JP2002354854A - Generating equipment and power generation system using thermal-photovoltaic power generation - Google Patents

Generating equipment and power generation system using thermal-photovoltaic power generation

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JP2002354854A JP2001152936A JP2001152936A JP2002354854A JP 2002354854 A JP2002354854 A JP 2002354854A JP 2001152936 A JP2001152936 A JP 2001152936A JP 2001152936 A JP2001152936 A JP 2001152936A JP 2002354854 A JP2002354854 A JP 2002354854A
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Tadashi Mochida
正 持田
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the power generation efficiency of generating equipment and a power generation system using thermal-photovoltaic power generation to practical level. SOLUTION: Generating equipment 1 comprises a radiating portion 10 which discharges radiant energy by heating of working fluid or heating by a heater; thermal storage layers 20; a means for changing the direction of flow of the working fluid in the thermal storage layers; and photovoltaic power generation elements 30. The thermal storage layers 20 use a radiation wavelength selective material having permeability to wavelength ranges in which the photovoltaic power generation elements 30 effectively generate power, and the photovoltaic power generation elements 30 are placed in positions where radiant light which permeated the thermal storage layers 20 is received.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱光発電(thermo
photovoltaic)を用いた発電装置と発電システムに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Photovoltaic) and a power generation device and a power generation system.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱光発電を用いた発電装置は、熱源、熱
源からの熱を受けてふく射を発生するエミッタ、およ
び、光発電素子の3の要素で構成され、高温に加熱され
たエミッタから出るふく射を光発電素子に入射し、起電
力を得るシステムである。太陽電池発電と異なり、一般
的に高温物質からでるふく射光全般を光源として利用で
きることなどの理由から、この発電装置は高い将来性が
期待されている。
2. Description of the Related Art A power generating apparatus using thermophotovoltaic power generation is composed of a heat source, an emitter that generates radiation by receiving heat from the heat source, and a photovoltaic element, and includes an emitter heated to a high temperature. In this system, emitted radiation is incident on the photovoltaic element to obtain an electromotive force. Unlike solar cell power generation, this power generation device is expected to have a high future potential because, for example, the general radiation emitted from a high-temperature substance can be used as a light source.

【0003】米国特許第4836862号明細書には、
熱光発電を用いた発電装置の一例が記載されている。こ
こでは、ガス燃焼ゾーン内にジルコニアの小球を配置し
て蓄熱層とし、燃焼ガス顕熱をジルコニアの小球で熱回
収し、そこに燃焼空気を通して予熱を行うようにし、か
つ、燃焼空気は蓄熱層内で流動方向の切り替えが行える
ようにして、熱回収をはかっている。一方、蓄熱層から
放射されるふく射は、石英ガラスであるフィルタを通過
して光発電素子に入射する。石英ガラスを通過すること
で、特定の波長域、すなわち、光発電素子が有効に発電
する波長域のふく射のみが、光発電素子に達するように
なっている。
[0003] US Pat. No. 4,683,862 discloses that
An example of a power generation device using thermoelectric power generation is described. Here, zirconia globules are arranged in the gas combustion zone to form a heat storage layer, the sensible heat of the combustion gas is recovered by the zirconia globules, and the combustion air is preheated there. The heat recovery is performed by switching the flow direction in the heat storage layer. On the other hand, the radiation radiated from the heat storage layer passes through a filter made of quartz glass and enters the photovoltaic element. By passing through the quartz glass, only radiation in a specific wavelength range, that is, a wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power, reaches the photovoltaic element.

