JP2015049015A - Collector - Google Patents

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carbon nanotubes
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浩一 生杉
Koichi Namasugi
浩一 生杉
和志 平岡
Kazuyuki Hiraoka
和志 平岡
俊夫 滝谷
Toshio Takiya
俊夫 滝谷
典洋 井上
Norihiro Inoue
典洋 井上
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日立造船株式会社
Hitachi Zosen Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a collector capable of maintaining energy efficiency over a long period of time while improving the energy efficiency.SOLUTION: The collector of the invention comprises carbon nano-tubes 20 arranged on a light receiving face 11 at regular intervals and perpendicularly to the light receiving face 11, in which the carbon nano-tubes 20 being covered with a coating film 21 having excellent oxidation resistance. By providing the carbon nano-tubes 20 arranged on the light receiving face 11 at regular intervals and perpendicularly to the light receiving face 11, the energy loss by letting light escape the outside of a collector 10 can be suppressed so as to improve the energy efficiency of the collector 10. Furthermore, by covering the carbon nano-tubes 20 with the coating film 21 having excellent oxidation resistance, the oxidation/burning-up of the carbon nano-tubes 20 can be prevented so as to maintain the energy efficiency of the collector 10.

Description

本発明は、太陽熱発電装置などに用いられる集光器に関する。 The present invention relates to a concentrator for use in such solar power generation device.

太陽熱発電装置などにおいて、太陽光の光エネルギーを熱エネルギーに変換し、水や空気などの熱媒体に伝える集光器は既に知られている。 In such solar power generation device, the light energy of sunlight is converted into heat energy, concentrator convey the heat medium such as water and air are already known. 太陽熱発電装置は、太陽光を集光器の受光面に入射させて熱エネルギーを吸収し、この熱エネルギーをタービンやスターリングエンジン等を介して、電気的エネルギーに変換して発電するものである。 Solar thermal power plants, the sunlight is incident on the light receiving surface of the collector to absorb heat energy, the heat energy through a turbine or Stirling engine or the like, is intended to generate power by converting into electric energy.

このような太陽熱発電装置では、受光面に入射した太陽光が反射すると、太陽光の光エネルギーが集光器の外部に逃げるため、エネルギー損失が生じて、集光器のエネルギー効率が低下する。 In such a solar power generating device, when the sunlight that is incident on the light receiving surface is reflected, the light energy of sunlight escapes to the outside of the collector, the energy loss occurs, the energy efficiency of the collector is reduced. そのため、光吸収率が高い材料・構造のものを集光器の受光面に設置することによって、太陽光の反射を抑えて、太陽光の光エネルギーが集光器の外部に逃げることによるエネルギー損失を抑える集光器が提案されている。 Therefore, by placing one light absorption rate is high material and structure on the light receiving surface of the collector, by suppressing the reflection of sunlight, the energy loss due to the light energy of sunlight escapes to the outside of the collector concentrator to keep has been proposed.

特許文献1では、受光面に、光の吸収率が高いSiCまたはカーボンを設置し、その材料で多孔質構造体を形成することによって、太陽光の反射率を低減して吸収率を向上させた集光器が開示されている。 In Patent Document 1, the light-receiving surface, the absorption of light is established a high SiC or carbon, by forming a porous structure in the material, with improved absorption rate by reducing the reflectance of sunlight concentrator is disclosed. 図11に多孔質構造体26の模式図を示す。 Figure 11 shows a schematic diagram of the porous structure 26.

ここで、多孔質構造とは、図11に示すように、一般には真直ではなく曲がりくねった深孔を有した構造を意味する。 Here, the porous structure, as shown in FIG. 11, generally refers to a structure having a deep hole tortuous rather than straight. 集光器の受光面11に深孔の多孔質構造体26を設置した場合、多孔質構造体26の深層部に進入した太陽光を、集光器の外部に逃がすことなく吸収することができるため、受光面に多孔質構造体を設置しない場合と比較して集光器のエネルギー効率を向上させることができる。 Case of installing the porous structure 26 of the deep hole in the light-receiving surface 11 of the collector, the sunlight entering the deep portion of the porous structure 26, can be absorbed without escape to the outside of the collector Therefore, as compared with the case not including the porous structure on the light receiving surface can be improved energy efficiency of the collector. 以下、詳細を説明する。 It will be described in detail below.

図11のSb1は多孔質構造体26の深層部に進入した太陽光を示す。 Sb1 in Fig. 11 shows the sunlight enters the deep portion of the porous structure 26. このように、多孔質構造体の深層部に進入した太陽光Sb1は、多孔質構造体26の孔の内壁で反射されても、その内壁の他の部分に入射して吸収される。 Thus, sunlight Sb1 entering the deep portion of the porous structure, be reflected by the inner wall of the pores of the porous structure 26 is absorbed and enters the other parts of the inner wall. そのため、受光面に多孔質構造体26を設置しない場合と比較して、太陽光が集光器の外部に逃げることによるエネルギー損失を抑え、集光器のエネルギー効率は向上する。 Therefore, as compared with the case not including the porous structure 26 on the light receiving surface, suppress the energy loss due to sunlight escape to the outside of the collector, the energy efficiency of the collector is improved.

また、特許文献2では、熱吸収体が複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブが互いに分子間力で結合して、カーボンナノチューブ構造体を構成した太陽集光器が開示されている。 In Patent Document 2, the heat absorber includes a plurality of carbon nanotubes, attached by a plurality of carbon nanotubes intermolecular force with each other, constituting the solar concentrator is disclosed a carbon nanotube structure. この発明によれば、太陽集光器に光吸収率が非常に高いカーボンナノチューブが使用されているため、太陽集光器の光吸収率が非常に高い。 According to the present invention, since the light absorption rate is very high carbon nanotubes are used in solar concentrator, the light absorption rate of the solar concentrator is very high. そのため、集光器のエネルギー効率も高い。 Therefore, higher energy efficiency of the collector.

特開2012−92688号公報 JP 2012-92688 JP 特開2009−257753号公報 JP 2009-257753 JP

しかしながら、特許文献1に記載の集光器では、受光面に、熱伝導性が高いSiCまたはカーボンが設置されているものの、受光面にカーボンナノチューブを設置した場合と比較して、光吸収率が低い。 However, in the collector described in Patent Document 1, the light-receiving surface, although thermal conductivity is higher SiC or carbon is placed, as compared with the case of installing the carbon nanotubes on the light receiving surface, a light absorptance Low. また、図11に示すように、多孔質構造体26は、その孔が一般的には非垂直であるため、受光面11に多孔質構造体26を設置しても、多孔質構造体26の表面近傍で太陽光の反射が生じてしまう。 Further, as shown in FIG. 11, the porous structure 26, since the pores will generally be non-perpendicular, be equipped with a porous structure 26 to the light receiving surface 11, the porous structure 26 reflection of sunlight occurs near the surface. また、図示のように、多孔質構造体26の表面でも反射が生じる。 Further, as shown, reflection occurs at the surface of the porous structure 26. そのため、太陽光が集光器の外部に逃げてしまうことによって、エネルギー損失が生じてしまう。 Therefore, by the solar light escapes to the outside of the collector, the energy loss occurs. 図11のSb2は多孔質構造の表面で反射された太陽光を示し、図11のSb3は多孔質構造26の深層部にまで進入せず、表面近傍で反射された太陽光を示す。 Sb2 in FIG. 11 shows the sunlight reflected by the surface of the porous structure, Sb3 of Fig. 11 does not enter up to the deep portion of the porous structure 26, showing the sunlight reflected near the surface. 太陽光Sb2及びSb3のいずれも、多孔質構造体26の一つの層で反射することによって、太陽光を集光器の外部に逃がすことによるエネルギーの損失が生じる。 Any of the solar Sb2 and Sb3, by reflecting in one layer of the porous structure 26, energy loss occurs due to the escape of sunlight outside the collector.

