(57)【要約】      （修正有）【課題】小さなサイズであっても、効率良く熱交換でき、クラックのできにくく長期信頼性の確保できる集熱レシーバーを提供する。【解決手段】太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなる。第１の有底孔から導入されたガスが多孔体を通過して第２の有底孔から排気される。ガスが多孔体を通過する過程で熱交換が行われるので、熱伝達に関係する集熱レシーバーの表面積を大きくすることができる。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、
前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなることを特徴とする集熱レシーバー
【請求項２】
前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有することを特徴とする請求項１に記載の集熱レシーバー
【請求項３】
前記第１の有底孔は前記第２の有底孔に取り囲まれ、
前記第２の有底孔は前記第１の有底孔に取り囲まれ、
ていることを特徴とする請求項１または２に記載の集熱レシーバー
【請求項４】
前記第１の有底孔と、前記第２の有底孔は、板状の壁によって仕切られ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集熱レシーバー
【請求項５】
前記第１の有底孔および第２の有底孔のアスペクト比は、１０４〜１０６ｍ−１であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の集熱レシーバー
【請求項６】
前記セラミックは、炭化珪素またはアルミナであ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集熱レシーバー
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電に用いる集熱レシーバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽を利用した発電方法として、太陽熱発電が知られている。太陽熱発電は、太陽から照射される光を、反射鏡等を介して集光し、得られる太陽熱を利用して蒸気タービンを駆動させ、発電するものである。この太陽熱発電は、発電中に二酸化炭素等の温室効果ガスを発生することがないうえ、蓄熱することが可能であるので、曇天や夜間でも発電が可能である。そのため、太陽熱発電は、将来、有望な発電方法として注目を集めている。
【０００３】
太陽熱発電の方式には、大きく分けて、トラフ型、タワー型の２種類がある。タワー型太陽熱発電は、多数のヘリオスタットと呼ばれる平面鏡を用いて、中央部に設置されたタワーにある集熱レシーバーに太陽光を集中させることで集光し、その熱で発電する発電方式である。ヘリオスタットは、数メートル四方の平面鏡であり、タワー型太陽熱発電では、数百枚から数千枚のヘリオスタットを用いて集められた太陽光を一箇所に集中させることが出来る。そのため、集熱レシーバーを１０００℃程度まで加熱することが可能であり、タワー型太陽熱発電は、熱効率が良いという特徴を有する。
【０００４】
このタワー型太陽熱発電用の集熱レシーバーとして、特許文献１には、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が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９３００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記に記載された集熱レシーバーは、次のような課題がある。
集熱レシーバーの前面と接触し暖められた空気が対流によって装置外に拡散しないよう、暖められた空気の上昇速度よりも速い流速で空気を吸入する必要がある。空気の流速が速いと熱交換に必要な流路の自ずと長くなり集熱レシーバーのサイズが大きくなる
１つの集熱レシーバー内で大きな温度差が発生すると、熱歪みによりクラックが発生しやすくなる。この効果はサイズが大きくなるほど顕著である。一方、集熱レシーバーが短く小さいと熱交換の効率が悪くなり、集熱レシーバーが過熱しやすくなり劣化のスピードを速める。
【０００７】
本発明では、小さなサイズであっても、効率良く熱交換でき、クラックのできにくく長期信頼性の確保できる集熱レシーバー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】
前記課題を解決するための本発明の集熱レシーバーは、
太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、
前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなる。
【０００９】
