JP2017048265A - 蓄熱材料、蓄熱器および太陽熱発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱発電システムにおいて、急激な天候変化があっても安定した熱エネルギーの供給を図る。【解決手段】蓄熱器１２０に用いられる蓄熱材料１２３は、１２０℃〜４００℃の範囲に相変化点を持つ相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子を含む。蓄熱器１２０は、筐体１２１と、筐体１２１の内部に封入された蓄熱材料１２３と、熱媒体が流通するとともに、筐体１２１を貫くように配置された流路配管１３０と、蓄熱材料１２３を筐体１２１の内部および外部の間で移送させる移送装置１２４と、を備える。移送装置１２４は、蓄熱材料１２３の融点近傍の温度においては、蓄熱材料１２３内の黒鉛粒子およびＳｉＣ粒子を筐体１２１の外部で捕集する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄熱器用の蓄熱材料、および当該蓄熱器ならびに当該蓄熱器を用いた太陽熱発電システムに関する。

近年、化石燃料の枯渇、環境破壊への対策が大きな課題となっている。このような課題を解決するために、水力、風力、潮力、波力、地熱、太陽光、太陽熱などの自然エネルギーの検討、利用が進められている。中でも太陽熱を利用した太陽熱発電は、比較的安価な設備で大きなエネルギーを得ることができること、蓄熱器を利用することにより夜間でも発電が可能になることから、自然エネルギーを利用した大規模発電として、注目されている。

太陽電池を用いた太陽光発電は、発電パネルの面積が発電量および設備コストと相関が高い。これに対しミラーを用い集熱する太陽熱発電では、ミラーの面積と発電量との相関はあるが、ミラーはコストの高い設備ではないため、ミラーの面積と発電コストとの相関は高くない。このため、発電設備が大規模になるほど電力コストが安くなる特徴があり、大規模発電に向いている。

しかしながら、太陽熱発電では大規模になるほど、発電量の変動が電力系統に与える影響が大きくなる。例えば、太陽熱発電においては、曇等により急激に発電量が低下することがある。このような問題を解決するために、特許文献１には、夜間の発電のための蓄熱器とは別に短時間の変動に対応する蓄熱器が提案されている。

具体的には、相変化媒体が担持され、熱媒体が流通する複数の第１蓄熱タンクと、相変化媒体を含まない第２蓄熱タンクがソーラーフィールドに対し並列に接続されている。このようなシステムを用いることにより、曇等により太陽光が急に得られなくなったときには、成層化タンク（第１蓄熱タンク）への熱媒体の供給を止め、代わりに、成層化タンク（第２蓄熱タンク）に貯蔵されている熱媒体を外部へ放出する。即ち、急に十分な太陽光が得られなくなった場合には、成層化タンク（第２蓄熱タンク）に貯蔵されていた熱媒体を太陽熱放熱部に供給する。成層化タンク（第２蓄熱タンク）には、直前まで高温の熱媒体が供給されていたため、ほとんど温度が低下していない高温の熱媒体を太陽熱放熱部に供給することができる。このようにすることにより、応答性をより良好なものにすることができる。即ち、雲等により十分な太陽光が得られない時に、発電システムが冷却されることを防止することができる。これにより、気象変化による発電量の低下を抑制することができることが記載されている。

特開２０１４−４７９９２号公報

しかしながら、太陽熱発電が、大規模になるに従って電力系統に与える影響は大きくなる。例えば天候変化ひいては日照量の変化が激しい場合、当該変化に対する蓄熱材料、蓄熱器の追従性が低いと、安定した熱エネルギーを供給することは困難となる。

このような課題を鑑み、本発明では安定して熱エネルギーが供給できる蓄熱材料、蓄熱器および太陽熱発電システムを提供することを目的とする。

本発明の蓄熱材料は、１２０℃〜４００℃の範囲に相変化点を持つ相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子を含むものである。

本発明の蓄熱器は、筐体と、前記筐体の内部に封入された上記の蓄熱材料と、熱媒体が流通するとともに、前記筐体を貫くように配置された流路配管と、前記蓄熱材料を前記筐体の内部および外部の間で移送させる移送装置と、を備え、前記移送装置は、前記蓄熱材料の温度上昇時は、当該蓄熱材料内の前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を前記筐体の外部で捕集し、前記移送装置は、前記蓄熱材料の温度下降時は、前記筐体の外部に捕集された前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を前記蓄熱材料に戻す。