【0004】米国特許第5551992号明細書には、
熱光発電を用いた発電装置の他の例が記載されている。
ここでは、ガス燃焼により希土類金属を添加したエミッ
ターを加熱し、そこから放射される特定の波長域のふく
射を光発電素子に向けて通過させるために、2種類のフ
ィルターを組み合わせて用いている。エミッターは孔を
持つディスク状で、これを多段に積み上げた構造であ
り、各段において孔の位置をずらすようにして積み上げ
ることにより、燃焼ガスに乱流を発生させて、電熱効率
を向上させている。また、同様の構造の熱交換器を備
え、燃焼排ガスから熱回収もはかっている。
[0004] US Pat. No. 5,555,992 describes:
Another example of a power generation device using thermoelectric power generation is described.
Here, two types of filters are used in combination to heat the emitter to which the rare earth metal is added by gas combustion and to pass radiation of a specific wavelength range radiated from the rare earth metal toward the photovoltaic element. The emitter is a disk with holes and has a structure in which these are stacked in multiple stages.By stacking the holes so that the positions of the holes are shifted, a turbulent flow is generated in the combustion gas to improve the electrothermal efficiency. I have. In addition, a heat exchanger having a similar structure is provided, and heat is recovered from combustion exhaust gas.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、熱光発
電を用いた発電装置は、光発電素子が有効に発電できる
波長域のふく射を、波長選択性を持つ材料により作られ
たフィルターを透過させることにより選択するようにし
ている。しかし、ふく射のうち、当該フィルターを透過
しない波長域(発電に無効なふく射)の多くは、フィル
ター自身に吸収されて熱エネルギーに変換する。この熱
エネルギーは、通常、フィルターの冷却手段によって、
発電に寄与しない無効エネルギーとして系外に排出され
るか、もしくは、フィルターの昇温を招くことによりフ
ィルターからのふく射の再射出が行われるため、結果と
して、発電に寄与しないふく射の波長成分が光発電素子
に入射するようになり、発電効率を低下させる。
As described above, a power generation apparatus using thermophotovoltaic power generation emits light in a wavelength range in which a photovoltaic element can effectively generate power by using a filter made of a material having wavelength selectivity. Selection is made by transmitting light. However, most of the radiation that does not pass through the filter (radiation that is ineffective for power generation) is absorbed by the filter itself and converted into thermal energy. This heat energy is usually released by the cooling means of the filter.
Radiation is emitted out of the system as reactive energy that does not contribute to power generation, or radiation is re-emitted from the filter by raising the temperature of the filter.As a result, wavelength components of radiation that do not contribute to power generation become light. The light is incident on the power generation element, and the power generation efficiency is reduced.

【0006】例えば、米国特許第4836862号明細
書に記載の熱光発電装置では、フィルタである石英ガラ
スを透過できない波長域のエネルギーの一部は石英ガラ
スに吸収され、石英ガラスを加熱して温度を上昇させる
ために、石英ガラスから光発電素子に向けてふく射の再
射出が生じる。その結果、光発電素子が有効に電力に変
換できない無効なふく射波長成分が光発電素子に入射す
ることになる。米国特許第5551992号明細書に記
載の熱光発電装置でも同様であり、2種類のフィルター
を用いても、フィルターに吸収されたふく射波長成分の
持つエネルギーを有効に利用することはできない。
For example, in the thermophotovoltaic power generator described in US Pat. No. 4,868,622, a part of energy in a wavelength range that cannot pass through a quartz glass as a filter is absorbed by the quartz glass, and the quartz glass is heated to a temperature. Is re-emitted from the quartz glass toward the photovoltaic element. As a result, an invalid radiation wavelength component that cannot be effectively converted into electric power by the photovoltaic element enters the photovoltaic element. The same applies to the thermophotovoltaic power generator described in U.S. Pat. No. 5,555,992. Even if two types of filters are used, the energy of the radiation wavelength component absorbed by the filters cannot be effectively used.