本発明の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなるので、第２面側を吸引すると、第１の有底孔からガスが導入され、第１の有底孔と第２の有底孔間のセラミック多孔体を通過して第２の有底孔からガスが排出される。この際、太陽光を受け加熱された集熱レシーバーから熱を受けガスが加熱される。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。
【００１０】
さらに本発明の集熱レシーバーは、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有する。
【００１１】
前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有するとは、例えば第１の有底孔が第２面近傍まで延び、第２の有底孔が第１面の近傍まで延びている形態が挙げられる。
第１の有底孔の底が、第２面の近傍まで延びることによって、加熱される前のガスを集熱レシーバー全体に行き渡らせることができる。第２の有底孔の底が第１面の近傍まで延びることによって、加熱されたガスが集熱レシーバー全体から引き出すことができる。
【００１２】
すなわち、本発明の集熱レシーバー第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有するように構成されることによって、第１の有底孔の壁面に吸収されたガスは、隣り合う第２の有底孔の壁面から引き出される。熱媒体となるガスと集熱レシーバーとの間の熱交換は、第１の有底孔と第２の有底孔の間の多孔体内部、すなわち集熱レシーバー全体で行われるので、第１面と第２面との間の温度差が形成されにくく、集熱レシーバーを割れにくくすることができる。
【００１３】
（２）前記第１の有底孔は前記第２の有底孔に取り囲まれ、前記第２の有底孔は前記第１の有底孔に取り囲まれている。
本発明の集熱レシーバーは第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることによって、第１の有底孔と第２の有底孔との距離が集熱レシーバー全体で偏らないように配置することができ、第１の有底孔から取り込まれたガスは、隣り合う第２の有底孔に速やかに移動させることができる。
【００１４】
（３）前記第１の有底孔と、前記第２の有底孔は、板状の壁によって仕切られる。
本発明の集熱レシーバーは、第１の有底孔と第２の有底孔が、板状の壁によって隔てられることにより、熱媒体であるガスが、第１の有底孔と第２の有底孔との間を通過する距離を一定にすることができる。このため熱媒体であるガスが、第１の有底孔と、前記第２の有底孔を隔てる壁面から均等に熱を受けとることができるので、集熱レシーバーに熱の偏りを生じにくくすることができる。
【００１５】
（４）前記第１の有底孔および第２の有底孔のアスペクト比は、１０４〜１０６ｍ−１である。
アスペクト比とは、［有底孔の長さ］／［有底孔の開口面積］と定義される比率である。
本発明の集熱レシーバーは、アスペクト比１０４がｍ−１以上であると第１面に平行な面方向での熱交換が支配的になるので、集熱レシーバーの第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。アスペクト比が１０６ｍ−１以下であると、第１の有底孔および第２の有底孔内で発生する流体の圧力損失を小さくできる。このため圧力勾配に伴って発生する温度勾配が小さくなり、第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、集熱レシーバーの反りを小さくすることができる。
【００１６】
（５）前記セラミックは、炭化珪素またはアルミナである。
これらのセラミックは、耐熱性、化学的安定性、機械強度を有し、さらに熱伝導率が高い。集熱レシーバーは高温に曝されるので、耐熱性が要求される。また、熱媒体として使用されるガスとの反応性が無いことも必要な性能である。熱媒体として空気を使った場合、酸素、水分との反応性が無いことが要求され、炭化珪素、アルミナはこれらの性能を満足する。さらに、集熱レシーバーは、晴天、曇天の急激な変化、あるいは晴天時の降雨など急激な温度差に曝されることもある。これらのセラミックは、低熱膨張係数、高熱伝導率、高強度であるので、急激な温度変化に対する性能も有している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の有底孔から導入されたガスが多孔体を通過して第２の有底孔から排気される。ガスが多孔体を通過する過程で熱交換が行われるので、熱伝達に関係する集熱レシーバーの表面積を大きくすることができる。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施例１の集熱レシーバーがハウジングに組み込まれた状態を示す。
【図２】本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明に係る実施例１の集熱レシーバーの断面の模式図である。