また、特許文献2に記載の太陽集光器では、受光面に複数のカーボンナノチューブが設置されているが、例えば、ミラーやレンズを多数用いて、集光器に太陽光を集光させて発電を行う太陽熱発電装置、すなわち、タワー型の太陽熱発電装置の場合、集光器の温度は1000℃付近にまで上昇する。 Further, in the solar concentrator according to Patent Document 2, a plurality of carbon nanotubes on the light receiving surface is provided, for example, by using a large number of mirrors and lenses, to focus the sunlight collector and generator solar thermal power generation system which performs, that is, when the tower solar power generation device, the temperature of the collector is increased to around 1000 ° C.. カーボンナノチューブは400℃を超えると焼失してしまう。 Carbon nanotubes would be burned and more than 400 ℃. カーボンナノチューブが焼失すると、太陽光の吸収率が低下して、集光器のエネルギー効率は低下する。 When carbon nanotubes burned, the absorption rate of sunlight is decreased, the energy efficiency of the collector is reduced.

そこで、本発明は、エネルギー効率を向上させ、かつそのエネルギー効率を長期にわたって維持できる集光器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention improves the energy efficiency, and an object of the invention to provide a concentrator capable of maintaining its energy efficiency over time.

上記目的を達成するために、本発明の集光器は、受光面に一定間隔で配列され、前記受光面に対して垂直に配列されたカーボンナノチューブを備え、前記カーボンナノチューブが、耐酸化性を有する被覆膜で覆われていることを特徴とする。 To achieve the above object, the collector of the present invention are arranged at regular intervals on the light receiving surface, provided with a carbon nanotubes arranged perpendicular to the light receiving surface, wherein the carbon nanotubes, the oxidation resistance characterized in that it is covered with a coating film having.

本発明の集光器によれば、受光面にカーボンナノチューブを設置することによって光吸収率を向上させることができる。 According to the collector of the present invention, it is possible to improve the light absorption rate by placing carbon nanotubes on the light receiving surface. また、そのカーボンナノチューブが一定間隔で配列され、受光面に対して垂直に配列されているため、カーボンナノチューブの側壁に入射した光は、その側壁で反射しても、隣接するカーボンナノチューブの側壁に入射して吸収されて、太陽光を集光器の外部に逃がすことによるエネルギー損失を抑えることができ、ひいては集光器のエネルギー効率を向上させることができる。 Further, the carbon nanotubes are arranged at regular intervals, since it is arranged perpendicular to the light receiving surface, the light incident on the side walls of carbon nanotubes, even when reflected by the side walls, the side walls of adjacent carbon nanotubes is absorbed by the incident sunlight can be a reduce energy loss due to escape to the outside of the collector, it is possible to turn improves the energy efficiency of the collector.

さらに、カーボンナノチューブが、耐酸化性を有する被覆膜で覆われていることによって、大気から遮断され、集光器の温度が高温となっても、受光面に配列されたカーボンナノチューブの酸化・焼失を防止できるため、光の吸収率を低下させることなく、集光器のエネルギー効率を長期にわたって維持させることができる。 Furthermore, carbon nanotubes, by being covered with a coating film having oxidation resistance is blocked from atmospheric air, even when the temperature of the collector is at a high temperature, and oxidation of the carbon nanotubes arranged on the light receiving surface since the burned prevented without reducing the absorption of light, it is possible to maintain the energy efficiency of the collector over time.

(a)、(b)、(c)はそれぞれ本発明の実施の形態に係る集光器の一例を示す断面図である。 (A), (b), a cross-sectional view showing an example of a concentrator according to the embodiment of (c) the present invention, respectively. 本発明の実施の形態に係る集光器の模式図と太陽光の入射の様子を示す図である。 It is a diagram showing a state of incidence of the schematic diagram and solar concentrators according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る集光器の一例と、熱輻射による電磁波の様子とを示す図である。 As an example of a concentrator according to the embodiment of the present invention, showing the state of the electromagnetic wave due to thermal radiation. 本発明の実施の形態に係る平面型集光器の平面図(a)、及びA−AA断面図(b)である。 It is a plan view of a planar-type concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and A-AA cross-sectional view (b). 本発明の実施の形態に係る波板型集光器の平面図(a)、及びB−BB断面図(b)である。 It is a plan view of a corrugated plate-type concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and B-BB cross-sectional view (b). 本発明の実施の形態に係る管状型集光器の平面図(a)、及びC−CC断面図(b)である。 It is a plan view of the tubular-type concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and C-CC cross-sectional view (b). 本発明の実施の形態に係るハニカム型集光器の平面図(a)、及びD−DD断面図(b)である。 Plan view of a honeycomb-type concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and a D-DD cross-sectional view (b). 本発明の実施の形態に係るキャビティ型集光器の平面図(a)、及びE−EE断面図(b)である。 Plan view of the cavity concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and a E-EE sectional view (b). 本発明の実施の形態に係るドーム型集光器の平面図(a)、及びF−FF断面図(b)、及びG−GG断面図(c)である。 Plan view of a dome-type concentrator according to an embodiment of the present invention (a), and a F-FF sectional view (b), and G-GG sectional view (c). 本発明の実施の形態に係る集光器について、カーボンナノチューブをバンドル化した集光器の断面図である。 For concentrator according to the embodiment of the present invention, it is a cross-sectional view of the collector that bundled carbon nanotubes. 従来の集光器の模式図と太陽光の入射の様子を示す図である。 It is a diagram showing a state of incidence of the schematic diagram of a conventional collector sunlight.

図1(a)に示すように、本実施の形態に係る集光器10は、受光面11を備えており、複数のカーボンナノチューブ20が、受光面11に対してそれぞれ垂直に配列されている。 As shown in FIG. 1 (a), the concentrator 10 of the present embodiment has a light receiving surface 11, a plurality of carbon nanotubes 20 are arranged vertically, respectively with respect to the light-receiving surface 11 . そして、隣り合うカーボンナノチューブ20同士が一定の間隔をおいて配列されている。 Then, 20 between adjacent carbon nanotubes are arranged at regular intervals. 以下、このように複数のカーボンナノチューブ20が配列された構造を配向構造と称す。 Hereinafter referred thus a plurality of carbon nanotubes 20 are arranged structure and orientation structure.

さらに、カーボンナノチューブ20が、耐酸化性を有する被覆膜としてSiC被覆膜21で覆われている。 Further, the carbon nanotubes 20 are covered with the SiC coating film 21 as a coating film having oxidation resistance.

カーボンナノチューブ20同士の間隔は、受光面11、カーボンナノチューブ20、SiC被覆膜21からの熱輻射の波長以下、より望ましくは300nm〜600nmである。 Gap between the carbon nanotubes 20 each other, the light receiving surface 11, or less than the wavelength of the thermal radiation from the carbon nanotubes 20, SiC coating film 21, more desirably 300 nm to 600 nm. 本実施の形態では、カーボンナノチューブ20同士の間隔を500nmとした。 In the present embodiment, a 500nm the gap between the carbon nanotubes 20 together.

被覆膜は、SiCの他にTi、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Al、Mgの単元素、合金、その酸化物や窒化物でも良い。 Coating film, Ti in addition to SiC, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Al, single element of Mg, alloys, or its oxide or nitride.
図1の22は、カーボンナノチューブ20と、SiC被覆膜21とで構成された被覆カーボンナノチューブを示す。 22 in Figure 1, the carbon nanotubes 20, showing the coated carbon nanotubes composed of a SiC coating film 21.

また、図1(b)に示すように、被覆カーボンナノチューブ22がさらに、非結晶体被覆膜23で覆われていても良い。 Further, as shown in FIG. 1 (b), coated carbon nanotubes 22 further may be covered with a non-crystal-coated film 23. 非結晶体被覆膜23としては、非結晶体SiCや非結晶体Siが考えられる。 The amorphous-coated film 23, the amorphous body SiC or amorphous material Si is considered. その他、上記被覆膜と同様に、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Al、Mgの単元素、合金、その酸化物や窒化物の非結晶体被覆膜でも良い。 Other, similar to the above coating film, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Al, single element of Mg, alloys, amorphous-coated film of the oxide or nitride But good.