また、本発明の太陽熱発電システムは上記蓄熱器を用いるものである。

本発明の蓄熱材料は、温度変化に対する熱容量の変化の追従性が高いため、蓄熱器の運転効率を向上させることができる。また、蓄熱器はこのような蓄熱材料を使用しつつ、運転場面に応じて蓄熱材料の成分を適切なものに設定できるため、高い運転効率を達成できる。よって、太陽熱発電システムにより安定した熱エネルギーの供給が可能となる。

本発明の実施形態の太陽熱発電システムの構成図。 実施形態の太陽熱発電システムに用いられる蓄熱器を示す図。 成分の異なる蓄熱材料の温度変化に対する熱容量の変化を示すグラフであり、（ａ）は相変化材料のみを含む蓄熱材料のグラフであり、（ｂ）は相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子とを含む蓄熱材料のグラフであり、（ｃ）は本実施形態の蓄熱器において使用され、成分が変化する蓄熱材料のグラフ。

以下、本発明の蓄熱材料、蓄熱器および太陽熱発電システムについて説明する。

本発明の蓄熱材料は、１２０℃〜４００℃の範囲に相変化点を持つ相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子とを含む。

上記構成によれば、取り扱いが容易で蓄熱性が高く、温度変化に対して熱容量の追随性が高い蓄熱材料を提供することが可能となる。

相変化材料は、例えば、硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウムの少なくともいずれか一つを含む。

上記構成によれば、取り扱いが容易で蓄熱性能の高い蓄熱材料を提供することが可能となる。

蓄熱材料の使用温度範囲は、例えば、１５０℃〜５５０℃である。

上記構成によれば、実際の使用温度に適した蓄熱材料を提供することが可能となる。

蓄熱材料において、例えば、相変化材料の体積比が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であり、黒鉛粒子の体積比が０ｖｏｌより大きく９０ｖｏｌ％以下であり、ＳｉＣ粒子の体積比が０ｖｏｌより大きく９０ｖｏｌ％以下である。

上記構成によれば、蓄熱性能の高い蓄熱材料を提供することが可能となる。すなわち、黒鉛粒子と熱伝導性の良いＳｉＣ粒子の長所を生かすことにより、相変化材料単体の相変化点での熱容量を生かしつつ 相変化点以上の温度領域では 相変化材料中の黒鉛粒子とＳｉＣ粒子の量を制御する。この結果、黒鉛粒子とＳｉＣ粒子の混合または、相変化材料単体の場合に比べて、蓄熱性能の高い蓄熱材料を提供することが可能となる。

例えば、黒鉛粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０）が５μｍ以上５００００μｍ以下であり、ＳｉＣ粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０）が５μｍ以上５００００μｍ以下である。

上記構成によれば、蓄熱性能の高い蓄熱材料を提供することが可能となる。すなわち、黒鉛粒子と熱伝導性の良いＳｉＣ粒子の長所を生かすことにより、相変化材料単体の相変化点での熱容量を生かしつつ 相変化点以上の温度領域では 相変化材料中の黒鉛粒子とＳｉＣ粒子の量を制御する。この結果、黒鉛粒子とＳｉＣ粒子の混合または、相変化材料単体の場合に比べて、蓄熱性能の高い蓄熱材料を提供することが可能となる。

本発明の蓄熱器は、筐体と、筐体の内部に封入された上述の蓄熱材料と、熱媒体が流通するとともに、前記筐体を貫くように配置された流路配管と、前記蓄熱材料を前記筐体の内部および外部の間で移送させる移送装置と、を備え、前記移送装置は、前記蓄熱材料の融点近傍の温度においては、当該蓄熱材料内の前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を前記筐体の外部で捕集する。

上記構成によれば、日照量の変化のような天候変化が生じても、太陽熱発電システムの電圧変動、周波数変動の如き事象を抑制することが可能なため、安定した熱エネルギーの供給が可能となる。

前記移送装置が、前記筐体の内部と外部との間で前記蓄熱材料を循環させるポンプと、前記蓄熱材料を蓄積可能なリザーブタンクと、前記筐体と前記ポンプと前記リザーブタンクとを接続する配管と、前記配管に設けられ、前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を捕集可能なフィルタと、を含む。

