WO2015019815A1

WO2015019815A1 - 集熱レシーバー及び太陽熱発電装置

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Publication number: WO2015019815A1
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Inventors: 伊藤　孝
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Abstract

　高温になったとしても、接着材層に劣化が生じず、接着面の剥離・接着強度の低下が生じない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、上記接着材層は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、上記酸化アルミニウムと、上記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であ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、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、上記熱吸収体は、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。
　また、ハニカムユニットが複数個である場合、酸化ケイ素を含有する接着材層を介して各ハニカムユニットを接着、結合することが開示されている。

特開２０１２－９３００４号公報

　近年、太陽熱発電には、より熱効率が求められるようになってきた。
　タワー型太陽熱発電では、太陽の追尾機構を有する平面鏡を数百から数千枚用いて集めた太陽光を一箇所に集光できるため、集熱レシーバーの温度を１０００℃以上に加熱することが可能である。そのため、タワー型太陽熱発電は熱効率がよいという特徴をもつ。
　１０００℃を超える過酷な条件で使用される集熱レシーバーには、さらなる高性能化が求められるようになっており、集熱レシーバーを構成する材料に対しては、１０００℃を超える過酷な環境下で使用可能な耐久性が要求されていた。
　特に、集熱レシーバーが１６００℃以上に加熱されると、酸化ケイ素の融点は、約１６００℃なので、接着材層に含まれる炭化ケイ素が融解し接着材層が劣化するという問題点がある。
　さらに、酸化ケイ素は約８００℃以上で結晶化する。結晶化した酸化ケイ素は、２５０℃付近で転移を起こすので熱膨張係数が大きく変化する。そのため、熱吸収体の熱膨張係数と接着材層の熱膨張係数との間に乖離が生じ、熱履歴により、接着面の剥離・接着強度の低下が生じることになる。

　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高温になったとしても、接着材層に劣化が生じず、接着面の剥離・接着強度の低下が生じない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、上記接着材層は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、上記酸化アルミニウムと、上記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であることを特徴とする。

　酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比が上記範囲であると、集熱レシーバーが１６００℃以上に加熱された場合、一旦溶融することがあるが、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最終的には安定なムライトとなる。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、接着材層のムライトが融解することはなく接着力を維持することができる。そのため、接着材層が劣化することを防止することができる。
　さらに、ムライトは膨張係数が低いので、熱吸収体の熱膨張係数と、接着材層の膨張係数とはあまり乖離しない。従って、熱履歴により、接着面の剥離・接着強度が低下することを防ぐことができる。

　一方、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比において、酸化ケイ素の割合が上記範囲より大きくなると、集熱レシーバーが１６００℃以上に加熱された場合、ムライトは生じるものの、酸化ケイ素が残存したままとなる。そのため、残存した酸化ケイ素が融解し、接着材層が劣化することになる。
　さらに、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比において、酸化ケイ素の割合が上記範囲より小さくなると、集熱レシーバーが１６００℃以上に加熱された場合、ムライトは生じるものの、酸化アルミニウムが残存することになる。接着材層に酸化アルミニウムが残存していると、酸化アルミニウムの熱膨張率は大きいので、熱吸収体の熱膨張係数と、接着材層の膨張係数とが乖離することになる。そのため、熱履歴により、接着面の剥離・接着強度の低下が生じることになる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記接着材層は、ムライトを含有することが望ましい。
　上記の通り、本発明の集熱レシーバーが使用時に繰り返し加熱されると、接着材層にはムライトが含有されることになる。従って、上記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、上記接着材層は、可視光から赤外域に吸収スペクトルを有する遷移金属の酸化物を含有することが望ましい。
　上記の通り、本発明の集熱レシーバーが加熱されると、接着材層にはムライトが含有されることになる。ムライトはアルミニウム、ケイ素、酸素とからなり、可視光から赤外域に強い吸収スペクトルを持たないので、白色であり熱を吸収しにくい。しかし、接着材層に可視光から赤外域に吸収スペクトルを有する遷移金属の酸化物が含有されることにより、接着材層での熱の吸収を向上させることができる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記遷移金属の酸化物は、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄及び酸化銅からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属酸化物であることが望ましい。
　これら遷移金属の酸化物は可視光から赤外域に吸収スペクトルを有するので黒色または濃色である。そのため、これら物質は熱を吸収しやすい。従って、接着材層にこれら物質が含有されていることにより、熱の吸収を向上させることができる。

