集热接收器及太阳能热发电装置的制作方法

专利名称：集热接收器及太阳能热发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集热接收器及太阳能热发电装置。
背景技术：
作为利用太阳的发电方法，已知有太阳能热发电。太阳能热发电经反射镜等聚光从太阳照射的光，利用所获得的太阳能热来驱动蒸汽涡轮并进行发电。该太阳能热发电在发电期间不会产生二氧化碳等的温室效应气体，而且还能够进行蓄热，因此在阴天或夜间也可发电。因此，太阳能热发电作为将来有前途的发电方法而受到关注。太阳能热发电的方式大体分为槽式和塔式2种。塔式太阳能热发电为利用多个称为定日镜的平面镜，使太阳光集中在位于设置在中央部的塔中的集热接收器来聚光，并以该热进行发电的发电方式。定日镜为数米见方的平面镜，塔式太阳能热发电中，能够使利用数百面至数千面定日镜收集的太阳光集中在一处，因此能够将集热接收器加热至1000°c左右，塔式太阳能热发电具有良好热效率这种特征。作为该塔式太阳能热发电用的集热接收器，专利文献I中公开有具备用于使热介质通过的多个气体流路的碳化硅制或由硅和碳化硅构成的热吸收体容纳并支承于漏斗型支承体的集热接收器。集热接收器中，使由空气或包括空气在内的混合气体构成的热介质通过被加热的热吸收体流路，热介质能够由此获得热量。塔式太阳能热发电中，通过所获得的热量使水沸腾来作为蒸汽，来使蒸汽涡轮转动而进行发电。以往技术文献专利文献专利文献1:美国专利第6003508号说明书发明的概要发明要解决的技术课题上述集热接收器需要吸收经定日镜照射的太阳光并有效地转换为热量，但在专利文献I等中记载的集热接收器中，由于被照射太阳光的面为平面，所以无法说太阳光的反射率充分低，存在吸收效率不高的问题，进一步要求吸收效率良好的集热接收器。本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够有效地吸收经定日镜照射的太阳光并转换为热量的集热接收器及使用该集热接收器的太阳能热发电装置。用于解决技术课题的手段S卩，权利要求1所述的集热接收器为使用于太阳能热发电装置的集热接收器，其特征在于，上述集热接收器由热吸收体和支承体构成，所述热吸收体由形成有用于使热介质通过的2个以上流路的I个或2个以上蜂窝单元构成，所述支承体容纳并支承该热吸收体并且使热介质流通，上述蜂窝单元包含多孔质碳化硅和填充多孔质碳化硅中的气孔的硅而构成，被照射太阳光的面中距表面预定深度的表面区域由多孔质层构成，多孔质层的气孔中未填充有硅。权利要求1所述的集热接收器中，蜂窝单元包含多孔质碳化硅和填充多孔质碳化硅中的气孔的硅而构成，因此成为致密体，热吸收体的蓄热性变高。另外，以硅填充多孔质碳化硅的气孔的致密体的导热率较高，因此能够将所获得的热量顺畅地传递于空气等热介质。另外，权利要求1所述的集热接收器中，蜂窝单元的被照射太阳光的面中距表面预定深度的表面区域由多孔质层构成，多孔质层的气孔中未填充有硅，因此能够防止太阳光通过硅反射。并且，权利要求1所述的集热接收器中，太阳光易进入到蜂窝单元表面的多孔质层中，在多孔质层内反射的光照射于多孔质层内的其他壁等，不易向外部射出。因此，能够将被照射的太阳光有效地转换为热量，并能够有效地进行发电。权利要求2所述的集热接收器中，上述蜂窝单元进一步包含多孔质碳而构成，上述蜂窝单元的表面区域由多孔质碳层构成，所以蜂窝单元的表层区域本身的太阳光反射率下降，热吸收效率变高。权利要求3所述的集热接收器中，上述蜂窝单元的表面区域具有距表面500nm以上的深度。之所以将表面区域设定在上述范围，是因为若表面区域的深度不到500nm，则表面区域过浅，所以导致产生上述蜂窝单元中所含的硅引起的太阳光的反射等，且热吸收率下降。