JP6036541B2

JP6036541B2 - 太陽熱発電用の集熱レシーバー及びその補修方法

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Publication number: JP6036541B2
Application number: JP2013105095A
Authority: JP
Inventors: 鈴川　豊; 豊鈴川; 勅家本
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP2014224664A

Description

本発明は、太陽熱発電用の集熱レシーバーと、その補修方法に関するものである。

従来、図９に示されるような太陽熱発電システムが知られている。この太陽熱発電システムでは、太陽光を数千台〜数万台のヘリオスタット１００で反射させ、その反射光を、高さ１００ｍ〜１５０ｍ程度の集光タワー１０１の最上部に設置した集熱レシーバー１０２に集め、太陽光の持つエネルギーで集熱レシーバー１０２を加熱する。加熱された集熱レシーバー１０２に、熱媒体循環ポンプ１０３を用いて空気等の熱媒体を循環させて熱回収し、回収した高温の熱媒体を蒸気発生器１０４に送り込んで、水を蒸発させ、蒸気でタービン発電機１０５を駆動して発電を行う。タービン発電機１０５を通過した蒸気はコンデンサー１０６で水に戻し、水循環ポンプ１０７で循環使用する。なお、集光タワー１０１の上部には、集熱レシーバー補修用クレーン１０８が設置されていることが多い。
発電容量が２０ＭＷ程度の太陽熱発電設備においては、集熱レシーバーの受光面の面積は２００〜４００ｍ^２程度である。

太陽熱発電システムに使用される集熱レシーバーとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に示されるようなものが知られている。
特許文献１（特許文献１のFig.２）に示される集熱レシーバーは、多孔質熱吸収体（セラミックハニカム）を多数並べて受光面を形成したものであり、太陽光の照射を受けて多孔質熱吸収体が加熱され、大気が多孔質熱吸収体を通過する間に加熱されて高温の空気となり、太陽熱が回収される。多孔質熱吸収体は個別にサポートに支持され、このサポートは集熱レシーバーの基礎に固定されている。多孔質熱吸収体は６角形をしており、個別にサポートに支持されて、密に配置されている。なお、特許文献１には具体的に記載されていないが、多孔質熱吸収体を交換する際には、地上から高さ１００ｍ以上の集光タワー最上部からクレーンを吊り下げ、集熱レシーバーの外側（受光面側）から当該多孔質熱吸収体をサポートごと取り外して交換するものと推定される。極めて高い場所での作業であるので、危険を伴い、交換コストも高い。

また、特許文献２（特許文献２の図１）に示される集熱レシーバーは、熱吸収体であるセラミックハニカムを複数組み合わせて受光面を形成し、複数のセラミックハニカムは１つの支持体で支持されている。この集熱レシーバーでは、太陽光の照射を受けてセラミックハニカムが加熱され、熱媒体がセラミックハニカムを通過する間に加熱されて高温の熱媒体となり、太陽熱が回収される。

さきに述べたように、太陽熱発電では、太陽光を多数のヘリオスタットで反射させて集熱レシーバーに集光して熱回収し、回収した熱で水を蒸発させ、その蒸気でタービン発電機を駆動して電力を得るものである。蒸気タービンを駆動できるような高温・高圧の蒸気を得るために、集熱レシーバーには、数千台〜数万台のヘリオスタットを使って太陽光の４００倍〜８００倍程度に集光した太陽光が照射される。このとき、集熱レシーバーの受光面には、４００〜８００ｋＷ／ｍ^２の太陽エネルギーが流入する。

本発明者らの実験によれば、集熱レシーバー受光面に４００ｋＷ／ｍ^２程度の太陽エネルギーを集光した場合、冷却をしない集熱レシーバー受光面の温度は１３００℃以上に上昇した。このため、集熱レシーバーの受光面については、高い耐熱性を有する材料を使用するか、或いは常に冷却できる機能を付与する必要がある。このため特許文献１、２の集熱レシーバーの受光面も、セラミックハニカムで構成されている。

