專利名稱：集熱接收器及太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集熱接收器及太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
作為利用太陽(yáng)的發(fā)電方法，已知有太陽(yáng)能熱發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電經(jīng)反射鏡等聚光從太陽(yáng)照射的光，利用所獲得的太陽(yáng)能熱來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪并進(jìn)行發(fā)電。該太陽(yáng)能熱發(fā)電在發(fā)電期間不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等的溫室效應(yīng)氣體，而且還能夠進(jìn)行蓄熱，因此在陰天或夜間也可發(fā)電。因此，太陽(yáng)能熱發(fā)電作為將來(lái)有前途的發(fā)電方法而受到關(guān)注。太陽(yáng)能熱發(fā)電的方式大體分為槽式和塔式2種。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電為利用多個(gè)稱為定日鏡的平面鏡，使太陽(yáng)光集中在位于設(shè)置在中央部的塔中的集熱接收器來(lái)聚光，并以該熱進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電方式。定日鏡為數(shù)米見(jiàn)方的平面鏡，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電中，能夠使利用數(shù)百面至數(shù)千面定日鏡收集的太陽(yáng)光集中在一處，因此能夠?qū)⒓療峤邮掌骷訜嶂?000°c左右，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電具有良好熱效率這種特征。作為該塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電用的集熱接收器，專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)有具備用于使熱介質(zhì)通過(guò)的多個(gè)氣體流路的碳化硅制或由硅和碳化硅構(gòu)成的熱吸收體容納并支承于漏斗型支承體的集熱接收器。集熱接收器中，使由空氣或包括空氣在內(nèi)的混合氣體構(gòu)成的熱介質(zhì)通過(guò)被加熱的熱吸收體流路，熱介質(zhì)能夠由此獲得熱量。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電中，通過(guò)所獲得的熱量使水沸騰來(lái)作為蒸汽，來(lái)使蒸汽渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行發(fā)電。以往技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:美國(guó)專利第6003508號(hào)說(shuō)明書發(fā)明的概要發(fā)明要解決的技術(shù)課題上述集熱接收器需要吸收經(jīng)定日鏡照射的太陽(yáng)光并有效地轉(zhuǎn)換為熱量，但在專利文獻(xiàn)I等中記載的集熱接收器中，由于被照射太陽(yáng)光的面為平面，所以無(wú)法說(shuō)太陽(yáng)光的反射率充分低，存在吸收效率不高的問(wèn)題，進(jìn)一步要求吸收效率良好的集熱接收器。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種能夠有效地吸收經(jīng)定日鏡照射的太陽(yáng)光并轉(zhuǎn)換為熱量的集熱接收器及使用該集熱接收器的太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置。用于解決技術(shù)課題的手段S卩，權(quán)利要求1所述的集熱接收器為使用于太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的集熱接收器，其特征在于，上述集熱接收器由熱吸收體和支承體構(gòu)成，所述熱吸收體由形成有用于使熱介質(zhì)通過(guò)的2個(gè)以上流路的I個(gè)或2個(gè)以上蜂窩單元構(gòu)成，所述支承體容納并支承該熱吸收體并且使熱介質(zhì)流通，上述蜂窩單元包含多孔質(zhì)碳化硅和填充多孔質(zhì)碳化硅中的氣孔的硅而構(gòu)成，被照射太陽(yáng)光的面中距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層構(gòu)成，多孔質(zhì)層的氣孔中未填充有硅。權(quán)利要求1所述的集熱接收器中，蜂窩單元包含多孔質(zhì)碳化硅和填充多孔質(zhì)碳化硅中的氣孔的硅而構(gòu)成，因此成為致密體，熱吸收體的蓄熱性變高。另外，以硅填充多孔質(zhì)碳化硅的氣孔的致密體的導(dǎo)熱率較高，因此能夠?qū)⑺@得的熱量順暢地傳遞于空氣等熱介質(zhì)。另外，權(quán)利要求1所述的集熱接收器中，蜂窩單元的被照射太陽(yáng)光的面中距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層構(gòu)成，多孔質(zhì)層的氣孔中未填充有硅，因此能夠防止太陽(yáng)光通過(guò)硅反射。