权利要求4所述的集热接收器中，上述蜂窝单元中形成31.0 93.0个/cm2的流路，上述蜂窝单元的流路之间的壁部厚度为0.1 0.5mm，上述多孔质碳化硅的气孔率为35 60%，平均气孔径为5 30μπι。若为这种气孔率、气孔径，则易向上述多孔质碳化硅填充硅。通过这样构成如此获得的致密的蜂窝单元的流路，从而热介质在上述流路中流通时，热量有效地从由上述蜂窝单元构成的热吸收体向上述热介质传递，其结果，能够以高效率进行发电。本发明所涉及的蜂窝单元中，形成相对流路垂直的截面时，优选每Icm2的流路数为31.0 93.0个/cm2。蜂窝单元的流路数不到31.0个/cm2时，由于蜂窝单元的流路数较少，因此蜂窝单元难以与热介质有效地进行热交换。另一方面，若蜂窝单元的流路数超过93.0个/cm2，则蜂窝单元的I个流路的截面积变小，因此热介质难以流通。权利要求5所述的集热接收器中，上述热吸收体与上述支承体之间夹装有绝热材，能够通过上述绝热材牢固地保持上述热吸收体，并且能够通过上述绝热材有效地防止热量从上述热吸收体向上述支承体逃散。权利要求6所述的集热接收器中，2个以上蜂窝单元经形成于侧面的粘结材料层粘结而构成，所以蜂窝单元彼此被牢固地粘结，能够防止因在热吸收体内所含的蜂窝单元的流路中流动的热介质的流动力量，导致一部分蜂窝单元脱落。权利要求7所述的集热接收器中，上述热吸收体通过2个以上蜂窝单元经形成于侧面的硅层粘结而构成，所以蜂窝单元彼此被牢固地粘结，能够防止因在热吸收体内所含的蜂窝单元的流路中流动的热介质的流动力量，导致一部分蜂窝单元脱落。权利要求8所述的太阳能热发电装置中，由于使用权利要求1 7中任一项所述的集热接收器，所以能够将照射的太阳光有效地转换为热量，并能够有效地进行发电。


图1中，图1 (a)是示意地表示本发明的第I实施方式所涉及的集热接收器的纵截面图，图1 (b)是图1 (a)所示的集热接收器的A-A线截面图。图2是表示构成图1 (a)所示的集热接收器的蜂窝单元的表面区域附近的放大截面图。图3中，图3 (a)是示意地表示构成本发明的太阳能热发电装置的接收器阵列的主视图，图3 (b)为图3 (a)所示的接收器阵列的B-B线截面图。图4是示意地表示本发明的第3实施方式所涉及的太阳能热发电装置的说明图。图5是表示本发明的实施例1及比较例1、2的评价结果的曲线图。
具体实施例方式(第I实施方式)以下，参考附图对作为本发明的集热接收器的一实施方式的第I实施方式进行说明。图1 (a)是示意地表示本发明的第I实施方式所涉及的集热接收器的纵截面图，图1 (b)是图1 (a)所示的集热接收器的A-A线截面图。图1 (a)是与构成容纳于集热接收器的热吸收体的蜂窝单元的流路平行地切断的纵截面图，图1 (b)是表示与上述流路垂直的截面的截面图。图2是表示本发明的第I实施方式所涉及的蜂窝单元的表面区域附近的放大截面图。如图1 (a)、(b)及图2所示，本发明所涉及的集热接收器10包含热吸收体11和支承体12而构成，所述热吸收体中排列设置有用于使热介质14通过的多个流路13b的蜂窝单元13经作为粘结材料发挥功能的硅15 (由硅构成的粘结材料层，以下还称为硅层)被粘结2个以上，所述支承体容纳并支承热吸收体11，并且使热介质14流通。而且，热吸收体11与支承体12之间夹装有由无机纤维构成的绝热材17，热吸收体11经该绝热材17支承并固定于支承体12。蜂窝单元13由具有开气孔的多孔质碳化硅16和填充多孔质碳化硅16中的开气孔的硅15构成，蜂窝单元13的被照射太阳光18的面中距表面预定深度的表面区域由多孔质层13a构成。图2中示出蜂窝单元13的表面区域的多孔质层13a的详细结构。多孔质层13a以外的气孔中填充硅15而呈致密体，但在多孔质层13a的部分不存在硅15，成为具有开气孔的多孔质体。