(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、該バーナの火炎により加熱されて輻射光を発生するエミッタと、該エミッタに対して該バーナとは反対側に設けられ上記輻射光を光電変換する光電変換セルとを備えた熱光発電装置において、
該エミッタの該バーナ対向側の面に、該エミッタからの輻射光を吸収する輻射光吸収部を設けたことを特徴とする熱光発電装置。
【請求項２】
前記輻射光吸収部は、対向する壁面を有する多数の凹部から成ることを特徴とする請求項１記載の熱光発電装置。
【請求項３】
平板型であることを特徴とする請求項１または２記載の熱光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱光発電（ＴＰＶ：thermophotovoltaic）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特表平２−５０２６９２号公報等に開示されているように、バーナと、該バーナの火炎により加熱されて輻射光を発生するエミッタと、該エミッタに対して該バーナとは反対側に設けられ上記輻射光を光電変換する光電変換セルとを備えた熱光発電装置が知られている。
【０００３】
熱光発電は、清浄性および静寂性が高く、次世代の発電システムとして期待されている。特に、可動部分が無いため、無騒音・無振動の発電システムを実現できることが大きな特徴である。これまでに開発された熱光発電装置としては、これまでに円筒型と平板型がある。円筒型に比べて平板型は、フィルタの作製およびセルの配置構造が容易であり、またエミッタの面内温度分布が極めて均一になり、複数セルから成る発電領域全体に渡って発電量を均一化できる。
【０００４】
ここで、熱光発電による発電効率を高めるためには、バーナで発生した燃焼熱を有効にエミッタの輻射光に変換する必要がある。
しかし、上記従来の熱光発電装置は、下記の理由により発電効率の向上に限界があった。
（１）従来のエミッタでは熱吸収率が低いため、エミッタの昇温が不十分であり、エミッタからの輻射強度が低い。
【０００５】
（２）加熱されたエミッタからの輻射熱によりバーナが過剰加熱するため、バーナの燃焼温度を上げることができず、結局エミッタの輻射強度が低い。これは特に平板型の場合に大きな問題となる。エミッタからバーナへの輻射を抑えるために、集光レンズやフィルタ（one-way)などの光学系を用いると、装置の構造が複雑になり、高価になってしまう。
【０００６】
（３）熱伝導による熱伝達機構を用いたとしても、エミッタ温度をバーナの燃焼温度以上にすることはできず、エミッタの輻射強度の向上に限界がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解消し、エミッタの輻射強度を高めることにより、発電効率を高めた熱光発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の熱光発電装置は、バーナと、該バーナの火炎により加熱されて輻射光を発生するエミッタと、該エミッタに対して該バーナとは反対側に設けられ上記輻射光を光電変換する光電変換セルとを備えた熱光発電装置において、
該エミッタの該バーナ対向側の面に、該エミッタからの輻射光を吸収する輻射光吸収部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱光発電装置は、エミッタのバーナ対向側の面に、エミッタからの輻射光を吸収する輻射光吸収部を設けたことにより、エミッタからの無駄な輻射が防止され、バーナで発生した燃焼熱が効率良くエミッタに伝達され、エミッタの輻射強度が高まり、その結果、発電効率が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施形態による熱光発電装置の構造を模式的に示す。熱光発電装置１０は、バーナ１と、バーナ１により加熱されて輻射光を発生するエミッタ２と、エミッタ２に対してバーナ１とは反対側に設けられた光電変換セル４とを備えている。エミッタ２とセル４との間には、フィルタ３が配置されている。フィルタ３は、エミッタ２からの輻射光スペクトルのうち、セル４で光電変換できる波長範囲の光のみを透過し、セル４の無用な加熱を防止する。
【００１１】
同図には、装置１０内の各区間での輻射エネルギー（Ｑ）の流れを示す。バーナ１からの輻射エネルギーＱ１２がエミッタ２に到達する。エネルギーＱ１２により加熱されたエミッタ２からは、バーナ１へエネルギーＱ２１が、フィルタ３へエネルギーＱ２３が、それぞれ輻射される。フィルタ３に到達したエネルギーＱ２３のうち、エネルギーＱ３２はエミッタ２へ、エネルギーＱ３４はセル４へ、それぞれ輻射される。セル４へ輻射されるエネルギーＱ３４は、大部分がエミッタ２からフィルタ３を透過した輻射光のエネルギーであり、残りの部分はエミッタ２からの輻射エネルギーＱ２３により加熱されたフィルタ３からの輻射光のエネルギーである。セル４からフィルタ３への輻射は小さく、実質的に無視できるので図示を省略した。
【００１２】