并且，權(quán)利要求1所述的集熱接收器中，太陽(yáng)光易進(jìn)入到蜂窩單元表面的多孔質(zhì)層中，在多孔質(zhì)層內(nèi)反射的光照射于多孔質(zhì)層內(nèi)的其他壁等，不易向外部射出。因此，能夠?qū)⒈徽丈涞奶?yáng)光有效地轉(zhuǎn)換為熱量，并能夠有效地進(jìn)行發(fā)電。權(quán)利要求2所述的集熱接收器中，上述蜂窩單元進(jìn)一步包含多孔質(zhì)碳而構(gòu)成，上述蜂窩單元的表面區(qū)域由多孔質(zhì)碳層構(gòu)成，所以蜂窩單元的表層區(qū)域本身的太陽(yáng)光反射率下降，熱吸收效率變高。權(quán)利要求3所述的集熱接收器中，上述蜂窩單元的表面區(qū)域具有距表面500nm以上的深度。之所以將表面區(qū)域設(shè)定在上述范圍，是因?yàn)槿舯砻鎱^(qū)域的深度不到500nm，則表面區(qū)域過(guò)淺，所以導(dǎo)致產(chǎn)生上述蜂窩單元中所含的硅引起的太陽(yáng)光的反射等，且熱吸收率下降。權(quán)利要求4所述的集熱接收器中，上述蜂窩單元中形成31.0 93.0個(gè)/cm2的流路，上述蜂窩單元的流路之間的壁部厚度為0.1 0.5mm，上述多孔質(zhì)碳化硅的氣孔率為35 60%，平均氣孔徑為5 30μπι。若為這種氣孔率、氣孔徑，則易向上述多孔質(zhì)碳化硅填充硅。通過(guò)這樣構(gòu)成如此獲得的致密的蜂窩單元的流路，從而熱介質(zhì)在上述流路中流通時(shí)，熱量有效地從由上述蜂窩單元構(gòu)成的熱吸收體向上述熱介質(zhì)傳遞，其結(jié)果，能夠以高效率進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明所涉及的蜂窩單元中，形成相對(duì)流路垂直的截面時(shí)，優(yōu)選每Icm2的流路數(shù)為31.0 93.0個(gè)/cm2。蜂窩單元的流路數(shù)不到31.0個(gè)/cm2時(shí)，由于蜂窩單元的流路數(shù)較少，因此蜂窩單元難以與熱介質(zhì)有效地進(jìn)行熱交換。另一方面，若蜂窩單元的流路數(shù)超過(guò)93.0個(gè)/cm2，則蜂窩單元的I個(gè)流路的截面積變小，因此熱介質(zhì)難以流通。權(quán)利要求5所述的集熱接收器中，上述熱吸收體與上述支承體之間夾裝有絕熱材，能夠通過(guò)上述絕熱材牢固地保持上述熱吸收體，并且能夠通過(guò)上述絕熱材有效地防止熱量從上述熱吸收體向上述支承體逃散。權(quán)利要求6所述的集熱接收器中，2個(gè)以上蜂窩單元經(jīng)形成于側(cè)面的粘結(jié)材料層粘結(jié)而構(gòu)成，所以蜂窩單元彼此被牢固地粘結(jié)，能夠防止因在熱吸收體內(nèi)所含的蜂窩單元的流路中流動(dòng)的熱介質(zhì)的流動(dòng)力量，導(dǎo)致一部分蜂窩單元脫落。權(quán)利要求7所述的集熱接收器中，上述熱吸收體通過(guò)2個(gè)以上蜂窩單元經(jīng)形成于側(cè)面的硅層粘結(jié)而構(gòu)成，所以蜂窩單元彼此被牢固地粘結(jié)，能夠防止因在熱吸收體內(nèi)所含的蜂窩單元的流路中流動(dòng)的熱介質(zhì)的流動(dòng)力量，導(dǎo)致一部分蜂窩單元脫落。權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置中，由于使用權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的集熱接收器，所以能夠?qū)⒄丈涞奶?yáng)光有效地轉(zhuǎn)換為熱量，并能夠有效地進(jìn)行發(fā)電。


圖1中，圖1 (a)是示意地表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的集熱接收器的縱截面圖，圖1 (b)是圖1 (a)所示的集熱接收器的A-A線截面圖。圖2是表示構(gòu)成圖1 (a)所示的集熱接收器的蜂窩單元的表面區(qū)域附近的放大截面圖。圖3中，圖3 (a)是示意地表示構(gòu)成本發(fā)明的太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的接收器陣列的主視圖，圖3 (b)為圖3 (a)所示的接收器陣列的B-B線截面圖。圖4是示意地表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的說(shuō)明圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例1及比較例1、2的評(píng)價(jià)結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式(第I實(shí)施方式)以下，參考附圖對(duì)作為本發(fā)明的集熱接收器的一實(shí)施方式的第I實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1 (a)是示意地表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的集熱接收器的縱截面圖，圖1 (b)是圖1 (a)所示的集熱接收器的A-A線截面圖。