因此，通过定日镜反射的太阳光18难以直接照射于硅15，能够防止太阳光18通过硅15反射。另外，由于蜂窝单元13的表面区域成为多孔质层13a，所以太阳光18易进入到多孔质层13a中，在多孔质层13a内反射的光照射于多孔质层13a内的其他壁等，难以向外部射出。因此，能够将被照射的太阳光18有效地转换为热量。多孔质层13a也可以为仅由多孔质层碳化硅16构成的层。多孔质层13a由多孔质碳化硅16构成时，能够通过以硅15填充多孔质碳化硅16的所有开气孔，且设为以某种方式去除暂且被填充于多孔质碳化硅16的表面区域的硅15的状态来制作蜂窝单元13。另夕卜，多孔质层13a也可以为将通过消除硅15而露出的多孔质碳化硅16进一步转换为碳的层。作为将多孔质层13a中的多孔质碳化硅16转换为碳的方法，例如可举出将多孔质碳化硅16周围的气氛设为0.8Torr以下的真空，并在1600 1700°C下进行96小时以上加热处理的方法。由此，硅从碳化硅脱落，碳化硅转换为碳。多孔质层13a由碳化硅构成时，多孔质层13a的表面区域的厚度的下限值优选为400nm (0.40 μ m),更优选40 μ m,上限值优选为2mm。多孔质层13a由碳构成时，多孔质层13a的厚度的下限值优选为400nm(0.40 μ m),更优选650nm(0.65 μ m),上限值优选为2mm。若处于该范围，则难以反射太阳光，能够良好地吸收太阳光，另外，已收集的热量向热介质的热传递也良好。若多孔质层13a的表面区域的厚度比下限值薄，则太阳光到达至致密层，另一方面，若多孔质层13a的表面区域的厚度比上限值厚，则致密体区域相对减少，且向热介质的热传递量易下降。多孔质层13a由碳构成时,碳容易吸收太阳光18,所以可较薄地设定多孔质层13a的厚度。尤其,多孔质层13a由碳化娃构成时,表面区域的厚度优选为0.40 μ m 78 μ m,更优选47 78 μ m。多孔质层13a由碳构成时,表面区域的厚度优选为0.40 μ m 78 μ m,更优选为0.65 78 μ m。本发明所涉及的集热接收器10中，多孔质碳化硅16的气孔率优选为35 60%。若上述气孔率不到35%,则上述气孔的一部分成为闭气孔,难以将娃15填充于所有气孔中。另一方面，若上述气孔率超过60%，则蜂窝单元13的强度下降，更容易因蜂窝单元13的升温、降温的反复(热履历)而被破坏。另外，上述气孔率以压汞法测定。多孔质碳化娃16的平均气孔径优选为5 30 μ m。若多孔质碳化娃16的平均气孔径不到5μπι，则气孔的一部分易成为闭气孔，难以填充硅15。另一方面，若多孔质碳化硅16的平均气孔径超过30 μ m,则多孔质碳化硅16的机械强度下降，蜂窝单元13的强度也下降。优选娃15相对多孔质碳化娃100重量份浸渗15 50重量份。通过在该范围内对多孔质碳化娃16进行娃浸渗,娃15被埋入多孔质碳化娃16中的开放气孔内，蜂窝单兀成为致密体。本发明所涉及的蜂窝单元13中，形成相对流路13b垂直的截面时，每Icm2的流路13b的数量优选为31.0 93.0个/cm2。蜂窝单元13的流路13b的数量不到31.0个/cm2时，蜂窝单元13的流路13b的数量较少，因此蜂窝单元13难以与热介质14有效地进行热交换。另一方面，若蜂窝单元13的流路13b的数量超过93.0个/cm2，则蜂窝单元13的I个流路13b的截面积变小，因此热介质14变得难以流通。另外，蜂窝单元13的流路间的壁部厚度优选为0.1 0.5mm。若蜂窝单元13的壁部厚度不到0.1_，则蜂窝单元的壁部的机械强度下降，变得易破损。另一方面，若蜂窝单元13的壁部厚度超过0.5mm,则蜂窝单元13的壁部变得过厚，热介质14相对蜂窝单元13的面积的流通量下降，因此热效率下降。