【図４】本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを成形する金型の平面図である。
【図５】本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを成形する金型の断面図であり、（ａ）は図４のＡ−Ａ’断面、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’断面を示す。
【図６】本発明に係る実施例２の集熱レシーバーを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）の流路に沿った断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
太陽熱発電装置は、多数のミラーと集熱レシーバー、タービン、発電機などによって構成される。
【００２０】
太陽熱発電装置の一例について説明する。多数のミラーは、太陽を追尾する追尾装置によって太陽光を集熱レシーバーに集められるように制御され、集熱レシーバーでは、集まった光を熱エネルギーに変換する。変換された熱エネルギーは、空気などの気体、液体等の熱媒体を加熱しエネルギー変換が行われる。加熱された熱媒体は、例えば水を加熱するなどして高い圧力を得たのち、発電機に接続されたタービンを回転させ電気エネルギーを得ることができる。集熱レシーバーで得られた熱エネルギーから電気エネルギーに変換する方法は、これに限定されず、熱電素子を用いた直接変換のほか、化学反応を介在させることもできる。本発明の集熱レシーバーは太陽光を受け熱エネルギーに変換する構成部品である。
【００２１】
本発明の集熱レシーバーは、太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、
前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなる。
【００２２】
本発明の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなるので、第２面側を吸引すると、第１の有底孔からガスが導入され、第１の有底孔と第２の有底孔間のセラミック多孔体を通過して第２の有底孔からガスが排出される。この際、太陽光を受け加熱された集熱レシーバーから熱を受けガスが加熱される。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。
【００２３】
本発明の集熱レシーバーは、前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有することが望ましい。
【００２４】
前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有するとは、例えば第１の有底孔が第２面近傍まで延び、第２の有底孔が第１面の近傍まで延びている形態が挙げられる。
【００２５】
本発明において、近傍とは、望ましくは第１面と第２面との距離の３０％以下の範囲にあることをいい、さらに望ましくは第１面と第２面との距離の１０％以下である。
第１の有底孔の底が、第２面の近傍まで延びることによって、加熱される前のガスを集熱レシーバー全体に行き渡らせることができる。第２の有底孔の底が第１面の近傍まで延びることによって、加熱されたガスが集熱レシーバー全体から引き出すことができる。
すなわち、本発明の集熱レシーバーは、第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有するように構成されることによって、第１の有底孔の壁面に吸収されたガスは、隣り合う第２の有底孔の壁面から引き出される。熱媒体となるガスと集熱レシーバーとの間の熱交換は、第１の有底孔と第２の有底孔の間の多孔体内部、すなわち集熱レシーバー全体で行われるので、第１面と第２面との間の温度差が形成されにくく、集熱レシーバーを割れにくくすることができる。
【００２６】
本発明の集熱レシーバーの前記第１の有底孔は前記第２の有底孔に取り囲まれ、前記第２の有底孔は前記第１の有底孔に取り囲まれていることが望ましい。
【００２７】
本発明の集熱レシーバーは第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることによって、第１の有底孔と第２の有底孔との距離が集熱レシーバー全体で偏らないように配置することができ、第１の有底孔から取り込まれたガスは、隣り合う第２の有底孔に速やかに移動させることができる。
【００２８】
第１の有底孔は第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれているとは、例えば、第１面に投影される第１の有底孔および第２の有底孔が交互に配置される状態である。
【００２９】
本発明の前記第１の有底孔と、前記第２の有底孔は、板状の壁によって仕切られることが望ましい。
