WO2015019814A1

WO2015019814A1 - 集熱レシーバー及び太陽熱発電装置

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Publication number: WO2015019814A1
Application number: PCT/JP2014/068947
Authority: WO
Inventors: 伊藤　孝
Original assignee: Ibiden Co Ltd
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Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2015-02-12
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Abstract

　ヘリオスタットを介して照射される太陽光を効率よく吸収し、熱に変換することが可能な集熱レシーバーを提供すること。　太陽熱発電装置に使用され、セラミック基材に熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された複数個の熱吸収体と、該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体と、複数の上記熱吸収体同士を接着するとともに、複数の上記熱吸収体を上記支持体の内壁に接着、固定する接着材層とからなる集熱レシーバーであって、　上記熱吸収体は、流路が露出する一端面が太陽光を受光する受光面を形成するように配設され、上記接着材層の受光面側の端部は、隣接する熱吸収体のいずれの受光面より内側に存在することを特徴とする集熱レシーバー。

Description

集熱レシーバー及び太陽熱発電装置

　本発明は、集熱レシーバー及び太陽熱発電装置に関する。

　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。

　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。

　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、該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体とからなり、前記熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、太陽光が照射される面には、研磨処理又はコーティング処理のいずれかの表面処理が施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。

特開２０１２－９３００４号公報

　上記集熱レシーバーは、ヘリオスタットを介して照射される太陽光を吸収し、効率よく熱に変換する必要があるが、特許文献１等に記載された集熱レシーバーでは、接着材層は、シリコンか無機粒子、無機繊維、無機バインダ等を含むものであり、太陽光の反射率が充分に低いとは言えず、太陽熱の吸収効率が高くないという問題があった。

　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集熱レシーバーの全体で効率よく吸収し、熱に変換することが可能な集熱レシーバー及びそれを用いた太陽熱発電装置を提供することを目的とする。

　すなわち、本発明の集熱レシーバーは、太陽熱発電装置に使用され、セラミック基材に熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された複数個の熱吸収と、
　該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体と、複数の上記熱吸収体同士を接着するとともに、複数の上記熱吸収体を上記支持体の内壁に接着、固定する接着材層とからなる集熱レシーバーであって、
　上記熱吸収体は、流路が露出する一端面が太陽光を受光する受光面を形成するように配設され、上記接着材層の受光面側の端部は、隣接する熱吸収体のいずれの受光面より内側に存在することを特徴とする。

