(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導材料からなる基板と、側壁と、前記基板に対向して前記側壁に設置した透明なカバーと、前記基板及び前記側壁及び前記透明なカバーにより形成されたチャンバーと、前記基板に設置した熱吸収層と、を含む太陽集熱器と、
熱貯蓄装置と、
を含む太陽集熱システムにおいて、
前記熱吸収層がカーボンナノチューブ構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
単一の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含み、
前記熱吸収層に吸収された熱エネルギーが、前記熱伝導材料からなる基板を介して、前記熱貯蓄装置に伝達されることを特徴とする太陽集熱システム。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブが、均一に分布していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集熱システム。
【請求項３】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、同じ方向に沿って配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽集熱システム。
【請求項４】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、相互に平行に配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽集熱システム。
【請求項５】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽集熱システム。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムが積層されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽集熱システム。
【請求項７】
前記透明カバーの一つの表面に、反射層が設置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽集熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽集熱器及びそれを利用した太陽集熱システムに関し、特にカーボンナノチューブを利用した太陽集熱器及びそれを利用した太陽集熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーを利用する技術には、太陽光発電と太陽熱利用の２つがある。太陽エネルギーは、太陽電池や太陽集熱器の受光面によって採取され、電力や熱に変換されて利用することができる。一般的に、太陽集熱器には、「平板型」と「真空ガラス管型」がある。「平板型」は、集熱器全体が平たい板状になり、表面は透明なガラス板で覆われ、下部には熱が逃げないよう断熱材が使われている。「真空ガラス管型」は、集熱部を真空のガラス管で密閉して、集めた熱が外へ逃げにくい構造となっている。平板型の太陽集熱器は、良好な利用効率及び低いコストという優れた点があるので、広く利用されている。
【０００３】
図５を参照すると、従来の平板型の太陽集熱器５００は、基板５２と、該基板５２の周辺に沿って設置した側壁５６と、前記基板５２に対向して、前記側壁５６の前記基板５２に接触する側の反対側に設置した透明なカバー５０と、を含む（例えば、非特許文献１を参照）。前記基板５２と、前記側壁５６と、前記透明なカバー５０とは、チャンバー６０を形成する。該チャンバー６０の中に、複数の支持体５８を設置する。前記基板５２は、例えば、銅やアルミニウムなどの光吸収材料からなる。光は前記透明なカバー５０を透過して前記太陽集熱器５００の中に入射して、前記基板５２で吸収される。前記光により生じた熱は、貯蓄装置（図示せず）に伝送されて貯蓄されることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｗｕ  Ｊｉａｑｉｎｇ、“ＣＯＭＰＡＲＡＴＩＶＥ  ＳＴＵＤＹ  ＯＦ  ＴＨＥ  Ｎ−Ｓ  ＡＮＤ  Ｅ−Ｗ  ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＵＢＥＳ  ＦＯＲ  ＥＶＡＣＵＡＴＥＤ  ＤＯＭＥＳＴＩＣ  ＷＡＴＥＲ  ＨＥＡＴＥＲＳ”、ＡＣＴＡ  ＥＮＥＲＧＩＡＥ  ＳＯＬＡＲＩＳ  ＳＩＮＩＣＡ、１９９８年、第９巻、第３９６〜４０５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記太陽集熱器５００の高効率を保持するために、前記基板５２の酸化を防止しなければならない。このため、前記基板５２を真空の雰囲気において製造する必要がある。また、前記太陽集熱器５００の熱吸収効率は、基板５２の材料により決められる。従って、従来の太陽集熱器には、コストが高く、熱吸収率が低いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、カーボンナノチューブを利用した太陽集熱器及びそれを利用した太陽集熱システムを提供する。
【０００７】
本発明の太陽集熱器は、基板と、側壁と、前記基板に対向して前記側壁に設置した透明なカバーと、前記基板、前記側壁及び前記透明なカバーにより形成されたチャンバーと、前記基板に設置した熱吸収層と、を含む。前記熱吸収層がカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
【０００８】
前記複数のカーボンナノチューブが、均一に分布している。
【０００９】
単一のカーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、同じ方向に沿って配列されている。
【００１０】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、相互に平行に配列されている。
【００１１】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。
【００１２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムが積層されている。
【００１３】
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、０°〜９０°で交叉している。
【００１４】
前記透明カバーの一つの表面に、反射層が設置されている。
【００１５】
本発明の太陽集熱システムは、太陽集熱器と、熱貯蓄装置と、を含む。前記太陽集熱器は、基板と、側壁と、前記基板に対向して前記側壁に設置した透明なカバーと、前記基板及び前記側壁及び前記透明なカバーが形成されたチャンバーと、前記基板に設置した熱吸収層と、を含む。前記太陽集熱器の熱吸収層はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
【発明の効果】
【００１６】
従来の技術と比べて、本発明は次の優れた点を有する。第一に、本発明に利用したカーボンナノチューブ構造体は、良好な光吸収特性を有するので、本発明の太陽集熱器の光吸収率が高くなる。第二に、前記カーボンナノチューブ構造体は強い強靱性を有するので、本発明の太陽集熱器の耐久性が優れる。第三に、カーボンナノチューブ構造体は酸化し難いので、太陽集熱器を真空の雰囲気において製造する必要がないので、本発明の太陽集熱器のコストが低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の太陽集熱システムの模式図である。