また、被覆カーボンナノチューブ22または非結晶体被覆膜23の表面に、金属ナノ粒子24が担持されていてもよい。 Further, the surface of the coated carbon nanotubes 22 or a non-crystal-coated film 23, the metal nanoparticles 24 may be supported. 金属ナノ粒子24は、例えば、分子間力によって被覆カーボンナノチューブ22または非結晶体被覆膜23に担持されている。 Metal nanoparticles 24, for example, is supported on the coated carbon nanotubes 22 or a non-crystal-coated film 23 by intermolecular force.

なお、図1(c)では、非結晶体被覆膜23の表面に金属ナノ粒子24が担持されている態様が描かれているが、非結晶体被覆膜23を有さず、金属ナノ粒子24が直接被覆カーボンナノチューブ22の表面に担持されていても良い。 In FIG. 1 (c), the the metal nanoparticle 24 to the surface of the amorphous-coated film 23 is depicted embodiment is supported, without a non-crystal-coated film 23, a metal nano particles 24 may be carried on the surface of the directly-coated carbon nanotubes 22.

次に本実施の形態に係る集光器の製造方法について説明する。 Next will be described a manufacturing method of the collector according to the present embodiment.
まず、受光面11を有する基板Tの上に、配向構造のカーボンナノチューブ20を形成する。 First, on a substrate T having a light receiving surface 11, forming the carbon nanotubes 20 of the orientation structure. 基板Tの材質は、金属などの熱伝導率が高い材料で、例えば鉄や銅である。 The material of the substrate T is a high thermal conductivity material such as a metal, for example iron and copper. ただし、後述するSiC熱分解法で配向構造のカーボンナノチューブ生成する場合、基板Tの材質はSiCである。 However, when generating carbon nanotubes oriented structure SiC thermal decomposition method described below, the material of the substrate T is SiC. カーボンナノチューブ20の形成方法は、主に直接成長と転写法の2種類存在する。 Method of forming carbon nanotubes 20, two types exist mainly direct growth and transfer method.

まず、直接成長について説明する。 First, a description will be given direct growth. 配向構造のカーボンナノチューブ20を直接成長によって得る方法は2つ考えられる。 The method for obtaining by direct growth of carbon nanotubes 20 oriented structures are two possible. 一つ目はCVD法(化学気相成長法)と称されるもので、表面に鉄などの触媒粒子を有する基板Tに、熱せられた炭化水素ガスを供給することで、配向構造のカーボンナノチューブ20を成長させる方法である。 One is what is called a CVD method (chemical vapor deposition), the substrate T with catalyst particles such as iron on the surface, by supplying a hydrocarbon gas which is heated, carbon nanotubes oriented structure it is a method of growing 20. 二つ目はSiC熱分解法と称されるもので、SiCでできた基板Tを高温下に曝すことで基板表面のSiCの化学結合が破壊され、配向構造のカーボンナノチューブ20を成長させる方法である。 The second is in what is referred to as SiC thermal decomposition method, a chemical bond of SiC substrate surface by exposing the substrate T made of SiC at a high temperature are destroyed in the method of growing carbon nanotubes 20 oriented structure is there.

次に、転写法について説明する。 Next, a description will be given of the transfer method. 配向構造のカーボンナノチューブ20を転写する場合、さらに2通りの方法が考えられる。 When transferring the carbon nanotubes 20 of the orientation structure, it is considered further two methods. 仮に転写される側の基板Tが低融点であるなら、ホットプレスによって直接転写することができる。 If If the substrate T on the side to be transferred has a low melting point, it can be transferred directly by the hot press. 詳しく説明すると、基板Tを加熱して基板Tの表面が軟化した状態でカーボンナノチューブ20を押さえつけ、その後冷却されることで基板Tの表面が硬化して、カーボンナノチューブ20を転写する。 To be more specific, pressed carbon nanotube 20 in a state where the surface is softened substrate T by heating the substrate T, then the surface of the substrate T in the cooled it is cured, to transfer the carbon nanotube 20. この時の注意点として、カーボンナノチューブは400℃以上で酸化するため、ホットプレスの際は、設定温度を400℃未満にするか、酸素に曝されてカーボンナノチューブが酸化することを防止するために、不活性ガスを放射するか真空雰囲気中で行う必要がある。 As a side note at this time, since the carbon nanotubes is oxidized with 400 ° C. or higher, during the hot pressing, or a set temperature below 400 ° C., is exposed to oxygen in order to prevent the carbon nanotubes is oxidized , it is necessary to perform in a vacuum atmosphere or emits an inert gas. 一方、転写される側の基板Tが高融点である、または強度が弱くプレスによって割れなどが生じる材料の場合は、ホットプレスによって直接転写することができないため、接着剤を用いて、カーボンナノチューブ20を取り付ける方法が考えられる。 On the other hand, the substrate T on the side to be transferred is high-melting, or, in the case of materials like caused cracking by low strength press, it is not possible to transfer directly by hot pressing, with an adhesive, the carbon nanotubes 20 method of attaching the can be considered.

直接成長、または転写法でカーボンナノチューブ20を生成した後、カーボンナノチューブ20をSiC被覆膜21で覆い、被覆カーボンナノチューブ22を形成する。 After generating the carbon nanotubes 20 in direct growth, or a transfer method, to cover the carbon nanotube 20 in SiC coating film 21, to form a coated carbon nanotubes 22. 例えば、基板TにSiを用いて、基板Tとカーボンナノチューブ20との構造体を真空状態にして密閉して加熱することにより、Si原子が昇華し、カーボンナノチューブ20の表面のC原子と反応してSiC被覆膜21を形成することができる。 For example, by using a Si substrate T, the structures of the substrate T and the carbon nanotube 20 by heating in a sealed and evacuated, sublimed Si atom, to react with the C atom of the surface of the carbon nanotubes 20 it is possible to form a SiC coating film 21 Te. この時の真空度は7.6×10−4〜1.3×10−4Paとした。 The degree of vacuum at this time was 7.6 × 10-4~1.3 × 10-4Pa. また、基板Tとカーボンナノチューブ20との構造体を密閉する際に、粉末状のSiを一緒に密閉して昇華させても良い。 Further, when sealing the structure of the substrate T and the carbon nanotubes 20, the powdery Si may be sublimated sealed together.

加熱方法については、加熱時間は10分〜12時間とすることが好ましく、加熱温度は1100℃〜1400℃程度とすることが好ましい。 For heating method, the heating time is preferably 10 minutes to 12 hours, the heating temperature is preferably 1100 ° C. to 1400 approximately ° C.. 加熱時間を制御することによって、被覆膜の膜厚を制御することができる。 By controlling the heating time can be controlled the thickness of the coating film.

詳しく説明すると、被覆膜は、低い加熱温度だと最表面は非結晶体の非炭化物およびその下層は結晶質炭化物層(一部は非結晶体の場合もあり)からなり、中程度の加熱温度だと結晶質の非炭化物および結晶質炭化物(被覆膜の外層が非炭化物で内層が炭化物)からなり、高い加熱温度だと結晶質の炭化物からなる。 In detail, the coating film is low but the heating temperature and the non-carbide and the underlying outermost surface amorphous body consists of crystalline carbide layer (partially also be a non-crystal), moderate heating non carbide and crystalline carbides that it temperature crystalline (outer covering layer is an inner layer with non-carbide carbide) consisting, consisting carbides high but the heating temperature and the crystalline. 具体的には、上記基板の材料と粉末状の被覆材料とがSiの場合、被覆膜は、1100℃の加熱温度だと非結晶体のSiおよびその下層は結晶質のSiC(一部は非結晶体)からなり、1200℃の加熱温度だと結晶質の混合材料(被覆膜の外層がSiで内層がSiC)からなり、1300℃の加熱温度だと結晶質のSiCからなる。 Specifically, if the material of the substrate and the powdered coating material is Si, the coating film, the Si and the underlying amorphous body that it heating temperature 1100 ° C. SiC crystalline (partially of a non-crystal), mixed material of the crystalline that it heating temperature 1200 ° C. (outer layer of the coating film is composed of an inner layer is SiC) in Si, consists of 1300 ° C. crystalline SiC that it heating temperature. なお、1200℃の加熱温度で形成された被覆膜における内層のSiCは、外層のSiとカーボンナノチューブとが反応したものである。 Incidentally, the inner layer of SiC in the coating film formed at a heating temperature of 1200 ° C. are those in which an outer layer of Si and carbon nanotubes were reacted.