圖1 (a)是與構(gòu)成容納于集熱接收器的熱吸收體的蜂窩單元的流路平行地切斷的縱截面圖，圖1 (b)是表示與上述流路垂直的截面的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的蜂窩單元的表面區(qū)域附近的放大截面圖。如圖1 (a)、(b)及圖2所示，本發(fā)明所涉及的集熱接收器10包含熱吸收體11和支承體12而構(gòu)成，所述熱吸收體中排列設(shè)置有用于使熱介質(zhì)14通過(guò)的多個(gè)流路13b的蜂窩單元13經(jīng)作為粘結(jié)材料發(fā)揮功能的硅15 (由硅構(gòu)成的粘結(jié)材料層，以下還稱為硅層)被粘結(jié)2個(gè)以上，所述支承體容納并支承熱吸收體11，并且使熱介質(zhì)14流通。而且，熱吸收體11與支承體12之間夾裝有由無(wú)機(jī)纖維構(gòu)成的絕熱材17，熱吸收體11經(jīng)該絕熱材17支承并固定于支承體12。蜂窩單元13由具有開(kāi)氣孔的多孔質(zhì)碳化硅16和填充多孔質(zhì)碳化硅16中的開(kāi)氣孔的硅15構(gòu)成，蜂窩單元13的被照射太陽(yáng)光18的面中距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層13a構(gòu)成。圖2中示出蜂窩單元13的表面區(qū)域的多孔質(zhì)層13a的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。多孔質(zhì)層13a以外的氣孔中填充硅15而呈致密體，但在多孔質(zhì)層13a的部分不存在硅15，成為具有開(kāi)氣孔的多孔質(zhì)體。因此，通過(guò)定日鏡反射的太陽(yáng)光18難以直接照射于硅15，能夠防止太陽(yáng)光18通過(guò)硅15反射。另外，由于蜂窩單元13的表面區(qū)域成為多孔質(zhì)層13a，所以太陽(yáng)光18易進(jìn)入到多孔質(zhì)層13a中，在多孔質(zhì)層13a內(nèi)反射的光照射于多孔質(zhì)層13a內(nèi)的其他壁等，難以向外部射出。因此，能夠?qū)⒈徽丈涞奶?yáng)光18有效地轉(zhuǎn)換為熱量。多孔質(zhì)層13a也可以為僅由多孔質(zhì)層碳化硅16構(gòu)成的層。多孔質(zhì)層13a由多孔質(zhì)碳化硅16構(gòu)成時(shí)，能夠通過(guò)以硅15填充多孔質(zhì)碳化硅16的所有開(kāi)氣孔，且設(shè)為以某種方式去除暫且被填充于多孔質(zhì)碳化硅16的表面區(qū)域的硅15的狀態(tài)來(lái)制作蜂窩單元13。另夕卜，多孔質(zhì)層13a也可以為將通過(guò)消除硅15而露出的多孔質(zhì)碳化硅16進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為碳的層。作為將多孔質(zhì)層13a中的多孔質(zhì)碳化硅16轉(zhuǎn)換為碳的方法，例如可舉出將多孔質(zhì)碳化硅16周圍的氣氛設(shè)為0.8Torr以下的真空，并在1600 1700°C下進(jìn)行96小時(shí)以上加熱處理的方法。由此，硅從碳化硅脫落，碳化硅轉(zhuǎn)換為碳。多孔質(zhì)層13a由碳化硅構(gòu)成時(shí)，多孔質(zhì)層13a的表面區(qū)域的厚度的下限值優(yōu)選為400nm (0.40 μ m),更優(yōu)選40 μ m,上限值優(yōu)選為2mm。多孔質(zhì)層13a由碳構(gòu)成時(shí)，多孔質(zhì)層13a的厚度的下限值優(yōu)選為400nm(0.40 μ m),更優(yōu)選650nm(0.65 μ m),上限值優(yōu)選為2mm。若處于該范圍，則難以反射太陽(yáng)光，能夠良好地吸收太陽(yáng)光，另外，已收集的熱量向熱介質(zhì)的熱傳遞也良好。若多孔質(zhì)層13a的表面區(qū)域的厚度比下限值薄，則太陽(yáng)光到達(dá)至致密層，另一方面，若多孔質(zhì)層13a的表面區(qū)域的厚度比上限值厚，則致密體區(qū)域相對(duì)減少，且向熱介質(zhì)的熱傳遞量易下降。多孔質(zhì)層13a由碳構(gòu)成時(shí),碳容易吸收太陽(yáng)光18,所以可較薄地設(shè)定多孔質(zhì)層13a的厚度。尤其,多孔質(zhì)層13a由碳化娃構(gòu)成時(shí),表面區(qū)域的厚度優(yōu)選為0.40 μ m 78 μ m,更優(yōu)選47 78 μ m。多孔質(zhì)層13a由碳構(gòu)成時(shí),表面區(qū)域的厚度優(yōu)選為0.40 μ m 78 μ m,更優(yōu)選為0.65 78 μ m。本發(fā)明所涉及的集熱接收器10中，多孔質(zhì)碳化硅16的氣孔率優(yōu)選為35 60%。若上述氣孔率不到35%,則上述氣孔的一部分成為閉氣孔,難以將娃15填充于所有氣孔中。另一方面，若上述氣孔率超過(guò)60%，則蜂窩單元13的強(qiáng)度下降，更容易因蜂窩單元13的升溫、降溫的反復(fù)(熱履歷)而被破壞。另外，上述氣孔率以壓汞法測(cè)定。多孔質(zhì)碳化娃16的平均氣孔徑優(yōu)選為5 30 μ m。若多孔質(zhì)碳化娃16的平均氣孔徑不到5μπι，則氣孔的一部分易成為閉氣孔，難以填充硅15。