(57)【要約】  化学エネルギーを電磁放射に変換する燃焼・熱交換・放射装置（１０）およびそのような装置を提供する方法であって、前記装置（１０）が、高温に加熱されるときに主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタ（１．３）を含む放熱放射部（Ａ）と、前記放熱放射部（Ａ）に隣接配置され、表面固有燃料燃焼を行い、熱エネルギー・キャリア（燃料）と前記放熱放射部（Ａ）との間の熱伝達を最大にする変換部（Ｂ）と、排気出口部（Ｇ）から入口部（Ｅ）へ前記熱エネルギー・キャリアに過剰な熱を伝達し、前記装置（１０）に進入する前記熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するように構成された熱回収部（Ｆ）と、を含む。【選択図】図２Ｂ
2016504556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学エネルギーを電磁放射に変換する燃焼・熱交換・放射装置（１０）であって、
‐  高温に加熱されるときに主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタ（１．３）を含む放熱放射部（Ａ）と、
‐  前記放熱放射部（Ａ）に隣接配置され、熱エネルギー・キャリア（燃料）と前記放熱放射部（Ａ）との間の熱伝達を最大にするために表面固有燃料燃焼を行うために好ましくは触媒コーティングを含む変換部（Ｂ）と、
‐  前記装置（１０）に進入する前記熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するように排気出口部（Ｇ）から入口部（Ｅ）へ前記熱エネルギー・キャリアに過剰な熱を伝達するように構成された熱回収部（Ｆ）を含む燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項２】
前記選択的エミッタ（１．３）は、レアアース含有層等の選択的放射材料、好ましくは酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３または白金放射層を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項３】
前記選択的エミッタ（１．３）は、耐熱金属またはセラミックを含むフォトニック結晶等の選択的放射ナノ構造層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項４】
前記選択的エミッタ（１．３）は、選択的エミッタ材料でできた、好ましくは酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３でできたフォトニック結晶を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項５】
前記放熱放射部（Ａ）は、高温に曝されるときに前記選択的エミッタ（１．３）によって行われる前記放射の第１の最適なスペクトル帯のバンドパスフィルタとして構成されたスペクトル整形器であって、
前記選択的エミッタ（１．３）によって行われる前記放射の非最適なスペクトル帯の反射器として構成され、
前記非最適なスペクトル帯の放射が、前記選択的エミッタ（１．３）や前記変換部（１．２）に向かって方向転換される放射として再利用されるようにした前記スペクトル整形器を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項６】
熱伝導抑制部（Ｃ）が、
‐  前記入口部（Ｅ）と前記変換部（Ｂ）との間、および／または
‐  前記装置（１０）の外への熱損失を最小にするように配置された前記排気出口部（Ｇ）に隣接するように設けられたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項７】
排気出口部（Ｇ）から前記入口部（Ｅ）へ前記熱エネルギー・キャリアの過剰な熱を伝導するために、前記排気出口部（Ｇ）と前記入口部（Ｅ）との間に熱伝導部（Ｄ）が設けられることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項８】
前記放熱放射部（Ａ）内において、前記放熱放射部（Ａ）を少なくとも部分的に画定する前記装置（１０）から背けられた外表面（１．１）と、前記変換部（Ｂ）を少なくとも部分的に画定する内表面（１．２）とを有する放射層（１）と、
前記入口部（Ｅ）に面して配置された熱放散面（５．１）と、前記排気出口部（Ｇ）に面して配置された熱吸収面（５．２）を有し、前記熱回収部（Ｆ）を少なくとも部分的に画定する熱伝導層（５）と、
