(57)【要約】【課題】修理の作業性に優れた熱光起電力発電装置を提供する。【解決手段】熱光起電力発電装置Ｓ１は、複数のモジュール２０と、固定部１２と、を備える。複数のモジュール２０のそれぞれは、放熱基板２４と、放熱基板２４に接合された２以上の光電素子２２と、を含む。複数のモジュール２０は、固定部１２に対してモジュール毎に脱着可能に固定されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱または溶融された高温材料からの輻射光を利用する熱光起電力発電装置であって、
複数のモジュールと、固定部と、を備え、
前記複数のモジュールのそれぞれは、放熱基板と、前記放熱基板に接合された２以上の光電素子と、を含み、
前記複数のモジュールは、前記固定部に対してモジュール毎に脱着可能に固定されている
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記放熱基板は、セラミックス放熱基板である
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記モジュールを前記固定部に固定する第一固定手段は、機械的固定手段である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記モジュール同士を電気的に連結するモジュール連結部材を備え、
前記モジュール連結部材は、前記第一固定手段によって、前記モジュールに固定されている
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記固定部と前記放熱基板との間には、脱着容易な接続材が介在している
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記固定部は、冷却機能を有する冷却部である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記固定部とは別に設けられた冷却部を備え、
前記固定部が前記冷却部に脱着可能に固定されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項８】
前記固定部を前記冷却部へ固定する第二固定手段は、機械的固定手段である
ことを特徴とする請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
前記冷却部と前記固定部との間には、脱着容易な接続材が介在している
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記発電装置の高温材料側に設けられ、高温材料の輻射光を透過する１枚または複数枚の透過性保護板と、
前記透過性保護板によって形成された空間の側部に設けられることで前記空間に飛散物が混入することを防止する側面保護部と、
を更に備え、
前記透過性保護板を透過した高温材料の輻射光が前記光電素子に入射するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光起電力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光起電力効果により光を電力に変換する光電素子を備える発電装置、すなわち熱光起電力発電装置が知られている（例えば特許文献１参照）。通常、熱光起電力発電装置は、多数の光電素子を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３０３８５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が想定する加熱または溶融された高温材料（例えば、スラグや溶銑、溶鋼）からの輻射光を利用する熱光起電力発電装置は、所謂一般的な太陽電池と異なり数１００℃から１０００℃を超える過酷な環境下で使用される。光電素子と半田などの接合材やモジュール基板など各部材との間に生じる線膨張の相違は、長期使用では光電素子の劣化に影響を与える。即ち、厳しい環境下で使用するものであるため、光電素子の寿命が短く不良率が高くなり、故障した光電素子を新しいものに置き換える修理の作業性が大きな問題となる。
一方、光電素子を搭載したモジュールの固定において、従来技術では放熱性を重要視し、半田で水冷プレートに強固に接合していた。また、光源である発熱体の位置が必ずしも光電素子受光面の上にあるとは限らず、受光面を下向きや横向きにして設置することがあるため、光電素子やモジュールの脱落防止のためにも強固に接合されていた。このように、従来技術では強固に接合するメリットを優先しており作業性に関しては考慮されていない。