米国特許第６００３５０８号明細書特開２０１２−９３００３号公報

集熱レシーバーの受光面を構成する部材は、４００〜８００ｋＷ／ｍ^２の非常に大きなエネルギー密度の太陽光を受けるため、当該構成部材の表面（受光面）から深さ方向に大きな温度分布（温度偏差）が生じる。
また、集熱レシーバーの受光面には、太陽が出ている日中のみ太陽光が集光されて高温になり、夜間は大気に晒されて大気温度まで冷却されるという、加熱・冷却が毎日繰り返される。したがって、上記のような受光面の構成部材の温度分布（温度偏差）の発生も毎日繰り返されることになる。

また、日中であっても、雲の通過などにより、一時的に太陽の日射がさえぎられると、集熱レシーバーの受光面への入熱量が変化して、受光面の構成部材の温度が数百℃の範囲で急激に変動することもある。
また、多くのヘリオスタットからの太陽光が受光面に集まるため、受光面内で集光エネルギー密度に大きなばらつきが発生する。

受光面の構成部材に上記のような温度偏差や温度変動が繰り返し生じると、次のような問題がある。
受光面温度が最高１２００℃を超えるような集熱レシーバーでは、受光面に、繰り返し応力に対する強度が大きい炭化珪素を主成分とするセラミックハニカムが用いられている。炭化珪素を主成分とするセラミックスは、線膨張係数が概ね３〜４×１０^−６１／℃程度であり、例えば２０℃から１２００℃まで温度が上がると、長さ１ｍのセラミックスが３．５〜４．７ｍｍ程度伸びる。セラミックハニカムは受光面のみが温度上昇して伸びるが、光が当たらない部分は温度が大きく上昇せず、セラミックス内部に伸び量の分布を生じ、その結果、応力を生じる。この応力がセラミックスの圧縮強度や引張強度を超えるとセラミックスが破壊される。

セラミックハニカムは、上記のような熱応力の発生が毎日繰り返される結果、割れが生じたり、高温側の一部が割れて脱落するなどの問題を生じる。
セラミックハニカムの脱落などが生じると、設備を停止して補修する必要があるが、集熱レシーバーは、高さが１００ｍ〜１５０ｍ程度の集光タワー上部に設置されるため、その補修には多大な費用がかかるばかりでなく、夜間に補修が完了しないと、昼間の発電ができなくなるという機会損失が発生する問題もある。

また、特許文献１の集熱レシーバーは、各セラミックハニカム毎にサポートを配置して受光面を構成するものであるため、構造が複雑であり、セラミックハニカムの交換もしにくい難点がある。また、ハニカムサポート構造が複雑であるため、製造コストも高くなる。また、特許文献２の集熱レシーバーも、構造が複雑であり、セラミックハニカムの交換もしにくい難点がある。また、集熱レシーバーの外形が複雑であるため、製造コストも高くなる。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、繰り返し作用する熱応力によるセラミックハニカムの割れや脱落が生じにくい集熱レシーバーを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、セラミックハニカムの割れや脱落が生じにくいことに加え、セラミックハニカムを容易且つ安価に組み立てることができ、しかもセラミックハニカムの交換も容易な集熱レシーバーを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、そのような集熱レシーバーにおいてセラミックハニカムの交換を容易に行うことができる補修方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、集熱レシーバーのセラミックハニカムの構造について検討した結果、セラミックハニカムの形状・寸法を最適化することにより、セラミックハニカムの割れや脱落が効果的に抑えられることを見出した。
また、セラミックハニカムの保持構造について検討した結果、特定のハニカム保持体にセラミックハニカムを保持させることにより、セラミックハニカムを容易且つ安価に組み立てることができ、しかもセラミックハニカムの交換（補修）を容易に行うことができことが判った。

本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］複数のセラミックハニカム（２）が、熱媒ガス通路であるセル（２０）が並列するように並べられ、各セラミックハニカム（２）の端面が受光面（ａ）を構成する受光集熱体（１）を備え、
熱媒ガスが、受光面（ａ）側から各セラミックハニカム（２）のセル（２０）を通過して反受光面（ｂ）側に流れる過程で、各セラミックハニカム（２）に集熱された太陽熱で加熱されるようにした集熱レシーバーにおいて、
下記（1）式で規定される各セラミックハニカム（２）の相当直径Ｄが１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、下記（2）式で規定される各セラミックハニカム（２）の形状比率Ｒが１．０以上１．５以下であることを特徴とする太陽熱発電用の集熱レシーバー。
Ｄ＝４Ｍ／Ｐ …（1）
Ｒ＝Ｄ／Ｚ …（2）
但しＤ：相当直径（ｍｍ）
Ｍ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）の面積［ｍｍ^２］
Ｐ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）の周長［ｍｍ］
Ｒ：形状比率［−］
Ｚ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）と反受光面（ｂ）間の距離［ｍｍ］