前記装置（１０）の外への熱損失を最小にするために配置された前記排気出口部（Ｇ）に隣接する熱伝導抑制層（６）と、を備え、
前記変換部（Ｂ）内において、前記放射層（１）の前記内表面（１．２）に隣接して燃焼室（９）が画定され、
前記熱回収部（Ｆ）の前記入口部（Ｅ）内に予熱室（１５）が画定され、前記予熱室（１５）が前記熱放散面（５．１）に熱的に接続され、
前記予熱室（１５）と前記燃焼室（９）を接続するために第１の流通路（１３．１）が設けられ、
前記熱回収部（Ｆ）の前記排気出口部（Ｇ）内において、前記熱吸収面（５．２）と前記熱伝導抑制層（６）との間に熱回収室（１１）が画定され、
前記燃焼室（９）を前記熱回収室（１１）と接続するために第２の流通路（１３．２）が設けられ、
前記熱吸収面（５．２）によって吸収された熱が前記予熱室（１５）内で熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するよう前記熱放散面（５．１）によって放散されるように、前記熱回収室（１１）と前記予熱室（１５）が配置および構成されたことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項９】
前記放射層（１）および前記選択的エミッタ（１．３）は、高温に加熱されるときに全外表面（１．１））上に基本的に一定の放射を行うように前記燃焼室（９）に対して構成および配置されることを特徴とする請求項８に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項１０】
‐  前記燃焼室（９）を少なくとも部分的に画定するための前記放射層（１）と前記熱伝導層（５）との間の燃焼層（２）、
‐  前記放射層（１）と前記熱伝導層（５）の間の更なる熱伝導抑制層（３）であって、前記予熱室（１５）を前記燃焼室（９）から背けられ、前記第２の流通路（１３．２）と第１の流通路（１３．１）を夫々少なくとも部分的に画定する更なる熱伝導抑制層（３）および／または、
前記予熱室（１５）と前記第２の流通路（１３．２）を少なくとも部分的に画定するための前記放射層（１）と前記熱伝導層（５）との間の予熱層（４）および／または、
前記熱回収室（１１）を少なくとも部分的に画定する前記熱伝導層（５）と前記熱伝導抑制層（７）との間の出力層（６）とを更に備えることを特徴とする請求項８または９に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項１１】
‐  前記予熱室（１５）と、
‐  前記第２の流通路（１３．２）と、
‐  前記燃焼室（９）と、
‐  前記第１の流通路（１３．１）と、
‐  前記熱回収室（１１）とは、前記装置（１０）内に基本的に一定の断面の蛇行流路を形成することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項１２】
前記放熱放射部（Ａ）の前記外表面（１．１）を除いて、前記熱交換・放射装置（１０）は、熱損失を低減するための断熱層を備えることを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）。
【請求項１３】
‐  請求項１〜１２の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）と、
‐  その選択的エミッタ（１．３）の放射方向に前記燃焼・熱交換・放射装置（１０）に隣接配置された光起電セルを含む熱光起電装置。
【請求項１４】
燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法であって、
前記燃焼・熱交換・放射装置（１０）から背けられた外表面（１．１）と、内表面（１．２）とを有する放射層（１）を設けるステップと、
表面固有燃料燃焼を行うために前記放射層（１）の前記内表面（１．２）を触媒コーティングによって少なくとも部分的にコーティングするステップと、
前記内表面（１．２）を介して高温に加熱されるときに前記外表面（１．１）の方向に主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタ（１．３）を前記放射層（１）に設けるステップと、
予熱層（４）を設けるステップと、
前記放射層（１）の前記内表面（１．２）に隣接する燃焼室（９）を画定するように前記放射層（１）を前記予熱層（４）と接合するステップと、
熱放散面（５．１）と熱吸収面（５．２）を熱伝導層（５）に設けるステップと、
間に予熱室（１５）を画定し、前記予熱室（１５）を前記熱放散面（５．１）に熱的に接続するように前記予熱層（４）と前記熱伝導層（５）を接合するステップと、