多数の光電素子を備えた熱光起電力発電装置において、全ての光電素子が硬化性接合材で基板等に接合されていると、一部の光電素子が破損した場合の修理が困難である。すなわち、硬化性接合材が半田の場合、破損した一部の光電素子だけを取り外すために、その一部の光電素子を接合している半田のみに熱を加えて溶融させようとしても、周囲の破損していない部分にまで影響を及ぼしてしまう。また、硬化性接合材が接着剤のような硬化性樹脂の場合でも、作業場所などによっては接着剤を剥がす作業が困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、量産性や発電装置の長期使用性をを意識し、モジュール単位での脱着が可能な構造とすることによって、修理の作業性に優れた熱光起電力発電装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、上記目的に加えて、放熱性を高めて発電効率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【０００７】
＜１＞
加熱または溶融された高温材料からの輻射光を利用する熱光起電力発電装置であって、
複数のモジュールと、固定部と、を備え、
前記複数のモジュールのそれぞれは、放熱基板と、前記放熱基板に接合された２以上の光電素子と、を含み、
前記複数のモジュールは、前記固定部に対してモジュール毎に脱着可能に固定されている
ことを特徴とする発電装置。
【０００８】
＜２＞
前記放熱基板は、セラミックス放熱基板である
ことを特徴とする＜１＞に記載の発電装置。
【０００９】
＜３＞
前記モジュールを前記固定部に固定する第一固定手段は、機械的固定手段である
ことを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の発電装置。
【００１０】
＜４＞
前記モジュール同士を電気的に連結するモジュール連結部材を備え、
前記モジュール連結部材は、前記第一固定手段によって、前記モジュールに固定されている
ことを特徴とする＜３＞に記載の発電装置。
【００１１】
＜５＞
前記固定部と前記放熱基板との間には、脱着容易な接続材が介在している
ことを特徴とする＜１＞〜＜４＞の何れか一項に記載の発電装置。
【００１２】
＜６＞
前記固定部は、冷却機能を有する冷却部である
ことを特徴とする＜１＞〜＜５＞の何れか一項に記載の発電装置。
【００１３】
＜７＞
前記固定部とは別に設けられた冷却部を備え、
前記固定部が前記冷却部に脱着可能に固定されている
ことを特徴とする＜１＞〜＜５＞の何れか一項に記載の発電装置。
【００１４】
＜８＞
前記固定部を前記冷却部へ固定する第二固定手段は、機械的固定手段である
ことを特徴とする＜７＞に記載の発電装置。
【００１５】
＜９＞
前記冷却部と前記固定部との間には、脱着容易な接続材が介在している
ことを特徴とする＜７＞又は＜８＞に記載の発電装置。
【００１６】
＜１０＞
前記発電装置の高温材料側に設けられ、高温材料の輻射光を透過する１枚または複数枚の透過性保護板と、
前記透過性保護板によって形成された空間の側部に設けられることで前記空間に飛散物が混入することを防止する側面保護部と、
を更に備え、
前記透過性保護板を透過した高温材料の輻射光が前記光電素子に入射するように構成されている
ことを特徴とする＜１＞〜＜９＞の何れか一項に記載の発電装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、修理の作業性に優れた熱光起電力発電装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）はモジュールの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】第一実施形態の発電装置の分解状態を示す図である。
【図３】第一実施形態の発電装置の組立状態を示す図である。
【図４】第一実施形態の発電装置を示す断面図である。
【図５】第一実施形態の発電装置において１つのモジュールを取り外した状態を示す図である。
【図６】第二実施形態の発電装置の分解状態を示す図である。
【図７】図６の分解状態からモジュールをモジュール固定用板に取付けた状態を示す図である。
【図８】第二実施形態の発電装置の組立状態を示す図である。
【図９】第二実施形態の発電装置を示す断面図である。
【図１０】第二実施形態の発電装置において１つのモジュール固定用板を取り外した状態を示す図である。
【図１１】第三実施形態の発電装置を示す図である。
【図１２】第三実施形態において透過性保護板が複数の場合を示す模式的な断面図である。