　本発明の集熱レシーバーでは、上記接着材層は、繊維状骨材と多孔質の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。
　上記の通り、本発明の集熱レシーバーは、１６００℃以上で用いることもできる。さらに、接着材層が繊維状骨材と多孔質のマトリクスとを含む接着材により形成されていると、従来の集熱レシーバーが使用される温度である１０００℃付近において、多孔質のマトリックスが弾力性に富み、接着材層は、熱吸収体の熱膨張を吸収することができる。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にクラックが生じることを防ぐことができる。また、繊維状骨材が、接着材層の強度を高めることができ接着材層全体を高強度化することができる。すなわち、接着材層が、繊維状骨材と多孔質のマトリックスとを含む接着材により形成されていると、本発明の集熱レシーバーは、広い温度範囲で好適に用いることができる。

　本発明の太陽熱発電装置では、上記本発明の集熱レシーバーが用いられていることを特徴とする。
　そのため、集熱レシーバーの接着材層が劣化することを防止することができる。さらに、熱履歴により、熱吸収体の接着面の剥離・接着強度が低下することを防ぐことができる。

図１（ａ）は、本発明の集熱レシーバーの一例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、酸化ケイ素－酸化アルミニウム系の二成分系状態図である。図３（ａ）は、本発明の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、本願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。図５は、加熱試験前後の集熱レシーバーの外観写真である。図６は、本発明の集熱レシーバーの接着材層のＸ線回折の分析結果である。

　以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

　以下、本発明の集熱レシーバーの一例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の一例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ハニカムユニットにより構成された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１（ａ）及び（ｂ）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であるハニカムユニット１３と、複数個のハニカムユニット１３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、複数のハニカムユニット１３同士を接着するとともに、複数のハニカムユニット１３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。ハニカムユニット１３の各流路１３ｂは、壁部１３ａによって隔てられている。
　なお、集合され互いに接着されている複数個のハニカムユニット１３を、以下、集合熱吸収体１１とも呼ぶ。

　本発明に係る集熱レシーバー１０の熱吸収体であ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、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。ハニカムユニット１３の流路１３ｂの数が３１．０個／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

　また、熱吸収体であるハニカムユニット１３の流路間の壁部１３ａの厚さは、０．１～０．５ｍｍが望ましい。ハニカムユニット１３の壁部１３ａ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、破損しやすくなる。一方、ハニカムユニット１３の壁部１３ａ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。

　熱吸収体は、特に限定されないが、多孔質体や、緻密体であってもよい。
　また、熱吸収体の材料としては、特に限定されないが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、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を挙げることができる。

　熱吸収体が多孔質体である場合、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素からなることが望ましい。
　熱吸収体がハニカムユニット１３で構成される多孔質体である場合、壁部１３ａは、開気孔を有する多孔質炭化ケイ素からなることが望ましい。この場合、壁部１３ａを構成する多孔質炭化ケイ素の気孔率は３５～６０％であることが望ましい。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すくなる。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）により破壊されやすくなる。
　なお、上記気孔率は、水銀圧入法により測定することができる。

　多孔質炭化ケイ素の平均気孔径は、５～３０μｍであることが望ましい。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、熱吸収体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、熱吸収体の強度も低下する。

　本発明に係る集熱レシーバー１０の熱吸収体は、多孔質炭化ケイ素以外に、他の多孔質セラミックであってもよい。他の多孔質セラミックとしては、特に限定されないが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、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。