前記予熱室（１５）を前記燃焼室（９）と接続する第１の流通路（１３．１）を設けるステップと、
熱伝導抑制層（７）を設けるステップと、
前記熱吸収層（５．２）に隣接した熱回収室（１１）を画定するように前記熱伝導抑制層（７）を前記熱伝導層（５）と接合するステップと、
前記燃焼室（９）と前記熱回収室（１１）を接続する第２の流通路（１３．２）を設けるステップとを含み、
前記熱回収室（１１）および前記予熱室（１５）は、前記熱吸収面（５．２）によって吸収された熱が前記予熱室（１５）内の熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するように前記熱放散面（５．１）によって放散されるように配置および構成される燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項１５】
前記選択的エミッタ（１．３）は、レアアース含有層等の選択的放射材料、好ましくは酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３または白金放射層を含むように設けられることを特徴とする請求項１４に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項１６】
耐熱金属またはセラミックを含むフォトニック結晶等の選択的放射ナノ構造層が前記選択的エミッタ（１．３）として設けられることを特徴とする請求項１４に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項１７】
酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３のフォトニック結晶が前記選択的エミッタ（１．３）として設けられることを特徴とする請求項１４に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項１８】
前記放射層（１）および前記選択的エミッタ（１．３）は、高温に加熱されるときに全外表面（１．１）上に基本的に一定の放射を行うように前記燃焼室（９）に対して構成および配置されることを特徴とする請求項１４〜１７の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項１９】
‐  前記燃焼室（９）を少なくとも部分的に画定するように構成および配置された燃焼層（２）を、前記放射層（１）と前記熱伝導層（５）との間に設けるステップと、
‐  前記放射層（１）と前記熱伝導層（５）との間の更なる熱伝導抑制層（３）であって、前記予熱室（１５）を前記燃焼室（９）から背けられ、前記第２の流通路（１３．２）を少なくとも部分的に画定し、且つ前記第１の流通路（１３．１）を少なくとも部分的に画定するように配置および構成された更なる熱伝導抑制層（３）を設けるステップおよび／または、
‐  前記熱回収室（１１）を少なくとも部分的に画定するように配置および構成された出力層（６）を、前記熱伝導層（５）と前記熱伝導抑制層（７）との間に設けるステップ、のうちの１つ以上のステップを更に含むことを特徴とする請求項１４〜１８の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【請求項２０】
‐  前記予熱室（１５）と、
‐  前記第２の流通路（１３．２）と、
‐  前記燃焼室（９）と、
‐  前記第１の流通路（１３．１）と、
‐  前記熱回収室（１１）とは、基本的に一定の断面の蛇行流路を形成するように互いに対して構成および配置されることを特徴とする請求項１４〜１９の何れか一項に記載の燃焼・熱交換・放射装置（１０）を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼・熱交換・放射装置（Combustion, heat-exchange, and emitter device）と、この装置およびこの装置を含む熱光起電装置を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力および更にクリーンなＣＯ２中性エネルギー源の高い需要により、エネルギーを取りこむ効率が益々重要な役割を果たしている。多くの工業国が原子力発電からの転換を徐々に目指すにつれて、代替エネルギー源に対する需要がこれまで以上に大きくなっている。しかしながら、今のところ、実際に実行可能な代替物が幾つか知られてはいるが、風力タービンや太陽光発電所等の「旧知な」再生可能エネルギー源の多くは、その普及を妨げる重大な欠点がある。
【０００３】
