極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

鯛+鰻+河豚 < 鯰

2016年11月19日 | 環境工学システム論

 

 

    時を審らかにしてもって事を挙げ、事をもって民を動かし、民をもって国を動かし、
    民をもって天下を励かす。天下動かして、然る後に功名成るべし。

                                管子 / 五輔


                                                                            
                                                                                
                                                  管子 Guan-zi   720–645 BC

 

 

 

【今夜の肴:鯰のフルコース】

今朝のANAの『旅サラダ』の「<生中継>鹿児島県鹿屋市・2016年デビュー!うなぎ味のナマズ!3
」で養殖に成功した鯰(なまず)料理の実況中継がされていた。鹿児島といえば養殖鰻の蒲焼き加工も盛ん
で、昨日もワインとパンを買いにでかけた永源寺町にある「ヒトミワイナリー」で先回、買った「旅する丸
干し」は阿久根市で生産されているほどに、食品加工業が盛んである。そういえば、御前崎の鰹節生産は盛
んでフランスにもその工場建設が話題になっていたと思うが。そのフランス南西部にはボルドー・ワイン街
道があるように、この東近江市の八風街道にもワイン街道があっても好いかなと思ったするのだけれど、土
壌改良法に事業技術(ノウハウ)の開発が必要だと、店員の話を聴いて思っていたことも交差したが、話は、



その先の今朝のテレビ映像に戻る。なまず養殖場で日本なまずなまず生産株式会社の牧原博文、うなぎ専門
店のうなぎ太郎の日高司郎、番組レギュラーのラッシャー板前などが、養殖なまずの蒲焼き、白焼き、刺身
など調理しその味の感想を伝えていたが、特に刺身は河豚の食感というより鯛のもちもち感がするという風
にラッシャー板前が感想を言っていた。わたし(たち)が京都北白川の日本うなぎ専門店の割烹『十壱』の
薄造りの食感(鯰=鯛+鰻+河豚)と同じようなものだろうと思える。ところで、調理法の多さは、鰻や河
豚を超えるだろう。それでいて、河豚のように食毒はないので安心である。あとは、レシピ開発次第。さら
に、鯰一尾まるまる食材やその他の商品として使えるのが魅力だろう。番組では刺身としての市販は来春に
も開始すると言うことであるが、そこで消費者に受け入れられれば世界展開も夢でなくなるとわたし(たち)
は確信している。これが実現すれば、また、ひとつ、
故田中豊一、久保祐夫、山崎誠一さんらのの遺志(=
遺志)に花を添えることができるとそう考えると、少し目頭が熱くなる。



※ 鯰養殖技術の肝は環境制御(水温・浸透圧・溶存酸素・食餌(質×量)・照明(質×量)・流水・音響
  (振動)・細菌など)方法の蓄積にある。
 

【最新集光型太陽光発電工学】

住友電機工業らの研究グループは、集光型太陽光発電(CPV)は結晶シリコン太陽光発電(Si-PV)と比較し、
単位面積あたり及び公称出力あたり大きな発電量が期待できる。これらを比較するために、CPVの展開が期
待される高日射地域(モロッコ)で実証試験を行いCPVは固定Si-PVと比較して直達日 射強度(DNI)が7.9
kWh/m2/day
の時に単位面積あたり約2.5倍、公称出力あたり約1.3倍の発電量を得られることを明らかにした。
また今回、モジュールのガラス表面への砂の堆積をさけるため、夜間ガラス面を下に向ける構造の架台を新
たに開発し、砂塵の影響の ある地域で砂による発電電力量低下を大幅に低減できることを明らかにしている
(上図ダブクリ:「集光型太陽光発電システムの高日射地域における性能優位性」2016年1月・SEI テクニカ
ルレビュー・第188 号, 2016.01.20)。

● 関連特許技術事例

ここでは追尾機構は切り離し、集光型太陽光発電の最近の特許技術の特徴を俯瞰してみる。

● 熱による変換効率効率劣化対策:特開2013-008763 集光型太陽電池

集光型方式は、レンズにより太陽光線を集光して発電素子に焦点を合わせることで、従来の発電素子の発電
効率を
向上させる。集光により発電素子の面積が小さくでき、材料コストの低減も大きなメリットである。
集光型太陽電池では、太陽光をレンズ等の光学素子で集光し、発電素子に対する入射光量を増加する。その
ために、発電素子が急激に温度上昇を起こし、その熱により発電素子が劣化する問題が生じる。この問題を
解決に、発電素子の冷却方法――
(1)水冷方式と(2)空冷方式ある。

(1)水冷方式には、①水冷管を発電素子に設置するもの、②伝熱性能の高い液体金属を発電素子に接して
設けるもの、③また発電素子を冷媒で直接冷却する方法などがある。ここで、発電素子を冷媒で直接冷却す
る方法――伝熱性能が空気より高い媒体を使用するので冷却性能は非常に高いが、水等の媒体を循環させる
ポンプが必要になり、或いは液体金属等の媒体自身が高価なために、製造コストは非常に高くなってしまう。