【0007】上記の事情から、従来の熱光発電を用いた
発電システムでは、光発電素子が発電に有効に利用でき
る波長域が狭いこともあって、ふく射放射部に投入した
エネルギーの多くは、光発電素子の温度の上昇に使用さ
れるか、系外への熱損失となってしまっており、実際の
発電に寄与する割合は小さく、発電効率は高くない。ま
た、光発電素子が規定値以上に温度上昇するのを回避す
るために冷却のためのエネルギーを必要とし、さらに効
率を低下させる。そのために、実用的レベルでの発電効
率を得るには至っていないのが実状である。本発明は、
上記の事情に鑑みてなされたものであり、熱光発電を用
いた発電装置および発電システムにおいて、実用に耐え
るレベルにまで発電効率を向上させることを目的とす
る。
From the above situation, in a conventional power generation system using thermophotovoltaic power generation, most of the energy input to the radiation radiating portion is limited due to the narrow wavelength range in which the photovoltaic element can be effectively used for power generation. It is used to raise the temperature of the photovoltaic element or causes heat loss to the outside of the system, and the rate of contribution to actual power generation is small, and the power generation efficiency is not high. In addition, energy for cooling is required to prevent the temperature of the photovoltaic element from rising above a specified value, and the efficiency is further reduced. As a result, the actual situation is that power generation efficiency at a practical level has not yet been obtained. The present invention
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the power generation efficiency of a power generation device and a power generation system using thermo-light power generation to a level that can be practically used.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による発電装置
は、作動流体の発熱もしくは加熱装置による加熱により
ふく射エネルギーを放出するふく射放射部と、蓄熱層
と、蓄熱層内での作動流体の流動方向の切り替え手段
と、光発電素子とで構成される発電装置であって、前記
蓄熱層として、前記光発電素子が有効に発電する波長域
に対して透過性を持つふく射波長選択性材料を用い、か
つ、該蓄熱層を透過したふく射を受光しうる位置に光発
電素子が配置されていることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a power generating apparatus comprising: a radiation radiating section for emitting radiation energy by generating heat of a working fluid or heating by a heating device; a heat storage layer; and a flow direction of the working fluid in the heat storage layer. Switching means, and a power generation device configured with a photovoltaic element, using, as the heat storage layer, an emission wavelength-selective material that is transparent to a wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power, In addition, a photovoltaic element is arranged at a position capable of receiving radiation transmitted through the heat storage layer.

【0009】本発明において、作動流体とは、ふく射放
射部の加熱に作動流体の発熱を用いる場合には、可燃性
気体と支燃性気体(酸素など)を含むものであれば任意
であり、また、ふく射放射部の加熱に加熱装置を用いる
場合には、流動性を有する気体であれば任意であり、特
に制限はない。また、本発明による発電装置では、後記
する理由から、可燃性気体の濃度がきわめて希薄な場合
であっても、作動流体として有効に用いることができ
る。
In the present invention, the working fluid is not particularly limited as long as it contains a combustible gas and a supporting gas (such as oxygen) when the working fluid is used to heat the radiation radiating section. When a heating device is used for heating the radiation radiating portion, any gas having fluidity may be used, and there is no particular limitation. Further, the power generator according to the present invention can be effectively used as a working fluid even if the concentration of the flammable gas is extremely low for the reason described below.

【0010】ふく射放熱部は、作動流体の燃焼熱を有効
にふく射に変換するものであれば任意であり、特に制限
はない。例えば、発泡状の多孔質体、ファィバー状の多
孔質体、通気孔を有する板状の固体のようなものが用い
られる。ネオジウム、エルビウム、イッテルビウム、ホ
スフェンなどの希土類が添加されたものは、光発電素子
が有効に電力に変換できる波長範囲のふく射を多く放射
することからさらに好ましい。
The radiation radiator is not particularly limited as long as it effectively converts the combustion heat of the working fluid into radiation. For example, a foamed porous body, a fiber-shaped porous body, and a plate-like solid having vent holes are used. Those to which rare earth elements such as neodymium, erbium, ytterbium, and phosphene are added are more preferable because they emit a large amount of radiation in a wavelength range that the photovoltaic element can effectively convert into electric power.