本発明の集熱レシーバーは、第１の有底孔と第２の有底孔が、板状の壁によって隔てられることにより、熱媒体であるガスが、第１の有底孔と第２の有底孔との間を通過する距離を一定にすることができる。このため熱媒体であるガスが、第１の有底孔と、前記第２の有底孔を隔てる壁面から均等に熱を受けとることができるので、集熱レシーバーに熱の偏りを生じにくくすることができる。
【００３０】
本発明の前記第１の有底孔および第２の有底孔のアスペクト比は、１０４〜１０６ｍ−１であることが望ましい。
アスペクト比とは、［有底孔の長さ］／［有底孔の開口面積］と定義される比率である。開口が１ｍｍ四方の正方形で、有底孔の長さが１００ｍｍである場合、アスペクト比は、１０５ｍ−１である。
本発明の集熱レシーバーは、アスペクト比１０４がｍ−１以上であると第１面に平行な面方向での熱交換が支配的になるので、集熱レシーバーの第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。アスペクト比が１０６ｍ−１以下であると、第１の有底孔および第２の有底孔内で発生する流体の圧力損失を小さくできる。このため圧力勾配に伴って発生する温度勾配が小さくなり、第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、集熱レシーバーの反りを小さくすることができる。
【００３１】
本発明の前記セラミックは、炭化珪素またはアルミナであることが望ましい。
これらのセラミックは、耐熱性、化学的安定性、機械強度を有し、さらに熱伝導率が高い。集熱レシーバーは高温に曝されるので、耐熱性が要求される。また、熱媒体として使用されるガスとの反応性が無いことも必要な性能である。熱媒体として空気を使った場合、酸素、水分との反応性が無いことが要求され、炭化珪素、アルミナはこれらの性能を満足する。さらに、集熱レシーバーは、晴天、曇天の急激な変化、あるいは晴天時の降雨など急激な温度差に曝されることもある。これらのセラミックは、低熱膨張係数、高熱伝導率、高強度であるので、急激な温度変化に対する性能も有している。
【００３２】
以下に、本発明の具体的な実施形態である実施形態１および実施形態２を挙げて説明する。実施形態１は、アルミナの多孔体よりなる厚い板状の集熱レシーバーであって、太陽熱発電装置の受光部のハウジングに収められて使用される。実施形態２は、炭化珪素の多孔体よりなるハニカム状の集熱レシーバーであって、太陽熱発電装置の受光部のハウジングに収められて使用される。
【００３３】
＜実施形態１＞
以下に本発明に係る実施形態１の集熱レシーバーについて説明する。本実施形態の集熱レシーバーはアルミナの多孔体よりなる厚い板状の集熱レシーバーであって、太陽熱発電装置の受光部のハウジングに収められて使用される。
【００３４】
本実施形態の集熱レシーバーは、太陽光を受ける側が第１面であり、その裏面が第２面である。第１面には、規則的に配列する複数の第１の有底孔が形成され、第１の有底孔の底は第２面近傍まで延びている。第１の有底孔は、それぞれ同一形状である。また、４つの近接する第１の有底孔は、正方形の頂点に位置するように配置され、全体として第１の有底孔は一単位の正方形となる格子の格子点に位置する。
【００３５】
また、第２面には、規則的に配列する複数の第２の有底孔が形成され、第２の有底孔の底は第１面近傍まで延びている。第２の有底孔は、それぞれ同一形状である。また、第２の有底孔は、４つの近接する第１の有底孔が形成する正方形の中心に位置するように配置される。また、第１の有底孔と第２の有底孔とは、重なる部分がなく、第１面側と第２面側を連結する貫通孔は有していない。第１の有底孔と第２の有底孔とは、テーパー状の有底孔である。
【００３６】
このように、本実施形態の集熱レシーバーは、太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなるように構成される。
【００３７】
本実施形態の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなるので、第２面側を吸引すると、第１の有底孔からガスが導入され、第１の有底孔と第２の有底孔間のセラミック多孔体を通過して第２の有底孔からガスが排出される。この際、太陽光を受け加熱された集熱レシーバーから熱を受けガスが加熱される。
また、多孔体であるとは、特に限定されないが、気孔率が、３８〜７０％である。気孔率が３８％以上であると、第１面側から第２面側にガスを容易に流通させることができる。気孔率が７０％以下であると、ガスが多くのセラミック多孔体の気孔表面に接しながら通過するので効率良く熱交換を行うことができる。
【００３８】
熱媒体として使用されるガスは、特に限定されないが、例えば空気を利用することができる。熱媒体に空気を用いる場合、外気を遮蔽する必要がないので、装置を簡略化することができる。
【００３９】
第１の有底孔および第２の有底孔は、本実施形態の範囲に限定されず、大きさ、配置、数、深さ等は適宜変更することができる。また集熱レシーバー全体の大きさ、材質等も適宜変更することができる。
【００４０】