本发明中，将多孔质碳化硅16作为用于填充硅15的多孔质陶瓷使用，但是也可使用其他多孔质陶瓷。作为其他多孔质陶瓷，例如可举出氮化铝、氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷、碳化硅、碳化锆、碳化钽等碳化物陶瓷。这些陶瓷本身具有较高导热率。使用2个以上蜂窝单元13制作热吸收体11时，能够将与填充于蜂窝单元13 (多孔质碳化硅16)的内部的硅15的相同材料即硅15用作粘结材料，并形成粘结材料层来粘结蜂窝单元13彼此来作为热吸收体11。另外，图1 (b)中，将蜂窝单元13的流路13b的截面形状设为四边形，但蜂窝单元13的流路13b的截面形状并无特别限定，也可以为六边形等。另外，图1 (b)所示的支承体12的截面图形也是四边形，但支承体12的截面图形并不特别限定于四边形，也可以为六边形等。如上述，支承体12中，如图1 (b)所示的从正面观察的截面形状为四边形、六边形等形状，但支承体12的整体形状为漏斗形状。即，容纳热吸收体11且热介质14所流入的部分即集热部12a的截面(与热吸收体11的接收太阳光18的面平行的截面)为大面积，但是若向热介质14的出口方向平行移动截面，则截面的面积逐渐变小，之后，在气体出口 12b中，截面的面积成为大致恒定面积。支承体12的材料并无特别限定，但是热吸收体11成为1000°C左右，因此支承体12需具有耐热性，优选为金属或陶瓷。作为金属材料，例如可举出铁、镍、铬、铝、钨、钥、钛、铅、铜、锌及这些金属的合金等。另外，作为陶瓷可举出氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛等氮化物陶瓷、碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化钨等碳化物陶瓷、二氧化硅、氧化铝、莫来石、氧化锆等氧化物陶瓷等。作为支承体12的材料，除此之外，例如还可举出金属与氮化物陶瓷的复合体、金属与碳化物陶瓷的复合体等。这些当中，从耐热性等观点出发，优选氧化铝、碳化硅等陶瓷。本发明的集热接收器10中，在热吸收体11与支承体12之间夹装有绝热材17。绝热材17的材料并无特别限定，可以是包含无机纤维、无机颗粒、无机粘合剂等各种无机材料的材料，但是优选由无机纤维构成的垫状材料。以下说明关于本实施方式中使用由无机纤维构成的俯视矩形的垫子作为绝热材的例子。该绝热材17通过层叠I个或2个以上由无机纤维构成的俯视矩形的垫子而构成，以将该绝热材17缠绕于热吸收体11的侧面的状态容纳于支承体12，由此能够将热吸收体11支承并固定于支承体12的内部。作为构成上述垫子的无机纤维并无特别限定，可以为氧化铝-二氧化硅纤维，也可以为氧化铝纤维、二氧化硅纤维等。无机纤维的材料按照耐热性或耐风蚀性等密封材料所要求的特性等来改变即可。将氧化铝-二氧化硅纤维用作无机纤维时，例如优选使用氧化铝与二氧化硅的组成比为60:40 80:20的纤维。优选对上述垫子施加针刺处理。通过对垫子施加针刺处理，构成垫子的无机纤维片等构成材料不易分散，成为I个聚集的垫状。另外，若垫子在与上述长边方向垂直的宽度方向上被施以针刺处理，则在已施加针刺处理的部分向垫子的宽度方向附有折痕，由此向被卷绕体缠绕垫子时变得易进行缠绕。另外，也可使用通过在上述垫子上浸渗包含丙烯酸类树脂等的有机粘合剂并对其进行压缩干燥来将其厚度设得较薄的材料用作绝热材17。在热吸收体11上缠绕绝热材17，并压入支承体12来将热吸收体11安装于支承体12之后，向热吸收体11照射太阳光18的反射光，则热吸收体11的温度上升到近1000°c。因此，有机粘合剂分解并消失，基于有机粘合剂的压缩状态被开放。其结果，热吸收体11牢固地保持并固定于支承体12。绝热材17的厚度优选为3 14mm。