【0011】光発電素子は、Si,GaSb,InGa
As,Ge,CdTe,InAs,GaAs,InS
b,InP,AlSb,AlAs,GaP,AlP,Z
nSeなどの、従来知られているものをそのまま用いれ
ばよい。蓄熱層の素材であるふく射波長選択性材料とし
ては、石英ガラス、結晶化ガラス、低膨張ガラスのよう
なものが用いられる。実機においては、使用する光発電
素子の発電波長特性などに応じて、適切なふく射波長選
択性を持つ材料を選択して使用する。
The photovoltaic element is made of Si, GaSb, InGa
As, Ge, CdTe, InAs, GaAs, InS
b, InP, AlSb, AlAs, GaP, AlP, Z
A conventionally known device such as nSe may be used as it is. As the radiation wavelength-selective material that is the material of the heat storage layer, a material such as quartz glass, crystallized glass, or low expansion glass is used. In an actual machine, a material having an appropriate radiation wavelength selectivity is selected and used according to the power generation wavelength characteristics of the photovoltaic element used.

【0012】本発明による発電装置では、光発電素子が
有効に発電する波長域のふく射を選択的に透過させるた
めのふく射波長選択性材料が蓄熱層を兼ねており、そこ
を透過しない、すなわち光発電素子での発電に寄与しな
い無効な波長域のふく射は蓄熱層に吸収される。そして
そのエネルギーは蓄熱層を加熱する。蓄熱層は作動流体
(燃焼ガス)が流れることによっても加熱され、蓄熱層
の温度は、ふく射放射部に近いところが最も高く、光発
電素子に面した側が最も低くなる。
In the power generation device according to the present invention, the radiation wavelength-selective material for selectively transmitting radiation in the wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power also serves as a heat storage layer, and does not transmit therethrough, ie, does not transmit light. Radiation in an invalid wavelength range that does not contribute to power generation by the power generation element is absorbed by the heat storage layer. The energy heats the heat storage layer. The heat storage layer is also heated by the flow of the working fluid (combustion gas), and the temperature of the heat storage layer is highest near the radiation radiating section and lowest on the side facing the photovoltaic element.

【0013】一方、作動流体は蓄熱層内での流動方向が
切り替えられるので、作動流体はすでに加熱されている
蓄熱層を通過するときに予熱される。すなわち、光発電
素子での発電に寄与しない無効な波長域の持つエネルギ
ーは、蓄熱層を通過する作動流体により効果的に回収さ
れる。そして、予熱された作動流体がふく射放射部に流
入して燃焼し、燃焼ガスの持つ熱エネルギーはふく射放
射部を加熱して、ふく射放射部からふく射エネルギーを
放出する。それにより、光発電素子による発電が起こる
とともに、前記のように光発電素子の発電に寄与しない
波長域のエネルギーは蓄熱層を加熱する。以下、それが
作動流体の流動方向の切り替えごとに反復する。すなわ
ち、本発明による発電装置では、発電に有効な波長域の
みが光発電素子に主として入射し、それ以外の波長域が
持つエネルギーは蓄熱層を媒体として作動流体の予熱に
用いられるために、投入する熱量、すなわち、作動流体
の流量もしくは可燃性成分の濃度、もしくは加熱装置に
投入する燃料の量を減少させることができ、システムと
しての効率が向上する。また、作動流体が効果的に予熱
されることから、産業機器、産業施設、もしくは自然界
から排出、発生する、通常利用できない程度の低濃度の
可燃性気体を含む記載を作動流体として用いて、発電を
行うことが可能となる。
On the other hand, since the flow direction of the working fluid in the heat storage layer is switched, the working fluid is preheated when passing through the already heated heat storage layer. That is, the energy having an invalid wavelength range that does not contribute to power generation by the photovoltaic element is effectively recovered by the working fluid passing through the heat storage layer. Then, the preheated working fluid flows into the radiation radiating portion and burns, and the thermal energy of the combustion gas heats the radiation radiating portion and releases the radiation energy from the radiation radiating portion. Thereby, the power generation by the photovoltaic element occurs, and the energy in the wavelength region that does not contribute to the power generation of the photovoltaic element heats the heat storage layer as described above. Hereinafter, this is repeated every time the flow direction of the working fluid is switched. That is, in the power generation device according to the present invention, only the wavelength range effective for power generation is mainly incident on the photovoltaic element, and the energy of the other wavelength ranges is used for preheating the working fluid using the heat storage layer as a medium. The amount of heat generated, that is, the flow rate of the working fluid or the concentration of the flammable component, or the amount of fuel to be supplied to the heating device can be reduced, and the efficiency of the system is improved. In addition, since the working fluid is effectively preheated, power is generated by using a description containing a low-concentration flammable gas that is discharged or generated from industrial equipment, industrial facilities, or the natural world and is not normally usable as the working fluid. Can be performed.