　熱吸収体が緻密体である場合、熱吸収体は、緻密体であるセラミックであってもよく、多孔質セラミック基材に金属等を含浸したものであっても良い。

　熱吸収体が、多孔質セラミック基材に金属等を含浸したものである場合、金属等を含浸することにより熱吸収体の熱伝導率を高めることができ、太陽熱発電装置のシステム全体の熱効率を高めることができる。
　なお、含浸する金属は、セラミック基材を構成する物質に含まれる元素がよい。このような元素を含浸することにより複雑な化学反応の発生を防ぐことができ、悪影響のある化合物の生成を抑えることができる。この場合、多孔質セラミック基材としては、特に限定されないが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、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を挙げることができる。

　図１（ｂ）において、熱吸収体であるハニカムユニット１３の流路１３ｂの断面形状は、四角形であるが、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の断面形状も、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。

　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、集合熱吸収体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（集合熱吸収体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、熱吸収体は１６００℃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であることが望ましい。
　金属材料としては、特に限定されないが、融点が１６００℃以上であるものが望ましい。
　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、酸化アルミニウム、ムライト、酸化ジルコニウム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、酸化アルミニウム、炭化ケイ素等のセラミックが望ましい。

　本発明に係る集熱レシーバー１０では、接着材層１５は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、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である。

　図２は、酸化ケイ素－酸化アルミニウム系の二成分系状態図である。酸化ケイ素－酸化アルミニウム系の二成分系において、１６００℃以上に加熱された場合、酸化ケイ素と、酸化アルミニウムとは反応しムライトとなる。
　図２に示すように、１４００℃以上で、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であると、ほとんどの酸化ケイ素及び酸化アルミニウムはムライトとなり、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムがほとんど残存しなくなる。

　本発明に係る集熱レシーバー１０の接着材層１５において、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であると、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。
　さらに、ムライトは膨張係数が低いので、熱吸収体であるハニカムユニット１３の熱膨張係数と、接着材層１５の膨張係数とはあまり乖離しない。従って、熱履歴により、接着面の剥離・接着強度が低下することを防ぐことができる。

　一方、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比において、酸化ケイ素の割合が上記範囲より大きくなると、集熱レシーバー１０が１６００℃以上に加熱された場合、ムライトは生じるものの、酸化ケイ素が残存したままとなる。そのため、残存した酸化ケイ素が融解し、接着材層１５が劣化することになる。
　さらに、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比において、酸化ケイ素の割合が上記範囲より小さくなると、集熱レシーバー１０が１６００℃以上に加熱された場合、ムライトは生じるものの、酸化アルミニウムが残存することになる。接着材層１５に酸化アルミニウムが残存していると、酸化アルミニウムの熱膨張率は大きいので、ハニカムユニット１３の熱膨張係数と、接着材層１５の膨張係数とが乖離することになる。そのため、熱履歴により、接着面の剥離・接着強度の低下が生じることになる。

　なお、本発明に係る集熱レシーバー１０の接着材層１５における、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比とは、接着材層１５に含有される全ての酸化アルミニウム成分と、全ての酸化ケイ素成分との比の事である。例えば、接着材層１５に酸化アルミニウム粒子と、酸化アルミニウム繊維とが含有されている場合、酸化アルミニウム粒子及び酸化アルミニウム繊維の両方が酸化アルミニウム成分である。

　上記の通り、本発明の集熱レシーバー１０が加熱されると、接着材層１５にムライトが生じる。接着材層１５にムライトが含有されていると、上記の効果を奏する。そのため、本発明の集熱レシーバー１０では、接着材層１５はムライトを含有することが望ましい。なお、接着材層１５がムライトを含有する場合、そのムライトは、上記のように酸化アルミニウムと酸化ケイ素とが反応して生じたものであってもよく、あらかじめ接着材層１５に含有させたものであってもよい。

