】
基材９１０は、バルク状である。基材９１０は、図１５に図示されるように、多孔質体からなる。このため、基材９１０は流体が侵入しうる空間となる細孔９２０を内部に有し、基材９１０の細孔内表面９３０および外表面９３１は流体が接触しうる表面になる。
【０１８４】
基材９１０は、透光性を有しなくてもよい。基材９１０を構成するセラミック材料は、第８実施形態の基材８１０を構成するセラミック材料と同様のものである。
【０１８５】
ナノ粒子９１１は、基材９１０の外表面９３１に分散して固定される。ナノ粒子９１１を構成する化合物は、第１実施形態のナノ粒子１１１を構成する化合物と同様のものである。
【０１８６】
９．２  流体の加熱
流体加熱部材９００により流体が加熱される場合は、流体加熱部材９００が流体中に置かれ、基材９１０の細孔内表面９３０および外表面９３１に流体が接触させられる。また、流体加熱部材９００に太陽光が照射される。ナノ粒子９１１は基材９１０の外部に露出する外表面９３１に固定されるため、照射された太陽光はナノ粒子９１１に到達する。ナノ粒子９１１に到達した太陽光は、ナノ粒子９１１に吸収され、熱に変換される。当該熱は、ナノ粒子９１１から流体に直接的に伝わる。これにより、流体が加熱される。
【０１８７】
第９実施形態の流体加熱部材９００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、太陽光を効率よく吸収するナノ粒子９１１から流体に熱が直接的に伝わり、流体が効率よく加熱される。
【０１８８】
また、第９実施形態の流体加熱部材９００によれば、第１実施形態の流体加熱部材１００と同様に、ナノ粒子９１１から流体を分離する処理、ナノ粒子９１１により加熱された１次流体と２次流体との間で熱交換を行わせる処理、ナノ粒子９１１の流出を防ぐ処理等が不要になり、加熱された流体が容易に得られる。
【０１８９】
さらに、第９実施形態の流体加熱部材９００において基材９１０が低い熱伝導率を有する場合は、流体に局所的に熱が伝わり、液体を蒸発させることにより生成される気体を製造することが容易になる。
【０１９０】
９．３  流体加熱部材の製造
図８は、第９実施形態の流体加熱部材を製造する手順を図示するフローチャートでもある。
【０１９１】
流体加熱部材９００の作製においては、工程Ｓ９０１において、基材９１０が作製される。基材９１０は、透光性を有する材料を選択する必要がない点を除いて、第７実施形態の基材７１０と同様に作製される。
【０１９２】
続いて、工程Ｓ９０２において、基材９１０の外表面９３１にナノ粒子９１１が分散して固定される。これにより、図１４および図１５に図示される流体加熱部材９００が製造される。ナノ粒子９１１の固定は、第８実施形態のナノ粒子８１１の固定と同様に行われる。
【０１９３】
１０  第１０実施形態
第１０実施形態は、温水製造装置に関する。
【０１９４】
図１６は、第１０実施形態の温水製造装置を図示する模式図である。
【０１９５】
図１６に図示される温水製造装置１０００は、流体加熱部材１０１０および回収機構１０１１を備える。温水製造装置１０００は、太陽光が流体加熱部材１０１０に照射されるように野外等に設置され、温水を製造するために使用される。
【０１９６】
流体加熱部材１０１０は、第１実施形態から第９実施形態までの流体加熱部材１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００および９００のいずれかであり、望ましくは第１実施形態から第５実施形態までの流体加熱部材１００，２００，３００，４００および５００のいずれかであり、さらに望ましくは第１実施形態の流体加熱部材１００である。流体加熱部材１００，２００，３００，４００および５００は、流体加熱部材６００，７００，８００および９００と比較して、多量の流体を加熱する用途に向いているため、温水製造装置１０００において好適に採用される。
【０１９７】
回収機構１０１１は、水が流体加熱部材１０１０により加熱されて温水となった後に温水を流体加熱部材１０１０から回収する。
【０１９８】
温水製造装置１０００は、温水以外の加熱された流体の製造にも転用できる。
【０１９９】
１１  第１１実施形態
第１１実施形態は、溶融塩製造装置に関する。
【０２００】
図１７は、第１１実施形態の溶融塩製造装置を図示する模式図である。
【０２０１】
図１７に図示される溶融塩製造装置１１００は、流体加熱部材１１１０、回収機構１１１１および集光器１１１２を備える。溶融塩製造装置１１００は、集光器１１１２に太陽光が照射されるように野外等に設置され、溶融塩を製造するために使用される。