【0014】加熱された蓄熱層の温度は、ふく射放射部
に近いところが最も高く、光発電素子に面した側が最も
低い。そして、ふく射放射部に近い蓄熱層領域からはふ
く射が再射出されるが、そのふく射のうち、無効な波長
域のふく射は蓄熱層の他の領域に吸収され、光発電素子
には達しない。そのために、従来の光発電素子のよう
に、波長選択性のためのフィルターにおける、吸収・再
射出による発電効率の低下も回避することができ、ここ
でもシステム効率の向上が図られる。
The temperature of the heated heat storage layer is highest near the radiation radiating portion, and lowest on the side facing the photovoltaic element. Then, radiation is re-emitted from the heat storage layer region close to the radiation radiating portion. Among the radiation, radiation in an invalid wavelength range is absorbed by another region of the heat storage layer and does not reach the photovoltaic element. For this reason, it is possible to avoid a decrease in power generation efficiency due to absorption and re-emission in a filter for wavelength selectivity as in a conventional photovoltaic element, and the system efficiency is also improved here.

【0015】好ましくは、発電装置は、ふく射放射部に
対向して2つの蓄熱層が配置しており、各蓄熱層の外側
に光発電素子が対向して配置していることを特徴とす
る。このような形態とすることにより、蓄熱層内での作
動流体の流動方向の切り替えによる熱回収と、発電効率
との双方を高効率化することができる。
[0015] Preferably, the power generation device is characterized in that two heat storage layers are arranged opposite to the radiation radiating portion, and a photovoltaic element is arranged outside each of the heat storage layers. By adopting such a configuration, both the heat recovery by switching the flow direction of the working fluid in the heat storage layer and the power generation efficiency can be improved.

【0016】好ましい態様において、蓄熱層は、角型棒
状のふく射波長選択性材料を並行または格子状に組み合
わせた形状とされ、さらに好ましくは、該角型棒状のふ
く射波長選択性材料の端面が、そこを透過する波長域以
下の荒さに研磨される。別の態様では、蓄熱層は、平板
状のふく射波長選択性材料に複数の気体通過孔を設けた
目ざら状のものを複数枚並列に配置した形状のものとさ
れ、そこにおいて、好ましくは、平板状のふく射波長選
択性材料に設けた気体通過孔の内面が、そこを透過する
波長域以下の荒さに研磨される。
[0016] In a preferred embodiment, the heat storage layer has a shape obtained by combining square rod-shaped radiation wavelength-selective materials in parallel or in a lattice, and more preferably, the end face of the square rod-shaped radiation wavelength-selective material is It is polished to a roughness less than the wavelength range transmitting therethrough. In another embodiment, the heat storage layer has a shape in which a plurality of flat-plate-shaped radiation wavelength-selective materials provided with a plurality of gas-passing holes provided with a plurality of gas passage holes are arranged in parallel. The inner surface of the gas passage hole provided in the plate-shaped radiation wavelength-selective material is polished to a roughness equal to or less than the wavelength range through which the gas passes.