另一方面，若多孔質(zhì)碳化硅16的平均氣孔徑超過(guò)30 μ m,則多孔質(zhì)碳化硅16的機(jī)械強(qiáng)度下降，蜂窩單元13的強(qiáng)度也下降。優(yōu)選娃15相對(duì)多孔質(zhì)碳化娃100重量份浸滲15 50重量份。通過(guò)在該范圍內(nèi)對(duì)多孔質(zhì)碳化娃16進(jìn)行娃浸滲,娃15被埋入多孔質(zhì)碳化娃16中的開(kāi)放氣孔內(nèi)，蜂窩單兀成為致密體。本發(fā)明所涉及的蜂窩單元13中，形成相對(duì)流路13b垂直的截面時(shí)，每Icm2的流路13b的數(shù)量?jī)?yōu)選為31.0 93.0個(gè)/cm2。蜂窩單元13的流路13b的數(shù)量不到31.0個(gè)/cm2時(shí)，蜂窩單元13的流路13b的數(shù)量較少，因此蜂窩單元13難以與熱介質(zhì)14有效地進(jìn)行熱交換。另一方面，若蜂窩單元13的流路13b的數(shù)量超過(guò)93.0個(gè)/cm2，則蜂窩單元13的I個(gè)流路13b的截面積變小，因此熱介質(zhì)14變得難以流通。另外，蜂窩單元13的流路間的壁部厚度優(yōu)選為0.1 0.5mm。若蜂窩單元13的壁部厚度不到0.1_，則蜂窩單元的壁部的機(jī)械強(qiáng)度下降，變得易破損。另一方面，若蜂窩單元13的壁部厚度超過(guò)0.5mm,則蜂窩單元13的壁部變得過(guò)厚，熱介質(zhì)14相對(duì)蜂窩單元13的面積的流通量下降，因此熱效率下降。本發(fā)明中，將多孔質(zhì)碳化硅16作為用于填充硅15的多孔質(zhì)陶瓷使用，但是也可使用其他多孔質(zhì)陶瓷。作為其他多孔質(zhì)陶瓷，例如可舉出氮化鋁、氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷、碳化硅、碳化鋯、碳化鉭等碳化物陶瓷。這些陶瓷本身具有較高導(dǎo)熱率。使用2個(gè)以上蜂窩單元13制作熱吸收體11時(shí)，能夠?qū)⑴c填充于蜂窩單元13 (多孔質(zhì)碳化硅16)的內(nèi)部的硅15的相同材料即硅15用作粘結(jié)材料，并形成粘結(jié)材料層來(lái)粘結(jié)蜂窩單元13彼此來(lái)作為熱吸收體11。另外，圖1 (b)中，將蜂窩單元13的流路13b的截面形狀設(shè)為四邊形，但蜂窩單元13的流路13b的截面形狀并無(wú)特別限定，也可以為六邊形等。另外，圖1 (b)所示的支承體12的截面圖形也是四邊形，但支承體12的截面圖形并不特別限定于四邊形，也可以為六邊形等。如上述，支承體12中，如圖1 (b)所示的從正面觀察的截面形狀為四邊形、六邊形等形狀，但支承體12的整體形狀為漏斗形狀。即，容納熱吸收體11且熱介質(zhì)14所流入的部分即集熱部12a的截面(與熱吸收體11的接收太陽(yáng)光18的面平行的截面)為大面積，但是若向熱介質(zhì)14的出口方向平行移動(dòng)截面，則截面的面積逐漸變小，之后，在氣體出口 12b中，截面的面積成為大致恒定面積。支承體12的材料并無(wú)特別限定，但是熱吸收體11成為1000°C左右，因此支承體12需具有耐熱性，優(yōu)選為金屬或陶瓷。作為金屬材料，例如可舉出鐵、鎳、鉻、鋁、鎢、鑰、鈦、鉛、銅、鋅及這些金屬的合金等。另外，作為陶瓷可舉出氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷、二氧化硅、氧化鋁、莫來(lái)石、氧化鋯等氧化物陶瓷等。作為支承體12的材料，除此之外，例如還可舉出金屬與氮化物陶瓷的復(fù)合體、金屬與碳化物陶瓷的復(fù)合體等。這些當(dāng)中，從耐熱性等觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選氧化鋁、碳化硅等陶瓷。本發(fā)明的集熱接收器10中，在熱吸收體11與支承體12之間夾裝有絕熱材17。絕熱材17的材料并無(wú)特別限定，可以是包含無(wú)機(jī)纖維、無(wú)機(jī)顆粒、無(wú)機(jī)粘合劑等各種無(wú)機(jī)材料的材料，但是優(yōu)選由無(wú)機(jī)纖維構(gòu)成的墊狀材料。以下說(shuō)明關(guān)于本實(shí)施方式中使用由無(wú)機(jī)纖維構(gòu)成的俯視矩形的墊子作為絕熱材的例子。該絕熱材17通過(guò)層疊I個(gè)或2個(gè)以上由無(wú)機(jī)纖維構(gòu)成的俯視矩形的墊子而構(gòu)成，以將該絕熱材17纏繞于熱吸收體11的側(cè)面的狀態(tài)容納于支承體12，由此能夠?qū)嵛阵w11支承并固定于支承體12的內(nèi)部。作為構(gòu)成上述墊子的無(wú)機(jī)纖維并無(wú)特別限定，可以為氧化鋁-二氧化硅纖維，也可以為氧化鋁纖維、二氧化硅纖維等。無(wú)機(jī)纖維的材料按照耐熱性或耐風(fēng)蝕性等密封材料所要求的特性等來(lái)改變即可。將氧化鋁-二氧化硅纖維用作無(wú)機(jī)纖維時(shí)，例如優(yōu)選使用氧化鋁與二氧化硅的組成比為60:40 80:20的纖維。優(yōu)選對(duì)上述墊子施加針刺處理。通過(guò)對(duì)墊子施加針刺處理，構(gòu)成墊子的無(wú)機(jī)纖維片等構(gòu)成材料不易分散，成為I個(gè)聚集的墊狀。另外，若墊子在與上述長(zhǎng)邊方向垂直的寬度方向上被施以針刺處理，則在已施加針刺處理的部分向墊子的寬度方向附有折痕，由此向被卷繞體纏繞墊子時(shí)變得易進(jìn)行纏繞。