　本発明の集熱レシーバー１０では、接着材層１５は、可視光から赤外域に吸収スペクトルを有する遷移金属の酸化物を含有することが望ましい。
　上記の通り、本発明の集熱レシーバー１０が加熱されると、接着材層１５にはムライトが含有されることになる。ムライトはアルミニウム、ケイ素、酸素からなり、可視光から赤外域に強い吸収スペクトルを持たず白色であり熱を吸収しにくい。しかし、接着材層１５に有色の遷移金属の酸化物が含有されることにより、接着材層１５での熱の吸収を向上させることができる。

　本発明の集熱レシーバー１０では、上記遷移金属の酸化物は、特に限定されないが、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄及び酸化銅からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属酸化物であることが望ましい。これら遷移金属の酸化物は可視光から赤外域に強い吸収スペクトルを有するので、黒色または濃色である。そのため、これら物質は熱を吸収しやすい。従って、接着材層１５にこれら物質が含有されていることにより、熱の吸収を向上させることができる。

　本発明の集熱レシーバー１０では、接着材層１５は、繊維状骨材と多孔質の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。
　上記の通り、本発明の集熱レシーバー１０は、１６００℃以上で用いることもできる。さらに、接着材層１５が繊維状骨材と多孔質のマトリックスとを含む接着材により形成されていると、従来の集熱レシーバーが使用される温度である１０００℃付近において、多孔質のマトリックスが弾力性に富み、接着材層１５は、熱吸収体の熱膨張を吸収することができる。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。また、繊維状骨材が、接着材層の強度を高めることができ接着材層全体を高強度化することができる。すなわち、接着材層１５が、繊維状骨材と多孔質のマトリックスとを含む接着材により形成されていると、本発明の集熱レシーバー１０は、広い温度範囲で好適に用いることができる。
　さらに、接着材層を形成する接着材のマトリックスには例えば無機粒子、無機バインダ、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繊維状骨材としては、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の無機繊維を挙げられる。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、酸化アルミニウムが望ましい。

　上記繊維状骨材の含有量の下限は、１０重量％が望ましく、２０重量％がより望ましい。
　一方、上記繊維状骨材の含有量の上限は、７０重量％が望ましく、４０重量％がより望ましい。上記繊維状骨材の含有量が１０重量％未満では、接着材層１５の弾性が低下しやすくなる。一方、繊維状骨材の含有量が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。

　上記接着材のマトリックスに含まれる無機粒子としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ムライト等の無機粉末が挙げられる。

　上記無機粒子のマトリックス中の含有量の下限は、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１５の熱伝導率の低下を招きやすくなる。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、酸化ケイ素ゾル、酸化アルミニウム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、酸化ケイ素ゾルが望ましい。

　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１５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と熱吸収体との接着力の低下を招きやすくなる。なお固形分とは、溶媒の重量を含まない有機バインダそのもののことである。

　有機バインダは、熱吸収体の温度が上昇することにより、分解、消失されるので、本発明の集熱レシーバーが一旦加熱され、使用に供する状態での接着材層の組成には影響を与えない。有機バインダは、接着材層１５のマトリックスに含まれる原料が多孔体を形成するまでのバインダとして機能する。また、接着材層１５に無機バインダが含まれていると、有機バインダが消失した後でも充分な接着力を維持することができる。

　上記本発明の集熱レシーバー１０では、各ハニカムユニット１３同士の間にある接着材層１５と、ハニカムユニット１３と、支持体１２との間にある接着材層１５とは、同じ組成であったが、これらの組成は異なっていてもよい。
　さらに、ハニカムユニット１３と、支持体１２との間にある接着材層１５は、無機繊維からなるマット状の断熱体であってもよい。

　以下、本発明の集熱レシーバーの製造方法の一例について説明する。
　（ａ）熱吸収体（ハニカムユニット）準備工程
　まず、熱吸収体であるハニカムユニット１３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が調整された炭化ケイ素粉末と、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ハニカムユニット１３の成形体を作製する。