以下，对本实施方式所涉及的集热接收器的制造方法进行说明。首先，制造构成蜂窝单元的多孔质碳化硅。制造多孔质碳化硅时，作为原料混合不同平均粒径的碳化硅粉末和有机粘合剂、增塑剂、润滑剂、水等，从而制备成型用的湿润混合物。接着，进行将上述湿润混合物投入挤出成型机来挤出成型的成型工序，制作在长边方向上形成有多个流路的四棱柱形状的蜂窝单元的成型体。接着，进行使用切断装置切断蜂窝单元的成型体的两端的切断工序，将蜂窝单元的成型体切断成预定长度，并利用干燥机干燥已切断的蜂窝单元的成型体。接着，进行在脱脂炉中对蜂窝单元的成型体中的有机物进行加热的脱脂工序，并输送到烧成炉中，进行烧成工序来制作蜂窝单元的烧成体(多孔质碳化硅)。另外，蜂窝单元的烧成体还简称为蜂窝单元。接着，进行将金属浸渗于蜂窝单兀的烧成体中的金属浸渗工序。将娃浸渗于蜂窝单元的烧成体时，例如优选预先将碳质物质浸渗于蜂窝单元的烧成体。作为这种碳质物质，例如可举出糠醛树脂、酚醛树脂、木质素磺酸盐、聚乙烯醇、玉米淀粉、糖蜜、煤焦油浙青、海藻酸盐等各种有机物质。另外，也可同样使用如炭黑、乙炔黑的热解碳。将上述碳质物质预先浸渗于蜂窝单元的烧成体的理由如下:由于在蜂窝单元的烧成体的开放气孔的表面形成新的碳化硅膜，由此熔融硅与蜂窝单元的烧成体的结合变得牢固。另外，是因为通过碳质物质的浸渗，蜂窝单元的烧成体的强度也变强。另外，作为将硅填充到蜂窝单元的烧成体的开放气孔中的方法，例如能够举出加热熔融硅来吸入开气孔并进行填充的方法。此时，在蜂窝单元的烧成体的上表面或下表面(除端面以外的侧面)载置块状、粉末状或颗粒状的硅，在真空条件下，在1450°C以上溶解硅，并在蜂窝单元的烧成体的开气孔中填充硅。通过反复进行上述工作或改变所载置的硅的重量等，由此能够控制硅相对于蜂窝单元的烧成体的浸渗率。另外，还可适用这种方法:使细粉化的硅分散在分散剂液中，使该分散剂液浸渗在蜂窝单元的烧成体中并进行干燥之后，加热至硅的熔融温度以上。另外，上述金属浸渗工序也可对于蜂窝单元的成型体(即，烧成工序前的蜂窝单元)进行。根据该方法，能够实现节电化，并能够抑制制造成本。通过上述方法能够获得填充有硅的蜂窝单元。蜂窝单元能够以I个蜂窝单元直接用作热吸收体，但也可用粘结材料粘结2个以上蜂窝单元来作为热吸收体。经粘结材料层粘结2个以上蜂窝单元的热吸收体可通过以下方法制作。S卩，将硅用作粘结材料，经硅层粘结2个以上蜂窝单元时，同时进行硅相对多孔质碳化硅(蜂窝单元的烧成体)的填充和粘结。此时，例如以利用预定的固定件等将已浸渗了细粉状硅的2个以上蜂窝单元的烧成体组合成热吸收体的形状之后进行加热。另外，作为其他方法，也可采用组合2个以上未浸渗硅的蜂窝单元的烧成体之后，在真空下，在蜂窝烧成体的上表面、下表面(除端面以外的侧面)等载置硅并进行加热的方法。另外，也可在蜂窝单元的烧成体的侧面涂布将硅粉末设为浆料状的物质，通过在使2个蜂窝烧成体经涂布面接触的状态下进行加热来粘结，并反复该工作。通过上述方法能够进行如下，即硅被填充于蜂窝单元的烧成体(多孔质碳化硅)的开气孔中，并且硅还在蜂窝单元的烧成体的侧面之间扩散开，形成粘结层且经硅粘结蜂窝烧成体彼此。在填充有硅的蜂窝单元(多孔质碳化硅)形成多孔质层时，需通过蚀刻等去除蜂窝单元的距表面预定深度的表面区域的硅。作为对硅进行蚀刻的方法可举出使用液体的湿式蚀刻、使用气体的干式蚀刻等。作为湿式蚀刻的方法可举出利用混合氟酸和硝酸的氟硝酸、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵(TMAH)等对硅进行蚀刻的方法。另外，作为干式蚀刻的方法可举出通过使用氟利昂等的等离子体蚀刻等进行硅的蚀刻的方法。另外，也可采用通过在真空下对填充有硅的蜂窝单元进行加热来使硅蒸发的方法。