上記構成によれば、簡易かつ安価に移送装置を構築することが可能となる。

太陽熱発電システムは、上述の蓄熱器を用いて構成され得る。

次に本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態の蓄熱器を用いた太陽熱発電システムの構成図を示す。太陽熱発電システム２００は、ミラー１０と、太陽熱蓄熱システム１００と、発電機３０とを含む。本実施形態では、太陽熱蓄熱システム１００と発電機３０を媒介するエネルギー変換部Ｅは熱交換器により構成されている。

ミラー１０はヘリオスタットのような反射鏡等により構成され、太陽Ｓからの太陽光を反射して太陽熱蓄熱システム１００の受熱部１１０に導く役割を果たす。例えば、多数のミラー１０が受熱部１１０の周囲に放射状に配置され、図示せぬ制御装置が時間の経過に伴う太陽Ｓの位置に合わせて各ミラー１０の向きを最適な位置に設定する。ミラー１０の種類、配置される数、配置形態などは特に限定はされない。

すなわち、本実施形態の太陽熱発電システム２００は、太陽光を集光し、熱した熱媒体（空気、水、オイル、溶融塩など）を発電に利用する集光型太陽熱発電システム、特にタワー式太陽熱発電システムに属するものである。しかしながら、ここでの太陽熱発電システムの種類は特に限定されず、本発明は太陽熱を利用する種々の発電システムに利用することが可能である。

本実施形態の太陽熱蓄熱システム１００は、ミラー１０により導かれた太陽光の太陽熱を吸収する受熱部１１０と、熱媒体の熱を蓄積するとともに放出可能な蓄熱器１２０と、エネルギー変換部Ｅとを含む。さらに太陽熱蓄熱システム１００は、受熱部１１０と、蓄熱器１２０と、エネルギー変換部Ｅとを接続し、熱媒体が流通する熱媒体パイプである流路配管１３０を含む。

受熱部１１０はレシーバとも呼ばれ、例えば太陽光の太陽熱を吸収しつつ、高温に耐え得るセラミック構造体などにより構成される。受熱部１１０は、例えばタワーの如き高い建物の頂上に設けられ、ミラー１０により導かれた太陽光の太陽熱を吸収する。受熱部１１０は流路配管１３０に接続されており、流路配管１３０を流通する熱媒体を熱することにより熱交換を行う。受熱部１１０の配置位置、種類も特に限定はされない。

蓄熱器１２０は、流路配管１３０を流通する熱媒体の熱を蓄積するとともに放出可能であり、その詳細については後に説明する。エネルギー変換部Ｅは、太陽熱蓄熱システム１００と発電機３０との間で熱交換（エネルギー交換）を行う熱交換器により構成されているが、その種類は特に限定はされない。

流路配管１３０は、受熱部１１０と、蓄熱器１２０と、エネルギー変換部Ｅとを接続し、閉じた流路を形成する。熱媒体は、流路配管１３０中を受熱部１１０→蓄熱器１２０→エネルギー変換部Ｅ→受熱部１１０の経路に沿って流通する。流路配管１３０を流通する熱媒体としては、空気、水、オイル、溶融塩など種々のものが用いられるが特に限定はされない。

発電機３０は例えばスチームガスタービン発電機などにより構成され、太陽熱蓄熱システム１００との間でエネルギー変換部（熱交換器）Ｅを介して熱交換を行い、温められ媒体（蒸気、オイルなど）により内蔵されたタービンを回転させて発電を行うものである。もちろん発電機３０の種類は特に限定されず、太陽熱蓄熱システム１００との間で熱交換の可能な種々のタイプの発電機を適用することが可能である。

太陽熱蓄熱システム１００は流路配管１３０を流通する熱媒体の熱を、適宜蓄積可能な蓄熱器１２０を備えており、太陽Ｓから得られる太陽熱（太陽光）の変動に伴う出力変動を吸収することができる。すなわち、急激な天候変化により太陽Ｓから得られる太陽熱の量（日照量）が変動しても、蓄熱器１２０の作用により、出力変動を抑制することが可能である。

図２は蓄熱器１２０の実施形態を示す。蓄熱器１２０は流路配管１３０における、受熱部１１０とエネルギー変換部Ｅとの間の位置に設けられている。蓄熱器１２０は、筐体１２１と、筐体１２１の内部に封入された蓄熱材料１２３と、蓄熱材料１２３を筐体１２１の内部および外部の間で移送させる移送装置１２４とを備えている。