(2)
空冷方式では、発電素子の裏面に空冷フィンを設けて、送風ファンにより空冷フィンを冷却する方法
がある。ファ
ンを使用する場合、コストアップになり、発電素子に熱交換器を設置し、熱交換器に空気が接
触するものである。

ここで下図8Aは、従来の集光型太陽光電池の一例の構成の模式図。また、図8Bは、従来の集光型太陽光
電池の一例の構成の模式的斜視図である。発電素子への集光のために太陽を追尾させる駆動装置を具備した
架台51、発電素子52、集光のための屈折式光学系53、発電素子52を冷却するための熱交換器54、
熱交換器54に空気を送るための開口55と送風路56、熱交換器54から空気を取り出すための開口57
を備えている。太陽からの平行光は屈折式光学系53を通過して、発電素子52に集光され、光を吸収した
発電素子52は電力と熱を作成する。発生した熱は、発電素子52から熱交換器54に伝達され、開口55
から流入する空気と熱交換され、暖められた空気は開口57から流出する。
図8Cは、従来の集光型太陽光
電池の一例の構成の模式的断面図である。集光型太陽電池の発電素子52の受光面側に吹く風58は、発電
素子52の表面に沿って上方に移動して上縁の開口55から、発電素子52の非受光面側の熱交換器54に
送られる。熱交換された空気は、通風路56を通過して、下縁の開口57から排出される。太陽光を追尾し
つつ常に、発電素子の熱を通風によって熱交換して冷却できる構成である。

特開2013-008763

● 集光倍率と変換効率:特開2016-077085 太陽光発電システム

ところで、集光倍率が高くなると熱電変換モジュールによる熱電の出力が二次曲線的に増加する。その効果
は、集光倍率が10
倍以上で、好ましくは30倍以上にて顕著に現れる。この特許の特徴は、①太陽電池と
熱電変換モジュールとの間に熱流を平準化手段を設け、②太陽電池は、禁制帯幅の異なる複数の太陽電池セ
ルで構成される多接合型太陽電池で、③集光手段は、太陽電池の分光感度外の波長帯も集光することが可能
なレンズで公正。①の熱流平準化手段は、蓄熱機能を有するセラミックス絶縁体。

    特開2016-077085
 JP 2016-77085 A 2016.5.12

小モジュール用熱電変換効率評価装置

● 集光型太陽電池の価格実績US9496422 Multi-element packaging of concentrator photovoltaic cells  Nov. 15, 2016 

複数の空間的に分離された光電池要素に太陽光を集光する複数の屈折または反射光学要素を含む太陽集光型
システムは、太陽光集光倍率が増加することによる電気的接続および冷却の課題がある。
2000SUN 以上(
200W / cm 2)を超える3接合太陽電池集光器セルを動作可能が実証されている。
高倍率の集光型太陽光発
電システムの動作は、光起電力素子を冷却する能力により制約される。
集光器太陽光発電システムの動作は、
集光増加につれて、特に50W / cm 2の面出力密度レベルを上回ると、費用がかかり、より困難になる。
単純
で平面の導電性表面上セル面積増加により、補助熱交換構造の必要となりコストが上昇する。

集光型太陽光発電に使用される光起電力素子は、典型的に100℃以下での動作に制約される。 セル効率お
よび寿命の両方を配慮すれば、周囲温度が45℃を超える砂漠地帯では太陽光発電の耐久性は20~30年
が限界となる。以下は、周囲温度40℃と回路温度が85℃未満で動作する冷却システムの熱収支の数値例
である。

1cm 2の大きさを有する光起電力素子を使用する第1の光起電力システム太陽光濃度が150W / cm 2と全体の
冷却システム性能要求は0.3℃./Wである。この組み合わせは、高コストの高性能冷却システムを必要とする。

第2の光起電力システムでは、5mm×5mmのサイズを有する光起電力装置が、上記と同じ太陽光レベルで使用
される。冷却システムの性能要件は1.2℃である。第2の光起電力システムでは、第1光起電力システム
よりもはるかに少ない冷却コストまで低減することができる。

チップサイズが小さくなるにつれて、熱拡散がより容易になる。限界では、熱源は3次元に広がる点に近づく。
しかし、光起電力素子の横方向の寸法が2分の1に減少すると、光起電力素子および接続の数は4倍に増加
する。したがって、光起電力素子および接続部を提供するコストは、光起電力素子のサイズの減少に伴って
指数関数的に増加し得る。したがって、光起電力素子および接続部を提供するコストは、光起電力素子のサ
イズの減少に伴って指数関数的に増加しする。
多くの太陽光集光器システムは、ガラス材料上にアクリルま
たはシリコンからなる集光性フレネル光学素子のアレイを含む。これらの集光要素からの光は、支持構造上
に取り付けられたセルに集束され、エンクロージャ内に収容され、個々の要素を機械的に支持し、それらを
環境から保護する。太陽の集光倍率が増加すれば(光電面の面積は集光光学領域に対して減少する)、アレ
イ内の光起電力素子間の距離が増加する。
集光度が増加すれば、冷却システムのコストパフォーマンスの維
持に、上記の例のようにセルのサイズは、所与の総電力に対してセル接続数が増加し、結果として減少する。