また、風力タービンや太陽光発電所等の「旧知な」再生可能エネルギー源の欠点が解決されたとしても、大きな問題が依然として存在している。また、再生可能エネルギー源が利用可能な場所が、電気エネルギーを必要とする場所から遠く離れていることも問題である。生成場所からエネルギー消費者までが長距離の場合、生成された電気エネルギーを移送するためには、非常に複雑、高価、且つ環境にやさしくないインフラストラクチャが必要となる。また、このようなインフラストラクチャの改良にもかかわらず、長距離の電気エネルギーの移送において重大な損失が依然として存在している。したがって、エネルギー生成の分散化が、緊急で必要となっている。言い換えると、将来のエネルギーは、できる限り消費者に近い場所で生成することである。これによって、送電損失が減少・排除されるだけでなく、より高い自由度を確保しながら配電網の負担を緩和することができる。
【０００４】
エネルギー生成の分散化にとって非常に興味深い分野の１つが熱光起電力装置であり、燃料中に蓄えられた化学エネルギーを電磁放射に変換し、更に電気に変換するように設計された装置の分野である。しかしながら、既存の熱光起電力装置は相対的に効率が低く、その用途および大規模配置に限界がある。
【０００５】
化学エネルギーから電気エネルギーへの変換器において最も問題のある側面の１つは、化学エネルギーを電磁放射に変換する効率である。化学エネルギーから電気エネルギーに変換する重要な構成要素は、化学エネルギーを電磁放射に変換する燃焼・熱交換・放射装置である。この燃焼・熱交換・放射装置は別々または１つに結合された装置として実現されるが、後者の場合には損失が低減し、コンパクトであるという利点がある。
【０００６】
当該技術では、排気の損失熱回収または所望のスペクトル帯のエミッタの使用によって効率の改善を目指す様々な熱交換・放射装置が知られている。しかしながら、既知の熱交換・放射装置は複雑で、製造費も高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱光起電装置では、種類や構造に関係なく、放射部への効率的な熱伝達と、この熱の最適な波長の電磁放射への効率的な変換が望まれている。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高効率の熱伝達と、電気エネルギーへの変換に適した電磁放射への変換が可能な熱交換器と放射構造を提供することである。高い効率を提供することに加え、本発明の目的は、単純化によって熱交換器および放射の製造コストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、化学エネルギーを電磁放射に変換する燃焼・熱交換・放射装置によって解決され、前記装置は、
‐  高温に加熱されるときに主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタを含む放熱放射部と、
‐  前記放熱放射部に隣接配置され、熱エネルギー・キャリアと前記放熱放射部との間の熱伝達を最大にするために表面固有燃料燃焼（surface specific fuel combustion）を提供し、好ましくは触媒コーティングを含む変換部と、
‐  前記装置に進入する前記熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するように排気出口部から入口部へ前記熱エネルギー・キャリアに過剰な熱を伝達するように構成された熱回収部を含んでいる。
【００１０】
本発明の目的は、積層化する方法で燃焼・熱交換・放射装置を作製する方法であって、前記方法は、
‐  前記燃焼・熱交換・放射装置から背けられた外表面と、内表面とを有する放射層を設けるステップと、
‐  表面固有燃料燃焼を行うために前記放射層の前記内表面を触媒コーティングによって少なくとも部分的にコーティングするステップと、
‐  前記内表面を介して高温に加熱されるときに前記外表面の方向に主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタを前記放射層に設けるステップと、
‐  予熱層を設けるステップと、
‐  前記放射層の前記内表面に隣接する燃焼室を画定するように前記放射層を前記予熱層と接合するステップと、
‐  熱放散面と熱吸収面とを備える熱伝導層を設けるステップと、
‐  間に予熱室を画定し、前記予熱室を前記熱放散面に熱的に接続するように前記予熱層と前記熱伝導層を接合するステップと、
‐  前記予熱室を前記燃焼室と接続する第１の流通路を設けるステップと、
‐  熱伝導抑制層を設けるステップと、