筐体１２１は金属、コンクリートなどの材料により形成され、箱形の形状を呈するが材料の種類や形状は特に限定はされない。筐体１２１の壁は一枚の部材で形成してもよいし、二枚以上の部材で形成することもできる。この壁の外側層を金属などにより形成し、外側層の内側に保温性を有する部材を配置してもよい。

蓄熱材料１２３は、筐体１２１の内部における空間に封入されている。蓄熱材料１２３は、状態変化（相転移など）をすることにより、熱を吸収または放出可能な材料である。蓄熱材料１２３として種々の材料を利用することが可能であるが、蓄熱材料１２３は１２０℃〜４００℃の範囲に相変化点を持つ相変化材料（ＰＣＭ；Phase Change Material）と黒鉛とＳｉＣとの混合物が好ましい。この混合物は、取り扱いが容易で蓄熱性能の高い蓄熱材料１２３を提供することが可能となる。また、蓄熱材料１２３の骨材を構成する黒鉛、ＳｉＣは、１００Ｗ／ｍｋという高い熱伝導率を有するため、相変化材料の熱伝導率が低くても、蓄熱材料１２３全体の熱伝導率を向上させることができる。

相変化材料（ＰＣＭ）と、黒鉛（Ｃ）としての黒鉛粒子と、ＳｉＣとしてのＳｉＣ粒子とを混合する際の体積比であるが、相変化材料の体積比が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であるのが好ましい。黒鉛粒子の体積比は１ｖｏｌ％より大きく９０ｖｏｌ％以下であるのが好ましい。ＳｉＣ粒子の体積比は１ｖｏｌ％より大きく９０ｖｏｌ％以下であるのが好ましい。

また、黒鉛粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０；積算値５０％の粒度）が５μｍ以上５００００μｍ以下であるのが好ましい。ＳｉＣ粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０）が５μｍ以上５００００μｍ以下であるのが好ましい。

相変化材料は、例えば、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）または硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の少なくともいずれか一つを含む。このような成分の相変化材料は、取り扱いが容易で蓄熱性能が高い。また、相変化材料は、硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの共融塩であってもよい。また、相変化材料は、硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの共融塩と、硝酸ナトリウムとの混合物であってもよい。

蓄熱材料１２３が使用される使用温度範囲は、例えば融点Ｔ_ｃの上下の範囲をカバーする１５０℃〜５５０℃の範囲に設定される（１５０℃≦Ｔ_ｃ≦５５０℃）。この温度範囲であれば、実際の使用温度に適しているため、蓄熱器１２０の稼働が容易である。

移送装置１２４は、筐体１２１の内部と外部との間で液化した蓄熱材料１２３を循環させるポンプ１２５と、液化した蓄熱材料１２３を蓄積可能なリザーブタンク１２６と、筐体１２１とポンプ１２５とリザーブタンク１２６とを接続する配管１２７とを含む。この構成によれば、簡易かつ安価に移送装置１２４を構築することが可能となる。移送装置１２４により、液化した蓄熱材料１２３を筐体１２１の内部と外部との間で容易に循環させることが可能となる。図示せぬ別の大型筐体を設け、当該大型筐体の内部に筐体１２１と移送装置１２４をまとめて配置してもよい。この大型筐体の内側に所定の断熱材を配置してもよい。

また、蓄熱器１２０（または移送装置１２４）の運転を制御する制御装置１２８が、移送装置１２４のポンプ１２５の運転状態を制御する。制御装置１２８は一般的なプロセッサ、メモリなどを備えるコンピュータである。そして、制御装置１２８は蓄熱材料１２３内に設けられた温度センサＳ１と接続されており、温度センサＳ１からの蓄熱材料１２３の温度信号を受信し、当該温度信号に基づく制御信号をポンプ１２５に送り、ポンプ１２５の運転制御を行う。