另外，通过上述方法在蜂窝单元的表面区域形成多孔质层，根据情况，也可通过上述方法将多孔质层的多孔质碳化娃进一步转换为碳(carbon)。支承体能够通过利用一直以来使用的方法来制作。制作由陶瓷构成的支承体时，能够在进行包含陶瓷粉末、有机粘合剂等混合物的加压成型、注射成型、铸造成型等之后，经过脱脂工序、烧成工序，由此制作支承体。组装集热接收器10时，能够通过在以上述方法制作的热吸收体11的周围缠绕绝热材17，并将缠绕有绝热材17的热吸收体11压入支承体12来固定，由此组装集热接收器10。以下，列举本实施方式的集热接收器的作用效果。(I)本实施方式的集热接收器中，由于热吸收体内所含的蜂窝单元包含多孔质碳化硅和填充多孔质碳化硅中的气孔的硅而构成，所以蜂窝单元成为致密体。由于蜂窝单元为致密体，因此其热容量变大，且蜂窝单元的蓄热性变高。另外，蜂窝单元为由多孔质碳化硅和硅构成的致密体，因此导热率较高，并能够将获得的热量顺畅地传递于空气等热介质。(2)本实施方式的集热接收器中，蜂窝单元的被照射太阳光的面的距表面预定深度的表面区域由多孔质层构成，因此能够防止太阳光通过硅而反射。另外，本实施方式的集热接收器中，太阳光易进入到蜂窝单元的多孔质层中，在蜂窝单元的多孔质层内反射的光照射于多孔质层内的其他壁等，难以向外部射出。因此，能够将照射的太阳光有效地转换为热量，并能够有效地进行发电。(3)本实施方式的集热接收器中，当蜂窝单元的表面区域的多孔质层由多孔质碳层构成时，表面区域本身的太阳光的反射率更下降，热吸收效率变高。(4)本实施方式的集热接收器中，上述热吸收体所含的蜂窝单元中形成31.0 93.0个/cm2的流路，蜂窝单元的流路之间的壁部厚度为0.1 0.4mm,上述蜂窝单元的气孔率为35 60%，平均气孔径为5 30 μ m。因此，变得硅易填充于上述蜂窝单元的气孔。另夕卜，通过使热介质在上述蜂窝单元的流路中流通，热量有效地从上述热吸收体向上述热介质传递，其结果，能够以高效率进行发电。(5)本实施方式的集热接收器中，上述热吸收体与上述支承体之间夹装有绝热材，能够通过上述绝热材牢固地保持上述热吸收体，并且能够通过上述绝热材有效地防止热量从上述热吸收体向上述支承体逃散。(6)本实施方式的集热接收器中，上述热吸收体通过2个以上蜂窝单元经形成于侧面的硅层粘结而构成，所以蜂窝单元彼此可被牢固地粘结，并能够防止因在热吸收体的流路中流动的热介质的流动方向的力的作用导致的一部分蜂窝单元的脱落。实施例以下，示出了更加具体的公开本发明的第I实施方式的实施例，但本发明并不仅限定于这些实施例。(实施例1)(蜂窝单元的烧成体的制作工序)混合具有平均粒径22 μ m的碳化硅的粗粉末52.8重量％和平均粒径0.5 μ m的碳化硅的细粉末22.6重量％，相对所获得的混合物添加丙烯酸系树脂2.1重量％、有机粘合剂(甲基纤维素)4.6重量％、润滑剂(NOF CORPORATION制Unilube) 2.8重量%、丙三醇1.3重量％及水13.8重量％并进行混炼来获得湿润混合物。接着，进行将所获得的湿润混合物挤出成型的挤出成型工序，制作四棱柱形状的湿态的蜂窝单元的成型体。接着，利用微波干燥机干燥上述湿态的蜂窝单元的成型体，作为蜂窝单元的成型体的干燥体。进行以400°C脱脂该蜂窝单元的成型体的干燥体的脱脂工序，在常压的氩气氛下以2200°C、3小时的条件进行烧成工序，从而制作由碳化硅构成的蜂窝单元的烧成体。该蜂窝单元的烧成体的气孔率为42%，平均气孔径为11 μ m，大小为34.3mmX 34.3mmX45mm，孔道数量(孔道密度)为50个/cm2，孔道壁的厚度为0.25mm (IOmil )。(硅填充工序)接着，预先在常温、常压下将苯酚树脂(碳化率30重量％)浸渗于所获得的由多孔质碳化硅构成的蜂窝单元的烧成体，继续进行干燥。