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太陽光を利用した集熱蓄熱装置 新技術説明会

国内特許コード P160013424
整理番号 (S2012-1023-N0)
掲載日 2016年11月2日
出願番号 特願2014-534366
出願日 平成25年9月3日(2013.9.3)
国際出願番号 JP2013073693
国際公開番号 WO2014038553
国際出願日 平成25年9月3日(2013.9.3)
国際公開日 平成26年3月13日(2014.3.13)
優先権データ
  • 特願2012-195427 (2012.9.5) JP
発明者
  • 児玉 竜也
  • 郷右近 展之
  • 松原 幸治
  • 櫻井 篤
出願人
  • 国立大学法人 新潟大学
発明の名称 太陽光を利用した集熱蓄熱装置 新技術説明会
発明の概要 500℃以上の高温度域での熱利用を可能にする、新規の太陽光を利用した集熱蓄熱装置を提供する。蓄熱材料粒子からなる流動層2を収容する容器1と、容器1に収容された流動層2へ太陽光Sを集光して照射する地上反射鏡10とタワー反射鏡11と、容器1の底部に設けられ流動層2に気体を導入する導入口6,7と、容器1の上部に設けられ流動層2を通過した気体を導出する導出口9と、容器1に設けられ流動層2の熱により気体を加熱する加熱器12を備えるとともに、導入口6,7から導入される気体により蓄熱材料粒子を容器1内において循環流動させるように構成した。
従来技術、競合技術の概要


これまで、トラフやタワー型装置により太陽光を集光することによって得られる太陽熱は、油、沸騰水、溶融塩などの物質に集熱されるとともに、これらの物質から直接的に熱利用が行われ、又は、これらの物質を媒体とする蓄熱が行われてきた。米国やスペインでは、太陽熱を利用した水蒸気タービン発電が実用化されており、この水蒸気タービン発電においては、沸騰水を過熱した乾き水蒸気や硝酸塩系溶融塩に太陽熱が蓄熱されるようになっている。しかしながら、水の臨界温度は374℃であり、それ以上高温での蓄熱に適さないこと、硝酸塩系溶融塩は500℃以上で熱分解することから、それよりも高温度域での太陽熱の集熱、蓄熱技術は未完成である。



なお、500℃以上の高温度域において太陽熱を蓄熱する方法としては、れんが、セラミックス製の多孔体やハニカムを蓄熱材として、空気に集熱してこれらの固体蓄熱材に伝熱する方法が試みられている。しかし、この方法では、空気の熱容量が小さいため熱伝達率が低く、さらに固体蓄熱材の内部の熱移動が熱伝導のみに依存し極めて遅いという問題があり、いずれも実用化には至っていない。



集光系の開発状況としては、ヘリオスタット式タワー集光装置やビームダウン集光装置により、1000kW/m以上の太陽光が得られるようになり、500℃以上の高温環境が得られる目途が立っている。しかしながら、高温での太陽熱の集熱、蓄熱技術が未熟なため、その真価は十分発揮できてはいない。



このように、既存の技術では、集熱、蓄熱温度が低いため熱の利用効率が低く、その用途も限られている。しかし、高温度域での熱利用が可能となれば、製鉄、窯業への太陽熱利用やガスタービン複合発電への太陽熱利用が可能となるため、太陽熱の利用分野は拡大し、利用効率も飛躍的に向上するものと期待される。



ところで、非特許文献1には、反応性粒子による内循環流動層を利用したソーラー水熱分解反応器が開示されている。このソーラー水熱分解反応器の流動層の温度は1000℃以上となり、しかも内循環により流動層内部の温度の均一化が促進されることが開示されている。



しかし、非特許文献1に記載されているソーラー水熱分解反応器は、水熱分解による水素の生産を目的とするものであって、太陽熱の蓄熱を考慮したものではなかった。

産業上の利用分野


本発明は、太陽光を利用した集熱蓄熱装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
蓄熱材料粒子からなる流動層を収容する容器と、この容器に収容された前記流動層へ太陽光を集光して照射する太陽光集光手段と、前記容器の底部に設けられ前記流動層に気体を導入する気体導入手段と、前記容器の上部に設けられ前記流動層を通過した気体を導出する気体導出手段と、前記容器に設けられ前記流動層の熱により気体を加熱する加熱手段とを備えるとともに、前記気体導入手段から導入される気体により前記蓄熱材料粒子を前記容器内において循環流動させるように構成したことを特徴とする太陽光を利用した集熱蓄熱装置。

【請求項2】
前記容器は集熱容器と蓄熱容器とからなり、前記集熱容器は前記太陽光集光手段、前記気体導入手段、前記気体導出手段を備え、前記蓄熱容器は前記加熱手段を備えるととともに、前記集熱容器と前記蓄熱容器との間で前記蓄熱材料粒子を循環させる循環手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の太陽光を利用した集熱蓄熱装置。

【請求項3】
前記循環手段は気体により前記集熱容器と前記蓄熱容器との間で前記蓄熱材料粒子を循環させるように構成したことを特徴とする請求項2記載の太陽光を利用した集熱蓄熱装置。

【請求項4】
前記蓄熱材料粒子は、珪砂、鉄酸化物、炭化珪素のいずれかからなることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項記載の太陽光を利用した集熱蓄熱装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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