(57)【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おり、
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ことを特徴とする集熱レシーバー。
【請求項２】
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１に記載の集熱レシーバー。
【請求項３】
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２に記載の集熱レシーバー。
【請求項４】
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１〜３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５】
前記熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素からなる請求項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、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１〜５のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項７】
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５又は６に記載の集熱レシーバー。
【請求項８】
前記熱吸収体は、緻密質炭化ケイ素からなる請求項１〜４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項９】
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である請求項１〜８のいずれかに記載の集熱レシーバー。
【請求項１０】
請求項１〜９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。
【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】
0005743485.tif 000002
【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
【図１】
0005743485.tif 000003
【図２】
0005743485.tif 000004
【図３】
0005743485.tif 000005
【図４】
0005743485.tif 000006
【図５】
0005743485.tif 000007
【図６】
0005743485.tif 000008
【図７】
0005743485.tif 000009
【図８】
0005743485.tif 000010
【図９】
0005743485.tif 000011
【図１０】
0005743485.tif 000012
【図１１】
0005743485.tif 000013
【図１２】
0005743485.tif 000014