另外，也可使用通過(guò)在上述墊子上浸滲包含丙烯酸類樹脂等的有機(jī)粘合劑并對(duì)其進(jìn)行壓縮干燥來(lái)將其厚度設(shè)得較薄的材料用作絕熱材17。在熱吸收體11上纏繞絕熱材17，并壓入支承體12來(lái)將熱吸收體11安裝于支承體12之后，向熱吸收體11照射太陽(yáng)光18的反射光，則熱吸收體11的溫度上升到近1000°c。因此，有機(jī)粘合劑分解并消失，基于有機(jī)粘合劑的壓縮狀態(tài)被開(kāi)放。其結(jié)果，熱吸收體11牢固地保持并固定于支承體12。絕熱材17的厚度優(yōu)選為3 14mm。以下，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的集熱接收器的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，制造構(gòu)成蜂窩單元的多孔質(zhì)碳化硅。制造多孔質(zhì)碳化硅時(shí)，作為原料混合不同平均粒徑的碳化硅粉末和有機(jī)粘合劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、水等，從而制備成型用的濕潤(rùn)混合物。接著，進(jìn)行將上述濕潤(rùn)混合物投入擠出成型機(jī)來(lái)擠出成型的成型工序，制作在長(zhǎng)邊方向上形成有多個(gè)流路的四棱柱形狀的蜂窩單元的成型體。接著，進(jìn)行使用切斷裝置切斷蜂窩單元的成型體的兩端的切斷工序，將蜂窩單元的成型體切斷成預(yù)定長(zhǎng)度，并利用干燥機(jī)干燥已切斷的蜂窩單元的成型體。接著，進(jìn)行在脫脂爐中對(duì)蜂窩單元的成型體中的有機(jī)物進(jìn)行加熱的脫脂工序，并輸送到燒成爐中，進(jìn)行燒成工序來(lái)制作蜂窩單元的燒成體(多孔質(zhì)碳化硅)。另外，蜂窩單元的燒成體還簡(jiǎn)稱為蜂窩單元。接著，進(jìn)行將金屬浸滲于蜂窩單兀的燒成體中的金屬浸滲工序。將娃浸滲于蜂窩單元的燒成體時(shí)，例如優(yōu)選預(yù)先將碳質(zhì)物質(zhì)浸滲于蜂窩單元的燒成體。作為這種碳質(zhì)物質(zhì)，例如可舉出糠醛樹脂、酚醛樹脂、木質(zhì)素磺酸鹽、聚乙烯醇、玉米淀粉、糖蜜、煤焦油浙青、海藻酸鹽等各種有機(jī)物質(zhì)。另外，也可同樣使用如炭黑、乙炔黑的熱解碳。將上述碳質(zhì)物質(zhì)預(yù)先浸滲于蜂窩單元的燒成體的理由如下:由于在蜂窩單元的燒成體的開(kāi)放氣孔的表面形成新的碳化硅膜，由此熔融硅與蜂窩單元的燒成體的結(jié)合變得牢固。另外，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)碳質(zhì)物質(zhì)的浸滲，蜂窩單元的燒成體的強(qiáng)度也變強(qiáng)。另外，作為將硅填充到蜂窩單元的燒成體的開(kāi)放氣孔中的方法，例如能夠舉出加熱熔融硅來(lái)吸入開(kāi)氣孔并進(jìn)行填充的方法。此時(shí)，在蜂窩單元的燒成體的上表面或下表面(除端面以外的側(cè)面)載置塊狀、粉末狀或顆粒狀的硅，在真空條件下，在1450°C以上溶解硅，并在蜂窩單元的燒成體的開(kāi)氣孔中填充硅。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行上述工作或改變所載置的硅的重量等，由此能夠控制硅相對(duì)于蜂窩單元的燒成體的浸滲率。另外，還可適用這種方法:使細(xì)粉化的硅分散在分散劑液中，使該分散劑液浸滲在蜂窩單元的燒成體中并進(jìn)行干燥之后，加熱至硅的熔融溫度以上。另外，上述金屬浸滲工序也可對(duì)于蜂窩單元的成型體(即，燒成工序前的蜂窩單元)進(jìn)行。根據(jù)該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)電化，并能夠抑制制造成本。通過(guò)上述方法能夠獲得填充有硅的蜂窩單元。蜂窩單元能夠以I個(gè)蜂窩單元直接用作熱吸收體，但也可用粘結(jié)材料粘結(jié)2個(gè)以上蜂窩單元來(lái)作為熱吸收體。經(jīng)粘結(jié)材料層粘結(jié)2個(gè)以上蜂窩單元的熱吸收體可通過(guò)以下方法制作。S卩，將硅用作粘結(jié)材料，經(jīng)硅層粘結(jié)2個(gè)以上蜂窩單元時(shí)，同時(shí)進(jìn)行硅相對(duì)多孔質(zhì)碳化硅(蜂窩單元的燒成體)的填充和粘結(jié)。此時(shí)，例如以利用預(yù)定的固定件等將已浸滲了細(xì)粉狀硅的2個(gè)以上蜂窩單元的燒成體組合成熱吸收體的形狀之后進(jìn)行加熱。另外，作為其他方法，也可采用組合2個(gè)以上未浸滲硅的蜂窩單元的燒成體之后，在真空下，在蜂窩燒成體的上表面、下表面(除端面以外的側(cè)面)等載置硅并進(jìn)行加熱的方法。另外，也可在蜂窩單元的燒成體的側(cè)面涂布將硅粉末設(shè)為漿料狀的物質(zhì)，通過(guò)在使2個(gè)蜂窩燒成體經(jīng)涂布面接觸的狀態(tài)下進(jìn)行加熱來(lái)粘結(jié)，并反復(fù)該工作。通過(guò)上述方法能夠進(jìn)行如下，即硅被填充于蜂窩單元的燒成體(多孔質(zhì)碳化硅)的開(kāi)氣孔中，并且硅還在蜂窩單元的燒成體的側(cè)面之間擴(kuò)散開(kāi)，形成粘結(jié)層且經(jīng)硅粘結(jié)蜂窩燒成體彼此。