本実施の形態では、被膜としてSiC被覆膜21が用いられているため、加熱温度を1300℃程度とすることによって、結晶質のSiC被覆膜21を得ることができる。 In this embodiment, since the SiC coating film 21 is used as a coating, by a heating temperature of about 1300 ° C., it can be obtained SiC coating film 21 of crystalline. また、SiC被覆膜21にさらに非結晶体被覆膜23で覆う場合は、さらにSiが昇華する温度で加熱することによって結晶質のSiC被覆膜21と非結晶体被覆膜23としての非結晶体Siを同時に生成することができる。 Furthermore, if covered with amorphous-coated film 23 further SiC coating film 21 further Si is as SiC coating film 21 and the amorphous-coated film 23 of crystalline by heating at a temperature at which sublimation the amorphous material Si can be produced simultaneously.

さらに、本実施の形態に係る集光器10の製造方法は、金属ナノ粒子24を担持させる工程を有していても良い。 Furthermore, the manufacturing method of the collector 10 of the present embodiment may have a step of supporting the metal nanoparticles 24. 金属ナノ粒子24を担持させる方法は、例えば、金属ナノ粒子を分散させた液体に、基板Tと被覆カーボンナノチューブ22とを含んだ構造体を浸漬させ、その後、その構造体を乾燥させることによって、被覆カーボンナノチューブ22の表面に金属ナノ粒子24を担持させる。 Method of supporting the metal nanoparticles 24 are, for example, a liquid obtained by dispersing metal nanoparticles, is immersed structure containing a substrate T and the coated carbon nanotubes 22, by then drying the structure, on the surface of the coated carbon nanotubes 22 supporting the metal nanoparticles 24. 金属ナノ粒子を分散させる液体としては、例えばエタノールが挙げられ、エタノールを用いた場合は、乾燥温度を80℃程度とすればよい。 As a liquid for dispersing the metal nanoparticles, for example, ethanol and the like, in the case of using ethanol, the drying temperature may be about 80 ° C..

本実施の形態に係る集光器10によれば、受光面11に光吸収率が高いカーボンナノチューブ20が設置されているため、太陽光の吸収率が高い。 According to the condenser 10 of the present embodiment, since the carbon nanotubes 20 the light absorption rate is high on the light receiving surface 11 is provided, a high solar absorptance of. 一般的にカーボンナノチューブは、光の波長にもよるが、98〜99%の光を吸収し、1〜2%の光を反射するとされている。 Generally carbon nanotubes, depending on the wavelength of the light, to absorb 98 to 99 percent of the light, which is to reflect 1-2% of the light. また、集光器10の受光面11に配向構造の被覆カーボンナノチューブ22が備えられているため、図2に示すように、被覆カーボンナノチューブ22の側壁によって反射された太陽光Sa1〜Sa3が、隣接する被覆カーボンナノチューブ22の側壁に入射して吸収される。 Moreover, since the coated carbon nanotubes 22 of the orientation structure on the light receiving surface 11 of the concentrator 10 is provided, as shown in FIG. 2, the solar Sa1~Sa3 reflected by the sidewalls of the coated carbon nanotubes 22, the adjacent incident on the side wall of the coated carbon nanotubes 22 to be absorbed. そのため、太陽光の光エネルギーを集光器10の外部に逃がすことによるエネルギー損失を抑えることができ、ひいては集光器10のエネルギー効率を向上させることができる。 Therefore, energy loss due to the escape of light energy of sunlight into the outside of the collector 10 can be suppressed, thereby thus improving the energy efficiency of the collector 10.

すなわち、特許文献1のように集光器10の受光面11に多孔質構造体26(図11参照)を設置する場合よりも、本実施の形態のように配向構造体25を設置する方が太陽光が集光器の外部に逃げることによるエネルギー損失を抑えることができる。 That, is better to install the porous structure 26 than when installing (see Fig. 11), the orientation structure 25 as in the present embodiment the light receiving surface 11 of the concentrator 10 as in Patent Document 1 sunlight can be suppressed energy loss due to escape to the outside of the collector.

さらに、本実施の形態に係る集光器10によれば、カーボンナノチューブ20が耐酸化性を有するSiC被覆膜21で覆われているため、集光器10のエネルギー効率を長期にわたって維持することができる。 Furthermore, according to the concentrator 10 of the present embodiment, since the carbon nanotubes 20 is covered with SiC coating film 21 having oxidation resistance, maintaining the energy efficiency of the concentrator 10 over time can. 以下、詳細を説明する。 It will be described in detail below.

例えば、ミラーやレンズを多数用いて、集光器に太陽光を集光させて発電を行う太陽熱発電装置、すなわち、タワー型の太陽熱発電装置の場合、集光器の温度は1000℃付近にまで上昇する。 For example, by using a large number of mirrors and lenses, solar power generation device which generates power by focusing the sunlight collector, i.e., when the tower solar power generation device, the temperature of the collector is to around 1000 ° C. Rise. カーボンナノチューブは400℃を超えると酸化するとされているため、仮にカーボンナノチューブが被覆されていない場合、集光器の温度が400℃を超えると、受光面に設けられたカーボンナノチューブが酸化して焼失してしまう。 Because the carbon nanotubes are to be oxidized and greater than 400 ° C., if if the carbon nanotubes are not coated, the temperature of the collector exceeds 400 ° C., burned carbon nanotubes provided on the light receiving surface is oxidized Resulting in. カーボンナノチューブが焼失すると、太陽光の吸収率が低下して、集光器のエネルギー効率は低下する。 When carbon nanotubes burned, the absorption rate of sunlight is decreased, the energy efficiency of the collector is reduced.

この点、本実施の形態に係る集光器10によれば、集光器10が高温となっても、カーボンナノチューブ20が耐熱性を有するSiC被覆膜21で覆われてることで大気から遮断されて、カーボンナノチューブ20の酸化・焼失を防止することができ、ひいては集光器10のエネルギー効率を長期にわたって維持することができる。 In this respect, according to the concentrator 10 of the present embodiment, cut-off from the atmosphere by the condenser 10 is also at a high temperature, and the carbon nanotubes 20 is covered with SiC coating film 21 having heat resistance has been, it is possible to prevent oxidation and burned carbon nanotubes 20 can be thus maintaining the energy efficiency of the concentrator 10 over time.

また、被覆膜がないカーボンナノチューブにおいては、カーボンナノチューブは柔軟性を有するため、実際の使用環境では風などの外力によって湾曲し、配向構造が変形してしまうことがある。 In the absence of the coating film of carbon nanotubes, the carbon nanotube because of its flexibility, in the actual use environment bent by an external force such as wind, sometimes the alignment structure is deformed. 配向構造が変形すると、被覆カーボンナノチューブ22の側壁で反射された太陽光が、集光器10の外部に逃げてしまい、集光器10のエネルギー効率が低下するおそれがある。 When orientation structure is deformed, sunlight reflected by the side walls of the coated carbon nanotubes 22, escapes to the outside of the condenser 10, the energy efficiency of the collector 10 may be reduced.

この点、本実施の形態に係る集光器10では、カーボンナノチューブ20がSiC被覆膜21で覆われているため、結果物としての被覆カーボンナノチューブ22が剛性の高いものとなり、外力等によってカーボンナノチューブ20が湾曲して、配向構造が変形することを防止できる。 In this regard, the concentrator 10 of the present embodiment, since the carbon nanotubes 20 is covered with SiC coating film 21, becomes a high-covered carbon nanotubes 22 as finished goods is rigid, carbon by an external force or the like nanotubes 20 is curved, the orientation structure can be prevented from being deformed. カーボンナノチューブ20の配向構造を維持できれば、集光器のエネルギー効率が低下することなく、そのエネルギー効率を長期にわたって維持することができる。 If maintaining the alignment structure of the carbon nanotubes 20, without energy efficiency of the collector is reduced, it is possible to maintain the energy efficiency over time.