【図２】本発明の太陽集熱器の上面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの模式図である。
【図５】従来の太陽集熱器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１及び２を参照すると、本実施例の太陽集熱システム１００は、太陽集熱器１０と、該太陽集熱器１０に接続された貯蓄装置２０と、を含む。前記貯蓄装置２０は、前記太陽集熱器１０に生じた熱を貯蓄するために利用される。
【００２０】
前記太陽集熱器１０は、基板１１と、側壁１２と、透明なカバー１３と、熱吸収体１４と、複数の支持体１５と、を含む。前記基板１１は、第一表面１１１及び該第一表面に対向する第二表面１１２を含む。前記透明なカバー１３は、表面１３１を含む。前記側壁１２は、前記基板１１の周辺に沿って前記基板１１の第一表面１１１に垂直に立つように設置する。前記透明なカバー１３は、前記基板１１の第一表面１１１に対向して、前記側壁１２の前記基板１１に接触する側の反対側に設置する。前記基板１１と、前記側壁１２と、前記透明なカバー１３とは、チャンバー１６を形成する。前記複数の支持体１５は、前記チャンバー１６の中に設置されている。前記熱吸収体１４は、前記基板１１の第一表面１１１に設置されるように、前記チャンバー１６の中に設置されている。
【００２１】
前記基板１１は、例えば、金属、ガラス、ポリマーなどの熱伝導材料からなる。前記基板１１の厚さは、１００μｍ〜５ｍｍである。前記基板１１の形状に対しては特に制限がなく、三角形、四角形又は六角形の形状に形成されることができる。
【００２２】
前記透明なカバー１３は、ガラス、プラスチック、セラミック、ポリマーなどの透明な材料からなる。前記透明なカバー１３の厚さは、１００μｍ〜５ｍｍである。前記透明なカバー１３の形状に対しては特に制限がなく、三角形、四角形又は六角形の形状に形成されることができる。
【００２３】
前記側壁１２は前記透明なカバー１３を支持するために、前記透明なカバー１３及び前記基板１１の間に設置されている。前記側壁１２は、ガラス、プラスチック、ポリマーなどの材料からなる。前記側壁１２の厚さは、１００μｍ〜５００μｍであるが、１５０μｍ〜２５０μｍであることが好ましい。
【００２４】
前記チャンバー１６は真空又は大気で満ちている。本実施例において、前記チャンバー１６は大気で満ちている。さらに、前記基板１１の酸化を防止するために、前記チャンバー１６の中に、窒素や不活性ガスなどの断熱ガスも注入されることができる。
【００２５】
本実施例において、前記熱吸収体１４の厚さは、３μｍ〜２ｍｍである。前記熱吸収体１４はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、均一に分布された複数のカーボンナノチューブを含む。前記複数のカーボンナノチューブは配向して配列されることができるが、配向せず配列されていることもできる。前記複数のカーボンナノチューブは配向して配列されている場合、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に平行し、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せず配列されている場合、前記複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、又は異なる方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．２μｍ〜２ｍｍである。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
【００２６】
さらに、前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含むことができる。
【００２７】
図３及び図４を参照すると、本実施例において、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。前記カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものである。カーボンナノチューブは強い接着性があるので、前記カーボンナノチューブセグメントは分子間力で結合されることができる。単一の前記カーボンナノフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００２８】
前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも二枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは隙間なく並列され、又は積層されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°で交叉するが、同じ方向に沿って配列されることが好ましい。
【００２９】
前記支持体１５は、前記太陽集熱器１０の強度を増加するために設置されている。前記支持体１５は、ランダムに設置され、又は所定のパターンによって前記チャンバー１６の中に設置されることができる。隣接する前記支持体１５は、所定の距離で分離している。前記支持体１５は、例えば、ガラス、プラスチック、ゴムなどの断熱材料からなる。
【００３０】
さらに、前記太陽集熱器１０は反射層１７を含む。前記反射層１７は、前記透明なカバー１３の表面１３１に設置されている。前記反射層１７は、可視光及び近赤外線光、紫外線光を前記透明なカバー１３から透過させ、前記熱吸収層１４で放射された遠赤外線光を反射することができるので、前記反射層１７を利用することにより、前記チャンバー１６の熱が外部へ放射されることを防止することができる。従って、前記太陽集熱器１０の光吸収率を高めることができる。前記反射層１７は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又は二酸化チタンからなる。前記反射層１７の厚さは、１０ｎｍ〜１μｍである。
【００３１】
前記貯蓄装置２０は、循環液体が充填された複数のパイプ（図示せず）を含み、前記基板１１の第二表面１１２に設置されている。前記液体は、水やグリコールなどの液体である。
【００３２】
前記カーボンナノチューブ構造体は黒いものであるので、太陽光に対して光吸収率が高い。太陽光は前記透明なカバー１３を透過して前記熱吸収層１４に達すると、太陽光の大部分は前記熱吸収層１４で吸収されて熱エネルギーに変化する。前記熱エネルギーは前記基板１１から前記貯蓄装置２０に伝送される。前記カーボンナノチューブ構造体は、良好な光吸収特性を有するので、前記太陽集熱器の光吸収率が高くなる。また、前記カーボンナノチューブ構造体は強い強靱性を有するので、本発明の太陽集熱器の耐久性が優れる。また、カーボンナノチューブ構造体は酸化し難いので、太陽集熱器は真空の雰囲気において製造する必要がないので、本発明の太陽集熱器のコストが低くなる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  太陽集熱器
１００  太陽集熱システム
１１  基板
１１１  第一表面
１１２  第二表面
１２  側壁
１３  透明なカバー
１３１  表面
１４  熱吸収体
１４３  カーボンナノチューブセグメント
１４５  カーボンナノチューブ
１５  複数の支持体
１６  チャンバー
１７  反射層
２０  貯蓄装置
【図１】
0005243332.tif 000002
【図２】
0005243332.tif 000003
【図４】
0005243332.tif 000004
【図５】
0005243332.tif 000005
【図３】
0005243332.tif 000006