　通常使用される接着材層は、接着性を重視しているため、太陽光から熱への変換効率が高いとは言えない。従って、熱吸収体と接着材層とが、同一の平面からなる受光面を形成していると、集熱レシーバー全体での熱への変換効率が低下してしまう。
　しかしながら、本発明の集熱レシーバーでは、熱吸収体の流路が露出する一端面が太陽光を受光する受光面を形成するように配設され、接着材層の受光面側の端部は、上記熱吸収体の受光面より内側に存在する。また、太陽光は、大部分の受光面に垂直な方向から入射しないため、上記接着材層の受光面側の端部が熱吸収体の受光面より内側に存在すると、太陽光の大部分は、上記接着材層の端面に到達せず、上記接着材層の端部の周囲に露出しているセラミック基材（熱吸収体）が太陽光を受光することになり、集熱レシーバー全体の太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体の受光面から上記接着材層の受光面側の端部までの領域における上記熱吸収体の側面は、セラミック基材が露出していることが望ましい。
　本発明では、熱吸収体の受光面から接着材層の受光面側の端部までの領域における熱吸収体の側面には、接着剤層を構成する材料の一部が付着などすることなく、セラミック基材が露出しているので、上記領域に存在するセラミック基材（熱吸収体）が太陽光を受光することとなり、集熱レシーバー全体の太陽光からの熱への変換効率を高くすることができ、本発明の効果を得ることができる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記熱吸収体の受光面と上記接着材層の受光面側の端部との距離は、２０～４０ｍｍであることが望ましい。
　上記熱吸収体の受光面と上記接着材層の受光面側の端部との距離が、２０～４０ｍｍであると、上記接着材層の受光面側の端部が熱吸収体の受光面が形成する平面より充分に内側に存在するので、上記接着材層の受光面側の端部で、太陽光を受光する領域は非常に小さいか、殆ど存在せず、上記接着材層の端面の周囲に露出するセラミック基材（熱吸収体）が太陽光を受光する可能性が高く、集熱レシーバーの太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　上記熱吸収体の受光面と上記接着材層の受光面側の端部との距離が２０ｍｍ未満であると、熱吸収体の受光面と接着材層の受光面側の端部との距離が短いため、接着材層の受光面側の端部に太陽光が入射し易くなり、この場合には、接着材層の受光面側の端部が熱吸収体の受光面と比べて太陽光をより反射し易いので、集熱レシーバー全体の太陽光からの熱への変換効率が低下する。一方、上記熱吸収体の受光面と上記接着材層の受光面側の端部との距離が４０ｍｍを超えると、接着材層が存在しない部分の容積が大きくなりすぎ、上記熱吸収体の受光面付近の機械的強度が低下する。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記接着材層の厚さは、０．５～１．５ｍｍであることが望ましい。
　上記接着材層の厚さが、０．５～１．５ｍｍであると、接着力を発揮するには充分の厚さであり、かつ、接着材層の厚さは厚すぎないので、熱吸収体の受光面が形成する平面より内側に存在する上記接着材層の受光面側の端部は、太陽光を受光する領域が非常に小さいか、殆ど存在せず、上記接着材層の端面の周囲に存在する熱吸収体が太陽光を受光する可能性が高く、集熱レシーバーの太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　上記接着材層の厚さが０．５ｍｍ未満であると、接着材層が薄すぎるため、熱吸収体の熱膨張の吸収能力が低下し、接着強度が低下してしまい、一方、接着材層の厚さが１．５ｍｍを超えると、接着材層の端部の面積が大きくなるので、接着材層が太陽光を反射する割合が大きくなり、集熱レシーバーの太陽光からの熱への変換効率が充分とは言えなくなる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記接着材層は、酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材により形成されていることが望ましい。
　酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材を用いることにより、接着性に富み、耐熱性を有する接着材層を形成することができ、しかも、上記接着材層の受光面側の端部は、上記熱吸収体の受光面が形成する平面より内側に存在するので、集熱レシーバー全体の太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　本発明に係る集熱レシーバーでは、上記セラミック基材は、非酸化物セラミックからなることが望ましい。
　上記セラミック基材が、非酸化物セラミックから構成されていると、極めて耐熱性に富み、例えば、集熱レシーバーが１０００℃付近まで加熱されても、クラックや溶融等が発生することはなく、集熱レシーバーとしての特性を維持することができる。

　本発明に係る集熱レシーバーでは、上記セラミック基材は、炭化ケイ素からなることが望ましい。
　炭化ケイ素は、耐熱性に富み、太陽熱の吸収性にも優れているので、優れた特性の集熱レシーバーとなる。

　本発明に係る集熱レシーバーでは、セラミック基材は、体積含有率が３５～６０ｖｏｌ％の炭化ケイ素と、残部の金属シリコンとを含有していることが望ましい。
　多孔質炭化ケイ素の気孔の内部に金属シリコンが充填されていると、熱容量が大きくなり、多くの熱量を受け取ることが可能となり、多くの熱量を発電装置に供給することが可能となる。

　本発明の太陽熱発電装置では、上記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。

図１（ａ）は、本発明の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は、図１（ａ）に示した集熱レシーバーの表面領域近傍を示す拡大断面図である。図３（ａ）は、本発明の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３（ｂ）は、図３（ａ）に示したレシーバーアレイのＢ－Ｂ線断面図である。図４は、本発明の太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。

　以下、本発明の集熱レシーバー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熱吸収体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を示す断面図である。
　図２は、本発明の熱吸収体の受光面近傍を示す拡大断面図である。