　次に、ハニカムユニット１３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１３の成形体を所定の長さに切断し、切断したハニカムユニット１３の成形体を乾燥機を用いて乾燥する。

　次に、ハニカムユニット１３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１３の焼成体（多孔質炭化ケイ素）を作製する。なお、ハニカムユニット１３の焼成体は、単にハニカムユニット１３ともいうこととする。

　（ｂ）接着材準備工程
　無機繊維と、平均粒子径が調整された無機粒子、無機バインダ、有機バインダ、可塑剤、潤滑剤、水等を混合しペースト状の接着材を製造する。
　この際、接着材に含有される酸化アルミニウム成分と、酸化ケイ素成分とのモル比を、酸化アルミニウム：酸化ケイ素＝６０：４０～６４：３６とする。このような比率で混合することにより。後の工程を経て、接着材が接着材層１５となった際に、接着材層１５に含有される酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比を、酸化アルミニウム：酸化ケイ素＝６０：４０～６４：３６とすることができる。

　（ｃ）集合工程
　接着材をハニカムユニット１３の側面（流路が形成されていない面）に塗布し、複数個のハニカムユニット１３同士を接着する。集合された複数個のハニカムユニット１３は、集合熱吸収体１１となる。

　（ｄ）収容工程
　上記方法により製造した集合熱吸収体１１の周囲にさらに接着材を塗布し、従来から用いられている方法により製造されたセラミックからなる支持体１２に集合熱吸収体１１を押し込む。
　セラミックからなる支持体１２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１２を製造することができる。

　（ｅ）乾燥工程
　その後、乾燥することにより接着材を接着材層１５とする。これにより、各ハニカム成形体１３同士を固定することができ、集合熱吸収体１１を支持体１２に固定することができる。

　以上の工程を経ることにより、本発明の一例である集熱レシーバー１０を製造することができる。
　太陽光発電を行う際に、集合熱吸収体１１は、太陽光が照射され、１０００℃以上の温度になるので、接着材層１５中の水分等は蒸発し、有機バインダは分解消失する。この際、接着材層１５に含まれている無機バインダの固形成分が、無機粒子と結合しマトリックスを構成し、さらに無機繊維とともに、接着材層を構成することによって、接着材層１５は強固になる。
　なお、乾燥工程後、あらかじめ加熱することにより、接着材層１５中の水分等を蒸発させ、有機バインダを分解消失させてもよい。

　次に、本発明の集熱レシーバー１０が用いられた本発明の太陽熱発電装置３０について説明する。

　図３（ａ）は、本発明の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、本願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。

　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、集合熱吸収体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。

　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、ハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過し、集合熱吸収体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をハニカムユニット１３に形成された流路１３ｂを通過させ、集合熱吸収体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４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。

　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要素である。
　蒸気発生器３３では、レシーバーアレイ２０の集合熱吸収体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と熱交換することにより加熱された水が水蒸気となる。

　この水蒸気は、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要素であり、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、集合熱吸収体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望ましい。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、本発明の集熱レシーバー及び太陽熱発電装置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では、接着材層は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、上記酸化アルミニウムと、上記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である。そのため、集熱レシーバーが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。従って、上記のように加熱された場合であっても、接着材層のムライトが融解することはない。そのため、接着材層が劣化することを防止することができる。
　さらに、ムライトは膨張係数が低いので、熱吸収体の熱膨張係数と、接着材層の膨張係数とはあまり乖離しない。従って、繰り返しの熱履歴により、接着面の剥離・接着強度が低下することを防ぐことができる。
　（２）本発明の太陽熱発電装置では、本発明の集熱レシーバーが用いられているので、接着材層が劣化することを防止することができる。さらに、熱履歴により、熱吸収体の接着面の剥離・接着強度が低下することを防ぐことができる。
　（３）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。
　（４）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。

　以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
　（ａ）熱吸収体（ハニカムユニット）準備工程平均粒子径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（日本油脂社製　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る。次に、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。