‐  前記熱吸収層に隣接した熱回収室を画定するように前記熱伝導抑制層を前記熱伝導層と接合するステップと、
‐  前記燃焼室と前記熱回収室を接続する第２の流通路を設けるステップとを含み、
‐  前記熱回収室および前記予熱室は、前記熱吸収面によって吸収された熱が前記予熱室内の熱エネルギー・キャリア（燃料）を予熱するように前記熱放散面によって放散されるように配置および構成される燃焼・熱交換・放射装置を作製する方法。
【発明の効果】
【００１１】
燃焼・熱交換・放射装置の特定の機能をはっきりと画定された部分に分けることにより、各部を特定の機能に対して十分に最適化することができる。したがって、放熱放射部は所望のスペクトル帯において最適な放射を行うように作製され、変換部は熱エネルギー・キャリア（燃料）と放熱放射部との間の熱伝達を最大にするために表面固有燃料燃焼を行うように最適化され、一方、熱回収部は排ガスからの熱回収を最大にするように最適化される。また、はっきりと画定された部分に機能を分けることにより、各部を特定の機能に適した性質の材料で作製することができる。
【００１２】
また、前記部分の分離により、各部を適切な基準で作製できるようになり、技術的な要求が高いためにコストの掛かる部分（即ち、選択的エミッタを備える放熱放射部）を他の部分と切り離して作製するという選択肢を提供することにより、燃焼・熱交換・放射装置の特にコスト効果の高い作製が可能になる。
【００１３】
本発明の熱交換・放射装置を層状に作製する特に好ましい方法により、放射層が他の層と切り離して作製され、触媒コーティングで覆うことが可能である。放射層およびコーティングの製造要求事項が非常に厳しく、そのプロセスが非常に複雑で、技術が非常に高価なので、他の全ての層を別々に（要求があまり高くない場合には安価な作製環境において）製造することにより、本質的に改善されたコスト効果が得られる。また、「高精度／ハイテク」のコンポーネントの作製を分けることにより、全てのコンポーネントが同一の厳しい基準で製造される必要がないので、生産性の上昇が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の燃焼・熱交換・放射装置は、例えば下記において特に有利な利用可能性を見いだすことができる。
‐  熱光起電装置は、電気エネルギーを生成するために使用される選択的エミッタの放射方向に燃焼・熱交換・放射装置と隣接配置された光起電セルを含んでいる。
‐  放射ヒータ（radiating heater）では、本発明の燃焼・熱交換・放射装置の選択的エミッタの近赤外放射が、放射される面に熱を効率的に伝達するために使用される。このような放射ヒータは、全容積を加熱するのが不可能／非効率的な製造所等の容積の大きな領域において特に有利である。しかしながら、本発明の燃焼・熱交換・放射装置のエミッタの直接的放射は、近赤外放射をターゲット表面（例えば、人間の肌）に直接伝達する。
‐  純水源では、凝縮器ユニットが排気内の蒸気を凝縮して液体を回収するように構成されている。例えば燃料がメタノールの場合、凝縮器ユニットはメタノールの燃焼から生じる水蒸気を凝縮するように配置される。
‐  光源では、本発明の燃焼・熱交換・放射装置のエミッタが可視波長の放射を提供（も提供）するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の更なる特徴と利点を、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図１】図１は、本発明の燃焼・熱交換・放射装置の第１の実施の形態の概略的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の燃焼・熱交換・放射装置の特に好適な実施の形態の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの燃焼・熱交換・放射装置の切断面Ｘにおける断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の燃焼・熱交換・放射装置の特に好適な実施の形態の層状構造の複数の層の概略的な平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの本発明の燃焼・熱交換・放射装置の層状構造の複数の層の概略的な斜視図である。
【００１６】
なお、図面は縮尺で描かれておらず、単に一例として提供されるものであり、本発明の範囲が規定されるものではなく、専らより良い理解に役立つものである。これらの図面は、本発明の任意の特徴の制限を示唆するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本特許出願では特定の用語が使用されるが、その意味は、選択された特定の用語によって制限されるものではなく、特定の用語の一般的概念に関するものとして解釈されるものとする。