　図１（ａ）及び（ｂ）及び図２に示すように、本発明の集熱レシーバー１０は、セラミック基材に熱媒体１４を通過させるための複数の流路１３ｂが並設された複数個の熱吸収体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、複数の熱吸収体１１同士を接着するとともに、複数の熱吸収体１１を支持体１２の内壁に接着、固定する接着材層１５とからなる。熱吸収体１１は、流路１３ｂが露出する一端面が太陽光１８を受光する受光面１１ａを形成するように配設されている。また、隣りあう流路の間及び熱吸収体の周囲には、壁部１３ａが存在する。

　また、接着材層１５の受光面側の端部１５ａは、熱吸収体１１の受光面１１ａより内側に存在しており、熱吸収体１１の受光面１１ａから接着材層１５の受光面側の端部１５ａまでの領域における熱吸収体１１の側面１１ｂは、セラミック基材が露出している。

　熱吸収体１１を構成するセラミック基材は、炭化ケイ素等の耐熱性セラミックからなり、太陽光１８をよく吸収するように構成されていることが望ましく、黒色又はその他の色が付いていることが望ましい。

　ヘリオスタットにより反射した太陽光１８が熱吸収体１１の受光面１１ａに到達した際の入射角は、受光面１１ａに垂直にならないように設定されている。接着材層１５が存在する部分では、熱吸収体１１の受光面１１ａから接着材層１５の受光面側の端部１５ａまでの領域は、空隙となっており、セラミック基材が空隙に露出しているので、太陽光１８が空隙の内部に入射しても、接着材層１５の受光面側の端部１５ａは太陽光１８を受光せず、セラミック基材（熱吸収体１１）の側面が太陽光１８を受光し、熱を吸収する。

　熱吸収体１１の受光面１１ａと接着材層１５の受光面側の端部１５ａとの距離ｄ（図２参照）は、２０～４０ｍｍであることが望ましく、２０～３０ｍｍであることがより望ましい。また、接着材層１５の厚さＤ（図２参照）は、０．５～１．５ｍｍであることが望ましく、１～１．５ｍｍであることがより望ましい。

　セラミック基材（熱吸収体）を構成する材料は、特に限定されるものではないが、上述のように、耐熱性を有するとともに、太陽光１８をよく吸収するように構成されていることが望ましく、その材料としては、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、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル等の炭化物セラミック、シリカ、アルミナ等の酸化物セラミック等を挙げることができる。これらの中では、窒化物セラミック、炭化物セラミック等の非酸化物セラミックが好ましく、炭化ケイ素がさらに好ましい。これらは、多孔質体であっても、緻密体であってもよい。

　上記セラミック基材が多孔質体の場合、そのまま使用してもよいが、多孔質炭化ケイ素等の多孔質体の開気孔の全部をシリコンで充填したものであってもよい。すなわち、セラミック基材は、体積含有率が３５～６０ｖｏｌ％の炭化ケイ素と、残部の金属シリコンとを含有していることが望ましい。金属シリコンは、上記開気孔の一部に充填されていてもよい。なお、気孔率は、セラミック基材そのものの気孔率であり、流路の体積は測定に関与しない。

　熱吸収体に多孔質炭化ケイ素を用いる場合、壁部の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、気孔の一部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、多孔質炭化ケイ素の機械的強度が低下し、熱吸収体１１の強度も低下する。なお、セル隔壁の気孔径は、水銀圧入法にて接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍと設定して求めた値である。気孔率も同様に水銀圧入法を用い、同様の条件により測定することができる。

　本発明に係る熱吸収体１１では、流路１３ｂに対して垂直な断面を形成した際、１ｃｍ^２当たりの流路１３ｂの数は、３１．０～９３．０個／ｃｍ^２であることが望ましい。熱吸収体１１の流路１３ｂの数が３１．０個／ｃｍ^２未満である場合には、熱吸収体１１の流路１３ｂの数が少ないため、熱吸収体１１が熱媒体１４と効率よく熱交換することが難しくなる。一方、熱吸収体１１の流路１３ｂの数が９３．０個／ｃｍ^２を超えると、熱吸収体１１の１つの流路１３ｂの断面積が小さくなるため、熱媒体１４が流通しにくくなる。