［2］上記［1］の集熱レシーバーにおいて、各セラミックハニカム（２）は、形状が直方体又は角柱状であり、炭化珪素系セラミックスで構成されることを特徴とする太陽熱発電用の集熱レシーバー。
［3］上記［1］又は［2］の集熱レシーバーにおいて、受光集熱体（１）は、レシーバー下部に支持されるハニカム保持体（３）を備え、
該ハニカム保持体（３）は、横方向のハニカムサポート（４）と縦方向の支柱（５）を格子状に組み立てることで構成され、
ハニカム保持体（３）の格子のマス目に相当する各空間（ｓ）内に、左右２つ・上下２段からなる４つのセラミックハニカム（２）が収納されるとともに、上下及び左右で隣接するセラミックハニカム（２）間にはスペーサ（６）が介装され、
ハニカムサポート（４）が、連結部材（７）を介して、レシーバーが備える支持部材（８）に連結されることを特徴とする太陽熱発電用の集熱レシーバー。

［4］上記［3］の集熱レシーバーにおいて、ハニカムサポート（４）の受光面（ａ）側の端部と反受光面（ｂ）側の端部には、セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）側の端部と反受光面（ｂ）側の端部が各々係合可能なストッパー部（４０）が突設され、
各空間（ｓ）を形成する上下のハニカムサポート（４）のストッパー部（４０）間の垂直方向距離Ｌと、各空間（ｓ）に収納されて上下で隣接する２つのセラミックハニカム（２）の合計高さｈと、これら２つのセラミックハニカム（２）間に介装されるスペーサ（６）の厚さｔが、Ｌ＞ｈ、Ｌ＜ｈ＋ｔの関係を満足することを特徴とする太陽熱発電用の集熱レシーバー。

［5］上記［4］の集熱レシーバーについて、セラミックハニカム（２）を交換する補修を行うに際し、
ハニカムサポート（４）及び支柱（５）を取り外すことなく、隣接するセラミックハニカム（２）間に介装されたスペーサ（６）を取り外した後、セラミックハニカム（２）の取り出しと新たなセラミックハニカム（２）の取り付けを行い、その後、隣接するセラミックハニカム（２）間へのスペーサ（６）の取り付けを行い、セラミックハニカム（２）の交換を完了することを特徴とする集熱レシーバーの補修方法。

本発明の集熱レシーバーは、繰り返し作用する熱応力によるセラミックハニカムの割れや脱落が生じにくい。このため、補修費用を削減できるとともに、補修に時間がかかり昼間の発電ができなくなるという機会損失を回避することができ、太陽熱発電の経済性を高めることができる。
また、本発明の集熱レシーバーにおいて、特定の構造のハニカム保持体にセラミックハニカムを保持させることにより、セラミックハニカムを容易且つ安価に組み立てることができ、しかもセラミックハニカムの交換も容易に行うことができ、太陽熱発電の経済性をより高めることができる。

また、本発明の補修方法によれば、仮に集熱レシーバー受光面を構成するセラミックハニカムに割れや脱落が生じた場合でも、大掛かりなクレーンを使用することなく、その交換を容易に行うことができる。このため、補修費用を削減できるとともに、補修に時間がかかり昼間の発電ができなくなるという機会損失を回避することができ、太陽熱発電の経済性を高めることができる。

本発明の集熱レシーバーの受光集熱体が備えるセラミックハニカムの形状、寸法を示すもので、図１（ａ）はセラミックハニカムの正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿う断面図本発明の集熱レシーバーの一実施形態における受光集熱体の一部を示す正面図図２のIII−III線に沿う断面図図３のIV−IV線に沿う断面図図２〜図４の実施形態で使用されるハニカムサポート４の詳細を示すもので、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＶ−Ｖ線に沿う断面図図２〜図４の実施形態で使用される連結部材７の詳細を示すもので、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のVI−VI線に沿う断面図実験で使用した集熱レシーバーの説明図実験で使用した集熱レシーバーが備える受光集熱体の構成及び温度測定位置を示すもので、図８（ａ）は、受光集熱体正面でのセラミックハニカムのレイアウトを示す図面、図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIII−VIII線に沿う断面における温度測定位置を示す図面従来の太陽熱発電システムの一例を示す説明図