【図１３】第一実施形態の変形例におけるモジュールを示す図である。
【図１４】第一実施形態の変形例に係る発電装置の組立状態を示す図である。
【図１５】図１５の１５−１５線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施の一形態である第一実施形態について説明する。
【００２０】
図２〜図４に、第一実施形態の熱光起電力発電装置Ｓ１（以下、単に「発電装置Ｓ１」という。）を示す。
【００２１】
第一実施形態の発電装置Ｓ１は、複数（図では３つ）のモジュール２０と、「固定部１２」かつ「冷却部１４」としての水冷プレート３０と、を備える。図３および図４に示すように、複数のモジュール２０が水冷プレート３０に固定されるようになっており、固定された状態で発電装置Ｓ１として機能する。発電装置Ｓ１は、鉄鋼材料を製造する製造設備を備えた製鉄所などにおいて、加熱または溶融された高温材料の輻射光を利用して発電するために用いられる。
【００２２】
＜モジュール２０＞
図１（Ａ）（Ｂ）に、モジュール２０を示す。モジュール２０は、放熱基板２４と、２以上（図では３つ）の光電素子２２（光電変換セル、PVセル）と、を備えている。放熱基板２４の表面側に複数の光電素子２２が接合されることで、モジュール２０が構成されている。
【００２３】
本実施形態の構成を具体的に説明すると、放熱基板２４は、長方形状となっており、具体的には長辺が短辺の３倍以上の長さである。そして、長方形状の放熱基板２４の長手方向に並んで複数の光電素子２２が接合されている。
【００２４】
また、放熱基板２４は、セラミックス放熱基板であり、図１（Ｂ）に示すように、セラミックスの基板２４Ａの両面にＣｕなどの電極２４Ｂ、２４Ｃが形成された構造となっている。
【００２５】
セラミックスの基板２４Ａの材料としては、特に限定されないが、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）などが例示される。但し、光電素子２２に与えるダメージを低減する観点からすると、基板２４Ａは、光電素子２２よりも熱膨張率の小さい材料で構成されていることが好ましい。例えば、光電素子２２がＧａＳｂ系の場合、その熱膨張係数は、７．０×１０−６／℃程である。そのため、基板２４Ａは、Ｓｉ３Ｎ４（熱膨張係数が２．６〜２．８×１０−６／℃）やＡＬＮ（熱膨張係数が４．５〜４．６×１０−６／℃）で構成された基板が好ましい。
また、後述するように本実施形態では、放熱基板２４は、機械的固定手段（固定ネジＮ１）により固定部１２に固定される。このため、基板の割れなどを回避する観点から、基板２４Ａに用いる材料は、高い曲げ強度、具体的には３５０ＭＰａ以上の材料であることが好ましく、上に挙げた例の中ではＳｉ３Ｎ４（曲げ強度が６００〜７００ＭＰａ程）が好ましい。
【００２６】
光電素子２２は、放熱基板２４に対して、半田付けにより接合されている。
具体的には、光電素子２２の表面と裏面には電極が形成されている。表面側の電極２２Ａ（図１（Ａ）参照）は、光電素子２２の表面の一部に形成されており、裏面側の電極（図示省略）は光電素子２２の裏面全域に形成されている。光電素子２２の裏面側の電極と放熱基板２４の表面側の電極２４Ｂとが接合されている。また、接続配線２６が設けられており、接続配線２６の一端が、光電素子２２の表面側の電極と接合され、接続配線２６の他端が、放熱基板２４の表面側の電極２４Ｂとが接合されている。接続配線２６は、光電素子２２毎に３つ設けられており、放熱基板２４の短手方向に並んで配置されている。
これにより、１つのモジュール２０内で、複数（３つ）の光電素子２２が直列に接続されている。
【００２７】
また、放熱基板２４は、モジュール２０を水冷プレート３０（や第二実施形態で説明するモジュール固定用板４０）に固定するための固定用孔２８を有している。固定用孔２８は、長方形状の放熱基板２４における長手方向の両端付近に、放熱基板２４を貫通するように形成されている。
【００２８】
＜水冷プレート３０＞
図２に示すように、水冷プレート３０は、モジュール２０が固定される固定面３２と、媒体が流れる媒体流路３４と、を有している。媒体流路３４に冷水を流すことで、固定面３２を冷却でき、その結果、固定面３２に固定されるモジュール２０を冷却することができる。
【００２９】
また、水冷プレート３０は、モジュール２０の固定用孔２８に対応する固定用孔３６を有している。図３および図４に示すように、「第一固定手段」としての固定ネジＮ１によってモジュール２０が水冷プレート３０に固定される。