【００１８】
図１は、本発明に係る燃焼・熱交換・放射装置１０の第１の実施の形態の概略的な側面図を示している。この図に見られるように、燃焼、熱交換および放熱放射の各機能は対応する部分Ａ〜Ｇに分担させる。これにより、各部分を殆ど制限なく又は全く制限なく特定の機能に最適化することができる。
【００１９】
放熱放射（RADIATION EMISSION）
燃焼・熱交換・放射装置１０は、燃焼からの熱を主に近赤外放射に変換するように構成された放熱放射部Ａを含んでいる。
【００２０】
図２Ｂに示すように、放熱放射部Ａは高温に加熱されるときに主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタ１．３を含んでいる。選択的エミッタ１．３は、燃焼・熱交換・放射装置１０から見て外側を向いた外表面１．１上に配置されている。
【００２１】
本発明の燃焼・熱交換・放射装置１０の最も好適な実施の形態では、選択的エミッタ１．３はレアアース含有層、好ましくは酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３または白金放射層等の選択的放射材料を含んでいる。それに加えて、選択的エミッタ１．３は耐熱性金属またはセラミックを含むフォトニック結晶等の選択的放射ナノ構造層を含んでいる。
【００２２】
他の実施の形態では、選択的エミッタ１．３は、例えば酸化イッテルビウムＹｂ２Ｏ３の選択的放射材料製の独創的なフォトニック結晶を含んでいる。
【００２３】
選択的エミッタ１．３に加えて、放熱放射部Ａはスペクトル整形器を含むことができ、スペクトル整形器は選択的エミッタ１．４の機能を支持し、
‐  高温に曝されるときに選択的エミッタ１．３によって行われる放射の第１の最適なスペクトル帯のバンドパスフィルタとして構成され、
‐  選択的エミッタ１．３によって行われる放射の更なる非最適なスペクトル帯の反射器として構成され、前記第２の非最適スペクトル帯放射が選択的エミッタ１．３や変換部１．２に向かって方向転換された放射として再利用されるようになっている。
【００２４】
燃焼（COMBUSTION）
燃焼・熱交換・放射装置１０は、放熱放射部Ａに隣接配置された変換部Ｂを更に含んでいる。変換部Ｂは、選択的エミッタ１．３を高温に加熱するために熱エネルギー・キャリア（燃料）と放熱放射部Ａとの間の熱伝達を最大にする表面固有燃料燃焼を行うために、例えば触媒コーティングを含んでいる。変換部Ｂは、十分な安定性をもたらす材料を含むか、耐高熱材料製、好ましくは表面固有燃料燃焼過程を支持する材料によってコーティングされたセラミック材料製の基板を含んでいる。熱エネルギー・キャリア（燃料）は、放熱放射部Ａに接続された入口部Ｅから燃焼・熱交換・放射装置１０に進入する。
【００２５】
燃料は化学エネルギー源であり、化学エネルギーのキャリアは、好ましくはメタノールまたは水素等の化石燃料である。
【００２６】
図２に示すように、変換部Ｂ内に燃焼室９が画定される。したがって、熱エネルギーのキャリア（燃料）の化学エネルギーの熱への変換が、放熱放射部Ａに隣接配置されて熱的に接続された燃焼室９で行われる。
【００２７】
選択的エミッタ１．３は、高温に加熱されるときに外表面１．１全体に基本的に一定の放射を行うように燃焼室９に対して構成および配置されるのが好ましい。これにより、放射が最適に使用されることが保証され、光起電セルの表面全体の均一な放射を可能にする特に効率的な方法によって熱光起電装置の燃焼・熱交換・放射装置１０の使用を可能にしている。
【００２８】
熱交換（HEAT EXCHANGE）
燃焼・熱交換・放射装置１０の第３の主な機能は、入口部Ｅから装置１０に進入する熱エネルギー・キャリア（燃料）を予め加熱し、入口部Ｅに排気出口部Ｇからの熱エネルギー・キャリア（変換部Ｂから出た後）の過剰な熱を伝達するように構成された熱回収部Ｆによって提供される。このようにして、熱損失が最小になるので、燃焼・熱交換・放射装置１０の効率が大きく改善され、燃料が変換部Ｂに進入する前に入口部Ｅにおいて予め加熱されるので、燃焼室９での表面固有燃焼が向上する。
【００２９】
熱管理（HEAT MANAGEMENT）
装置１０の外への熱損失を最小にするために、熱伝導抑制部Ｃが装置１０の排気出口部Ｇに隣接して設けられる。排気出口Ｇに隣接する熱伝導抑制部Ｃにより、より高い割合の熱エネルギー・キャリアの過剰な熱を、入口部Ｅにて摂取された燃料を予め加熱するために効率的に使用することができる。