図１は、本発明の集熱レシーバーの受光集熱体が備えるセラミックハニカムの形状、寸法を示すもので、図１（ａ）はセラミックハニカムの正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。また、図２〜図４は、本発明の集熱レシーバーの一実施形態における受光集熱体の一部を示すもので、図２は正面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図３のIV−IV線に沿う断面図である。なお、図３及び図４では、セラミックハニカム２の断面ハッチングは省略してある。

図２〜図４の実施形態において、１は集熱レシーバーの受光面を構成する受光集熱体であり、この受光集熱体１は、複数のセラミックハニカム２が、熱媒ガス通路であるセル２０が並列するように並べられ、各セラミックハニカム２の端面が受光面ａを構成している。そして、これら受光面ａの集合により受光集熱体１の受光面Ａが形成される。この集熱レシーバー１は、熱媒ガス（通常、空気）が、受光面ａ側から各セラミックハニカム２のセル２０を通過して反受光面ｂ側に流れる過程で、各セラミックハニカム２に集熱された太陽熱で加熱されるようにしてある。

各セラミックハニカム２の形状や材質は任意であるが、通常は、形状が直方体又は角柱状であり、繰り返し応力に対する強度が大きい炭化珪素（ＳｉＣ）系セラミックス（炭化珪素を主成分とするセラミックス）で構成される。
以上のような集熱レシーバーの基本構造や機能は、従来の集熱レシーバーと同様である。
なお、セラミックハニカムとは、蜂の巣のような細い筒状の穴が多数並列的に形成されたセラミックス材料であり、筒状の穴がセルと呼ばれる。ただし、穴の断面形状は六角形に限らず、四角形など任意である。

さきに述べたように、集熱レシーバーの受光面には太陽光の４００〜８００倍程度に集光した太陽光が照射され、集熱レシーバーの受光面を構成する部材は、４００〜８００ｋＷ／ｍ^２程度の非常に大きなエネルギー密度の太陽光を受けるため、当該構成部材の表面（受光面）から深さ方向に大きな温度分布（温度偏差）が生じる。また、太陽光は日中のみ集光されるため、そのような温度分布の発生が毎日繰り返される。本発明者らは、実際に太陽熱発電試験設備を建設し、集熱レシーバーにどのような熱負荷が発生するか実験的に調査した。以下に、その実験の内容を説明する。

実験設備設置場所は、神奈川県横浜市内である。実験設備は、高さ２２ｍの集光タワー上部に、図７に示すように炭化珪素系のセラミックハニカムを並べて受光面とした受光集熱体を備えた集熱レシーバーを設置したものである。受光集熱体の反受光面側には吸気ダクトを連結し、排気ファンにより反受光面側からセラミックハニカムを通じて空気（大気）を吸引し、セラミックハニカムを冷却しながら、空気を加熱してその温度を測定し、熱回収率を計算して求めた。
集光方法としては、集光タワーの北側に直径５０ｃｍの鏡を備えたヘリオスタットを多数配置し、鏡の角度を調節して反射光が前記受光集熱体の受光面に集光するようにした。鏡の総数は７００枚である。実験を行うにあたっては、太陽光の直達日射量を測定して受光面への入熱エネルギー（入射光強度）を計算した。また、セラミックハニカム内部や、セラミックハニカムの反受光面側に温度計を設置して各部分の温度変化を測定した。