本実施形態の第１の有底孔と第２の有底孔は、互いに接続しないように配置されることが好ましい。互いに接続しないように配置されると、第１の有底孔から導入されたガスが、全てセラミックの多孔体を浸透しながら第２の有底孔に導かれるので、多孔体を通過する際に効率良く熱交換が行われ高温ガスを得ることができる。
【００４１】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有することが好ましい。
第１の有底孔の底が、第２面の近傍まで延びることによって、加熱される前のガスを集熱レシーバー全体に行き渡らせることができる。第２の有底孔の底が第１面の近傍まで延びることによって、加熱されたガスが集熱レシーバー全体から引き出すことができる。
【００４２】
すなわち、第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有するように構成されることによって、第１の有底孔の壁面に吸収されたガスは、隣り合う第２の有底孔の壁面から引き出される。熱媒体となるガスと集熱レシーバーとの間の熱交換は、第１の有底孔と第２の有底孔の間の多孔体内部、すなわち集熱レシーバー全体で行われるので、第１面と第２面との間の温度差が形成されにくく、集熱レシーバーを割れにくくすることができる。
【００４３】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることが好ましい。第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれているとは、例えば第１面と第２面との間で分割したときに、その断面がハニカム状の規則的な繰り返しパターンを構成し、第１の有底孔および第２の有底孔が交互に出現する線を有することを示す。ハニカム状とは、四角形、六角形、四角形と八角形との組み合わせなどが例示される。
第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることによって、第１の有底孔と第２の有底孔との距離が集熱レシーバー全体で偏らないように配置することができ、第１の有底孔から取り込まれたガスは、隣り合う第２の有底孔に速やかに移動させることができる。
【００４４】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔と、前記第２の有底孔が、板状の壁によって仕切られることが好ましい。第１の有底孔と第２の有底孔が、板状の壁によって隔てられることにより、熱媒体であるガスが、第１の有底孔と第２の有底孔との間を通過する距離を一定にすることができる。このため熱媒体であるガスが、第１の有底孔と、前記第２の有底孔を隔てる壁面から均等に熱を受けとることができるので、集熱レシーバーに熱の偏りを生じにくくすることができる。
【００４５】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔および、第２の有底孔は、アスペクト比が１０４〜１０６ｍ−１であることが好ましい。本明細書において、アスペクト比とは、［有底孔の長さ］／［有底孔の開口面積］と定義される比率である。アスペクト比が１０４ｍ−１以上であると第１面に平行な面方向での熱交換が支配的になるので、集熱レシーバーの第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。アスペクト比が１０６ｍ−１以下であると、第１の有底孔および第２の有底孔内で発生する流体を圧力損失が小さくできる。このため圧力勾配に伴って発生する温度勾配が小さくなり、第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。
【００４６】
本実施形態の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体が炭化珪素またはアルミナであることが好ましい。これらのセラミックは、耐熱性、化学的安定性、機械強度を有し、さらに熱伝導率が高い。集熱レシーバーは高温に曝されるので、耐熱性が要求される。また、熱媒体として使用されるガスとの反応性が無いことも必要な性能である。熱媒体として空気を使った場合、酸素、水分との反応性が無いことが要求され、炭化珪素、アルミナはこれらの性能を満足する。さらに、集熱レシーバーは、晴天、曇天の急激な変化、あるいは晴天時の降雨など急激な温度差に曝されることもある。これらのセラミックは、低熱膨張係数、高熱伝導率、高強度であるので、急激な温度変化に対する性能も有している。例えば、炭化珪素の熱膨張係数は４．２〜５．２×１０−６／℃、熱伝導率は２５〜２００Ｗ／ｍＫ、引っ張り強度は２０〜１００ＭＰａである。またアルミナの熱膨張係数は７．０〜８．０×１０−６／℃、熱伝導率は１０〜３０Ｗ／ｍＫ、引っ張り強度は２０〜１００ＭＰａである。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔から導入されたガスが多孔体を通過して第２の有底孔から排気される。ガスが多孔体を通過する過程で熱交換が行われるので、熱伝達に関係する集熱レシーバーの表面積を大きくすることができる。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。このような効果は、本実施形態に限定されず、本発明に記載された要素を適宜組み合わせることによって得ることができる。