具体的には、水冷プレート３０の固定用孔３６は、水冷プレート３０の固定面３２において表面側に開放されており、雌ネジが切られている。そして、モジュール２０の固定用孔２８に挿通した固定ネジＮ１が、水冷プレート３０の固定用孔３６に螺合されることで、モジュール２０が水冷プレート３０に固定される。
【００３０】
また、発電装置Ｓ１は、隣り合うモジュール２０同士を電気的に連結するモジュール連結部材２９を備えている。モジュール連結部材２９は、モジュール２０を水冷プレート３０に固定するための固定ネジＮ１によって共締めされる。モジュール連結部材２９によって、放熱基板２４の表面側の電極２４Ｂ同士が電気的に連結される。モジュール連結部材２９の具体的構成は、特に限定されないが、Ｃｕ等の電気伝導性に優れた板状部材とし、電圧降下による出力低下にならない程度の断面積をもたせることが好ましい。
【００３１】
図４に示すように、モジュール２０が水冷プレート３０に固定された状態では、モジュール２０の放熱基板２４の裏面と、水冷プレート３０の固定面３２とが向かい合う状態となる。しかし、両面の間には多少隙間が生まれてしまう。
【００３２】
そこで、本実施形態では、この隙間を埋め、放熱基板２４と水冷プレート３０との密着性を向上させるため、放熱基板２４の裏面と水冷プレート３０の固定面３２との間に、接続材５０が介在している。接続材５０は、脱着容易な接続材、すなわち、水冷プレート３０と放熱基板２４との脱着が容易な状態で水冷プレート３０と放熱基板２４とを接続する接続材である。接続材５０としては、液体金属、放熱グリス、融点１５０℃以下、好ましくは１００℃以下の低融点金属などが例示される。
【００３３】
接続材５０として液体金属や放熱グリスを用いる場合は、接続材５０が常温で硬化しないため、固定ネジＮ１による固定を解除するだけで、モジュール２０を水冷プレート３０から取り外すことができる。
なお、放熱グリスを用いる場合は、放熱グリスに熱伝導性のよい金属粉末（例えば、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇなど）を１質量％以上含ませることが好ましい。
【００３４】
また、接続材５０として融点１００℃以下の低融点金属を用いる場合、水冷プレート３０の媒体流路３４に例えばオイルや熱湯などの高温度の媒体を流すことで、接続材５０を溶かすことができる。融点１００℃以下の場合、熱湯が使用でき配管を洗浄する必要がなく手間が掛からない利点がある。接続材５０が溶ければ、固定ネジＮ１による固定を解除することで水冷プレート３０からモジュール２０を取り外すことができる。接続材５０の融点は、光電素子２２のダメージを考慮すると１５０℃以下、好ましくは１００℃以下であるが、１５０℃以上の設定も可能である。接続材５０の融点は、光電素子２２と放熱基板２４の表面側の電極の接続に用いられている半田の融点以下であれば光電素子２２と放熱基板２４の接合に影響を与えることなくモジュール２０の脱着が可能である。
また、固定位置や配線によっては固定ネジＮ１を絶縁性の材料を用いて素子の陽極側と負極側が短絡しないように配慮する必要がある。特にモジュール固定用板４０（後述する第二実施形態参照）が金属の場合は固定ネジＮ１によってモジュール連結部材２９とモジュール固定用板４０が繋がることになるので、光電素子２２の陽極側と負極側が短絡させないために何処かに絶縁性部材を用いる必要がある。絶縁性部材の採用が難しい場合は、固定ネジＮ１を用いず接続材５０に用いた低融点金属によってモジュールを固定することも可能である。
【００３５】
＜作用効果＞
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００３６】
本実施形態では、それぞれ２以上の光電素子２２を含む複数のモジュール２０が、水冷プレート３０（「固定部１２」）に対してモジュール毎に脱着可能に固定されている。
このため、一部の光電素子２２が破損した場合、図５に示すように、破損した光電素子２２を含むモジュール２０を水冷プレート３０から取り外し、モジュール２０を交換することができる。