図８に、設置した受光集熱体の構成例及び温度測定位置を示す。図８（ａ）は、受光集熱体正面でのセラミックハニカムのレイアウトを示す図面、図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIII−VIII線に沿う断面における温度測定位置を示す図面である。この例では受光集熱体は、受光面寸法が縦横１５０ｍｍの正方形で、厚さ（受光面と反受光面間の距離）が１００ｍｍのセラミックハニカムを９個（セラミックハニカムＨ１〜Ｈ９）ならべて構成し、その前面を受光面とした。
セラミックハニカムＨ１〜Ｈ９の全てについて、受光面−１０ｍｍ位置（Ｐ１）、厚さ方向中心位置（Ｐ２）、反受光面−１０ｍｍ位置（Ｐ３）、反受光面＋１０ｍｍ位置（Ｐ４）の各４点、合計３６点に温度センサーを設置して、各点での温度を測定した。また、図には示さないが、直達日射強度、大気の温度、セラミックハニカムを通過する空気の流量も測定し、熱回収率の計算に使用した。

表１は、以上の実験条件をまとめたものであり、この実験条件で実験を行い、Ｐ１〜Ｐ４で温度測定を行った結果の一例を表２に示す。
表２によれば、Ｐ１〜Ｐ３の温度に示されるように、セラミックハニカム厚さ方向（受光面〜反受光面の方向）に７２℃〜２７０℃の大きな温度偏差が生じていることが判る。各セラミックハニカムでは、このような温度偏差の発生が毎日繰り返されることになる。
また、多くのヘリオスタットからの太陽光が受光面に集まるため、受光面内で集光エネルギー密度にばらつきが発生し、表２のＰ１に示されるように、受光面内での温度は５９０℃〜１２４７℃と大きなばらつきを生じている。

以上の実験結果をふまえ、割れや脱落が生じにくいセラミックハニカムの最適な形状・寸法を見出すべく、セラミックハニカムの寸法を種々変えて上記と同様の実験を行い、セラミックハニカムの割れや脱落の有無を調査した。
実験は、午前１０時から午後２時の、太陽の高度が高く、かつ太陽の方位が南方向にあって、集光条件が良い時間帯を選んで行った。実験後には毎回、集光を止めてセラミックハニカムを大気で冷却し、受光面に割れや脱落が無いか確認した。

セラミックハニカムの寸法としては、すでに工業用に量産されている直方体形状のハニカムを使う前提で、縦・横それぞれ１００ｍｍ〜１７５ｍｍ、厚さ７５ｍｍ〜１７５ｍｍとした。なお、形状は直方体でなくてもよく、六角柱などでもよい。ハニカムの割れや脱落は、熱膨張により発生すると考えられるが、熱膨張量はハニカムの寸法、即ち受光面面積や厚さとハニカム内部温度偏差に比例すると考えられるので、下記（1）式で規定される相当直径Ｄと、下記（2）式で規定される形状比率Ｒが重要であると考え、これらの影響について調査した。
Ｄ＝４Ｍ／Ｐ …（1）
Ｒ＝Ｄ／Ｚ …（2）
但しＤ：相当直径（ｍｍ）
Ｍ：セラミックハニカム２の受光面ａの面積［ｍｍ^２］
Ｐ：セラミックハニカム２の受光面ａの周長［ｍｍ］
Ｒ：形状比率［−］
Ｚ：セラミックハニカム２の受光面ａと反受光面ｂ間の距離［ｍｍ］

ここで、セラミックハニカム２の受光面ａの面積とは、例えば、図１のセラミックハニカムの場合には、面積＝縦寸法Ｈ×横寸法Ｗである。また、セラミックハニカム２の受光面ａの周長とは、受光面ａの外縁長さの合計であり、図１のセラミックハニカムの場合には、周長＝２×（縦寸法Ｈ＋横寸法Ｗ）である。また、セラミックハニカム２の受光面ａと反受光面ｂ間の距離Ｚとは、図１（ｂ）に示すようにセラミックハニカム２の厚さである。

実験の結果を表３に示す。これによれば、相当直径Ｄ＝１７５ｍｍの場合は、形状比率Ｒ＝１．０〜１．７５の範囲で、すべて割れが観察されており、取り出してみるとセラミックハニカムが分割されてしまう。一方、相当直径Ｄ＝１５０ｍｍの場合は、形状比率Ｒ＝１．０で微細で長さが短いヘアクラックが観察されているが、セラミックハハニカムが分割してしまうような割れには至っていない。形状比率Ｒ＝１．０〜１．５の範囲で割れないと判断される。しかし、形状比率Ｒ＝２．０では割れてしまう。また、相当直径Ｄ＝１００ｍｍの場合は、形状比率Ｒ＝０．８で割れが観察される。一方、形状比率Ｒ＝１．０では割れは観察されず、形状比率Ｒ＝１．３３でも同様である。
以上をまとめると、相当直径Ｄが１５０ｍｍ以下、形状比率Ｒが１．０〜１．５において割れが生じていない。一方、相当直径Ｄが１００ｍｍ未満であると、必要とする受光面面積を確保するために必要となるセラミックハニカムの数が増加し、これを保持するための部材の数も増加するので、設備費が高くなる。