さらに、カーボンナノチューブ20同士の間隔を制御することによって、集光器10のエネルギー効率を増大させることができる。 Further, by controlling the spacing 20 between the carbon nanotubes, it is possible to increase the energy efficiency of the collector 10. 以下、詳細を説明する。 It will be described in detail below.
物質(ここでは、カーボンナノチューブ)が熱エネルギーを吸収すると、熱輻射によって熱エネルギーが電磁波として外部に放出される。 Material (in this case, the carbon nanotubes) when the absorbed heat energy, heat energy by thermal radiation is emitted to the outside as an electromagnetic wave. 熱輻射によって発生する電磁波の波長は、物質の温度に依存する。 Wavelength of the electromagnetic waves generated by thermal radiation depends on the temperature of the material. 例えば、物質の温度が1000Kの場合、電磁波の波長は3000nm、物質の温度が1600Kの場合、電磁波の波長は2000nm程度である。 For example, if the temperature of the material is 1000 K, the wavelength of the electromagnetic wave 3000 nm, when the temperature of the material is 1600K, the wavelength of the electromagnetic wave is about 2000 nm.

しかしながら、カーボンナノチューブ20同士(厳密には被覆カーボンナノチューブ22間)の間隔を受光面11、カーボンナノチューブ20、被覆膜21からの熱輻射の波長以下にすることによって、熱輻射によって発生する電磁波を制御することができる。 However, the light receiving surface 11 a gap between the carbon nanotubes 20 together (strictly between coated carbon nanotubes 22), the carbon nanotubes 20 by the following wavelength of thermal radiation from the coating film 21, the electromagnetic waves generated by thermal radiation it is possible to control. すなわち、上記カーボンナノチューブ20同士の間隔を熱輻射波長以下(半分程度)にすることで熱輻射波長に相当する周波数の電磁波は存在することが出来ず、その周波数の電磁波をカットオフする。 That is, it is impossible to electromagnetic waves of a frequency corresponding to thermal radiation wavelengths by the interval between the carbon nanotube 20 in the following heat radiation wavelength (about half) is present, to cut off the electromagnetic wave of that frequency. そのため、吸収した熱エネルギーの放出を抑制することができる。 Therefore, it is possible to suppress the release of absorbed heat energy.

ここで、本発明では、配向構造のカーボンナノチューブ20がカーボンナノチューブ20同士の間隔以上の周波数の電磁波はカットオフされる。 In the present invention, the carbon nanotubes 20 oriented structure wave interval above a frequency of 20 between the carbon nanotubes are cut off. そのため、カーボンナノチューブ20同士の間隔を、熱輻射によって発生する電磁波の波長以下、より好ましくは、熱輻射によって発生する電磁波の波長の半分程度(30%〜70%)以下とすることによって、熱輻射によるエネルギー損失を抑制することができ、ひいては集光器のエネルギー効率を増大させることができる。 Therefore, the distance 20 between the carbon nanotubes, the wavelength of the electromagnetic waves generated by thermal radiation or less, more preferably, about half of the wavelength of the electromagnetic waves generated by thermal radiation (30% to 70%) by the following thermal radiation by can be suppressed energy loss, it is possible to increase the energy efficiency of the thus concentrator.

例えば、カーボンナノチューブ20の温度が1600K程度になると仮定した場合、カーボンナノチューブ20同士の間隔を2000nm以下とすればよく、より好ましくは、600nm以下である。 For example, if the temperature of the carbon nanotubes 20 is assumed to be about 1600K, it is sufficient spacing of the carbon nanotubes 20 together with 2000nm or less, more preferably 600nm or less.

以上の理由により、カーボンナノチューブ20同士の間隔を、受光面11、カーボンナノチューブ20、SiC被覆膜21からの熱輻射の波長以下とすることによって、太陽光の主成分たる可視光を吸収しつつ、熱輻射を抑制することができる。 For the above reasons, the distance 20 between the carbon nanotubes, the light receiving surface 11, by the following wavelength of thermal radiation from the carbon nanotubes 20, SiC coating film 21, while absorbing a principal component serving visible sunlight , it is possible to suppress heat radiation.

また、SiC被覆膜21の外層が、さらに非結晶体被覆膜23で覆われている場合、太陽光Sのエネルギー効率を増加させることができる。 Further, the outer layer of SiC coating film 21, if it is further covered with a non-crystal-coated film 23, it is possible to increase the energy efficiency of sunlight S. すなわち、非結晶体被覆膜23によって、カーボンナノチューブ20の表面にナノメートルオーダーの凹凸を形成し、カーボンナノチューブ20の表面において、太陽光Sが非結晶体被覆膜23の表面で乱反射を起こし、被覆カーボンナノチューブ全体の反射率を低減させて吸収率を向上させることができ、ひいては集光器のエネルギー効率を増加させることができる。 That is, the non-crystal coating film 23, the surface of the carbon nanotubes 20 forming the irregularities of nanometer order, the surface of the carbon nanotubes 20, sunlight S undergoes a diffused reflection at the surface of the amorphous-coated film 23 reduces the reflectivity of the entire coated carbon nanotubes can increase the absorption rate, it is possible to increase the energy efficiency of the thus concentrator.

また、被覆カーボンナノチューブ22の表面に金属ナノ粒子24が担持されている場合、熱輻射によって生じる熱エネルギーの損失を抑制することができる。 Also, when the metal nanoparticles 24 on the surface of the coated carbon nanotubes 22 are supported, it is possible to suppress heat energy loss caused by thermal radiation. 以下詳細を説明する。 The following will be described in detail.

図3に示すように、集光器10が熱せられると、太陽光Sから得られた熱エネルギーは、熱輻射によって被覆カーボンナノチューブ22から電磁波Eとして被覆カーボンナノチューブ22の外部に放出され、熱エネルギーの損失が生じる。 As shown in FIG. 3, the condenser 10 is heated, thermal energy obtained from solar S is discharged to the outside of the coated carbon nanotubes 22 as an electromagnetic wave E from coated carbon nanotubes 22 by thermal radiation, thermal energy losses of. 一方、被覆カーボンナノチューブ22の表面に金属ナノ粒子24が担持されている場合、金属ナノ粒子24が表面プラズモン共鳴を発生させて、熱輻射によって生じた電磁波Eを吸収して再び熱エネルギーとして回収することができる。 On the other hand, when the metal nanoparticles 24 on the surface of the coated carbon nanotubes 22 is supported, the metal nanoparticles 24 by generating a surface plasmon resonance, is recovered as heat energy again to absorb electromagnetic waves E caused by thermal radiation be able to.

ここで、表面プラズモン共鳴とは、金属ナノ粒子が特定の波長の電磁波を選択吸収し、金属ナノ粒子が振動することで、電磁波のエネルギーが熱エネルギーに変換される現象をいう。 Here, the surface plasmon resonance, metallic nanoparticles and selective absorption of electromagnetic waves of a specific wavelength, that metal nanoparticles vibrates, a phenomenon in which electromagnetic wave energy is converted into heat energy. なお、吸収する電磁波Eの波長は金属ナノ粒子24の材料及びサイズに依存する。 The wavelength of absorption to the electromagnetic waves E depends on the material and size of the metal nanoparticles 24. 集光器10が熱せられた時に被覆カーボンナノチューブ22から発生する電磁波Eは、熱せられた集光器10の温度に依存するが、概ね赤外光であるため、金属ナノ粒子24は、赤外光を吸収するような材料及び光の波長に応じてサイズを選択すればよい。 The electromagnetic waves E generated from the covered carbon nanotubes 22 when the collector 10 is heated, because it depends on the temperature of the condenser 10 which is heated is substantially infrared light, the metal nanoparticles 24, infrared it may be selected size according to the wavelength of the materials and the light to absorb light. 望ましくは、Au、Agで粒子径は、30nm以下である。 Preferably, Au, particle diameter Ag is 30nm or less.

また、本実施の形態に係る集光器10では、カーボンナノチューブ20がSiC被覆膜21で覆われているため、金属ナノ粒子24の担持性に優れている。 Further, the collector 10 according to the present embodiment, since the carbon nanotubes 20 is covered with SiC coating film 21 has excellent carrying properties of the metal nanoparticle 24. 以下、詳細を説明する。 It will be described in detail below.