またこのため、一部の光電素子２２が破損した場合、図５に示すように、破損した光電素子２２を含むモジュール２０を水冷プレート３０から取り外し、そのモジュール２０を他のモジュール２０から離れた場所へ移動させた上で、破損した光電素子２２の修繕作業（交換、修理など）をすることもできる。したがって、放熱基板２４に対する光電素子２２の接合が半田等の硬化性接合材で行われる場合、半田を溶融する際の熱影響が、他のモジュール２０の光電素子２２にまで及ぶことがない。また、例えば、水冷プレート３０（固定部１２）が現場に設置されたままになるものであっても、モジュール２０を現場とは別の作業しやすい場所へ移動させた上で光電素子２２の修繕作業が行えるため、修理の作業性がよい。特に、設置場所に余裕がなく発電ユニット１０本体の取り外しが困難な場合や規模が大きく費用が掛かる場合などでは、小規模の脱着作業となり費用の縮小が可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、放熱基板２４がセラミックス放熱基板である。このため、例えば放熱基板がＡｌ−ＳｉＣ（熱膨張係数が７．５×１０−６／℃程）で構成されている場合と比較して、熱膨張率の低い放熱基板２４に光電素子２２が接合されることとなるので、光電素子２２が高温に晒された際のダメージを低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、モジュール２０を水冷プレート３０（固定部１２）に固定する第一固定手段が、機械的固定手段（固定ネジＮ１）であるため、水冷プレート３０（固定部１２）からモジュール２０を取り外しやすい。また、取外しに際して熱を加えるなどの作業が不要であるので、水冷プレート３０（固定部１２）からモジュール２０を取り外す際、光電素子２２などに対する悪影響が防止できる。
【００３９】
また、本実施形態では、モジュール連結部材２９が、モジュール２０を固定部１２に対して固定するための第一固定手段（固定ネジＮ１）によってモジュール２０に固定されている。このため、固定ネジＮ１とは別の固定手段によってモジュール連結部材２９を固定する態様と比較して、部品点数を低減できる。
【００４０】
また、本実施形態では、脱着容易な接続材５０（すなわち、固定部１２と放熱基板２４との脱着が容易な状態で固定部１２と放熱基板２４とを接続する接続材５０）が、固定部１２と放熱基板２４との間に介在している。よって、モジュール２０の固定部１２に対する脱着容易性を確保しつつ、モジュール２０（の放熱基板２４）と固定部１２との密着性を向上できる。密着性の向上により熱伝導性を確保することができる。
また、本発明によって部分的なモジュールの交換を可能とすることにより、発電ユニット１０としての寿命を向上し、１０００℃を超える過酷な高温環境下でも長期的に安定な発電が実現可能となる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、モジュール２０を固定部１２に固定する機械的固定手段が固定ネジＮ１であり、固定用ネジＮ１が挿通する固定用孔２８が放熱基板２４に形成されている例を説明したが、本発明の機械的固定手段はこれに限定されない。
放熱基板２４を貫通する孔（固定用孔）を形成しなくとも（図１３参照）、モジュール２０を固定部１２に固定できる機械的固定手段としてもよい。この場合、放熱基板への固定用孔の形成（加工）が不要となるため、ＡＬＮなどの穴加工が難しい放熱基板に対して有効となる。また、加工費を抑えることにつながり、低コストのモジュール作製が可能となる。
【００４２】
具体的な手段としては、図１４、図１５に示すようにモジュール連結部材２９を固定部１２（水冷プレート３０など）に固定用ネジＮ３によりネジ止めし、モジュール連結部材２９の一部として設けられた挟持部２９Ａと固定部１２（水冷プレート３０など）との間に放熱基板２４の一部（長手方向両端部）を挟持することで、モジュール２０を固定部１２に固定してもよい（発電装置Ｓ１−２）。これにより発電装置Ｓ１−２内の複数のモジュールはモジュール連結部材２９によって直列で接続される。複数の発電装置Ｓ１−２を接続する場合は発電の規模に応じて直列接続か並列接続を選択することができる。
また、モジュール連結部材２９を固定部１２（水冷プレート３０など）の間には図示しない絶縁材が設置され素子を流れる電流が固定部１２（水冷プレート３０など）に流れないように設計されている。
また、モジュール２０の脱落などが生じなければ、ネジ止めを用いない機械的固定手段としてもよい。ネジ止めを用いない機械的固定手段としては、バネ材を用いたクランプやクリップ式のもの、あるいは万力のような締め付け治具によってモジュール２０と固定部１２（水冷プレート３０やモジュール固定用板４０）を挟むものが例示できる。
なお、上記では、モジュール２０同士を電気的に連結するモジュール連結部材２９の一部として挟持部２９Ａを設け、この挟持部２９Ａによってモジュール２０を固定部１２との間に挟持して固定する例を説明したが、モジュール連結部材２９とは別体としてモジュール２０の一部を固定部１２との間に挟持する部材を設けてもよい。
【００４３】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の実施の他の形態である第二実施形態について説明する。
【００４４】