　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。

　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の焼成体を作製した。このハニカムユニットの焼成体の壁部の気孔率は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／ｃｍ^２、セル壁の厚さは０．２５ｍｍ（１０ｍｉｌ）であった。

　（ｂ）接着材準備工程
　Ｄ５０が０．７μｍの酸化アルミニウム粒子（製品名「ＳＭＭ－２２」、日本軽金属株式会社製）２０重量％、Ｄ５０が８５μｍの酸化アルミニウム粒子（製品名「Ａ－１２Ｃ」、昭和電工社製）１２重量％及び酸化アルミニウム繊維２５重量％を、混合機（製品名「ＡＣＭ－２ＬＶＴ」、愛工舎製作所製）を用いて１０分間混合した。得られた混合物に対して、酸化ケイ素ゾル１２重量％、カルボキシルメチルセルロース１重量％及び水３０重量％を添加して３分間混合し、その後、０．１ＭＰａまで減圧し、２０分間混合を行うことで接着材を得た。
　得られた接着材において、酸化アルミニウム成分は、Ｄ５０が０．７μｍの酸化アルミニウム粒子、Ｄ５０が８５μｍの酸化アルミニウム粒子及び酸化アルミニウム繊維であり、酸化ケイ素成分は、酸化ケイ素ゾルである。従って、本実施例の接着材に含まれる酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比は酸化アルミニウム：酸化ケイ素＝６２：３８となる。

（ｃ）集合工程
　４個のハニカムユニットの焼成体の側面（流路が形成されていない面）に、接着材を塗布し、４個のハニカムユニット同士を接着し集合熱吸収体とした。

（ｄ）収容工程
　集合熱吸収体の周囲に上記接着材を塗布し、従来の方法で作製した炭化ケイ素からなる支持体に該集合熱吸収体を押し込んだ。

（ｅ）乾燥工程
　１２０℃にて２０分間接着材を乾燥させ、接着材を接着材層とした。
　その後、７００℃にて１２０分間加熱し、接着材層に含有される有機分を脱脂することにより、接着強度を向上させた。
　このようにして作製された集熱レシーバーは、実施例１に係る集熱レシーバーである。

（加熱試験）
　実施例１に係る集熱レシーバーを電熱炉（製品名「スーパーバーンＮＬ－２０４５Ｄ」、モトヤマ社製）を用いて大気雰囲気で加熱試験を実施した。集合熱吸収体の加熱試験条件は、加熱時間を１４００℃とし、加熱時間を１時間又は１０時間とする条件、及び、加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間又は５時間とする条件とした。

（外観観察）
　各条件の加熱試験後の実施例１に係る集熱レシーバーの外観を観察したところ、いずれも接着材層にクラックの発生が確認されなかった。また、酸化ケイ素の溶融が確認されなかった。
　図５は、加熱試験前後の集熱レシーバーの外観写真である。
　加熱試験前の実施例１に係る集熱レシーバーの外観を図５（ａ）に、加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間とした条件の加熱試験後の実施例１に係る集熱レシーバーの外観を図５（ｂ）に示す。

（三点曲げ試験）
　日本工業規格に定められるＪＩＳ　Ｒ　１６０１：２００８に準じ、加熱試験後の実施例１に係る集熱レシーバーを用いて三点曲げ試験を行った。結果を表１に示す。

（Ｘ線回折分析）
　加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間とした条件の加熱試験後の実施例１に係る集熱レシーバーの接着材層を取り出し、Ｘ線回折装置（製品名「試料水平型多目的Ｘ線回折装置Ｕｌｔｉｍａ　ＩＶ」、リガク社製）を用いて、Ｘ線回折分析を行った。その結果を図６に示す。図６は、本発明の集熱レシーバーの接着材層のＸ線回折の分析結果である。
　図６からも分かるように、上記加熱試験後の実施例１に係る集熱レシーバーでは、酸化ケイ素の結晶化に由来する２θ＝２１．９８°のシグナル（図６中、丸で示す）がほとんど消失していた。ムライトに由来する２θ＝２６．２７°のシグナル（図６中、四角で示す）が確認された。