カーボンナノチューブに直接金属ナノ粒子を担持させようとすると、その固着性(担持した触媒の挙動や脱離を抑制)は悪い。 Attempting to carry directly metal nanoparticles on the carbon nanotubes, the sticking property (catalyst supported behavior and leaving the inhibition) is poor.
この点、本実施の形態に係る集光器10では、カーボンナノチューブ20は、SiC被覆膜21で覆われており、SiC被覆膜21の表面に金属ナノ粒子24を担持させることとしたため、直接カーボンナノチューブに金属ナノ粒子を担持させる場合と比較して、金属ナノ粒子の固着性に優れている。 In this regard, the concentrator 10 of the present embodiment, since the carbon nanotubes 20 is covered with a SiC coating film 21, which was decided to carry the metal nanoparticles 24 on the surface of the SiC coating film 21, as compared with the case of supporting metal nanoparticles directly into the carbon nanotube is excellent in sticking of the metal nanoparticles.

以下、各構成要素の具体的な態様について説明する。 The following describes specific embodiments of each component.
カーボンナノチューブ20の高さは、0.5μm以上、特に10μm以上とすることが望ましい。 The height of the carbon nanotube 20 is preferably set to 0.5μm or more, particularly 10μm or more. カーボンナノチューブの高さが大きいほど、被覆カーボンナノチューブ22の側壁に入射して反射した光が他の被覆カーボンナノチューブ22側壁に入射して吸収されやすいため、光が集光器の外部に逃げることによるエネルギー損失を抑え、集光器のエネルギー効率が向上するが、カーボンナノチューブ20の高さを10μm以上とすると、受光面11に入射した太陽光を略全て集光器10の外部に逃がさないようにすることができる。 The greater the height of the carbon nanotube, since the light reflected by the incident on the side wall of the coated carbon nanotubes 22 is easily absorbed and enters the other covered carbon nanotubes 22 sidewalls, due to the light from escaping to the outside of the collector suppressing energy loss, but improves the energy efficiency of the collector, and the height of the carbon nanotube 20 and above 10 [mu] m, so that all substantially sunlight incident on the light receiving surface 11 does not escape to the outside of the condenser 10 can do. カーボンナノチューブの高さは、カーボンナノチューブを生成する工程において、カーボンナノチューブを成長させる時間に依存する。 The height of the carbon nanotube, in the step of generating carbon nanotubes, depending on the time of growing the carbon nanotubes. すなわち、カーボンナノチューブを成長させる時間が長いほど、カーボンナノチューブの長さは大きくなる。 That is, the longer the time to grow the carbon nanotubes, the length of the carbon nanotube increases.

また、カーボンナノチューブ20同士の間隔は、光を吸収しつつ、照射した光を、熱輻射による熱エネルギーの放出を抑制するため、受光面11、カーボンナノチューブ20、SiC被覆膜21からの熱輻射の波長以下とした。 Further, the interval between the carbon nanotube 20 while absorbing light, the light irradiation, in order to suppress the release of thermal energy by thermal radiation, thermal radiation from the light receiving surface 11, the carbon nanotubes 20, SiC coating film 21 of the wavelength or less. また、カーボンナノチューブ20同士のバンドル化を避けるため、20nm以上とした。 In addition, in order to avoid the bundle of 20 between carbon nanotubes, it was 20nm or more. 望ましくは、300〜600nmである。 Preferably, a 300~600nm. 本実施の形態では、カーボンナノチューブ20同士の間隔を500nmとした。 In the present embodiment, a 500nm the gap between the carbon nanotubes 20 together. カーボンナノチューブ同士の間隔は、基板上の触媒粒子同士の間隔に依存する。 Distance between carbon nanotubes depends on the spacing of the catalyst particles of the substrate. すなわち、触媒粒子同士の間隔が大きいほど、カーボンナノチューブ同士の間隔も大きくなる。 That is, the larger the spacing of the catalyst grains, the greater the distance between the carbon nanotubes.

また、カーボンナノチューブの太さは、太いほどカーボンナノチューブの強度が増大するが、太過ぎるとカーボンナノチューブの上面で太陽光が反射してしまうことが考えられ、集光器のエネルギー効率が低下するおそれがある。 Further, the thickness of the carbon nanotubes, the strength of the thick enough carbon nanotubes is increased, is possible that results in reflected sunlight on the top surface of the carbon nanotube is too thick, the energy efficiency of the collector is reduced risk there is. カーボンナノチューブ20同士の間隔が500nmの場合は、SiC被覆膜21及び非結晶体被覆膜23を含めて5nm〜20nmとすることが望ましい。 If distance 20 between the carbon nanotubes of 500 nm, it is desirable to 5nm~20nm including SiC coating film 21 and amorphous-coated film 23. カーボンナノチューブの太さは、基板上の触媒粒子のサイズに依存する。 The thickness of carbon nanotubes depends on the size of the catalyst particles on the substrate. すなわち、触媒粒子のサイズが大きいほどカーボンナノチューブの太さは大きくなる。 That is, the thickness of the carbon nanotube larger the size of the catalyst particles increases.

また、SiC被覆膜21の膜厚は、10nm以上50nm以下にすることが好ましい。 The thickness of the SiC coating film 21 is preferably in the 10nm or 50nm or less. 膜厚が薄すぎると熱によってカーボンナノチューブが酸化・焼失したり、周辺雰囲気によってカーボンナノチューブが変質することがあるためである。 Or carbon nanotubes are oxidized and burned when the film thickness is too thin by heat, and there is a possible carbon nanotubes altered by ambient atmosphere. 例えば、400℃以上の酸素雰囲気での使用に耐えられず、耐熱性や耐環境性の向上が図れない。 For example, not withstand the use in an oxygen atmosphere at above 400 ° C., it can not be improved heat resistance and environmental resistance. また、SiC被覆膜21の膜厚が厚すぎると、SiC被覆膜21がカーボンナノチューブが光吸収を遮って、熱エネルギーがカーボンナノチューブに伝わりにくくなるためである。 Further, if the thickness of the SiC coating film 21 is too thick, SiC coating film 21 is blocking the light absorption of carbon nanotubes, because the thermal energy is easily transmitted to the carbon nanotube.

金属ナノ粒子24の材料は、例えば金であり、他にも銅、ニッケル、コバルト、鉄、亜鉛、チタン、クロム、銀、白金、アルミニウム等が用いられる。 The material of the metal nanoparticles 24 is, for example, gold, other copper also, nickel, cobalt, iron, zinc, titanium, chromium, silver, platinum, aluminum or the like is used. 金属ナノ粒23子の粒径は、熱輻射によって被覆カーボンナノチューブ22から外部に放出される赤外光を吸収できるサイズを選択する必要があるが、金属ナノ粒子24が金の場合は、10nm〜200nmである。 The particle size of the metal nanoparticles 23 children, it is necessary to select a size that can absorb infrared light emitted to the outside from the coated carbon nanotubes 22 by thermal radiation, if the metal nanoparticles 24 are gold, 10 nm to it is 200nm.

集光器の形態としては、図4〜9に示すように、例えば、平面型集光器40、波板型集光器50、管状型集光器60、ハニカム型集光器70、キャビティ型集光器80、ドーム型集光器90などが考えられる。 The form of the collector, as shown in FIG. 4-9, for example, flat collector 40, the corrugated plate-type collector 50, the tubular concentrator 60, honeycomb condenser 70, a cavity mold concentrator 80, such as a dome-type collector 90 is considered. いずれの集光器も、被覆カーボンナノチューブ22が受光面11に対して垂直に配列されて、配向構造が形成されている。 Both of the collector, coated carbon nanotubes 22 is arranged perpendicular to the light receiving surface 11, the orientation structure is formed. また、被覆カーボンナノチューブ22が非結晶体被覆膜で覆われていても良く、被覆カーボンナノチューブ22または非結晶体被覆膜の表面に金属ナノ粒子が担持されていても良い。 Further, coated carbon nanotubes 22 may be covered with a non-crystal-coated film, metal nanoparticles to the surface of the coated carbon nanotubes 22 or a non-crystal-coated film may be carried.

