光ファイバー伝送された高密度太陽エネルギーの高効率変換・蓄熱システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555050
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内藤 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40270813)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡 利春 石川島播磨重工業(株), 技術研究所航空宇宙開発部, 研究員 ; 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60192803) ; 齊藤 武雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80064161)
• Keywords: 太陽エネルギー / 光ファイバー / 複合放物面集光器 / CPC / 集中太陽エネルギー

Research Abstract

前年度に設計・製作した口径1.6m、焦点距離65cmの回転法物面鏡の太陽追尾装置の性能評価を行なった。その結果、南中時刻をはさんで午前から午後にかけて安定的に追尾できる事が分かった。特に、本システムではCCDカメラによる太陽像モニターによる追尾モードに加えて、雲量が多い気象条件においても連続的に太陽追尾が可能となるように、日時から太陽位置計算する事により追尾を行なうモードによる太陽追尾が有効に動作する事を確認した。
太陽追尾装置の焦点位置に光ファイバーバンドルを設置し、太陽エネルギーの伝送効率とファイバー出口での太陽高密度の空間分布を測定した。伝送効率は約12%で、この値はファイバーの充填率等を考慮した理論的な伝送効率(約64%)に比べて低い値であった。また、光ファイバー出射端でのエネルギー密度分布を熱流速計を用いて測定し、レイトレース法によるシミュレーションから得られた空間分布と比較した。その結果、ファイバーごとの透過率に大きなばらつきがある事が分かり、端面研磨や、ファイバーバンドル端での加工法に関する研究を更に行なう必要がある事が分かった。
ファイバーからの出射光はファイバーの臨界角度で急速に広がる。この広がりを抑えて、高密度光を得るために、光ファイバー出射口に非結像集光器の一種である複合放物面集光器(Compound Parabolic Concentrator:CPC)を設置し、再集光エネルギー密度の測定を行なった。その結果、CPCにより、ファイバー出口の光りエネルギー密度が約3倍に向上する事が可能となった。

Research Products

• [Publications] H.Arashi et al.: "Highly Concentrated Solar Energy Transmission Through an Optical Fiber Coupled with CPC" Proc.of 32nd Intersociety Energy Conversion and Engineering Conf.4. 1871-1876 (1997)
• [Publications] H.Naito et al.: "Uniform Heating of an Emitter for a Thermionic Converter Using Concentrated Solar Radiation" Proc. of ISES 1997 Solar Energy Congress. 2. 253-259 (1997)