在填充有硅的蜂窩單元(多孔質(zhì)碳化硅)形成多孔質(zhì)層時(shí)，需通過(guò)蝕刻等去除蜂窩單元的距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域的硅。作為對(duì)硅進(jìn)行蝕刻的方法可舉出使用液體的濕式蝕刻、使用氣體的干式蝕刻等。作為濕式蝕刻的方法可舉出利用混合氟酸和硝酸的氟硝酸、氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨(TMAH)等對(duì)硅進(jìn)行蝕刻的方法。另外，作為干式蝕刻的方法可舉出通過(guò)使用氟利昂等的等離子體蝕刻等進(jìn)行硅的蝕刻的方法。另外，也可采用通過(guò)在真空下對(duì)填充有硅的蜂窩單元進(jìn)行加熱來(lái)使硅蒸發(fā)的方法。另外，通過(guò)上述方法在蜂窩單元的表面區(qū)域形成多孔質(zhì)層，根據(jù)情況，也可通過(guò)上述方法將多孔質(zhì)層的多孔質(zhì)碳化娃進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為碳(carbon)。支承體能夠通過(guò)利用一直以來(lái)使用的方法來(lái)制作。制作由陶瓷構(gòu)成的支承體時(shí)，能夠在進(jìn)行包含陶瓷粉末、有機(jī)粘合劑等混合物的加壓成型、注射成型、鑄造成型等之后，經(jīng)過(guò)脫脂工序、燒成工序，由此制作支承體。組裝集熱接收器10時(shí)，能夠通過(guò)在以上述方法制作的熱吸收體11的周圍纏繞絕熱材17，并將纏繞有絕熱材17的熱吸收體11壓入支承體12來(lái)固定，由此組裝集熱接收器10。以下，列舉本實(shí)施方式的集熱接收器的作用效果。(I)本實(shí)施方式的集熱接收器中，由于熱吸收體內(nèi)所含的蜂窩單元包含多孔質(zhì)碳化硅和填充多孔質(zhì)碳化硅中的氣孔的硅而構(gòu)成，所以蜂窩單元成為致密體。由于蜂窩單元為致密體，因此其熱容量變大，且蜂窩單元的蓄熱性變高。另外，蜂窩單元為由多孔質(zhì)碳化硅和硅構(gòu)成的致密體，因此導(dǎo)熱率較高，并能夠?qū)@得的熱量順暢地傳遞于空氣等熱介質(zhì)。(2)本實(shí)施方式的集熱接收器中，蜂窩單元的被照射太陽(yáng)光的面的距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層構(gòu)成，因此能夠防止太陽(yáng)光通過(guò)硅而反射。另外，本實(shí)施方式的集熱接收器中，太陽(yáng)光易進(jìn)入到蜂窩單元的多孔質(zhì)層中，在蜂窩單元的多孔質(zhì)層內(nèi)反射的光照射于多孔質(zhì)層內(nèi)的其他壁等，難以向外部射出。因此，能夠?qū)⒄丈涞奶?yáng)光有效地轉(zhuǎn)換為熱量，并能夠有效地進(jìn)行發(fā)電。(3)本實(shí)施方式的集熱接收器中，當(dāng)蜂窩單元的表面區(qū)域的多孔質(zhì)層由多孔質(zhì)碳層構(gòu)成時(shí)，表面區(qū)域本身的太陽(yáng)光的反射率更下降，熱吸收效率變高。(4)本實(shí)施方式的集熱接收器中，上述熱吸收體所含的蜂窩單元中形成31.0 93.0個(gè)/cm2的流路，蜂窩單元的流路之間的壁部厚度為0.1 0.4mm,上述蜂窩單元的氣孔率為35 60%，平均氣孔徑為5 30 μ m。因此，變得硅易填充于上述蜂窩單元的氣孔。另夕卜，通過(guò)使熱介質(zhì)在上述蜂窩單元的流路中流通，熱量有效地從上述熱吸收體向上述熱介質(zhì)傳遞，其結(jié)果，能夠以高效率進(jìn)行發(fā)電。(5)本實(shí)施方式的集熱接收器中，上述熱吸收體與上述支承體之間夾裝有絕熱材，能夠通過(guò)上述絕熱材牢固地保持上述熱吸收體，并且能夠通過(guò)上述絕熱材有效地防止熱量從上述熱吸收體向上述支承體逃散。(6)本實(shí)施方式的集熱接收器中，上述熱吸收體通過(guò)2個(gè)以上蜂窩單元經(jīng)形成于側(cè)面的硅層粘結(jié)而構(gòu)成，所以蜂窩單元彼此可被牢固地粘結(jié)，并能夠防止因在熱吸收體的流路中流動(dòng)的熱介質(zhì)的流動(dòng)方向的力的作用導(dǎo)致的一部分蜂窩單元的脫落。實(shí)施例以下，示出了更加具體的公開(kāi)本發(fā)明的第I實(shí)施方式的實(shí)施例，但本發(fā)明并不僅限定于這些實(shí)施例。(實(shí)施例1)(蜂窩單元的燒成體的制作工序)混合具有平均粒徑22 μ m的碳化硅的粗粉末52.8重量％和平均粒徑0.5 μ m的碳化硅的細(xì)粉末22.6重量％，相對(duì)所獲得的混合物添加丙烯酸系樹脂2.1重量％、有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)4.6重量％、潤(rùn)滑劑(NOF CORPORATION制Unilube) 2.8重量%、丙三醇1.3重量％及水13.8重量％并進(jìn)行混煉來(lái)獲得濕潤(rùn)混合物。接著，進(jìn)行將所獲得的濕潤(rùn)混合物擠出成型的擠出成型工序，制作四棱柱形狀的濕態(tài)的蜂窩單元的成型體。接著，利用微波干燥機(jī)干燥上述濕態(tài)的蜂窩單元的成型體，作為蜂窩單元的成型體的干燥體。進(jìn)行以400°C脫脂該蜂窩單元的成型體的干燥體的脫脂工序，在常壓的氬氣氛下以2200°C、3小時(shí)的條件進(jìn)行燒成工序，從而制作由碳化硅構(gòu)成的蜂窩單元的燒成體。