ここで、カーボンナノチューブ20は受光面11に対して、直交する方向に突出することが好ましいが、必ずしも直交する方向に突出する必要はなく、各カーボンナノチューブ20が異なる方向に突出していてもかまわない。 Here, the carbon nanotubes 20 is the light receiving surface 11, it is preferable to project in a direction orthogonal, it is not always necessary to project in a direction perpendicular, each carbon nanotube 20 is may be projected in different directions . 例えば、受光面11に対して概ね90°±10°の範囲内で形成されたものが使用される。 For example, those formed in the range of approximately 90 ° ± 10 ° with respect to the light-receiving surface 11 is used.

図4に示す平面型集光器40では、集熱した熱を外部に逃がさないために真空槽12が備えられている。 In flat collector 40 shown in FIG. 4, the vacuum chamber 12 is provided in order not escape condensing hot heat to the outside. また、真空槽12の中には平板状の受光面11が設置されており、受光面11全体に、配向構造の被覆カーボンナノチューブ22が設置されている。 Also, some of the vacuum chamber 12 is installed plate-like light-receiving surface 11, the entire light receiving surface 11, coated carbon nanotubes 22 is provided in the orientation structure. 真空槽12は、ガラス等の透光性を有する蓋体13で閉じられており、内部の真空度は0.1Pa以下とする。 Vacuum chamber 12 is closed by a lid member 13 having translucency such as glass, the inside of the vacuum degree to 0.1Pa or less. また、受光面11の下方には熱媒体管14が設置されており、熱媒体が熱媒体管14を通って、受光面11が得た熱エネルギーを、タービン等へ移送する構造となっている。 Further, below the light-receiving surface 11 is installed heat medium pipe 14, the heat medium through the heat medium pipe 14, which is a heat energy receiving surface 11 is obtained, a structure for transporting the turbine, etc. . 熱媒体管14の材料は、熱媒体が得た熱エネルギーを熱媒体管の外部へ逃がさないために、断熱性の高い材料、例えばセラミックが考えられる。 Material of the heat medium pipe 14, the thermal energy heat medium is obtained in order not escape to the outside of the heat medium pipe, a high heat-insulating material, ceramics can be considered, for example. 熱媒体は、液体や気体が考えられ、移送する熱エネルギーの量によって変化するが、不活性で不燃、高熱伝導率で低粘度であることが望ましい。 Heat medium is considered a liquid or gas, varies depending on the amount of thermal energy transfer, it is desirable incombustible inert, high thermal conductivity is low viscosity. タワー型の太陽熱発電装置の場合は、空気や窒素、ヘリウム等が考えられる。 In tower solar power generation apparatus, air or nitrogen, helium, or the like. 熱媒体管14のさらに下には、熱を逃がさないための断熱材15が設置されている。 Further down the heat medium pipe 14, the heat insulating material 15 for preventing escape of heat is provided.

図5に示す波板型集光器50は、受光面11を波板型とすることによって、平面型集光器40と比較して、受光面11の表面積を増大させ、真上から以外の太陽光の入射光に対しても効率的に太陽光を吸収することができる構造となっている。 Corrugated plate-type collector 50 shown in FIG. 5, by the light-receiving surface 11 and the corrugated plate type, as compared with the flat collector 40 increases the surface area of ​​the light receiving surface 11, other than from directly above and it has a structure capable of absorbing efficiently sunlight with respect to the incident light of the sunlight. そのため、平面型集光器40よりも高効率に太陽光の熱エネルギーを得ることができる。 Therefore, it is possible to obtain the thermal energy of the sunlight efficiently than flat collector 40. 本実施の形態では、集光器10の受光面11に配向構造の被覆カーボンナノチューブ22を設置することで、太陽光の吸収率を向上させるようにしている。 In the present embodiment, by installing the coated carbon nanotubes 22 of the orientation structure on the light receiving surface 11 of the collector 10, and to improve the absorption rate of sunlight. 真空槽12、蓋体13、熱媒体管14、断熱材15の構造については平面型集光器40と同様である。 Vacuum tank 12, the lid 13, the heat medium pipe 14, the structure of the heat insulating material 15 is the same as the planar collector 40. 波板の凹凸具合によって太陽光の吸収率は変化するが、その表面に配向構造の被覆カーボンナノチューブ22が設置されているため、凹凸のピッチを1μm〜10mmとすることが望ましい。 While the absorption rate of sunlight by the recess and convex state of the wave plate changes, since the coated carbon nanotubes 22 of the orientation structure on the surface thereof is installed, it is desirable that the pitch of the unevenness and 1Myuemu~10mm.

図6に示す管状型集光器60は、主に一般家庭に普及している太陽熱給湯器で使用される集光器をモデルにしたものである。 Tubular concentrator 60 shown in FIG. 6 is obtained by a collector for application to the model in solar water heater has spread mainly in households. 熱媒体管14の表面が、そのまま受光面11となっており、太陽光を効率的に熱エネルギーに変換して、タービン等へ移送することが可能となる。 Surface of the heat medium pipe 14, and it is the light receiving surface 11, to convert the sunlight efficiently into heat energy, it is possible to transfer to the turbine and the like. 本実施の形態では、その熱媒体管14の表面に配向構造の被覆カーボンナノチューブ22を設置することで、従来のモデルと比較して、効率的に光吸収率を向上させるようにしている。 In the present embodiment, by installing the coated carbon nanotubes 22 oriented structure on the surface of the heat medium pipe 14, as compared with the conventional model, and so as to effectively improve the light absorptivity. 真空槽12、蓋体13、熱媒体管14、断熱材15の構造については、平面型集光器40と同様である。 Vacuum tank 12, the lid 13, the heat medium pipe 14, the structure of the heat insulating material 15 is similar to the flat collector 40.

図7に示すハニカム型集光器70は、主にタワー型太陽熱発電装置のレンズやミラーによって集光した光を受光する際に用いられる集光器である。 Honeycomb condenser 70 shown in FIG. 7 is a collector that is used to mainly receive the light condensed by the lenses and mirrors of the solar thermal power tower system. 受光面11をハニカム構造とすることによって、入射した光の反射を防止し、効率的に太陽光を熱エネルギーに変換することができる。 By the light-receiving surface 11 and the honeycomb structure to prevent the reflection of incident light, efficiently solar light can be converted into heat energy. さらに、中空16を通る気体(空気や窒素等)を熱媒体とすることによって、熱せられた受光面11および被覆カーボンナノチューブ22の熱エネルギーをタービン等へ移送する構造としている。 Further, by making the gas (air or nitrogen) passing through the hollow 16 and the heat medium, and the thermal energy of the light receiving surface 11 and the coated carbon nanotubes 22 are heated and structure that transport to the turbine or the like. そのため、熱媒体管を用いなくともよい。 Therefore, it without using the heat medium pipe.

図8に示すキャビティ型集光器80も、ハニカム型集光器70と同様の用途に用いられる集光器である。 Cavity concentrator 80 shown in FIG. 8 is also a concentrator used for similar applications as the honeycomb condenser 70. 上方にあるハノ字面が太陽光の受光面11として熱せられると同時に、間にある隙間を空気などの熱媒体が通って、下方の熱媒体管14が存在する領域が熱せられる構造となっている。 At the same time an upward Hanoi textually is heated as a light receiving surface 11 of the solar and gaps through which heat medium such as air in between, has a structure in which the region below the heat medium pipe 14 is present is heated . 本実施の形態では、この構造の内上方のハノ字構造体の表面に配向構造の被覆カーボンナノチューブ22を設置することで、さらに太陽光の吸収率を向上させようとしている。 In the present embodiment, by installing the coated carbon nanotubes 22 oriented structure on the surface of the inner upper inverted-V structure of this structure, we are trying to further improve the absorption rate of sunlight.