（比較例１）
（ｂ）接着材準備工程において、Ｄ５０が０．７μｍの炭化ケイ素粒子を３９質量％、Ｄ５０が８５μｍの酸化アルミニウム粒子を１０質量％、酸化アルミニウム繊維を１８質量％、及び、酸化ケイ素ゾルを１０質量％と変更し、接着材に含まれる酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とのモル比は酸化アルミニウム：酸化ケイ素＝３２：６８とした以外は、実施例１と同様にして、比較例１に係る集熱レシーバーを作製した。

（加熱試験）
　比較例１に係る集熱レシーバーを電熱炉（製品名「スーパーバーンＮＬ－２０４５Ｄ」、モトヤマ社製）を用いて大気雰囲気で加熱試験を実施した。集合熱吸収体の加熱試験条件は、加熱温度を１２００℃とし、加熱時間を１時間、５時間又は１０時間とする条件、加熱温度を１４００℃とし、加熱時間を１時間、５時間又は１０時間とする条件、加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間とする条件とした。

（外観観察）
　各条件の加熱試験後の比較例１に係る集熱レシーバーの外観を観察したところ、接着材層にクラックの発生が確認されなかった。また、加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間とした条件の加熱試験後の集熱レシーバーでは、酸化ケイ素の溶融が確認された。
　加熱試験前の比較例１に係る集熱レシーバーの外観を図５（ｃ）に、加熱温度を１６００℃とし、加熱時間を１時間とした条件の加熱試験後の比較例１に係る集熱レシーバーの外観を図５（ｄ）に示す。

（三点曲げ試験）
　実施例１に係る集熱レシーバーと同様にして加熱試験後の比較例１に係る集熱レシーバーを用いて三点曲げ試験を行った。結果を表１に示す。

　以上の結果をまとめると、以下のように考察できる。
　実施例１に係る集熱レシーバーでは、ほとんどの酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とが反応しムライトに変化したと考えられる。そのため、充分な三点曲げ強度を有すると考えられる。
　比較例１に係る集熱レシーバーでは、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とが反応しムライトに変化したものの、接着材層に含有される酸化ケイ素の割合が多く、一部の酸化ケイ素が反応していなかったと考えられる。そのため。未反応の酸化ケイ素が溶融し、接着材層が劣化し、三点曲げ強度が低くなったと考えられる。

　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、上記接着材層は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、上記酸化アルミニウムと、上記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であることを必須の構成要件としている。
　係る必須の構成要件に、本発明の詳細な説明で詳述した種々の構成（例えば、接着材層に含有される物質の種類、接着材層に含有される物質の形状等）を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。

　１０　集熱レシーバー
　１１　集合熱吸収体
　１２　支持体
　１２ａ　集熱部
　１２ｂ　熱媒体の出口
　１３　ハニカムユニット（熱吸収体）
　１３ａ　壁部
　１３ｂ　流路
　１４　熱媒体
　１５　接着材層
　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

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、
　前記接着材層は、酸化アルミニウムと、酸化ケイ素とを含有し、
　前記酸化アルミニウムと、前記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であることを特徴とする集熱レシーバー。
　前記接着材層は、ムライトを含有する請求項１に記載の集熱レシーバー。
　前記接着材層は、可視光から赤外域に吸収スペクトルを有する遷移金属の酸化物を含有する請求項１又は２に記載の集熱レシーバー。
　前記遷移金属の酸化物は、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄及び酸化銅からなる群から選択される少なくとも１種である請求項３に記載の集熱レシーバー。
　前記接着材層は、繊維状骨材と多孔質のマトリックスとからなる請求項１～４のいずれかに記載の集熱レシーバー。
　請求項１～５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。