図６〜図１０に、第二実施形態の発電装置Ｓ２を示す。第二実施形態の発電装置Ｓ２は、第一実施形態の発電装置Ｓ１と異なり、モジュール２０が水冷プレート３０（冷却部１４）に固定されず、モジュール固定用板４０に固定される。つまり、第二実施形態では、モジュール固定用板４０が「固定部１２」に相当する。そして、モジュール固定用板４０が水冷プレート３０（冷却部１４）に固定される。
その他の構成は、第一実施形態と同様であるため、図面に同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図９に示すように、第二実施形態の発電装置Ｓ２では、モジュール２０と水冷プレート３０との間に、モジュール固定用板４０が配置される。モジュール固定用板４０は、モジュール２０と冷却部１４との間で熱伝達をさせる機能を担う。したがって、モジュール固定用板４０は、熱伝導性のよい部材が好ましく、例えばＣｕ板などが例示される。
【００４６】
モジュール固定用板４０は、モジュール２０を固定するための固定用孔４２を有している。固定用孔４２は、モジュール固定用板４０の表面側に開放されており、雌ネジが切られている。この固定用孔４２に、モジュール２０の固定用孔２８に挿通された固定ネジＮ１（第一固定手段）が螺合することで、モジュール２０がモジュール固定用板４０に固定される。
【００４７】
また、モジュール固定用板４０は、当該モジュール固定用板４０を水冷プレート３０に固定するための固定用孔４４を有している。固定用孔４４は、モジュール固定用板４０の裏面側に開放されており、雌ネジが切られている。この固定用孔４４に、水冷プレート３０の固定用孔３６に挿通された固定ネジ（第二固定手段）が螺合することで、モジュール固定用板４０が水冷プレート３０に固定される。
【００４８】
また、放熱基板２４の裏面とモジュール固定用板４０の表面との間には、脱着容易な接続材５０が介在されている。また、モジュール固定用板４０の裏面と水冷プレート３０の固定面３２との間にも、脱着容易な接続材５０が介在されている。
【００４９】
＜作用効果＞
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
但し、第一実施形態と共通する作用効果であって既に説明したものの説明は適宜省略する。
【００５０】
本実施形態のように冷却部１４が配管（媒体流路３４）を有する水冷プレート３０の場合、冷却部１４を現場（発電現場）から移動させることが困難な場合がある。この場合、モジュール２０が固定される固定部１２自体が冷却部１４である態様（例えば第一実施形態）では、モジュール脱着作業（固定部１２からのモジュール２０の脱着だけでなく、モジュールひとつひとつの検査を含む）を現場で行う必要が生まれる。しかし、現場でのモジュール脱着作業は、作業性の観点から好ましくない。
そこで、第二実施形態では、発電装置Ｓ２の冷却部１４である水冷プレート３０が、固定部１２であるモジュール固定用板４０とは別に設けられたものであり、モジュール固定用板４０（固定部１２）が水冷プレート３０（冷却部１４）に脱着可能に固定されている。
このため、図１０に示すように、モジュール固定用板４０（固定部１２）を水冷プレート３０（冷却部１４）から取り外すことで、冷却部１４を現場に設置したまま、固定部１２および固定部１２に固定された複数のモジュール２０を別の場所へ移動させることができる。現場とは別の場所に、固定部１２およびそれに固定された複数のモジュール２０を移動させることで、モジュール脱着作業（モジュールひとつひとつの検査を含む）が行いやすくなる。
【００５１】
また、本実施形態では、モジュール固定用板４０（固定部１２）を水冷プレート３０（冷却部１４）へ固定する第二固定手段が機械的固定手段（固定ネジＮ２）であるため、水冷プレート３０（冷却部１４）からモジュール固定用板４０（固定部１２）を取り外しやすい。
【００５２】
また、本実施形態では、脱着容易な接続材５０（すなわち、冷却部１４と固定部１２との脱着が容易な状態で冷却部１４と固定部１２とを接続する接続材５０）が、冷却部１４である水冷プレート３０と、固定部１２であるモジュール固定用板４０との間に介在している。よって、モジュール固定用板４０（固定部１２）の水冷プレート３０（冷却部１４）に対する脱着容易性を確保しつつ、モジュール固定用板４０（固定部１２）と水冷プレート３０（冷却部１４）との密着性を向上できる。密着性の向上により熱伝導性を確保することができる。
【００５３】
〔第三実施形態〕
次に、第三実施形態について説明する。
【００５４】