以上の結果から、セラミックハニカムの割れや脱落を防止して、耐久性の高い集熱レシーバーの受光面を得るために、本発明では、上記（1）式で規定される各セラミックハニカム２の相当直径Ｄを１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、上記（2）式で規定される各セラミックハニカム２の形状比率Ｒを１．０以上１．５以下とする。
図１に示すセラミックハニカム２の受光面ａは正方形状であるが、受光面ａの形状は任意であり、正方形状である必要はない。なお、受光面ａ及び受光面Ａはほぼ鉛直方向に形成されるのが望ましい。
なお、相当直径Ｄが１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であっても、受光面ａの縦・横の寸法のいずれかが極端に長い長方形では割れ易いので、受光面ａの縦・横の寸法も夫々１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。

発電容量が２０ＭＷ程度の太陽熱発電設備では、集熱レシーバーの受光面Ａの面積は２００〜４００ｍ^２程度である。仮に面積を４００ｍ^２とし、セラミックハニカム１個の受光面ａの寸法を縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍとすると、集熱レシーバーに必要なセラミックハニカム２の数は約１８，０００個となる。図２〜図４の実施形態の集熱レシーバーは、このような多数のセラミックハニカムを簡単且つ安価に組み立てることができ、しかもセラミックハニカムの交換も容易に行うことができるようにしたものである。

以下、図２〜図４の実施形態について、詳細に説明する。
受光集熱体１は、レシーバー下部（例えば、レシーバーのケーシングなどの構造部下部）に支持されるハニカム保持体３を備えており、複数のセラミックハニカム２は、このハニカム保持体３に保持されている。
ハニカム保持体３は、横方向のハニカムサポート４と縦方向の支柱５を格子状に組み立てることで構成されている。ハニカムサポート４と支柱５は、それぞれ板状部材により構成されており、ともにセラミックハニカム２と同じセラミックス材料又は同じ熱膨張係数を有する耐熱材料（セラミックス材料、金属材料など）で作られることが好ましい。ここで、ハニカム保持体３は、水平方向で隣接するハニカムサポート４どうしの端部を突き合わせ、その各突き合わせ部に支柱５の下端を載せて支柱５を立て、次いで、その各支柱５の上端に、上段の水平方向で隣接するハニカムサポート４どうしの端部の突き合わせ部を載せ、さらに、その各突き合わせ部に支柱５の下端を載せて支柱５を立てる、という手順を繰り返すことで下側から順次組み立てられる。

ハニカム保持体３の格子のマス目に相当する各空間ｓ内に、左右２つ・上下２段からなる４つのセラミックハニカム２が収納される（嵌め込まれる）とともに、上下及び左右で隣接するセラミックハニカム２間にはスペーサ６が取り外し可能に介装されている。このスペーサ６は、１４００℃以上の耐熱性を有するセラミックボードで構成され、通常、その厚さは５〜１０ｍｍ程度である。また、本実施形態では、支柱５とセラミックハニカム２間にも同様のスペーサ６が介装されている。セラミックハニカム２を空間ｓに対して出し入れできるようにするには、セラミックハニカム２とハニカムサポート４及び支柱５間にある程度の隙間（遊び）が必要であり、上記スペーサ６はその隙間を埋め、セラミックハニカム２が空間ｓ内に保持された状態とする。
このようにしてハニカム保持体３にセラミックハニカム２が収納・保持された状態で、セラミックハニカム２、ハニカムサポート４、支柱５、スペーサ６の垂直加重は、支柱５により支えられる。そのため、支柱５は十分な圧縮強度を有するよう、材料選択、断面の大きさの設計がなされる。