【００４８】
＜実施形態２＞
次に本発明の実施形態２について説明する。
本実施形態の集熱レシーバーは炭化珪素の多孔体よりなるハニカム状の集熱レシーバーであって、太陽熱発電装置の受光部のハウジングに収められて使用される。
【００４９】
本実施形態の集熱レシーバーは、太陽光を受ける側が第１面であり、その裏面が第２面である。本実施形態の集熱レシーバーは、第１面側から第２面側に伸びる断面が四角形である孔が規則的に配列して構成されている。第１面側の孔の端部は交互に封孔され、第１面側が開口する孔は、第２面側で封孔されている。
【００５０】
すなわち、第１面側が封孔された孔は、第２の有底孔に相当し、第２面側が封孔された孔は、第１の有底孔に相当し、全ての孔は、第１面側または第２面側のいずれかが封孔されている。第１の有底孔と第２の有底孔とは、重なる部分がなく、第１面側と第２面側を連結する貫通孔は有していない。
【００５１】
このように、本実施形態の集熱レシーバーは、太陽熱を受ける第１面と、加熱したガスが取り出される第２面を第１面の反対側に有する集熱レシーバーであって、前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなるように構成される。
【００５２】
本実施形態の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなるので、第２面側を吸引すると、第１の有底孔からガスが導入され、第１の有底孔と第２の有底孔間のセラミック多孔体を通過して第２の有底孔からガスが排出される。この際、太陽光を受け加熱された集熱レシーバーから熱を受けガスが加熱される。
【００５３】
また、多孔体であるとは、特に限定されないが、気孔率が、３８〜７０％である。気孔率が３８％以上であると、第１面側から第２面側にガスを容易に流通させることができる。気孔率が７０％以下であると、ガスが多くのセラミック多孔体の気孔表面に接しながら通過するので効率良く熱交換を行うことができる。
【００５４】
熱媒体として使用されるガスは、特に限定されないが、例えば空気を利用することができる。熱媒体に空気を用いる場合、外気を遮蔽する必要がないので、装置を簡略化することができる。
【００５５】
第１の有底孔および第２の有底孔は、本実施形態の範囲に限定されず、大きさ、配置、数、深さ等は適宜変更することができる。また集熱レシーバー全体の大きさ、材質等も適宜変更することができる。
【００５６】
本実施形態の第１の有底孔と第２の有底孔は、互いに接続しないように配置されることが好ましい。互いに接続しないように配置されると、第１の有底孔から導入されたガスが、全てセラミックの多孔体を浸透しながら第２の有底孔に導かれるので、多孔体を通過する際に効率良く熱交換が行われ高温ガスを得ることができる。
【００５７】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有することが好ましい。
前記第１面と、前記第２面との間に、前記第１の有底孔および前記第２の有底孔が存在する領域を有するとは、例えば第１の有底孔が第２面近傍まで延び、第２の有底孔が第１面の近傍まで延びている形態が挙げられる。
【００５８】
第１の有底孔の底が、第２面の近傍まで延びることによって、加熱される前のガスを集熱レシーバー全体に行き渡らせることができる。第２の有底孔の底が第１面の近傍まで延びることによって、加熱されたガスが集熱レシーバー全体から引き出すことができる。
【００５９】
すなわち、第１面と、第２面との間に、第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域を有するように構成されることによって、第１の有底孔の壁面に吸収されたガスは、隣り合う第２の有底孔の壁面から引き出される。熱媒体となるガスと集熱レシーバーとの間の熱交換は、第１の有底孔と第２の有底孔の間の多孔体内部、すなわち集熱レシーバー全体で行われるので、第１面と第２面との間の温度差が形成されにくく、集熱レシーバーを割れにくくすることができる。
【００６０】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることが好ましい。第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれているとは、例えば第１面と第２面との間で分割したときに、その断面がハニカム状の規則的な繰り返しパターンを構成し、第１の有底孔および第２の有底孔が交互に出現する線を有することを示す。ハニカム状とは、四角形、六角形、四角形と八角形との組み合わせなどが例示される。
【００６１】
