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太陽光熱複合発電システムにおける太陽熱集熱体および該太陽熱集熱体を利用した太陽光熱発電モジュール

国内特許コード P150011694
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2009-117846
公開番号 特開2010-267800
登録番号 特許第4878382号
出願日 平成21年5月14日(2009.5.14)
公開日 平成22年11月25日(2010.11.25)
登録日 平成23年12月9日(2011.12.9)
発明者
  • 新野 正之
  • 木皿 且人
  • 張 清杰
  • 唐 新峰
  • 鈴木 一行
  • 鈴木 拓明
  • 李 敬鋒
出願人
  • 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構
  • 武漢理工大学
  • 清華大学
発明の名称 太陽光熱複合発電システムにおける太陽熱集熱体および該太陽熱集熱体を利用した太陽光熱発電モジュール
発明の概要 【課題】太陽熱集熱構造における赤外線吸収率の低下、高温度大気環境下における侵食、装置寿命の低下、高温度落差サイクル環境下での界面の熱応力による層間剥離を防止し、照射、吸収された赤外線波長領域を効率良く熱電発電素子に供給する。
【解決手段】高熱伝導率の金属材料母材13と、該母材表面に赤外線波長領域の吸収率が高い非酸化物セラミックスからなる赤外線吸収膜層14を形成し、その間に、母材である金属材料と赤外線吸収膜形成材料の混合比率を変えた傾斜層15を形成し、前記集熱体の太陽熱照射面に、深さが集熱体の中心部近傍に達する空洞16を設けてなる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要



従来、太陽光エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換する装置として、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池と熱電発電素子を備え、太陽光を赤外線選択透過膜(波長選択反射透過膜)で赤外線と可視光線に分離し、可視光線は太陽電池に照射して電気エネルギーに変換し、赤外線は熱電発電素子に照射して電気エネルギーに変換させる太陽光熱複合発電システムが提案されている(特許文献1、2参照)。このような太陽光熱複合発電システムにおいて、太陽熱を熱源とする熱電発電システムは、太陽光集光分離システムにより集光、分離した赤外線波長領域の光を効率良く吸収し、熱エネルギーとして効率良く熱電発電素子に供給する太陽熱集熱体を用いる必要がある。また太陽熱集熱体は600℃あるいはそれ以上の高温度大気環境下、又は真空環境下、あるいは常温から1000℃の高温度落差サイクル環境下にさらされる。





従来の太陽熱の集熱体としては、高熱伝導率で均質な金属材料(例えば金、銀、銅、アルミニウムなど)、赤外線の吸収率が高い均質材料(例えばグラファイトなど)、又は高熱伝導率の均質材料の表面にグラファイト層を生成したものが知られている。しかし、高熱伝導率金属材料の集熱体は、熱エネルギーを効率良く熱電発電素子に伝えることができるが、赤外線吸収率が低いという問題がある。一般的な高熱伝導率金属材料の赤外線吸収率は数%~数十%である。またグラファイトの集熱体は、赤外線吸収率は高いが、高温度大気環境下において炭素と酸素の反応により侵食が生じ、装置寿命が短くなる問題がある。更に熱伝導率が比較的低いため、熱エネルギーの熱電発電素子への供給の面で問題がある。また高熱伝導率金属材料にグラファイト層を生成した集熱体は、グラファイト層により赤外線を吸収し、高熱伝導率材料により熱エネルギーを熱電発電素子に効率良く供給できるが、高温度大気環境下におけるグラファイト層の侵食が問題となる。更に太陽熱を熱源とする熱電発電システムにおいて、太陽熱集熱体は高温度落差サイクル環境下にさらされるため、金属材料とグラファイト層の界面に熱応力が発生し、グラファイト層が剥離する問題がある。そして従来の太陽熱集熱体は太陽熱(赤外線波長領域)が照射される面が平面である。そのため照射、吸収された太陽熱が熱電発電素子に効率良く供給されない問題がある。

産業上の利用分野



本発明は、太陽光における赤外線波長領域の光を吸収し、熱エネルギーとして集熱し、熱エネルギーを熱源とする熱電発電システムに熱エネルギーを供給する太陽光熱複合発電システムにおける太陽熱集熱体および該太陽熱集熱体を利用した太陽光熱発電モジュール集熱体構造に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
太陽光熱発電システムにおける太陽熱集熱体であって、高熱伝導率の金属材料からなる母材と、該母材表面に赤外線波長領域の吸収率が高い非酸化物セラミックスからなる赤外線吸収膜層を形成してなり、
前記母材と赤外線吸収膜層との間に、母材である金属材料と赤外線吸収膜形成材料の混合比率を変えた傾斜層を連続または段階的に形成してなる太陽熱集熱体。

【請求項2】
前記高熱伝導率の金属材料からなる母材が、銅、銀、ニッケル、アルミニウムから選択される単体又は合金からなる請求項1に記載の太陽熱集熱体。

【請求項3】
前記赤外線吸収膜層を形成する非酸化物セラミックス材料が、ニホウ化チタン、炭化チタン、窒化チタン、炭化ジルコニウムから選択された単体又は複合の非酸化物セラミックスである請求項1又は2に記載の太陽熱集熱体。

【請求項4】
前記赤外線吸収膜層を形成する非酸化物セラミックス材料が、高温度大気環境下において、酸化開始温度が500℃以上の非酸化物セラミックス材料である請求項1又は2に記載の太陽熱集熱体。

【請求項5】
前記太陽熱集熱体の太陽熱照射面に、深さが該太陽熱集熱体の中心部近傍に達する空洞を設けてなることを特徴とする請求項1~4何れかに記載の太陽熱集熱体。

【請求項6】
前記太陽熱集熱体は、両端面が平坦な柱状を呈し、該周面に前記空洞が1又は複数個形成されてなる請求項5に記載の太陽熱集熱体。

【請求項7】
請求項1~6何れかに記載の太陽熱集熱体の両端面に、熱電発電素子の高温側が接触するように熱電発電素子を配置し、且つ該熱電発電素子の低温側に冷却ブロックを配置してなることを特徴とする太陽光熱発電モジュール。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2009117846thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 電気
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