(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼部の高温となった多孔体から射出されるふく射エネルギを多孔体中で減衰させることなく、透明耐熱壁−選択フィルターに導き、光電変換装置の受光感度波長帯域のふく射エネルギのみを、ガスの流動方向と直角方向に効果的に抽出し、熱−電力変換効率を高位に安定させる往復流燃焼式熱光起電変換装置を提供する。【解決手段】長手方向に通気性多孔体７を配列し、その両端を給気側・排気側とし且つその周囲を断熱材１２で覆った燃焼室１３、燃焼室に可燃性ガスを給気するとともに、燃焼排ガスを排気する給排装置、燃焼室内での該給気−排気の流動方向を所定時間毎に反転するための切換装置、及び燃焼室からの輻射エネルギを電力に変換する光電変換装置１０から構成され、燃焼室の長手方向中央部側壁に輻射エネルギを室外に取り出す透明耐熱体８を配設し、該透明耐熱体の外部対向側に赤外反射性、可視−近赤外透過性のフィルター９を設置し、該フィルターの外部対向側に光電変換装置１０を設ける。【選択図】図１
2004165583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に通気性多孔体を配列しその両端を給気側・排気側とし且つその周囲を選択性光透過側壁で覆った燃焼室、燃焼室に可燃性ガスを給気すると供に燃焼排ガスを排気する給排装置、燃焼室内での該給気−排気の流動方向を所定時間毎に反転するための切換装置、及び燃焼室からの輻射エネルギを電力に変換する光電変換装置から構成される往復流燃焼式熱光起電変換装置において、燃焼室の長手方向中央部周囲に幅射エネルギを室外に取り出す透明耐熱体を配設し、該透明耐熱体の外部対向側に赤外反射性、可視−近赤外透過性のフィルターを設置し、該フィルターの外部対向側に光電変換装置を設けたことを特徴とする往復流燃焼式熱光起電変換装置。
【請求項２】
通気性多孔体は、結合性あるいは非結合性で且つその表面が輻射に対して灰色あるいは選択輻射性の耐熱金属製やセラミックス製にしたことを特徴とする請求項１に記載の往復流燃焼式熱光起電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱光起電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼室を通気性多孔体で直線状に構成し、燃焼室への給気−排気の流動方向を一定時間間隔毎で、反転させながら、気体燃料を燃焼させ、高温になった多孔体中心部からのふく射によるふく射エネルギを外部に取り出し、光電変換装置で電力に変換する装置は公知である。例えば、Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，（２００２），ｐ．９−１０，で紹介の装置の特徴は、燃焼室をアルミナ製多孔体とその前後に蓄熱部、兼選択フィルターとする石英ガラス多孔体を配設したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、高温となったアルミナ製多孔体からのふく射エネルギの抽出は、ガスの流動方向と同一方向に行うため、高温部からのふく射エネルギは、途中の石英ガラス多孔体で不可避的にかなり減衰され、熱−電力変換効率が０．２％程度と低いものとなっている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、燃焼室の高温部からのふく射エネルギの抽出方向を、給排気の流動方向に対して直角方向として、かつ長手方向に対して直角方向が短く適切な光学厚さを有する多孔体を用いる事により、多孔体中でのふく射エネルギの自己減衰を著しく低減させ、熱−電力変換効率を大幅に改善した往復流燃焼式熱光起電変換装置を開発したものである。
本発明の特徴とするところは次の２点にある。
【０００５】
（１）、  長手方向に通気性多孔体を配列しその両端を給気側・排気側とし且つその周囲を選択性光透過側壁で覆った燃焼室、燃焼室に可燃性ガスを給気すると供に燃焼排ガスを排気する給排装置、燃焼室内での該給気−排気の流動方向を所定時間毎に反転するための切換装置、及び燃焼室からの輻射エネルギを電力に変換する光電変換装置から構成される往復流燃焼式熱光起電変換装置において、燃焼室の長手方向中央部周囲に輻射エネルギを室外に取り出す透明耐熱体を配設し、該透明耐熱体の外部対向側に赤外反射性、可視−近赤外透過性のフィルターを設置し、該フィルターの外部対向側に光電変換装置を設ける往復流燃焼式熱光起電変換装置。
【０００６】
（２）、通気性多孔体は、ガスの流動方向と直角方向の光学厚さが適切な結合性あるいは非結合性で且つその表面が輻射に対して灰色あるいは選択輻射性の耐熱性金属製やセラミックス製にしたことを特徴とする前記（１）、に記載の往復流燃焼式熱光起電変換装置。ここで、適切な光学厚さτ。とは、流動方向に対して直角方向の厚さを２ｙｏ（ｍ）、ふく射減衰係数をβ（ｍ−１）とする時、τｏ（＝ｙｏβ）が５〜５０程度である。
【０００７】
即ち本発明は、エネルギ発生量の小さな希薄な可燃性ガスの給気でさえも自力燃焼させ、その燃焼熱によって高温となった燃焼室の中間部多孔体からのふく射エネルギの多孔体自体による減衰を低減しながら、給排気の流動方向とは直角方向に光電変換装置の受光感度波長帯域内のふく射エネルギのみを選択的に抽出し、高効率で電力に変換するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
そこで本発明において、燃焼室内中間部の側周壁を構成する、可視域からの近赤外域のふく射に対して透明な耐熱体としては、溶融石英ガラスが現存する。