　また、熱吸収体１１の流路間の壁部１３ａの厚さは、０．１～０．５ｍｍが好ましい。熱吸収体１１の壁部１３ａの厚さが０．１ｍｍ未満では、熱吸収体の壁部の機械的強度が低下し、破損し易くなる。一方、熱吸収体１１の壁部の厚さが０．５ｍｍを超えると、熱吸収体１１の壁部が厚くなりすぎ、熱吸収体１１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。

　なお、図１（ｂ）において、熱吸収体１１の流路１３ｂの断面形状を四角形にしているが、熱吸収体１１の流路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、支持体１２の断面図形は特に四角形に限定されず、六角形等であってもよい。

　複数の熱吸収体１１を用いて集熱レシーバー１０を作製する場合には、熱吸収体１１（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を接着材として用い、接着材層１５を形成して熱吸収体１１同士を接着することができる。この場合、フッ酸等を用いて、接着材層１５の受光面側の端部１５ａが隣接する熱吸収体１１の受光面１１ａより内側になるようにエッチングを行い、所定の厚さの接着材層１５を削除する。

　本発明の集熱レシーバー１０を構成する接着材層１５は、酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材により形成されていることが望ましい。酸化物セラミックからなる骨材としては、セラミック繊維、セラミック粒子等が挙げられる。
　接着材層１５が酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材により形成されていると、熱吸収体１１の温度が１０００℃付近であっても、接着材層１５が、接着性に富み、耐熱性を有する。そのため、集熱レシーバーが１０００℃付近で用いられた場合であっても、熱履歴により接着材層１５にクラックが生じることを防ぐことができる。さらに、接着材層を形成する接着材にはセラミック粒子や有機バインダ等が含まれていてもよい。

　上記接着材に含まれるセラミック繊維としては、特に限定されないが、酸化ケイ素－酸化アルミニウム、ムライト、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等のセラミックファイバー等が挙げられる。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。セラミック繊維のなかでは、酸化アルミニウム、ムライトが望ましい。

　上記セラミック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、上記セラミック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。上記セラミック繊維の含有量が１０重量％未満では、接着材層の弾性が低下しやすくなる。一方、セラミック繊維の含有量が７０重量％を超えると、接着材層１５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やすくなる。

　上記接着材に含まれるセラミック粒子としては、特に限定されないが、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。セラミック粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化ケイ素が望ましい。

　上記セラミック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、上記セラミック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。上記セラミック粒子の含有量が３重量％未満では、接着材層１５の熱伝導率の低下を招きやすくなる。一方、上記セラミック粒子の含有量が８０重量％を超えると、接着材層１５が高温にさらされた場合に、接着強度の低下
を招き易い。

　上記接着材に含まれる無機バインダとしては、特に限定されないが、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。

　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１５の熱伝導率の低下を招き易い。

　上記接着材に含まれる有機バインダとしては、特に限定されないが、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。

　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やすくなる。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１５と熱吸収体１１との接着力の低下を招きやすくなる。

　有機バインダは、熱吸収体１１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１５に無機バインダ等が含まれていると、充分な接着力を維持することができる。

　本発明に係る集熱レシーバー１０では、接着材層１５を構成する酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比が、酸化アルミニウム：酸化ケイ素＝６０：４０～６４：３６となるように、酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを配合することが望ましい。

　本発明の集熱レシーバー１０が１６００℃以上に加熱された場合、酸化ケイ素が酸化アルミニウムと反応し、ほとんどの酸化ケイ素がムライトとなる。ムライトの融点は約１８５０℃なので、上記のように加熱された場合であっても、接着材層１５のムライトが融解することはない。そのため、接着材層１５が劣化することを防止することができる。

　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、六角形等の形状であるが、支持体１２の全体的な形状は、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集熱部１２ａの断面（熱吸収体１１の太陽光１８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、断面の面積は略一定面積となる。

　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℃前後となるため、支持体１２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。これらのなかでは、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。