【００３０】
また、変換部Ｂの熱が入口部Ｅに伝達されること（燃焼室９の温度ひいては効率の低下）も防止するために、前記入口部Ｅと前記変換部Ｂとの間には、更なる熱伝導抑制部Ｃを設けることができる。前記入口部Ｅと前記変換部Ｂとの間の更なる熱伝導抑制部Ｃは、入口部Ｅ内と変換部Ｂの夫々において熱を反射するように構成された熱反射層を含むのが好ましい。更なる熱伝導抑制部Ｃにおいて反射層を使用することにより、熱吸収材料の使用に比べて、エネルギー損失が著しく最小化され、装置１０の不要な加熱が防止される。
【００３１】
排気出口部Ｇから入口部Ｅへ熱エネルギー・キャリアの過剰な熱を伝導するために、排気出口部Ｇと入口部Ｅとの間の熱回収部Ｆ内に熱伝導部Ｄが設けられる。
【００３２】
以下では、図２Ａ〜３Ｂに示された燃焼・熱交換・放射装置１０の特に好適な層状構造を参照して、燃焼、熱交換、および放射機能の分離に由来する本発明の利点が記述される。但し、層状構造に加えて、本発明の概念から逸脱することなく、燃焼・熱交換・放射装置１０の各部の他のモジュール構造を想定することができる。
【００３３】
図２Ａは、層状構造の燃焼・熱交換・放射装置１０の特に好適な実施の形態の斜視図を示している。この層状構造により、各層は個別に作製することができ、各層は要求された精度、基準で作製される。燃焼・熱交換・放射装置１０の本発明の構造により、最も複雑な部分（即ち、選択的エミッタ１．３を備える放熱放射部Ａおよび触媒コーティングを備える変換部Ｂ）のみが、あまり技術的要求の厳しくない部分とは別に作製できるため、本質的なコスト削減を行うことができる。
【００３４】
図２Ｂは、図２Ａの燃焼・熱交換・放射装置１０の切断面Ｘの断面図であり、その層状構造を詳細に描いている。
【００３５】
放熱放射部Ａには、装置１０から見て外側を向いた外表面１．１を有する放射層１が設けられる。外表面１．１は、放熱放射部Ａを少なくとも部分的に画定し、放射層１の内表面１．２は、変換部Ｂを少なくとも部分的に画定している。
【００３６】
変換部Ｂには、燃焼室９が放射層１の内表面１．２に隣接して画定されている。
【００３７】
熱伝導層５は、前記入口部Ｅに面して配置された熱放散面５．１と、前記排気出口部Ｇに面して配置された熱吸収面５．２とを備え、熱伝導層５は熱回収部Ｆを少なくとも部分的に画定している。
【００３８】
燃焼・熱交換・放射装置１０の層状構造は、装置１０の外への熱損失を最小にするために配置された前記排気出口部Ｇに隣接する熱伝導抑制層６を更に含んでいる。
【００３９】
燃焼・熱交換・放射装置１０に進入する燃料を予熱するための空間を設けるため、熱回収部Ｆの入口部Ｅには予熱室１５が画定され、予熱室１５は熱放散面５．１に熱的に接続されている。
【００４０】
予熱室１５は第１の流通路１３．１によって燃焼室９に接続されている。
【００４１】
排出燃料が過剰な熱を熱吸収面５．２に伝達するための空間を設けるため、熱回収部Ｆの排気出口部Ｇの熱吸収面５．２と熱伝導抑制層６との間に熱回収室１１が画定される。
【００４２】
燃焼室９は第２の流通路１３．２によって熱回収室１１と接続されている。
【００４３】
図２Ｂに（連続する波線矢印によって）例示されるように、熱回収室１１と予熱室１５は、熱吸収面５．２によって吸収された熱が、予熱室１５で熱エネルギーのキャリア（燃料）を予熱するように、熱放散面５．１によって放散されるように配置および構成される。
【００４４】
図２Ａ〜３Ｂは、特に好ましい実施の形態を示し、放射層１と熱伝導層５との間には、燃焼室９を少なくとも部分的に画定するために、燃焼層２が設けられている。加えて、放射層１と熱伝導層５との間には熱伝導抑制層３が設けられ、更なる熱伝導抑制層３は予熱室１５を燃焼室９から分離し、第２の流通路１３．２と第１の流通路１３．１の夫々を少なくとも部分的に画定している。
【００４５】
放射層１と熱伝導層５との間には更なる熱伝導抑制層３を設けることができ、更なる熱伝導抑制層３は、変換部Ｂの熱が入口部Ｅにも伝達されること（燃焼室９の温度ひいては効率の低下）を防止するために予熱室１５を燃焼室９から分離する。更なる熱伝導抑制層３も、第２の流通路１３．２と第１の流通路１３．１の夫々を少なくとも部分的に画定している。
【００４６】
放射層１と熱伝導層５との間には、予熱室１５と第２の流通路１３．２を少なくとも部分的に画定するために予熱層４が設けられ、他方の熱伝導層５と熱伝導抑制層７との間には、熱回収室１１を少なくとも部分的に画定するために出力層６が設けられる。
【００４７】