該蜂窩單元的燒成體的氣孔率為42%，平均氣孔徑為11 μ m，大小為34.3mmX 34.3mmX45mm，孔道數(shù)量(孔道密度)為50個(gè)/cm2，孔道壁的厚度為0.25mm (IOmil )。(硅填充工序)接著，預(yù)先在常溫、常壓下將苯酚樹脂(碳化率30重量％)浸滲于所獲得的由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成的蜂窩單元的燒成體，繼續(xù)進(jìn)行干燥。接著，在蜂窩單元的燒成體的上表面及下表面(除端面以外的側(cè)面)載置顆粒狀硅，真空條件下，以1650°C保持2小時(shí)來(lái)使硅溶解，并在蜂窩單元的燒成體的開(kāi)氣孔中填充硅。另外,上述娃相對(duì)碳化娃100重量份的浸滲量為40重量份。所獲得的蜂窩單元13的導(dǎo)熱率為120W/m.K，密度為2.80g/cm3。接著，利用以1:1:1的體積比混合49wt%氟酸和61wt%硝酸和純水的氟硝酸，進(jìn)行存在于蜂窩單元13的表面區(qū)域的硅的蝕刻。即，使蜂窩表面13的被照射太陽(yáng)光18的面朝向下方并以IOmm的深度浸潰于上述氟硝酸液中，I小時(shí)后拉出。拉出之后，觀察蜂窩表面13的表面區(qū)域的結(jié)果，在至距表面47 μ m的深度，硅被蝕刻，僅殘留有蜂窩單元13(碳化硅)的多孔質(zhì)層13a。(結(jié)束工序)接著，在蜂窩單元13的粘結(jié)面粘貼耐熱性兩面膠，經(jīng)耐熱性兩面膠粘結(jié)縱4個(gè)、橫4個(gè)總計(jì)16個(gè)蜂窩單元13來(lái)作為熱吸收體11。(實(shí)施例2)除了將蜂窩單元13浸滲于氟硝酸的時(shí)間設(shè)為2小時(shí)之外，設(shè)為與實(shí)施例1相同，獲得在至距蜂窩單元13的表面78 μ m的深度硅被蝕刻而僅殘留有蜂窩單元13 (碳化硅)的多孔質(zhì)層13a的蜂窩單元13。使用所獲得的蜂窩單元13與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(實(shí)施例3)與實(shí)施例1相同地制作蜂窩單元13。接著，使用與實(shí)施例1相同組成的氟硝酸，使蜂窩單元13的被照射太陽(yáng)光18的面朝向下方浸潰5_，I小時(shí)之后拉出。拉出之后，觀察蜂窩單元13的表面區(qū)域的結(jié)果，在至距蜂窩單元的表面650nm (0.65 μ m)的深度，硅被蝕亥IJ，僅殘留有蜂窩單元13 (碳化硅)的多孔質(zhì)層13a。接著，針對(duì)所獲得的蜂窩單元13，將氣氛設(shè)為0.8Torr的真空，以1650°C進(jìn)行96小時(shí)加熱處理，從蜂窩單元13 (多孔質(zhì)碳化硅16)脫落硅，轉(zhuǎn)換為碳。使用經(jīng)由上述工序獲得的蜂窩單元與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(實(shí)施例4)與實(shí)施例2相同，獲得在至距蜂窩單元13的表面78 μ m的深度硅被蝕刻而僅殘留有蜂窩單元13 (碳化硅)的多孔質(zhì)層13a的蜂窩單元13。接著，針對(duì)所獲得的蜂窩單元13，將氣氛設(shè)為0.8Torr的真空，以1650°C進(jìn)行96小時(shí)加熱處理，從蜂窩單元13 (多孔質(zhì)碳化硅16)脫落硅，獲得表面區(qū)域被轉(zhuǎn)換為碳的蜂窩單元。使用所獲得的蜂窩單元13與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(參考例I)除了將蜂窩單元13浸滲于氟硝酸的時(shí)間設(shè)為I小時(shí)之外，設(shè)為與實(shí)施例1相同，獲得在至距表面400nm (0.40 μ m)的深度硅被蝕刻而僅殘留有蜂窩單元13 (碳化硅)的多孔質(zhì)層13a的蜂窩單元13。使用所獲得的蜂窩單元13與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(參考例2)設(shè)為與參考例I相同，獲得在至距蜂窩單元13的表面400nm (0.40 μ m)的深度硅被蝕刻而僅殘留有碳化硅的多孔質(zhì)層13a的蜂窩單元13。接著，針對(duì)所獲得的蜂窩單元13，將氣氛設(shè)為0.8Torr的真空，以1650°C進(jìn)行約96小時(shí)左右加熱處理，從蜂窩單元13 (多孔質(zhì)碳化硅16)脫落硅15，獲得表面區(qū)域被轉(zhuǎn)換為碳的蜂窩單元13。使用所獲得的蜂窩單元13與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(比較例I)除了不進(jìn)行氟硝酸處理之外，設(shè)為與實(shí)施例1相同，獲得未形成有多孔質(zhì)層13a，且硅還存在于蜂窩單元13的表面區(qū)域的蜂窩單元13。使用所獲得的蜂窩單元13與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(比較例2)與實(shí)施例1相同，制作蜂窩單元的燒成體之后，不進(jìn)行硅的填充，使用已制作的蜂窩單元的燒成體與實(shí)施例1的結(jié)束工序相同地制作熱吸收體。(樣品的評(píng)價(jià))首先，在以各實(shí)施例、參考例及比較例中獲得的熱吸收體的側(cè)面，用由組成比Al2O3:Si02=72: 28 (重量比)構(gòu)成的無(wú)機(jī)纖維的墊子，將無(wú)機(jī)纖維的平均纖維徑5.1 μ m、平均纖維長(zhǎng)度60mm、體積密度為0.15g/cm3、單位面積重量為1400g/m2的絕熱材17纏繞成14mm的厚度，作為溫度測(cè)定用樣品(以下簡(jiǎn)稱為樣品)。