　以下、本発明の集熱レシーバーの製造方法について説明する。
　以下の説明では、熱吸収体として多孔質炭化ケイ素を用い、接着材として酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材を用いた場合について説明する。
　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、成形用の湿潤混合物を調製する。

　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熱吸収体の成形体を作製する。

　次に、熱吸収体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、熱吸収体の成形体を所定の長さに切断し、切断した熱吸収体の成形体を乾燥機を用いて乾燥する。

　次に、熱吸収体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、焼成工程を行って熱吸収体（多孔質炭化ケイ素）の作製工程を終了する。この後、必要により、多孔質体の気孔を金属シリコンで充填する充填工程を行ってもよい。

　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作製することができる。セラミックからなる支持体を作製する際には、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、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、支持体を作製することができる。

　集熱レシーバー１０を組み立てる際には、上記方法により作製した熱吸収体１１の側面に骨材としてセラミック繊維とセラミック粒子とを配合し、マトリックスとして無機バインダを配合し、必要によりさらに有機バインダや水を配合した接着材ペーストを調製し、この接着材ペーストを塗布し、複数の熱吸収体１１を接着材ペーストを介して接着した後、乾燥させ、接着材層１５を形成する。さらに、これら接着材層１５により接着された複数の熱吸収体１１の周囲にも接着材ペーストを塗布し、支持体１２と接着し、支持体１２の内側と熱吸収体１１との間に接着材層１５を形成し、集熱レシーバー１０の製造を終了する。

　太陽光発電を行う際、熱吸収体１１には、太陽光が照射され、１０００℃付近又はそれ以上の温度になるので、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１５に含まれている無機バインダの固形成分で、セラミック繊維及びセラミック粒子が接合されて強固な接着材層１５となる。
　なお、接着剤層で接合された複数の熱吸収体は、あらかじめ焼成することにより有機バインダを分解消失させても良い。焼成することにより、無機バインダが接合に寄与するようになる。

　以下、本発明の集熱レシーバーの作用効果について列挙する。
　（１）本発明の集熱レシーバーにおいては、熱吸収体は、流路が露出する一端面が太陽光を受光する受光面を形成するように配設され、上記接着材層の受光面側の端部は、隣接する熱吸収体のいずれの受光面より内側に存在するので、太陽光の大部分は、上記接着材層の端面に到達せず、上記接着材層の端部の周囲に露出するセラミック基材（熱吸収体）が太陽光を受光することになり、集熱レシーバー全体の太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　（２）本発明の集熱レシーバーにおいて、熱吸収体の受光面と接着材層の受光面側の端部との距離を２０～４０ｍｍとすることにより、接着材層の受光面側の端部が熱吸収体の受光面が形成する平面より充分に内側に存在することとなり、上記接着材層の受光面側の端部で、太陽光を受光する領域は非常に小さいか、殆ど存在せず、上記接着材層の端面の周囲に露出するセラミック基板（熱吸収体）が太陽光を受光し、集熱レシーバーの太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　（３）本発明の集熱レシーバーにおいて、接着材層の厚さを０．５～１．５ｍｍとすることにより、接着材層の厚さは厚すぎないので、熱吸収体の受光面が形成する平面より内側に存在する上記接着材層の受光面側の端部は、太陽光を受光する領域が非常に小さいか、殆ど存在せず、上記接着材層の端面の周囲に存在する熱吸収体が太陽光を受光する可能性が高く、集熱レシーバーの太陽光からの熱への変換効率が高くなる。

　（４）本発明の集熱レシーバーにおいて、酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材を用いることにより、接着性に富み、耐熱性を有する接着材層を形成することができる。

　（５）本発明の集熱レシーバーにおいて、上記セラミック基材に炭化ケイ素を用いると、炭化ケイ素は、耐熱性に富み、太陽熱の吸収性にも優れているので、優れた特性を有する集熱レシーバーとなる。

　（６）本発明の集熱レシーバーにおいて、セラミック基材が、体積含有率が３５～６０ｖｏｌ％の炭化ケイ素と、残部の金属シリコンとを含有していると、熱容量が大きくなり、多くの熱量を受け取ることが可能となり、多くの熱量を発電装置に送ることができる。