第１の有底孔が第２の有底孔に取り囲まれ、第２の有底孔は第１の有底孔に取り囲まれていることによって、第１の有底孔と第２の有底孔との距離が集熱レシーバー全体で偏らないように配置することができ、第１の有底孔から取り込まれたガスは、隣り合う第２の有底孔に速やかに移動させることができる。
【００６２】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔と、前記第２の有底孔が、板状の壁によって仕切られることが好ましい。第１の有底孔と第２の有底孔が、板状の壁によって隔てられることにより、熱媒体であるガスが、第１の有底孔と第２の有底孔との間を通過する距離を一定にすることができる。このため熱媒体であるガスが、第１の有底孔と、前記第２の有底孔を隔てる壁面から均等に熱を受けとることができるので、集熱レシーバーに熱の偏りを生じにくくすることができる。
【００６３】
本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔および、第２の有底孔は、アスペクト比が１０４〜１０６ｍ−１であることが好ましい。本明細書において、アスペクト比とは、［有底孔の長さ］／［有底孔の開口面積］と定義される比率である。アスペクト比が１０４ｍ−１以上であると第１面に平行な面方向での熱交換が支配的になるので、集熱レシーバーの第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。アスペクト比が１０６ｍ−１以下であると、第１の有底孔および第２の有底孔内で発生する流体を圧力損失が小さくできる。このため圧力勾配に伴って発生する温度勾配が小さくなり、第１面と第２面との間に発生する温度差を少なくすることができ、反りを小さくすることができる。
【００６４】
本実施形態の集熱レシーバーは、セラミックの多孔体が炭化珪素またはアルミナであることが好ましい。これらのセラミックは、耐熱性、化学的安定性、機械強度を有し、さらに熱伝導率が高い。集熱レシーバーは高温に曝されるので、耐熱性が要求される。また、熱媒体として使用されるガスとの反応性が無いことも必要な性能である。熱媒体として空気を使った場合、酸素、水分との反応性が無いことが要求され、炭化珪素、アルミナはこれらの性能を満足する。さらに、集熱レシーバーは、晴天、曇天の急激な変化、あるいは晴天時の降雨など急激な温度差に曝されることもある。これらのセラミックは、低熱膨張係数、高熱伝導率、高強度であるので、急激な温度変化に対する性能も有している。例えば、炭化珪素の熱膨張係数は４．２〜５．２×１０−６／℃、熱伝導率は２５〜２００Ｗ／ｍＫ、引っ張り強度は２０〜１００ＭＰａである。またアルミナの熱膨張係数は７．０〜８．０×１０−６／℃、熱伝導率は１０〜３０Ｗ／ｍＫ、引っ張り強度は２０〜１００ＭＰａである。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の集熱レシーバーは、第１の有底孔から導入されたガスが多孔体を通過して第２の有底孔から排気される。ガスが多孔体を通過する過程で熱交換が行われるので、熱伝達に関係する集熱レシーバーの表面積を大きくすることができる。また多孔体を通過する際のガスの流れは、多孔体を構成する気孔に乱されるので短い区間で効率良く熱交換ができる。このため集熱レシーバーの熱交換性能を落とすことなく、小型化でき、割れにくくすることができ、長期信頼性を確保することができる。このような効果は、本実施形態に限定されず、本発明に記載された要素を適宜組み合わせることによって得ることができる。  
【実施例１】
【００６６】
次に本発明に係る実施例１を、図を用いて説明する。実施例１は、実施形態１に係る。
図１は本発明に係る実施例１の集熱レシーバーがハウジングに組み込まれた状態を示す。図２は本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図３は本発明に係る実施例１の集熱レシーバーの断面の模式図である。図４は本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを成形する金型の平面図である。図５は本発明に係る実施例１の集熱レシーバーを成形する金型の断面図であり、（ａ）は図４のＡ−Ａ’断面、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’断面を示す。実施例１はプレス成形によって形成されたアルミナからなる集熱レシーバーについて製造方法から順に説明する。
【００６７】
図５に示すように、上パンチ６、下パンチ７およびダイス８とかならなる金型のキャビティーに集熱レシーバーの多孔体の原料となる成形原料を充填し、圧力を加え成形する。成形原料は、アルミナを形成できる原料であれば特に限定されないが、例えばアルミナ粉末、有機バインダー、焼結助剤、滑剤などからなる。その配合比、平均粒子径は特に限定されず、その他添加物を加えても良い。
【００６８】