図9に示すドーム型集光器90も、ハニカム型集光器70及びキャビティ型集光器80と同様の用途に用いられる集光器であって、ミラーやレンズで集光された太陽光をドーム構造となった内部へ入射させて熱エネルギーに変換する。 Domed concentrator 90 shown in FIG. 9 is also a collector used in similar applications as the honeycomb condenser 70 and cavity concentrator 80, the condensed sunlight with mirrors and lenses is incident to the inside became dome structure is converted into thermal energy. ドーム型集光器90の内部にある受光面11は天板部11aと曲面部11bとを有している。 The light receiving surface 11 in the interior of the dome-type concentrator 90 has a top plate portion 11a and the curved portion 11b. 天板部11aはドーナツ状の板で、曲面部11bは円錐台の側面の形状をしており、天板部11aと、曲面部11bの内部とで熱媒体が通過する中空16を形成している。 In the top plate portion 11a is a donut-shaped plate, the curved portion 11b is in the form of a side surface of the truncated cone, and the top plate portion 11a, to form a hollow 16 in which the heat medium passes through between the inside of the curved portion 11b there. 中空16の下端に相当する部分は開口されている。 Portion corresponding to the lower end of the hollow 16 is open.

図9(b)(c)に示すように、ドーム型集光器90の内部に入射した太陽光Sの大部分は、曲面部11bの被覆カーボンナノチューブ22で吸収されるが、曲面部11bから反射した太陽光Sも天板部11aや曲面部11bにおける他の部分の被覆カーボンナノチューブ22で吸収することができる。 As shown in FIG. 9 (b) (c), most of the sunlight S which enters the dome concentrator 90 are absorbed by the coated carbon nanotubes 22 of the curved portion 11b, the curved portion 11b It reflected sunlight S can also be absorbed by the coated carbon nanotubes 22 of the other portions of the top plate portion 11a and the curved portion 11b.

そして、熱媒体が上方の天板部11aの孔から進入し、中空16を介して下方に通り抜けることによって、熱せられた受光面11の熱エネルギーをタービン等へ移送する構造としている。 Then, the heat medium enters the pores of the upper top plate portion 11a, by passing through downward through the hollow 16, and the thermal energy of the light receiving surface 11 which is heated and structure that transport to the turbine or the like. そのため、熱媒体管を用いなくともよい。 Therefore, it without using the heat medium pipe. なお、ドーム型集光器90の外部は熱を漏らさないようにするために、真空断熱構造としている。 Incidentally, the external domed collector 90 in order to prevent leakage of heat, and a vacuum insulation structure. なお、ドーム型集光器90の外部は、空気や不活性ガスを外気との間に介在させることで断熱する構造としてもよい。 The external domed concentrator 90 may have a structure for thermal insulation by interposing between the outside air air or inert gas.

なお、本実施の形態では配向構造のカーボンナノチューブ20をSiC被覆膜21で被覆する場合を述べたが、SiCの代わりにSiの単元素の結晶体や、Ti、Cr、Cu等の高融点の金属でカーボンナノチューブを被覆すれば、集光器が高温となってもカーボンナノチューブが酸化して焼失することを防止でき、集光器のエネルギー効率を長期にわたって維持できる。 Although in this embodiment described the case of coating the carbon nanotubes 20 of the orientation structure with SiC coating film 21, crystal or single element of Si instead of SiC, Ti, Cr, high melting point such as Cu if in the metallized carbon nanotubes, even concentrator to a high temperature can be prevented carbon nanotubes burned by oxidation, it can maintain the energy efficiency of the collector over time. また、被覆膜からカーボンナノチューブ、受光面への熱伝熱性に優れる。 And excellent from the coating film of carbon nanotubes, the thermal heat conducting to the light receiving surface.

また、図10(a)に示すように、カーボンナノチューブ20として、複数のカーボンナノチューブをバンドル化したものを用いても良い。 Further, as shown in FIG. 10 (a), as the carbon nanotubes 20 may be used after bundling a plurality of carbon nanotubes. このようにバンドル化したカーボンナノチューブ20を用いることにより、単独のカーボンナノチューブを一定間隔で配列する場合と比較して強度が強くなる。 By using such a bundled carbon nanotubes 20, intensity increases as compared with the case of arranging a single carbon nanotube at regular intervals. また、後述のように、滴下などの方法によって容易にバンドル化することができるため、容易に予め定めた間隔を隔てて強固なカーボンナノチューブを配列することができる。 Further, as described later, it is possible to easily bundled by a method such as dropping, can be arranged a strong carbon nanotubes at a readily predetermined intervals.

カーボンナノチューブ20をバンドル化する場合は、配向構造のカーボンナノチューブ20を生成した後、図10(b)に示すように、カーボンナノチューブ20同士の間隔毎に水滴等の液体Wを滴下する。 When bundling the carbon nanotubes 20, after generating the carbon nanotubes 20 oriented structure, as shown in FIG. 10 (b), is added dropwise the liquid W in the water droplets at intervals of 20 between the carbon nanotubes. カーボンナノチューブ20を生成する際のカーボンナノチューブ20同士の間隔は、バンドル化させない場合の間隔の半分以下とする。 Gap between the carbon nanotubes 20 together when generating the carbon nanotubes 20, and less than half of the interval when not bundled.

このように複数のカーボンナノチューブ20上に液体Wを滴下することにより、液体Wが滴下された領域にあるカーボンナノチューブ20が絡み合い、バンドル化される(図10(c)参照)。 By dropping this way the liquid W on the plurality of carbon nanotubes 20, the carbon nanotubes 20 in the region where the liquid W is dropped are entangled, it is bundled (see FIG. 10 (c)). その後、カーボンナノチューブ20をSiC被覆膜21で覆うことにより、図10(a)に示す構造を得ることができる。 Then, by covering the carbon nanotube 20 in SiC coating film 21, it is possible to obtain the structure shown in Figure 10 (a).

なお、図では2つのカーボンナノチューブ20をバンドル化する場合について描かれているが、液体Wの滴下の位置と量を調整することにより、複数のカーボンナノチューブ20をバンドル化して所定の間隔毎にバンドル化されたカーボンナノチューブ20を得ることができる。 Although depicted for the case of bundling the two carbon nanotube 20 in the figure, by adjusting the position and amount of dripping of the liquid W, bundle by bundling a plurality of carbon nanotubes 20 at predetermined intervals it can be obtained of carbon nanotubes 20.

10 集光器11 受光面12 真空槽13 熱媒体管14 断熱材20 カーボンナノチューブ21 SiC被覆膜(耐熱性を有する被覆膜) 10 concentrator 11 the light receiving surface 12 a vacuum chamber 13 the heat medium pipe 14 heat insulator 20 of carbon nanotubes 21 SiC coating film (coating film having heat resistance)
22 被覆カーボンナノチューブ23 非結晶体被覆膜24 金属ナノ粒子40 平面型集光器50 波板型集光器60 管状型集光器70 ハニカム型集光器80 キャビティ型集光器90 ドーム型集光器 22 covered carbon nanotubes 23 amorphous-coated film 24 metal nanoparticles 40 flat collector 50 wave plate concentrator 60 tubular concentrator 70 honeycomb condenser 80 cavity concentrator 90 dome-gathering dimmer

Claims (5)

  1. 受光面に一定間隔で配列され、前記受光面に対して垂直に配列されたカーボンナノチューブを備え、 Are arranged at regular intervals on the light receiving surface, provided with a carbon nanotubes arranged perpendicular to the light receiving surface,
    前記カーボンナノチューブが、耐熱性を有する被覆膜で覆われていることを特徴とする集光器。 Collector wherein carbon nanotubes, characterized in that it is covered with a coating film having heat resistance.
  2. 前記被覆膜がSi、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Al、Mgあるいは、それらの酸化物、炭化物、窒化物からなる単一、または2つ以上の複合物からなることを特徴とする請求項1に記載の集光器。 The coating film is Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Al, Mg or their oxides, carbides, single made of nitride or two or more composite, concentrator according to claim 1, characterized in that it consists of things.
  3. 前記被覆膜が前記被覆膜の非結晶体で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の集光器。 Collector of claim 1, wherein the coating film is covered with a non-crystalline form of the coating film.
  4. 前記被覆膜の表面に金属ナノ粒子が担持されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の集光器。 Collector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the metal nanoparticles are supported on the surface of the coating film.
  5. 前記一定間隔は、前記受光面、前記カーボンナノチューブ及び前記被覆膜からの熱輻射の波長以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の集光器。 The regular intervals, collector according to claim 1, wherein the light receiving surface is less than the wavelength of the thermal radiation from the carbon nanotubes and the coating film.
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