接着，在蜂窝单元的烧成体的上表面及下表面(除端面以外的侧面)载置颗粒状硅，真空条件下，以1650°C保持2小时来使硅溶解，并在蜂窝单元的烧成体的开气孔中填充硅。另外,上述娃相对碳化娃100重量份的浸渗量为40重量份。所获得的蜂窝单元13的导热率为120W/m.K，密度为2.80g/cm3。接着，利用以1:1:1的体积比混合49wt%氟酸和61wt%硝酸和纯水的氟硝酸，进行存在于蜂窝单元13的表面区域的硅的蚀刻。即，使蜂窝表面13的被照射太阳光18的面朝向下方并以IOmm的深度浸溃于上述氟硝酸液中，I小时后拉出。拉出之后，观察蜂窝表面13的表面区域的结果，在至距表面47 μ m的深度，硅被蚀刻，仅残留有蜂窝单元13(碳化硅)的多孔质层13a。(结束工序)接着，在蜂窝单元13的粘结面粘贴耐热性两面胶，经耐热性两面胶粘结纵4个、横4个总计16个蜂窝单元13来作为热吸收体11。(实施例2)除了将蜂窝单元13浸渗于氟硝酸的时间设为2小时之外，设为与实施例1相同，获得在至距蜂窝单元13的表面78 μ m的深度硅被蚀刻而仅残留有蜂窝单元13 (碳化硅)的多孔质层13a的蜂窝单元13。使用所获得的蜂窝单元13与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(实施例3)与实施例1相同地制作蜂窝单元13。接着，使用与实施例1相同组成的氟硝酸，使蜂窝单元13的被照射太阳光18的面朝向下方浸溃5_，I小时之后拉出。拉出之后，观察蜂窝单元13的表面区域的结果，在至距蜂窝单元的表面650nm (0.65 μ m)的深度，硅被蚀亥IJ，仅残留有蜂窝单元13 (碳化硅)的多孔质层13a。接着，针对所获得的蜂窝单元13，将气氛设为0.8Torr的真空，以1650°C进行96小时加热处理，从蜂窝单元13 (多孔质碳化硅16)脱落硅，转换为碳。使用经由上述工序获得的蜂窝单元与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(实施例4)与实施例2相同，获得在至距蜂窝单元13的表面78 μ m的深度硅被蚀刻而仅残留有蜂窝单元13 (碳化硅)的多孔质层13a的蜂窝单元13。接着，针对所获得的蜂窝单元13，将气氛设为0.8Torr的真空，以1650°C进行96小时加热处理，从蜂窝单元13 (多孔质碳化硅16)脱落硅，获得表面区域被转换为碳的蜂窝单元。使用所获得的蜂窝单元13与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(参考例I)除了将蜂窝单元13浸渗于氟硝酸的时间设为I小时之外，设为与实施例1相同，获得在至距表面400nm (0.40 μ m)的深度硅被蚀刻而仅残留有蜂窝单元13 (碳化硅)的多孔质层13a的蜂窝单元13。使用所获得的蜂窝单元13与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(参考例2)设为与参考例I相同，获得在至距蜂窝单元13的表面400nm (0.40 μ m)的深度硅被蚀刻而仅残留有碳化硅的多孔质层13a的蜂窝单元13。接着，针对所获得的蜂窝单元13，将气氛设为0.8Torr的真空，以1650°C进行约96小时左右加热处理，从蜂窝单元13 (多孔质碳化硅16)脱落硅15，获得表面区域被转换为碳的蜂窝单元13。使用所获得的蜂窝单元13与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(比较例I)除了不进行氟硝酸处理之外，设为与实施例1相同，获得未形成有多孔质层13a，且硅还存在于蜂窝单元13的表面区域的蜂窝单元13。