光ファイバーを用いた宇宙用太陽集光加熱微小量重力材料実験炉の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450366
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60192803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 圓山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80173962) ; 内山 勝 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30125504)
• Keywords: 微小重力実験 / 光ファイバー / 複合放物面集光器 / 宇宙環境 / 集中太陽エネルギー

Research Abstract

宇宙環境下で、集中太陽エネルギーを利用したエネルギー変換に関する研究を行う場合,高温発生部が集人工衛星の姿勢制御などの外部擾乱により時間的に空間位置が変動し、μ-g環境の実現の上で大きな問題となっていた.そこで本研究では,放物面太陽集光鏡の焦点に光ファイバーを設置して,高密度太陽エネルギーを光ファイバー伝送することにより,任意の場所で、外部擾乱から隔離した状態で高温度領域における太陽エネルギー変換・利用が可能なシステムの開発を目的としている.
昨年度,口径0.7m,焦点距離700mm放物面鏡を試作し,太陽光自動追尾機構を付加した.また,光ファイバー束を作製した.ファイバーの最大取り込み角12°で直径0.3mmの光ファイバーを1540本束ねてファイバー束径17mmとしたものを採用した.
本年度は,複合放物面集光器(CPC)と楕円面鏡からなる材料実験炉を試作し,その性能評価を行った.熱流速計を用いてファイバー出口での熱流速を測定した結果,設計値の70%のエネルギー伝送効率であった事が分かった.また,CPCによる再集光の効果を熱流速測定により確認した.CPCにより熱流速は約11倍までエンハンスされる事が分かった.この値は設計値の約90%であり,CPCによるファイバー伝送光の再高密度化が有効である事が分かった.今後さらにこのシステムを利用して,太陽光励起レーザ発振やSi製造などのソーラーケミストリーに関する研究の基礎に関する研究を行い,微小重力下などの宇宙環境下での高温炉の製作・試験に関する研究を行う.

Research Products

• [Publications] H.Yugami et al.: "Efficiencies of Photovoltaic Cell Receivers for Laser Power Transmission under the Lunar Environment" Proc.of 33nd Intersociety Energy Conversion and Engineering Conf.CD-ROM. No.378 (1998)
• [Publications] H.Naito et al.: "DEVELOPMENT OF CO_2 RECOVERY SYSTEM USING INTEGRATED STATIONARY EVACUATED SOLAR CONCENTRATORS" Proc.of 33nd Intersociety Energy Conversion and Engineering Conf.CD-ROM. No.379 (1998)
• [Publications] H.Yugami et.al: "Concentration of Fiber Transmitted Solar Energy by CPC for Solar Thermal Utilization" Proc.of 9th International Symposium on Solar Thermal Concentrating. (印刷中). (1999)
• [Publications] H.Naito et al.: "CO_2 Recovery from Alkanol-Amine Solution Using Integrated Stationary Evacuated Concentrators" Proc.of 9th International Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies. (印刷中). (1999)
• [Publications] 湯上 浩雄 他: "月面レーザエネルギー伝送における受光素子効率" 第17回宇宙エネルギーシンポジウム論文集. 52-55 (1998)