本発明においては、バーナ１からの輻射エネルギーＱ１２に対するエミッタ２による吸収率を高めることにより、エミッタ２からバーナ１に戻るエネルギーＱ２１を低減し、エミッタ２からセル４側へ出力される輻射エネルギーＱ２３を高める。
すなわち、Ｑ２３＝Ｑ１２−Ｑ２１−α（αは熱光発電システム外へのエネルギー放出による損失分）の関係において、Ｑ２１を減少させることによりＱ２３を増加させ、それにより、Ｑ３４＝Ｑ２３−Ｑ３２−β（βは熱光発電システム外へのエネルギー放出による損失分）の関係においてＱ２３の増加によりＱ３４を増加させて、セル４による発電量を向上させることにより、システム全体としての発電効率を高める。
【００１３】
そのために、本発明の熱光発電装置１０においては、エミッタ２のバーナ１側面に輻射吸収部２Ａを設けた。
図２に、望ましい態様における輻射吸収部２Ａの断面形状を示す。図示した輻射吸収部２Ａは、対向する壁面Ｗを有する多数の凹部Ｈで構成されている。図２（１）の構造では対向する壁面Ｗ同士が平行であり、図２（２）の構造では対向する壁面同士は微小角θを成している。バーナ１からの輻射光（図１のＱ１２）は、矢印の向きにエミッタ２に入射すると、凹部Ｈ内の対向壁面Ｗ間で多重反射し、その過程でエミッタ２へのエネルギー伝達が繰り返し多数回行われる結果、入射エネルギーＱ１２に対するエミッタ２の吸収率が大幅に高まる。これにより、エミッタ２の温度を高めることができるので、エミッタ２からの輻射強度が向上し、セル４による発電効率が高まる。同時に、エミッタ２からバーナ１への輻射が減少するので、バーナ１の過剰加熱が防止され、その結果、バーナ１の燃焼温度を高めて、最終的にセル４への輻射強度を増加させて、発電効率を高めることができる。
【００１４】
輻射吸収部２Ａの凹部Ｈの開口縁部Ｔは、バーナ１への輻射をできるだけ少なくするために、面積が小さくすることが望ましい。この観点から、図２（２）に示した凹部形状は開口縁部Ｔが尖塔状であり、面積が極めて小さく、最も望ましい。
図２に断面形状を示した凹部Ｈは、スリット状、筒状等の形態であってよい。図３に、凹部Ｈがスリット状である場合の輻射吸収部２Ａの平面図を示す。図３（１）、（２）は、それぞれ図２（１）、（２）に断面図を示した輻射吸収部２Ａを、図２の矢印方向から見た平面図である。
【００１５】
図４に、凹部Ｈが筒状である場合の輻射吸収部２Ａの平面図を示す。図４（１）に示した凹部Ｈは断面が正方形の筒状であり、図４（２）に示した凹部Ｈは断面が円形の筒状である。図示のように輻射吸収部２Ａはハニカム状であってよい。ただし、これらは単に一例であって、凹部Ｈの断面形状は多角形、半円形、楕円形、種々の不規則形状であってよく、これらが混在していてもよい。また、凹部Ｈの深さ方向について断面形状が一定である必要はなく、深さ方向に沿って変化していてもよい。更に、図示の例では凹部Ｈを規則的に配列してあるが、不規則な配列であってよい。
【００１６】
輻射吸収部の構造は、バーナ１からの輻射を効果的に吸収できる構造であればよく、上述した以外の形態であってよい。
エミッタ２の材料としては、ＳｉＣや希土類材料等種々の材料を用いることができる。エミッタ２のバーナ１対向側面を、エミッタ２の材料に適した従来の方法で成形あるいは加工することにより凹部Ｈを形成し、本発明による輻射吸収部２Ａを設けることができる。
【００１７】
【実施例】
図５に、本発明の特に有利な形態による平板型熱光発電装置の一例を示す。
図示した平板型熱光発電装置２０は、バーナ１に対してエミッタ２の寸法を小さくしてある。その結果、エミッタ２からバーナ１への輻射量が小さく、エミッタ２による輻射吸収率を極めて高くでき、エミッタ２の輻射強度を大幅に増加させて、発電効率を著しく高めることができる。
【００１８】
本実施例では、本発明を平板型熱光発電装置に適用した例を示したが、本発明は平板型に限らず円筒型の熱光発電装置に適用しても同様の効果が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、エミッタの輻射強度を高めることにより、発電効率を高めた熱光発電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の熱光発電装置の一構成例を示す配置図である。
【図２】図２は、本発明の熱光発電装置の輻射吸収部の一例を部分的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２の輻射吸収部の平面構成の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の熱光発電装置の輻射吸収部の他の例を部分的に示す平面図である。
【図５】図５は、本発明による平板型熱光発電装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…バーナ
２…エミッタ
２Ａ…輻射吸収部
Ｗ…壁面
Ｈ…凹部
３…フィルタ
４…光電変換セル
１０，２０…本発明の熱光発電装置
【図１】
0003637854.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003637854.tif 000005
【図５】
0003637854.tif 000006