第三実施形態の発電装置Ｓ３は、第一実施形態の発電装置Ｓ１や第二実施形態の発電装置Ｓ２において、透過性保護板６０および側面保護部７０を更に備えた構成とされる。以下、便宜上、第一実施形態の発電装置Ｓ１や第二実施形態の発電装置Ｓ２を、発電ユニット１０と呼ぶこととする。すなわち、発電装置Ｓ３は、図１１や図１２に示すように、光電素子２２を含んで構成された発電ユニット１０と、透過性保護板６０と、側面保護部７０と、を備えているといえる。
【００５５】
なお、図１１では、簡単のため、固定部１２や冷却部１４、複数の放熱基板２４などの図示を省略し、光電素子２２を含んで構成された発電ユニット１０として単純化して図示している。
【００５６】
＜透過性保護板６０＞
透過性保護板６０は、発電装置Ｓ３の高温材料９０側（つまり、発電装置Ｓ３の前面側）に設けられる。このため、高温材料９０の輻射光は、透過性保護板６０を透過した後、光電素子２２に入射する。なお、発電装置Ｓ３では、搬送路８０上を搬送される高温材料９０の輻射光を利用して発電する。
【００５７】
透過性保護板６０は、１枚でもよいし複数枚でもよい。透過性保護板６０を複数枚設ける場合は、図１２に示すように、基本的には、それぞれの透過性保護板６０の間に空間６２を形成する。
【００５８】
透過性保護板６０は、基本的には、光電素子２２との間に空間６２を形成するように設けられる。透過性保護板６０が光電素子２２と接触していると、透過性保護板６０が加熱され温度が上がった場合に光電素子２２に熱が直接伝わり、光電素子２２の温度が過度に上がって発電効率が下がるためである。
但し、透過性保護板６０を複数枚設け、透過性保護板６０同士の間に空間６２を形成する場合は、複数枚の透過性保護板６０のうちの１枚を光電素子２２に近接または接触させてもよい。
【００５９】
１枚又は複数枚の透過性保護板６０による、光電素子２２の感度領域（ＧａＳｂ系の場合、波長０．８〜１．８μｍ）の光の透過率は、６０％以上であることが好ましい。より好ましくは、７０％以上である。
他方、１枚又は複数枚の透過性保護板６０による、波長領域３〜４μｍの光の透過率は、７０％未満であることが好ましい。感度領域の外の光を透過性保護板６０に吸収させることで、光電素子２２の不要な温度上昇を抑制するためである。
【００６０】
透過性保護板６０の材質としては、石英ガラス、光学ガラスなどが例示される。
石英ガラスは耐熱性に優れているため、１枚又は複数枚の透過性保護板６０のうち少なくとも１枚は、石英ガラスであることが好ましい。
１枚又は複数枚の透過性保護板６０の合計の板厚は、例えば、２〜８０ｍｍである。この範囲の厚さであれば、高温での変形、劣化を低減する保護機能、あるいは不要な輻射光を吸収してカットする機能などを高めることができる。
【００６１】
＜側面保護部７０＞
側面保護部７０は、透過性保護板６０により形成された空間６２（透過性保護板６０と光電素子２２との間の空間だけでなく、複数の透過性保護板６０の間の空間をも含む。）に飛散物が混入することを防止するための構成である。ここでいう飛散物とは、製鉄所内を飛散する鉄粉などの粉塵や水分などが想定される。
【００６２】
側面保護部７０は、透過性保護板６０により形成された空間６２の側部に設けられ、上述の空間６２と発電装置Ｓ３の外部とを隔離する。
【００６３】
側面保護部７０には、飛散物の通過を阻害するように構成される。
他方、側面保護部７０は、飛散物だけでなく空気の通過をも阻害するように構成されてもよいが、空気の通過は許容するように構成されることが好ましい。側面保護部７０が空気の通過を許容することで、空間６２の中で空気の流れが起こりやすくなり、空間６２の温度上昇が抑制されるからである。空間６２の温度上昇が抑制されると、光電素子２２の温度上昇による発電効率低下が抑制される。
【００６４】
飛散物の通過を阻害しつつ空気の通過を許容する側面保護部７０の具体的構造は、例えば、以下のような構造である。
すなわち、側面保護部７０の一部または全体にフィルターあるいはメッシュが形成されている。空気の通過を良くするには、４面の側面保護部のうち２面以上にフィルターあるいはメッシュが形成されていることが好ましい。材料がエアーフィルターであれば比較的安価であり、寿命の前に交換して目詰まりを抑えることができる。ガラス繊維の不燃性フィルターなどが例示される。また、材料が金属、セラミックス、それら複合材であれば耐熱性が向上することが利点である。ステンレスメッシュ、金属粉末あるいは金属繊維などを焼結した高温フィルターなどが例示される。フィルター、メッシュを側面保護部７０から脱着可能にすることで、交換あるいは洗浄して使用することができる。これにより、使用時の飛散物による目詰まり、汚染などを改善して、通気性、冷却作用を良好な状態に長期間維持できる。