さらに移送装置１２４は、配管１２７の一端であって、筐体１２１との接続部分に配置されたフィルタ１２９を含む。フィルタ１２９は、一方向に流れる蓄熱材料１２３中の黒鉛とＳｉＣを捕集することが可能であるとともに、他方向に流れる蓄熱材料１２３中へ、捕集した黒鉛とＳｉＣを供給することが可能である。例えば、ポンプ１２５は、矢印Ｘ方向または矢印Ｙ方向の、互いに逆方向に蓄熱材料１２３を流すことが可能である。そして、フィルタ１２９は、蓄熱材料１２３が矢印Ｘ方向に流れるときは蓄熱材料１２３中の黒鉛とＳｉＣを捕集する。さらにフィルタ１２９は、蓄熱材料１２３が矢印Ｙ方向に流れるときは、蓄熱材料１２３が矢印Ｘ方向に流れるときに捕集した黒鉛とＳｉＣを蓄熱材料１２３に供給する。フィルタ１２９の具体例として、レーザー加工されたステンレスメッシュ（例えば医療用途のもの）を用いて、３０μｍ以下の粒子を捕集可能に設計されたものが用いられる。

図２に示すように、流路配管１３０は蓄熱器１２０の内部の空間を貫通しており、本例では流路配管１３０は、３本のサブ配管１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃから構成されている。流路配管１３０に対する固体材料１２２および蓄熱材料１２３の接触面積を増加させるため、流路配管１３０は蓄熱器１２０の内部を含む蓄熱器１２０の周辺領域で複数（３本）に分かれている。しかしながらサブ配管の数は特に限定されない。また、サブ配管の配置位置の一例として、図２に示すように総てのサブ配管が筐体１２１の上部に配置されているが、サブ配管の位置も特に限定されない。

図３（ａ）〜（ｃ）の各々は成分の異なる蓄熱材料１２３の温度変化に対する熱容量の変化を示すグラフである。図３（ａ）は相変化材料のみを含む蓄熱材料のグラフであり、図３（ｂ）は本実施形態の蓄熱材料１２３のように、相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子とを含む蓄熱材料のグラフである。図３（ａ）の蓄熱材料は相変化材料のみを含むため、融点Ｔ_ｃにおいては、相変化材料が本来有する高い熱容量Ｃ_ａを確保することが可能であり、材料全体として高い熱容量を確保することができる。一方、本材料は、温度変化に対する熱容量の変化の追従性が低いため、グラフの傾きＡで示すように、温度上昇に対する熱容量増加の割合は小さい。このことは、蓄熱材料の温度上昇に必要な時間が長いことを意味しており、蓄熱器１２０の運転開始には長い時間が必要となる。

一方、図３（ｂ）の蓄熱材料は本実施形態の蓄熱材料１２３であり、温度変化に対する熱容量の変化の追従性が高いため、傾きＢで示すように温度上昇に対する熱容量増加の割合は大きい。このことは、蓄熱材料の温度上昇に必要な時間が短いことを意味しており、蓄熱器１２０の運転開始には短い時間で済むことになる。一方、融点Ｔ_ｃにおいては図３（ａ）の実質的に相変化材料の熱容量Ｃ_ａに比べて、相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子と混合物が持つ低い熱容量Ｃ_ｂとなるため、材料全体として高い熱容量を確保することが難しくなる。

発明者は、相反する長所及び短所を持つ図３（ａ）の蓄熱材料と、図３（ｂ）の蓄熱材料１２３の両者について考察した。そして、本実施形態の蓄熱器１２０を用いて、蓄熱材料１２３の成分を適切なものに随時変更することにより、二つの蓄熱材料の長所を利用し、運転効率を向上させることに想到した。図３（ｃ）のグラフを用いて本実施形態の蓄熱器１２０の動作の一例を説明する。ただしここで述べる蓄熱器１２０の動作はあくまで一例であって、状況に応じて種々の運転動作が可能である。

まず、図３（ｃ）の下に示す蓄熱器１２０の運転開始からの経過時間を示す時間軸上において、時間ｔ_０、すなわち、太陽熱発電システム２００の運転開始時において蓄熱材料１２３の温度が十分に上がっていない状況を想定する。受熱部１１０からの熱が流路配管１３０を流れる熱媒体を介して伝わり始めた状態（運転開始状態）であり、蓄熱材料１２３が十分温められていない。

このとき、蓄熱材料１２３は固体の状態であり、蓄熱材料１２３には、黒鉛粒子とＳｉＣ粒子が均一に分散しており、温度変化に対し熱容量の変化の追従性が高い。この場合、図３（ｂ）と同様に、温度上昇に比して熱容量の増加が大きいため（傾きＢ）、短時間（時間軸上ではｔ_０〜ｔ_１）で蓄熱材料１２３の温度が融点Ｔ_ｃに到達する。よって、蓄熱器１２０の運転効率を向上させることができる。