【０２０２】
流体加熱部材１１１０は、第１実施形態から第９実施形態までの流体加熱部材１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００および９００のいずれかであり、望ましく第１実施形態から第５実施形態までの流体加熱部材１００，２００，３００，４００および５００のいずれかであり、さらに望ましくは第２実施形態から第５実施形態までの流体加熱部材２００，３００，４００および５００のいずれかである。流体加熱部材１００，２００，３００，４００および５００は、流体加熱部材６００，７００，８００および９００と比較して、多量の流体を加熱する用途に向いているため、溶融塩製造装置１１００において好適に採用される。
【０２０３】
回収機構１１１１は、溶融塩が流体加熱部材１１１０により加熱されて加熱された溶融塩となった後に加熱された溶融塩を流体加熱部材１１１０から回収する。加熱された溶融塩は、発電、水素の製造等に利用される。
【０２０４】
集光器１１１２は、流体加熱部材１１１０に太陽光を集光する。
【０２０５】
溶融塩製造装置１１００は、加熱された溶融塩以外の加熱された流体の製造にも転用できる。
【０２０６】
１２  第１２実施形態
第１２実施形態は、水蒸気製造装置に関する。
【０２０７】
図１８は、第１２実施形態の水蒸気製造装置を図示する模式図である。
【０２０８】
図１８に図示される水蒸気製造装置１２００は、流体加熱部材１２１０および回収機構１２１１を備える。水蒸気製造装置１２００は、流体加熱部材１２１０が海水１２２０に浸漬されるように設置される。
【０２０９】
流体加熱部材１２１０は、第１実施形態から第９実施形態までの流体加熱部材１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００および９００のいずれかであり、望ましく第６実施形態から第９実施形態までの流体加熱部材６００，７００，８００および９００のいずれかである。流体加熱部材６００，７００，８００および９００は、流体加熱部材１００，２００，３００，４００および５００と比較して、流体を高い温度まで加熱する用途に向いているため、水蒸気製造装置１２００において好適に採用される。
【０２１０】
回収機構１２１１は、海水が流体加熱部材１２１０により加熱され蒸発することにより生成される水蒸気を流体加熱部材１２１０から回収する。回収された水蒸気は、海水１１２０から淡水１２２１を得るために利用される。
【０２１１】
水蒸気製造装置１２００は、海水１２２０以外の流体からの気体の製造および水蒸気以外の気体の製造にも転用できる。水蒸気製造装置１２００は、蒸留、汚染水の浄化等にも転用できる。
【０２１２】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０２１３】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０１０，１１１０，１２１０  流体加熱部材
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０  基材
１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１，９１１  ナノ粒子
６３０，７３０，８３０，９３０  細孔内表面
６３１，７３１，８３１，９３１  外表面
１０００  温水製造装置
１１００  溶融塩製造装置
１２００  水蒸気製造装置
１０１１，１１１１，１２１１  回収機構
【図１】
2018136079.tif 000003
【図２】
2018136079.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018136079.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018136079.tif 000009
【図８】
2018136079.tif 000010
【図９】
2018136079.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018136079.tif 000016
【図１５】
2018136079.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2018136079.tif 000019
【図１８】
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