図５は、ハニカムサポート４の詳細を示すもので、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
空間ｓ内に収納されたセラミックハニカム２が、その空間ｓ内に確実に拘束されるようにするため、ハニカムサポート４の受光面ａ側の端部と反受光面ｂ側の端部には、セラミックハニカム２の受光面ａ側の端部と反受光面ｂ側の端部が各々係合（当接）可能なストッパー部４０が突設されている。このストッパー部４０は、空間ｓに収納され、上面又は下面がハニカムサポート４に接するセラミックハニカム２が、受光面・反受光面方向に動いて空間ｓから出てしまうことを阻止する役目をする。

ここで、各空間ｓを形成する上下のハニカムサポート４のストッパー部４０間の垂直方向距離Ｌと、各空間ｓに収納されて上下で隣接する２つのセラミックハニカム２の合計高さｈと、これら２つのセラミックハニカム２間に介装されるスペーサ６の厚さｔが、Ｌ＞ｈ、Ｌ＜ｈ＋ｔの関係を満足するように構成されている。これにより、上下で隣接する２つのセラミックハニカム２間にスペーサ６が介装された状態では、上下２つのセラミックハニカム２は、その上面又は下面の受光面ａ側の端部と反受光面ｂ側の端部がストッパー部４０に係合可能であることにより、受光面・反受光面方向への移動が阻止され、空間ｓに拘束される。一方、上下２つのセラミックハニカム２間のスペーサ６を取り外した状態では、セラミックハニカム２を空間ｓから容易に取り出すことができる。

ハニカムサポート４は、連結部材７を介して、レシーバーが備える支持部材８に連結されている。本実施形態の支持部材８は、内部に冷媒が通されて冷却された支持パイプで構成されている。この支持部材（支持パイプ）は、受光集熱体１の背方に設けられる伝熱管（受光集熱体１を通過した熱媒ガスから熱回収するための熱交換器）の一部で構成してもよい。
ハニカムサポート４の反受光面ｂ側の両側端部には、ブラケット９が突設され、このブラケット９には連結部材７を差し込むための差込孔１０が形成されている。
図６は、連結部材７の詳細を示すもので、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のVI−VI線に沿う断面図である。この連結部材７は、Ｕ字状の本体７０と、この本体７０の両端部に直角に連設された差込軸部７１からなる。この連結部材７は、耐熱性を有する金属又はセラミックスで構成される。

この連結部材７は、Ｕ字状の本体７０を支持部材８（支持パイプ）に引っ掛けて、その両端の差込軸部７１を、水平方向で隣接する２つのハニカムサポート４の差込孔１０に差し込むことにより、ハニカムサポート４を支持部材８（支持パイプ）に連結している。連結部材７は、差込軸部７１を差込孔１０から抜き出すことにより、取り外しが可能である。このようにハニカムサポート４が、連結部材７を介して支持部材８に繋がれることにより、セラミックハニカム２、ハニカムサポート４、支柱５、スペーサ６の横加重は、連結部材７を介して支持部材８により支えられる。
以上のような本実施形態の受光集熱体１は、ハニカムサポート４、支柱５、セラミックハニカム２、スペーサ６、連結部材７を、レシーバー下部（例えば、レシーバーのケーシングなどの構造部下部）から上に向かって順に組み上げることにより、簡単に構成することができ、受光面を形成することができる。

以上のような集熱レシーバーにおいて、セラミックハニカム２を交換する補修を行う場合、ハニカムサポート４及び支柱５を取り外すことなく、隣接するセラミックハニカム２間に介装されたスペーサ６のみを取り外す。通常、スペーサ６の取り出しと取り付けは反受光面ｂ側から行う。これにより、セラミックハニカム２は、上下左右に一定範囲（例えば１０ｍｍ程度）で動かすことができるようになり、また、上述したように上下で隣接するセラミックハニカム２を空間ｓから取り出すことができるようになる。そこで、セラミックハニカム２を取り出し、新たなセラミックハニカム２の取り付け（セラミックハニカム２の交換）を行う。通常、セラミックハニカム２の取り出しと取り付けは反受光面ｂ側から行う。その後、隣接するセラミックハニカム２間へのスペーサ６の取り付け（差し込み）を行い、必要に応じて他のスペーサ６の取り付けを行い、セラミックハニカム２の交換を完了する。