さらに蓄熱材料１２３の温度が上昇して融点Ｔ_ｃに到達し（経過時間ｔ_１）、蓄熱材料１２３が融解し始める。温度センサＳ１から融点Ｔ_ｃを示す温度信号を受信した制御装置１２８は、ポンプ１２５に制御信号を送る。この制御信号を受けて、ポンプ１２５は、図２（ａ）に示す矢印Ｘ方向に蓄熱材料１２３を流し始める。この場合、フィルタ１２９は、蓄熱材料１２３中の黒鉛粒子とＳｉＣ粒子を捕集するため、筐体１２１の内部の蓄熱材料１２３を構成する材料は、実質的に相変化材料のみとなる。このため、蓄熱材料１２３は、図３（ａ）と同様に、融点Ｔ_ｃにおいては高い熱容量Ｃ_ａを確保することができる。すなわち、蓄熱材料１２３が融点Ｔ_ｃの温度を維持する時間ｔ_１〜ｔ_２で、熱容量がＣ_ａ上昇する。この熱容量Ｃ_ａは、図３（ｂ）に示した熱容量Ｃ_ｂより大きい（Ｃ_ａ＞Ｃ_ｂ）。

その後、蓄熱材料１２３の温度が融点Ｔ_ｃから上昇を開始し（経過時間ｔ_２）、温度センサＳ１から融点Ｔ_ｃからの上昇を示す温度信号を受信した制御装置１２８は、ポンプ１２５に制御信号を送る。この制御信号を受けて、ポンプ１２５は、図２に示す矢印Ｙ方向に蓄熱材料１２３を流す。経過時間ｔ_１〜ｔ_２でフィルタに１２９に捕集された黒鉛粒子とＳｉＣ粒子が再び、蓄熱材料１２３に供給される。この場合、図３（ｂ）と同様に、温度上昇に比して熱容量の増加が大きいため（傾きＢ）、短時間（時間軸上ではｔ_２〜ｔ_３）で蓄熱材料１２３の温度が運転中における想定上の最高温度Ｔ_Ｍａｘに到達する。ここで、蓄熱材料１２３が使用される使用温度範囲が１５０℃〜５５０℃の範囲である場合、Ｔ_Ｍａｘ＝５５０℃である。

以上説明した過程では、太陽Ｓからの日照量が増加し、流路配管１３０を流通する熱媒体の熱量が増加するため、蓄熱材料１２３の温度が上昇し続ける状況を想定している。一方、太陽Ｓからの日照量が減少し、流路配管１３０を流通する熱媒体の熱量が減少し始めた場合、蓄熱材料１２３の温度は下降し始める。この場合においても、ポンプ１２５は、図２に示す矢印Ｙ方向に蓄熱材料１２３を流し続けることにより、黒鉛粒子とＳｉＣ粒子が蓄熱材料１２３に拡散した状態を維持することができる。さらに温度が低下し、たとえ蓄熱材料１２３の温度が融点Ｔ_ｃ以下に下がり、固化しても、図３（ｂ）の状態で次の運転を開始することが可能となり、蓄熱材料１２３の温度を素早く上昇させることができる。よって、日照量の変化のような天候変化が生じても、安定した熱エネルギーの供給が可能な太陽熱発電システム２００を実現することができる。

また、蓄熱材料１２３にＳｉＣ粒子が含有されているため、蓄熱材料１２３全体に渡って温度の均質性を向上させることができ、蓄熱材料１２３をスムーズに融解することができる。

上述した運転では、蓄熱器１２０の移送装置１２４は、蓄熱材料１２３の温度に応じて、以下のように駆動する。

・融点Ｔ_ｃより低い温度（固体状態）から融点Ｔ_ｃまで温度が上昇する場合：停止
・融点Ｔ_ｃ：ポンプ１２５が図２（ａ）に示す矢印Ｘ方向に融解した蓄熱材料１２３を流し、黒鉛粒子とＳｉＣ粒子をフィルタ１２９により捕集する。
・融点Ｔ_ｃより高い温度帯での運転時：ポンプ１２５が図２（ａ）に示す矢印Ｙ方向に蓄熱材料１２３を流し、フィルタ１２９に捕集された黒鉛粒子とＳｉＣ粒子を再び蓄熱材料１２３に供給する。
・融点Ｔ_ｃより高い温度から融点Ｔ_ｃ以下に下降する場合：停止