上パンチ６には、抜き勾配のついた規則的に配置される複数の円柱状の第１の突起６１を有している。また、下パンチ７には、抜き勾配を有する複数の円柱状の第２の突起７１を有しており、個々の第２の突起７１は複数の第１の突起６１に囲まれるように配置されている。抜き勾配の大きさは、第１の突起６１および第２の突起７１ともに１／３０であるが、成形体を破損することなく抜くことができればその傾斜は特に限定されない。第１の突起および第２の突起の個々の大きさはともに同一であるが、同一でなくても良い。
【００６９】
得られた成形体を脱脂し、焼結することにより、集熱レシーバー１０を得ることができる。焼結の温度は１５００℃である。焼結の温度は特に限定されないが、集熱レシーバーとして使用する際に収縮が生じないように１０００℃以上であることが好ましい。
【００７０】
本実施例の集熱レシーバーは、太陽光を受ける側が第１面１であり、その裏面が第２面２である。第１面１には、規則的に配列する複数の第１の有底孔３が形成され、第１の有底孔の底３１は第２面近傍まで延びている。第１の有底孔３は、それぞれ同一形状である。また、４つの近接する第１の有底孔３は、正方形の頂点に位置するように配置され、全体として第１の有底孔３は一単位の正方形となる格子の格子点に位置する。
【００７１】
また、第２面２には、規則的に配列する複数の第２の有底孔４が形成され、第２の有底孔の底４１は第１面近傍まで延びている。第２の有底孔４は、それぞれ同一形状である。また、第２の有底孔４は、４つの近接する第１の有底孔３が形成する正方形の中心に位置するように配置される。また、第１の有底孔３と第２の有底孔４とは、重なる部分がなく、第１面側と第２面側を連結する貫通孔は有していない。第１の有底孔３と第２の有底孔４は、テーパー状の有底孔である。
【００７２】
このように、本実施例の集熱レシーバーは、太陽熱を受ける第１面１と、加熱したガスが取り出される第２面２を第１面１の反対側に有する集熱レシーバー１０であって、前記集熱レシーバー１０は、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔３と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔４と、からなるように構成される。
【実施例２】
【００７３】
次に本発明に係る実施例２を、図を用いて説明する。実施例２は、実施形態２に係る。図６は本発明に係る実施例２の集熱レシーバーを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）の流路に沿った断面を示す。実施例２は押出成形によって形成されたハニカム状の炭化珪素からなる集熱レシーバー１０について製造方法から順に説明する。
【００７４】
プランジャーのノズルに四角形のハニカムを形成するノズルを用い、炭化珪素の成形原料を押出成形する。成形原料は、アルミナを形成できる原料であれば特に限定されないが、例えば炭化珪素粉末、有機バインダー、焼結助剤、滑剤などからなる。その配合比、平均粒子径は特に限定されない。その他添加物を加えても良い。
押出成形された成形体を、一定の長さに切断し、連通孔を交互になるように封止し、脱脂焼成することによって得ることができる。焼結の温度は２０００℃である。焼結の温度は特に限定されないが、集熱レシーバーとして使用する際に収縮が生じないように１８００℃以上であることが好ましい。
【００７５】
このようにして形成される集熱レシーバー１０は、太陽光を受ける側が第１面１であり、その裏面が第２面２である。本実施例の集熱レシーバー１０は、第１面側から第２面側に伸びる断面が四角形である孔が規則的に配列して構成されている。第１面側の孔の端部は交互に封孔され、第１面側が開口する孔は、第２面側で封孔されている。
【００７６】
すなわち、第１面側が封孔された孔は、第２の有底孔４に相当し、第２面側が封孔された孔は、第１の有底孔３に相当し、全ての孔は、第１面側または第２面側のいずれかが封孔されている。第１の有底孔３と第２の有底孔４とは、重なる部分がなく、第１面側と第２面側を連結する貫通孔は有していない。
【００７７】
このように、本実施例の集熱レシーバーは、太陽熱を受ける第１面１と、加熱したガスが取り出される第２面２を第１面１の反対側に有する集熱レシーバー１０であって、前記集熱レシーバーは、セラミックの多孔体からなり、第１面側から延びる複数の第１の有底孔と、第２面側から延びる複数の第２の有底孔と、からなるように構成される。
本実施例の集熱レシーバーは、複数個を配列するように接合して、ハウジングに収められ太陽熱発電の受光部に用いられる。
【符号の説明】
【００７８】
１    第１面
２    第２面
３    第１の有底孔
３１  第１の有底孔の底
４    第２の有底孔
４１  第２の有底孔の底
５    板状の壁
６    上パンチ
７    下パンチ
８    ダイス
９    第１の有底孔および第２の有底孔が存在する領域
１０  集熱レシーバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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