図２Ｂに示されるように、予熱室１５と、第２の流通路１３．２と、燃焼室９と、第１の流通路１３．１と、熱回収室１１とは、装置１０において基本的に一定の断面の蛇行流路を形成する。これにより、装置１０を通る最適な燃料流が得られ、燃料の効率的な予熱、燃焼および排出が可能になり、過剰な熱が排気から回収される。
【００４８】
任意ではあるが、熱損失を低減するために、燃焼・熱交換・放射装置１０（放熱放射部Ａの外表面１．１を除いて）は、断熱層を備えることができる。
【００４９】
平面図と斜視図が夫々示された図３Ａ、３Ｂには、本発明の方法によって提供される燃焼・熱交換・放射装置１０の層１〜７が描かれている。この方法は、
‐  燃焼・熱交換・放射装置１０から背けられた外表面１．１と、内表面１．２とを有する放射層１を設けるステップと、
‐  表面固有燃料燃焼を行うために放射層１の前記内表面１．２を触媒コーティングによって少なくとも部分的にコーティングするステップと、
‐  前記内表面１．２を介して高温に加熱されるときに前記外表面１．１の方向に主に近赤外放射を行うように構成された選択的エミッタ１．３を前記放射層１に設けるステップと、
‐  予熱層４を設けるステップと、
‐  放射層１の内表面１．２に隣接する燃焼室９を画定するように前記放射層１を予熱層４と接合するステップと、
‐  熱放散面５．１と熱吸収面５．２を熱伝導層５に設けるステップと、
‐  間に予熱室１５を画定し、前記予熱室１５を前記熱放散面５．１に熱的に接続するように予熱層４と熱伝導層５を接合するステップと、
‐  予熱室１５を燃焼室９と接続する第１の流通路１３．１を設けるステップと、
‐  熱伝導抑制層７を設けるステップと、
‐  前記熱吸収面５．２に隣接した熱回収室１１を画定するように前記熱伝導抑制層７を熱伝導層５と接合するステップと、
‐  燃焼室９と熱回収室１１を接続する第２の流通路１３．２を設けるステップを含んでいる。
【００５０】
本発明の方法の完了後の図２Ａに示す燃焼・熱交換・放射装置１０の完成した構造では、熱吸収面５．２によって吸収された熱が予熱室１５内の熱エネルギー・キャリア燃料を予熱するように熱放散面５．１から放散されるように、熱回収室１１と予熱室１５が配置および構成されている。
【００５１】
図２Ａ〜３Ｂに描かれた本発明の燃焼・熱交換・放射装置１０の特に好適な実施の形態を作製するために、前記方法は、
‐  前記燃焼室９を少なくとも部分的に画定するように構成および配置された燃焼層２を放射層１と熱伝導層５との間に設けるステップと、
‐  前記放射層１と熱伝導層５との間の更なる熱伝導抑制層３であって、前記予熱室１５を燃焼室９から分離し、前記第２の流通路１３．２を少なくとも部分的に画定し、前記第１の流通路１３．１を少なくとも部分的に画定するように配置および構成された更なる熱伝導抑制層３を設けるステップと、
‐  熱回収室１１を少なくとも部分的に画定するように配置および構成された出力層６を熱伝導層５と熱伝導抑制層７との間に設けるステップとを更に含んでいる。
【００５２】
燃焼・熱交換・放射装置１０を作製する方法は、予熱室１５、第２の流通路１３．２、燃焼室９、第１の流通路１３．１、および熱回収室１１が基本的に一定の断面の蛇行流路を形成するように、図３Ａ、３Ｂに示す層を互いに対して構成および配置する。
【００５３】
当然のことながら、請求項に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記に記述された特定の構造に基づいて多くの変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
10       燃焼・熱交換・放射装置
A        放熱放射部
B        （熱エネルギーから熱）変換部
C        熱伝導抑制部
D        熱伝導部
E        （熱エネルギー・キャリア）入口部
F        熱回収部
G        排気出口部
１       放射層
１．１   外表面
１．２   内表面
１．３   選択的エミッタ
２       燃焼層
３       更なる熱伝導抑制層
４       予熱層
５       熱伝導層
５．１   熱放散面
５．２   熱吸収面
６       出力層
７       熱伝導抑制層
７．１   熱反射面
９       燃焼室
１１     熱回収室
１３     流通路
１３．２ 第２の流通路
１３．１ 第１の流通路
１５     予熱層
２５     入口開口
２７     出口開口
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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