蓄熱器１２０の移送装置１２４は、少なくとも蓄熱材料１２３の融点Ｔ_ｃ近傍の温度においては、蓄熱材料１２３内の黒鉛粒子およびＳｉＣ粒子を筐体１２１の外部で、フィルタ１２９を用いて捕集する。そして移送装置１２４は、他の温度範囲における任意のタイミングで、黒鉛粒子およびＳｉＣ粒子を蓄熱材料１２３に供給した状態で運転する。このような運転により、温度変化対する熱容量の変化の追従性が良いという蓄熱材料１２３の長所を活かしつつ、高い熱容量を確保することが可能となる。黒鉛粒子およびＳｉＣ粒子を捕集する温度は、融点Ｔ_ｃ近傍であり、（Ｔ_ｃ＋３℃）〜（Ｔ_ｃ＋１０℃）の温度範囲であってもよいが、（Ｔ_ｃ＋１℃）〜（Ｔ_ｃ＋５℃）であると更によい。

上述した蓄熱器１２０の動作により、各々の動作場面において蓄熱材料１２３の成分を適切なものに変動させることができるため、天候変化や日照量の変化に対し、高い応答性を確保しつつ、高い運転効率を確保することが可能である。すなわち、蓄熱器１２０の運転開始を円滑にするとともに、高い熱容量を確保することを可能とした。この結果、太陽熱発電システム２００は、安定して高い熱エネルギーを供給することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更又は応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明によれば、安定した熱エネルギーの供給を可能とする蓄熱材料、蓄熱器および太陽熱発電システムが提供されるため、自然エネルギーの利用が促進され得る。

１０ ミラー
３０ 発電機
１００ 太陽熱蓄熱システム
１１０ 受熱部
１２０ 蓄熱器
１２１ 筐体
１２３ 蓄熱材料
１２４ 移送装置
１２５ ポンプ
１２６ リザーブタンク
１２７ 配管
１２８ 制御装置
１２９ フィルタ
１３０ 流路配管
２００ 太陽熱発電システム
Ｅ エネルギー変換部
Ｓ 太陽
Ｓ１ 温度センサ

Claims (8)

1. １２０℃〜４００℃の範囲に相変化点を持つ相変化材料と、黒鉛粒子と、ＳｉＣ粒子を含む蓄熱材料。
2. 請求項１に記載の蓄熱材料であって、
   前記相変化材料が、硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウムの少なくともいずれか一つを含む、蓄熱材料。
3. 請求項１または２に記載の蓄熱材料であって、
   前記蓄熱材料の使用温度範囲が１５０℃〜５５０℃である蓄熱材料。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱材料であって、
   前記相変化材料の体積比が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であり、前記黒鉛粒子の体積比１ｖｏｌ％より大きく９０ｖｏｌ％以下であり、前記ＳｉＣ粒子の体積比が１ｖｏｌ％より大きく９０ｖｏｌ％以下である蓄熱材料。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱材料であって、
   前記黒鉛粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０）が５μｍ以上５００００μｍ以下であり、前記ＳｉＣ粒子の５０％平均粒径（Ｄ_５０）が５μｍ以上５００００μｍ以下である蓄熱材料。
6. 筐体と、
   前記筐体の内部に封入された請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄熱材料と、
   熱媒体が流通するとともに、前記筐体を貫くように配置された流路配管と、
   前記蓄熱材料を前記筐体の内部および外部の間で移送させる移送装置と、を備え、
   前記移送装置は、前記蓄熱材料の融点近傍の温度においては、当該蓄熱材料内の前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を前記筐体の外部で捕集する、
   蓄熱器。
7. 請求項６に記載の蓄熱器であって、
   前記移送装置が、
   前記筐体の内部と外部との間で前記蓄熱材料を循環させるポンプと、
   前記蓄熱材料を蓄積可能なリザーブタンクと、
   前記筐体と前記ポンプと前記リザーブタンクとを接続する配管と、
   前記配管に設けられ、前記黒鉛粒子および前記ＳｉＣ粒子を捕集可能なフィルタと、
   を含む蓄熱器。
8. 請求項６または７に記載の蓄熱器を用いた太陽熱発電システム。

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