高集光型光起電力システムの最適化で考慮すべき要素には、例えば、濃度が高いほど、半導体材料のコスト
は低減するが、冷却コストは増加する。さらに、半導体面積(ダイサイズ)が大きいほど冷却コストは高く
なるが、ダイサイズが小さいほど電気的接続の数およびコストが増加する。
さらに、光起電力装置は、安全性
から約1700Vまでの電気絶縁が要望され、落雷保護には数kVまでである。
概要

【概要】

光起電性支持構造、少なくとも1つの電気絶縁層、および光電池集光器セルを搭載するように構成された少
なくとも1つの太陽集光レシーバ板を含むパターン形成された導電材料層。

一実施形態では、誘電体材料は、熱伝導率および電気絶縁材料を有すると言える。少なくとも1つの集光型
太陽電池受光板は、少なくとも1の電気絶縁層および導電性基板を通る熱拡散および伝導を向上させるよう
に、1つの金属構造よりも厚くすることができる。
集光型太陽電池受光板は、この太陽電池セルがはんだ材料
で固定されるように構成することができる。

導電性基板の下から上へのスタックを含む光起電力構造であって、電気絶縁性金属含有化合物層、電気絶縁
層、 パターン形成された導電材料層、少なくとも1つの光起電力素子とを含む。
電気絶縁層の上面と、第1
の厚さよりも大きい第2の厚さを有する少なくとも1つの金属製受け板とを接触させるステップと、電気絶
縁層の上面に接触し、光電池要素の底面に接触する。
光起電力構造体の形成が提供される。電気絶縁層上の
電気絶縁材料層の上面に電気絶縁層を形成するステップと、第1の厚さを有し、電気絶縁層の上面と接触す
るパターニングされた導電性材料層と、少なくとも1つの金属受容板とを含む。 少なくとも1つの光起電力
素子を最も1つの金属製受け板に取り付けるステップとを含む。
 


図3Aは、本開示の第1の実施形態による第1の例示的光起電力構造の上面図
図3Bは、図3Aの垂直面B-B 'に沿った第1の例示的な光起電力構造の垂直断面図
図3Cは、図3Aの垂直面C-C 'に沿った第1の例示的光起電力構造の垂直断面図

 

● 冷却用と熱交換器:特開2016-069207 セラミック流路体およびこれを備える熱交換器

特開2016-69207

【符号の説明】
1:第1部材  2:第2部材  3:接合層  4:流路  5:第1の領域  6:第2の領域 
10:セラミック流路体  12:熱交換器  20:集光型太陽光発電装置


図3に示す集光型太陽光発電装置20は、集光した太陽光の熱で媒体を加熱し、加熱された媒体の熱を利用し
て発電するものであり、低温媒体貯蔵タンク11、集熱器(熱交換器)12、高温媒体貯蔵タンク13、エネルギ
ー変換システム14によって構成されている。発電までの流れとしては、低温媒体貯蔵タンク11から媒体を熱
交換器12へ圧送し、集光した太陽光を熱交換器12に当てることによって媒体を加熱して、加熱された媒体を
高温媒体貯蔵タンク13に貯蔵し、高温媒体貯蔵タンク13から圧送される加熱された媒体の熱エネルギーを使
ってエネルギー変換システム14にて発電するものである。

なお、熱を奪われた媒体は低温媒体貯蔵タンク11へと送られ、このサイクルを繰り返すことによって、燃料
資源を使用せず、温室効果ガスを排出することなく、電気を得ることができるため経済面および環境面にお
いて有用なものである。


そして、熱交換器12には、媒体の流路が設けられたセラミック流路体10が複数組み込まれており、このセラ
ミック流路体10は、数メートルに及ぶ長尺部材であり、集光された太陽光によって熱を受けるセラミック流
路体10は、高温に耐えられるものでなければならない。なお、このセラミック流路体10は、図1に示すセラ
ミック流路体10aと同様の構成を示すものであり、セラミック流路体10が本実施形態のセラミック流路体10
aからなることにより、優れた接合強度と気密性を有していることから、長期間にわたって安定して発電す
ることができる信頼性の高い集光型太陽光発電装置20とすることができる。

なお、本実施形態の熱交換器12は、上述の集光型太陽光発電装置20の熱交換器12で示した態様に限らず、例
えば、円筒状の第1部材1と平板状の第2部材2との貫通孔を連ねて接合し、本実施形態のセラミック流路
体10を備える熱交換器12としても構わない。

以上のように、最新集光型太陽光発電工学について俯瞰してみた。実証段階から実用(商用)段階にあるこ
とをここで確認した。ここからは一気にトップに踊り出る戦略を必要としている。

時間の都合で、集熱発電システムについて掲載できなかったので参考までに下記にその事例を添付しておく。

※ 参考:特開2012-198003 太陽熱集熱装置及び太陽熱発電システム 株式会社東芝 2012年10月18日

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