発電容量が２０ＭＷ程度の太陽熱発電設備においては、受光面を構成するセラミックハニカムの数は約１８０００個程度にもなり、このような多数のセラミックハニカムを備える集熱レシーバーにおいて、上記の補修方法は、セラミックハニカムを簡単に交換できる方法として有用な方法である。
なお、本発明の集熱レシーバーは、上述した受光集熱体１以外の構成に特別な制限はないが、集熱レシーバーとしては、例えば、先端側の開口に受光集熱体１が設置され、後端側に排気口を有するケーシングと、このケーシングの内部に配置される伝熱管（受光集熱体１を通過した熱媒ガスから熱回収するための熱交換器）と、ケーシングの排気口に接続される排気手段を備えたものなどが挙げられる。

１受光集熱体
２セラミックハニカム
３ハニカム保持体
４ハニカムサポート
５支柱
６スペーサ
７連結部材
８支持部材
９ブラケット
１０差込孔
２０セル
４０ストッパー部
７０本体
７１差込軸部
ａ，Ａ受光面
ｂ反受光面
ｓ空間

Claims

複数のセラミックハニカム（２）が、熱媒ガス通路であるセル（２０）が並列するように並べられ、各セラミックハニカム（２）の端面が受光面（ａ）を構成する受光集熱体（１）を備え、
熱媒ガスが、受光面（ａ）側から各セラミックハニカム（２）のセル（２０）を通過して反受光面（ｂ）側に流れる過程で、各セラミックハニカム（２）に集熱された太陽熱で加熱されるようにした集熱レシーバーにおいて、
下記（1）式で規定される各セラミックハニカム（２）の相当直径Ｄが１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、下記（2）式で規定される各セラミックハニカム（２）の形状比率Ｒが１．０以上１．５以下であり、
Ｄ＝４Ｍ／Ｐ …（1）
Ｒ＝Ｄ／Ｚ …（2）
但しＤ：相当直径（ｍｍ）
Ｍ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）の面積［ｍｍ^２］
Ｐ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）の周長［ｍｍ］
Ｒ：形状比率［−］
Ｚ：セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）と反受光面（ｂ）間の距離［ｍｍ］
受光集熱体（１）は、レシーバー下部に支持されるハニカム保持体（３）を備え、
該ハニカム保持体（３）は、横方向のハニカムサポート（４）と縦方向の支柱（５）を格子状に組み立てることで構成され、
ハニカム保持体（３）の格子のマス目に相当する各空間（ｓ）内に、左右２つ・上下２段からなる４つのセラミックハニカム（２）が収納されるとともに、上下及び左右で隣接するセラミックハニカム（２）間にはスペーサ（６）が介装され、
ハニカムサポート（４）が、連結部材（７）を介して、レシーバーが備える支持部材（８）に連結され、
ハニカムサポート（４）の受光面（ａ）側の端部と反受光面（ｂ）側の端部には、セラミックハニカム（２）の受光面（ａ）側の端部と反受光面（ｂ）側の端部が各々係合可能なストッパー部（４０）が突設され、
各空間（ｓ）を形成する上下のハニカムサポート（４）のストッパー部（４０）間の垂直方向距離Ｌと、各空間（ｓ）に収納されて上下で隣接する２つのセラミックハニカム（２）の合計高さｈと、これら２つのセラミックハニカム（２）間に介装されるスペーサ（６）の厚さｔが、Ｌ＞ｈ、Ｌ＜ｈ＋ｔの関係を満足することを特徴とする太陽熱発電用の集熱レシーバー。
各セラミックハニカム（２）は、形状が直方体又は角柱状であり、炭化珪素系セラミックスで構成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電用の集熱レシーバー。
請求項１又は２に記載の集熱レシーバーについて、セラミックハニカム（２）を交換する補修を行うに際し、
ハニカムサポート（４）及び支柱（５）を取り外すことなく、隣接するセラミックハニカム（２）間に介装されたスペーサ（６）を取り外した後、セラミックハニカム（２）の取り出しと新たなセラミックハニカム（２）の取り付けを行い、その後、隣接するセラミックハニカム（２）間へのスペーサ（６）の取り付けを行い、セラミックハニカム（２）の交換を完了することを特徴とする集熱レシーバーの補修方法。