接著，使用Panasonic社制的RPS-500WB、100V、150W的縮影片用燈，從距樣品表面IOOmm的距離照射30分鐘照片用燈，每隔10秒通過(guò)直接安裝于樣品的熱電偶測(cè)定從照射開(kāi)始到照射結(jié)束后30分鐘的樣品溫度。圖5是表示實(shí)施例1及比較例1、2的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表，縱軸表示溫度(V )，橫軸表示經(jīng)過(guò)時(shí)間(秒)。另外，針對(duì)所有實(shí)施例、參考例及比較例，將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表I。表I中，示出各實(shí)施例、比較例、參考例所涉及的樣品的溫度測(cè)定結(jié)果(最高溫度、結(jié)束燈照射后30分鐘后的溫度)。另外，一并示出蜂窩單元的硅浸滲比例(重量份/SiClOO重量份)、導(dǎo)熱率(ff/m.K)、多孔質(zhì)層的材質(zhì)及多孔質(zhì)層的厚度。另外，導(dǎo)熱率的測(cè)定通過(guò)激光閃光法進(jìn)行。[表I]
權(quán)利要求
1.一種集熱接收器，其為使用于太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的集熱接收器，其特征在于，所述集熱接收器包含: 熱吸收體，其由排列設(shè)置有用于使熱介質(zhì)通過(guò)的2個(gè)以上流路的I個(gè)或2個(gè)以上蜂窩單元構(gòu)成，及 支承體，容納并支承該熱吸收體，并且使熱介質(zhì)流通， 所述蜂窩單元包含多孔質(zhì)碳化硅和填充所述多孔質(zhì)碳化硅中的氣孔的硅而構(gòu)成， 被照射太陽(yáng)光的面中距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層構(gòu)成，多孔質(zhì)層的氣孔中未填充有硅。
2.如權(quán)利要求1所述的集熱接收器，其中， 所述蜂窩單元進(jìn)一步包含多孔質(zhì)碳而構(gòu)成， 所述蜂窩單元的表面區(qū)域由多孔質(zhì)碳層構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的集熱接收器，其中， 所述蜂窩單元的表面區(qū)域具有距表面500nm以上的深度。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的集熱接收器，其中， 所述蜂窩單元中形成31.0 93.0個(gè)/cm2的流路，所述蜂窩單元的流路之間的壁部的厚度為0.1 0.5mm,所述多孔質(zhì)碳化娃的氣孔率為35 60%,平均氣孔徑為5 30 μ m。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的集熱接收器，其中， 所述熱吸收體與所述支承體之間夾裝有絕熱材。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的集熱接收器，其中， 所述熱吸收體經(jīng)粘結(jié)材料層粘結(jié)2個(gè)以上蜂窩單元而構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的集熱接收器，其中， 所述熱吸收體通過(guò)2個(gè)以上蜂窩單元經(jīng)形成于側(cè)面的硅層粘結(jié)而構(gòu)成。
8.一種太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置，其特征在于， 其使用權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的集熱接收器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集熱接收器及太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置，本發(fā)明的集熱接收器為使用于太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置的集熱接收器，其特征在于，其由熱吸收體和支承體構(gòu)成，所述熱吸收體由形成有用于使熱介質(zhì)通過(guò)的2個(gè)以上流路的1個(gè)或2個(gè)以上蜂窩單元構(gòu)成，所述支承體支承該熱吸收體并且使熱介質(zhì)流通，上述蜂窩單元包含多孔質(zhì)碳化硅和填充多孔質(zhì)碳化硅中的氣孔的硅而構(gòu)成，被照射太陽(yáng)光的面中距表面預(yù)定深度的表面區(qū)域由多孔質(zhì)層構(gòu)成，多孔質(zhì)層中未填充有硅。
文檔編號(hào)F24J2/48GK103119378SQ20118004503
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者馬島一隆, 加藤將隆 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社