更に該透明耐熱体の外部対向側に設置する赤外反射性及び可視−近赤外透過性フィルターとしては、誘電体多層膜ミラー（例えば、エドモンド・サイエンティフィク・ジャパン社製ホットミラー）等が現存する。よって燃焼室内中間部からのふく射エネルギから前記透明耐熱体とフィルターにより光電変換装置が感度を有する波長帯域のふく射エネルギのみを効率的に抽出するものである。
【０００９】
また本発明では、燃焼室に設置する通気性多孔体としては、ガスの流動方向と直角方向に適切な光学厚さを持ち、結合性あるいは非結合性の耐熱性金属やセラミックスで構成し、しかも、その表面がふく射エネルギに対して灰色あるいは選択ふく射性であるものを用いる事により、多孔体自体によるふく射エネルギの減衰を低減させながら多孔体全体の熱−光変換効率を高位に安定させるものである。
結合性耐熱性金属製の通気性多孔体としては、例えば住友電工製のＮｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ発泡金属等が現存する。
結合性セラミックス製の通気性多孔体としては、ブリジストン株式会社製のＳｉＣ，コージライトなどのセラミックフォーム及び、ハイテック・セラミック社製のＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２などのレテイセル等が現存する。
非結合性耐熱性金属製の通気性多孔体としては、燃焼ガス温度によって種々のものを選択する事が出来るが、例えば、ステンレス、ハステロイなどの金属球が現存する。
非結合性セラミックス製の通気性多孔体としてはＳｉＣ，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，コージライトなどのセラミック球が多数現存する。
【００１０】
【発明の実施例】
次に本発明の一実施例（具体例）を図１に基づいて説明する。
本実施例の往復流燃焼式熱光起電変換装置は、長手方向にＳｉＣ製の通気性多孔体７を配列しその両端を交互に変換する給気側・排気側とし且つその周囲をセラミックファイバー製の断熱材１２で覆った燃焼室１３と、給気口１から燃焼室１３に可燃性ガスとしてメタン−空気混合気を給気すると供に燃焼排ガスを排気口６から排気する給排装置（省略）と、電磁開閉弁２，３，４，５をシーケンシャル制御して給排装置につながる燃焼室１３での該給気−排気方向を約１〜１２０秒の所定時間毎に反転切換するための切換装置（省略）、及び燃焼室１３からの輻射エネルギを電力に変換するＧａＳｂ製の光電変換装置１０（１．７μｍ以下の光に対して感度も持つ）から構成してある。
燃焼室１３の長手方向中央部周囲には、輻射エネルギを室外に取り出す石英製の透明耐熱体８を配設し、該透明耐熱体８の外部対向側に赤外反射性、可視−近赤外透過性のフィルター（ホットミラー）９を設置し、該フィルター９の外部対向側に上記光電変換装置１０を設けてある。
次に本例の往復流燃焼式熱光起電変換装置の運転について説明する。運転状態は、電磁開閉弁２と４は閉で電磁開閉弁３と５は開の状態とし点火装置１１のパイロットバーナーにより燃焼室１３に点火後、十分時間が経っており、定常状態になっているとする。
この時、給気は電磁開閉弁３を通り、燃焼室１３に導かれ、まず前周期の排気によって予熱されている燃焼室１３右側の通気性多孔体７から熱を受けて温度が上昇し、燃焼室１３中心部で燃焼後、排気は燃焼室１３中心部より左側の通気性多孔体７を加熱して、電磁開閉弁５を通過後排気口６へ排出される。
次の周期では、電磁開閉弁２と４は開で、電磁開閉弁３と５は閉となる。すなわち、給気口１から入った給気は、電磁開閉弁２を通って、燃焼室１３内の通気性多孔体７中を図の左側から右側へ通過する際に燃焼し、電磁開閉弁４を通って排気口６に排出される。
【００１１】
燃焼室１３中心部の通気性多孔体７は、燃焼によって高温になっており、ふく射を放出する。通気性多孔体として、灰色体のＳｉＣを用いているので、全波長域にわたって、ふく射エネルギを非常に効果的に放出するが、可視光のみを強く射出する選択ふく射体であればなお望ましい。
燃焼室１３中心部の燃焼高温部にある通気性多孔体７から放出されたふく射エネルギは、透明耐熱壁８を透過するが、その時、壁が石英のため約４μｍ以上の光は透過出来ない。さらに、その外側の赤外反射性，可視−近赤外透過性のフィルター９を通過する時、カットオフ波長１．７μｍ以上の光は、内側に反射される。その結果、フィルター９のカットオフ波長以下の光は外部に達し、光電変換装置１０で、効率的に電気に変換することができた。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明から明らかなように本発明は、往復流燃焼式熱光起電変換装置において、燃焼部の高温となった多孔体から射出されるふく射エネルギを多孔体中で減衰させることなく、透明耐熱壁−選択フィルターに導き、光電変換装置の受光感度波長帯域のふく射エネルギのみを、ガスの流動方向と直角方向に効果的に抽出し、熱−電力変換効率を高位に安定させるものである。すなわち、条件にもよるが、本装置によって１０％程度の熱−電力変換効率を得る事も可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す縦断側面図
【図２】本発明の一実施例を示す縦断正面図
【符号の説明】
１：給気口（給気供給装置と連結）
２〜５：電磁開閉弁
６：排気口（排気装置と連結）
７：通気性多孔体（例えば、ＳｉＣ）
８：透明耐熱壁（例えば、石英）
９：赤外反射性、可視−近赤外透明性のフィルター
（例えば、ホットミラー）
１０：光電変換装置（例えば、ＧａＳｂセル）
１１：点火装置（起動時のみ）
１２：断熱材
１３：燃焼室
【図１】
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【図２】
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