　次に、本発明の太陽熱発電装置について説明する。
　本発明の太陽熱発電装置では、上記した態様の集熱レシーバーが用いられている。

　図３（ａ）は、本発明の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３（ｂ）は、図３（ａ）に示すレシーバーアレイのＢ－Ｂ線断面図である。
　図４は、本発明の太陽熱発電装置を模式的に示す説明図である。

　図３（ａ）及び（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１８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。

　すなわち、集熱レシーバー１０を構成する支持体１２の熱媒体の出口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２２ｃとなっている。従って、空気等の熱媒体１４は、熱吸収体１１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により形成された部屋に集まり、管２２ｂを通って後述する蒸気発生器３３に導かれる。

　実際には、管２２ｂ又は管２２ｂに結合された容器等は、排気ポンプ等の熱媒体１４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を熱吸収体１１に形成された流路１３ｂを通過させ、熱吸収体１１に蓄積された熱を空気等の熱媒体１４に伝達することができる。

　図３（ａ）及び（ｂ）では、集熱レシーバー１０の周囲にある空気等の熱媒体１４を熱吸収体１１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、いきなり熱吸収体１１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。続いて、熱媒体１４は、集熱部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の熱吸収体１１に形成された流路１３ｂに入る。

　上記のような構成とした場合には、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。

　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光１８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。

　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がガス管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と熱交換することにより加熱された水が水蒸気を発生させる。

　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。

　蓄熱器３４は、熱媒体１４が得た熱を一時的に蓄熱する部署であり、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。

　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１８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１４を流し、温度が上昇した蓄熱材の砂により熱媒体１４を加熱する。蓄熱用配管は、蒸気発生用配管を兼ねていてもよい。

　加熱された熱媒体１４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。

　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に関し、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は、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。

　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。

　以下、本発明の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、上記した本発明の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。

　（２）本発明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、太陽熱発電装置では、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。

　（３）本発明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。

　１０　集熱レシーバー
　１１　熱吸収体
　１１ａ　受光面
　１１ｂ　側面
　１２　支持体
　１２ａ　集熱部
　１２ｂ　熱媒体の出口
　１３ａ　壁部
　１３ｂ　流路
　１４　熱媒体
　１５　接着材層
　１５ａ　端部
　１８　太陽光
　２０　レシーバーアレイ
　２２　枠体
　２２ａ　底部
　２２ｂ　管
　２２ｃ　空間
　３２　中央タワー
　３０　太陽熱発電装置
　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

Claims

　太陽熱発電装置に使用され、
　セラミック基材に熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された複数個の熱吸収体と、
　該熱吸収体を収納、支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体と、
　複数の前記熱吸収体同士を接着するとともに、複数の前記熱吸収体を前記支持体の内壁に接着、固定する接着材層とからなる集熱レシーバーであって、
　前記熱吸収体は、流路が露出する一端面が太陽光を受光する受光面を形成するように配設され、
　前記接着材層の受光面側の端部は、隣接する熱吸収体のいずれの受光面より内側に存在することを特徴とする集熱レシーバー。
　前記熱吸収体の受光面から前記接着材層の受光面側の端部までの領域における前記熱吸収体の側面は、セラミック基材が露出している請求項１に記載の集熱レシーバー。
前記熱吸収体の受光面と前記接着材層の受光面側の端部との距離は、２０～４０ｍｍである請求項１又は２に記載の集熱レシーバー。
　前記接着材層の厚さは、０．５～１．５ｍｍである請求項１～３のいずれかに記載の集熱レシーバー。
　前記接着材層は、酸化物セラミックからなる骨材と無機バインダからなるマトリックスとを含む接着材により形成されている請求項１～４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
　前記セラミック基材は、非酸化物セラミックからなる請求項１～４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
　前記セラミック基材は、炭化ケイ素からなる請求項６に記載の集熱レシーバー。
　前記セラミック基材は、体積含有率が３５～６０ｖｏｌ％の炭化ケイ素と、残部の金属シリコンを含有する請求項７に記載の集熱レシーバー。
　請求項１～８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。