使用所获得的蜂窝单元13与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(比较例2)与实施例1相同，制作蜂窝单元的烧成体之后，不进行硅的填充，使用已制作的蜂窝单元的烧成体与实施例1的结束工序相同地制作热吸收体。(样品的评价)首先，在以各实施例、参考例及比较例中获得的热吸收体的侧面，用由组成比Al2O3:Si02=72: 28 (重量比)构成的无机纤维的垫子，将无机纤维的平均纤维径5.1 μ m、平均纤维长度60mm、体积密度为0.15g/cm3、单位面积重量为1400g/m2的绝热材17缠绕成14mm的厚度，作为温度测定用样品(以下简称为样品)。
接着，使用Panasonic社制的RPS-500WB、100V、150W的缩影片用灯，从距样品表面IOOmm的距离照射30分钟照片用灯，每隔10秒通过直接安装于样品的热电偶测定从照射开始到照射结束后30分钟的样品温度。图5是表示实施例1及比较例1、2的评价结果的图表，纵轴表示温度(V )，横轴表示经过时间(秒)。另外，针对所有实施例、参考例及比较例，将评价结果示于表I。表I中，示出各实施例、比较例、参考例所涉及的样品的温度测定结果(最高温度、结束灯照射后30分钟后的温度)。另外，一并示出蜂窝单元的硅浸渗比例(重量份/SiClOO重量份)、导热率(ff/m.K)、多孔质层的材质及多孔质层的厚度。另外，导热率的测定通过激光闪光法进行。[表I]
权利要求
1.一种集热接收器，其为使用于太阳能热发电装置的集热接收器，其特征在于，所述集热接收器包含: 热吸收体，其由排列设置有用于使热介质通过的2个以上流路的I个或2个以上蜂窝单元构成，及 支承体，容纳并支承该热吸收体，并且使热介质流通， 所述蜂窝单元包含多孔质碳化硅和填充所述多孔质碳化硅中的气孔的硅而构成， 被照射太阳光的面中距表面预定深度的表面区域由多孔质层构成，多孔质层的气孔中未填充有硅。
2.如权利要求1所述的集热接收器，其中， 所述蜂窝单元进一步包含多孔质碳而构成， 所述蜂窝单元的表面区域由多孔质碳层构成。
3.如权利要求1或2所述的集热接收器，其中， 所述蜂窝单元的表面区域具有距表面500nm以上的深度。
4.如权利要求1 3中任一项所述的集热接收器，其中， 所述蜂窝单元中形成31.0 93.0个/cm2的流路，所述蜂窝单元的流路之间的壁部的厚度为0.1 0.5mm,所述多孔质碳化娃的气孔率为35 60%,平均气孔径为5 30 μ m。
5.如权利要求1 4中任一项所述的集热接收器，其中， 所述热吸收体与所述支承体之间夹装有绝热材。
6.如权利要求1 5中任一项所述的集热接收器，其中， 所述热吸收体经粘结材料层粘结2个以上蜂窝单元而构成。
7.如权利要求6所述的集热接收器，其中， 所述热吸收体通过2个以上蜂窝单元经形成于侧面的硅层粘结而构成。
8.一种太阳能热发电装置，其特征在于， 其使用权利要求1 7中任一项所述的集热接收器。
全文摘要
本发明提供一种集热接收器及太阳能热发电装置，本发明的集热接收器为使用于太阳能热发电装置的集热接收器，其特征在于，其由热吸收体和支承体构成，所述热吸收体由形成有用于使热介质通过的2个以上流路的1个或2个以上蜂窝单元构成，所述支承体支承该热吸收体并且使热介质流通，上述蜂窝单元包含多孔质碳化硅和填充多孔质碳化硅中的气孔的硅而构成，被照射太阳光的面中距表面预定深度的表面区域由多孔质层构成，多孔质层中未填充有硅。
文档编号F24J2/48GK103119378SQ20118004503
公开日2013年5月22日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者马岛一隆, 加藤将隆 申请人:揖斐电株式会社