製鉄所の工場において９００℃以上の高温であるスラブからの発電試験において、本発明の発電装置としてガラス繊維の不燃性フィルターを４面に設けた側面保護部を使用したケースでは、発電出力を３ヶ月間保持できることを確認した。比較例として、側面保護部を設けないで側面が開放された発電装置の場合には、発電装置を設置後に１ヶ月以内に発電出力が３０%低下していた。こうした試験からも、本発明の側面保護部を設けることで、長期間安定して発電効率を維持できることを確認した。
【００６５】
また、発電装置Ｓ３は、光電素子を冷やす冷却ユニットを備えていてもよい。冷却ユニットとしては、例えば、空間６２に空気の流れを強制的に作る空冷機構（図示省略）がある。空冷機構により空間６２に空気の流れを作ることで、空間６２の温度上昇を抑制し、光電素子２２の温度上昇による発電効率低下を抑制する。
具体的に説明すると、空冷機構により作った空気の流れにより光電素子２２の温度上昇を抑制する。またそれだけでなく、透過性保護板６０を冷却することで、透過性保護板６０が吸収した不要な波長領域の光が透過性保護板６０から再び放射されることを抑制し、これによっても光電素子２２の温度上昇を抑制できる。
【００６６】
本実施形態の発電装置Ｓ３では、高温材料９０の輻射光が透過性保護板６０を透過し、透過した輻射光が光電素子２２に入射する。これにより発電を行う。したがって、高温材料と光電素子との間にエミッタが設けられ、高温材料からの輻射光を一旦エミッタに吸収させてエミッタを加熱し、加熱されたエミッタから放射される輻射光を光電素子２２に入射させる発電装置と比較して、発電効率および応答性が高くなる。エミッタの温度上昇に消費される輻射光のエネルギーを抑えることで、エミッタを使用しない場合は光電素子に到達する輻射光を増やすことが容易である。また、エミッタを使用する場合はエミッタの温度が上昇するまでの時間が掛かるのに対して、エミッタを使用しない場合は応答性が速いため、連続的に移動する高温材料からの輻射光を利用する場合に有利となる。
【００６７】
また、透過性保護板６０や光電素子２２の表面が汚染されると輻射光が遮られて発電効率が低下する可能性がある。ここで、本実施形態の発電装置Ｓ３では側面保護部７０が設けられている。このため、透過性保護板６０によって形成された空間６２に飛散物が混入することが防止され、透過性保護板６０や光電素子２２の表面が汚染されることが抑制される。よって、発電効率の低下が抑制される。
【００６８】
また、本実施形態の発電装置Ｓ３は、エミッタを介さず、高温材料９０の輻射光を直接光電素子に入射させるため、必要な発電効率を保ちながら距離Ｄを大きくとることができる。そのため、光電素子２２の過度の温度上昇を抑制でき、上述した水冷機構（水冷プレート３０）や空冷機構を設ける必要性が比較的低くなる。その結果、水冷機構や空冷機構を作動させるための電力が削減され、より効率的に発電を行うことができる。
【００６９】
〔補足説明〕
なお、第二実施形態では、１つの水冷プレート３０（冷却部１４）に対して複数（図では２つ）のモジュール固定用板４０（固定部１２）が固定される例を説明したが、１つの冷却部１４に対して１つの固定部１２が固定されるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記各実施形態では、冷却部１４を水冷プレート３０とした例を説明したが、水冷プレート３０に代えて、空冷プレート（放熱フィンが裏面側に形成されたＣｕ製のプレートなど）としてもよい。
【００７１】
また、上記各実施形態では、簡略化のため、１つのモジュール２０が備える光電素子２２が３つの場合を図示したが、本発明はこれに限定されない。１つのモジュール２０が備えている光電素子２２の数は、複数であればよい。但し、修理の作業性や効率性を考慮すると、例えば３〜２０個が好ましく、５〜１５個が更に好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
Ｓ１   熱光起電力発電装置
Ｓ２   熱光起電力発電装置
Ｓ３   熱光起電力発電装置
１２   固定部
１４   冷却部
２０   モジュール
２２   光電素子
２４   放熱基板
２９   モジュール連結部材
３０   水冷プレート
４０   モジュール固定用板
５０   接続材
６０   透過性保護板
６２   空間
７０   側面保護部
Ｎ１   固定ネジ（第一固定手段）
Ｎ２   固定ネジ（第二固定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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