【0017】蓄熱層を上記のような形状とすることによ
り、ふく射放射部から放射されるふく射のうち、光発電
素子に向かわない方向成分が、上記の端面もしくは内面
において反射され、光発電素子へのふく射の入力量を増
加させることが可能となる。蓄熱層と光発電素子との間
に、光発電素子が有効に発電できない波長域のふく射に
対して反射性を持つリフレクターをさらに備えるように
してもよい。それにより、反射されたふく射は、蓄熱層
もしくはふく射放射部に吸収され、作動流体の予熱もし
くはふく射放射部の加熱に有効に用いることができるた
め、エネルギー効率を高めることが可能となる。
[0017] By forming the heat storage layer in the shape described above, of the radiation radiated from the radiation radiating portion, the directional component not directed to the photovoltaic element is reflected at the end face or the inner surface, and is transmitted to the photovoltaic element. It is possible to increase the input amount of radiation. A reflector may be further provided between the heat storage layer and the photovoltaic element, the reflector having reflectivity to radiation in a wavelength range where the photovoltaic element cannot effectively generate power. Thereby, the reflected radiation is absorbed by the heat storage layer or the radiation radiating portion, and can be effectively used for preheating the working fluid or heating the radiation radiating portion, so that the energy efficiency can be increased.

【0018】上記のように、本発明による発電装置で
は、蓄熱層を光発電素子が有効に発電する波長域に対し
て透過性を持つふく射波長選択性材料を用いて作ること
により、高い発電効率を得ることができる。しかし、蓄
熱層を構成するふく射波長選択性材料のみで、所要の短
波長(例えば、2ミクロン)以上のものをすべてカット
することは実際上は困難である。そのために、本発明に
よる発電装置の好ましい態様では、蓄熱層と光発電素子
との間に、光発電素子が有効に発電する波長域のふく射
に対して透過性を持つ赤外光フィルター、および/また
は、光発電素子が有効に発電できない波長域のふく射に
対して反射性を持つリフレクター、をさらに備えるよう
にしている。このようなフィルターを備えることによ
り、有効に発電する波長域のふく射をより限定的に光発
電素子へ入射させることが可能となり、光発電素子の温
度上昇による効率低下を抑制することができる。
As described above, in the power generation device according to the present invention, the heat storage layer is made of a radiation wavelength-selective material that is transparent to the wavelength region in which the photovoltaic element effectively generates power, thereby achieving high power generation efficiency. Can be obtained. However, it is practically difficult to cut all the materials having a required short wavelength (for example, 2 μm) or more with only the radiation wavelength selective material constituting the heat storage layer. For this purpose, in a preferred embodiment of the power generation device according to the present invention, an infrared light filter that is transparent between the heat storage layer and the photovoltaic element for radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power, and / or Alternatively, a reflector having reflectivity for radiation in a wavelength range where the photovoltaic element cannot generate power effectively is further provided. By providing such a filter, it becomes possible to make radiation in the wavelength range in which power is generated effectively incident on the photovoltaic element more restrictively, and it is possible to suppress a decrease in efficiency due to a rise in temperature of the photovoltaic element.

【0019】光発電素子の温度上昇を回避するために、
光発電素子に熱的に接して放熱フィンを設けたり、光発
電素子に熱的に接して冷却用媒体の流路を設けて冷却用
媒体を流下させることは効果的である。さらに、ふく射
放射部の加熱源である作動流体を上記の冷却用媒体とし
て用いることもできる。その場合には、作動流体が冷却
用の流路を通過することにより、光発電素子と作動流体
との間で熱交換が行われて作動流体が予熱され、それが
ふく射放射部に供給されることから、トータルとしての
効率が改善される。光発電素子の受光側とは反対の面に
低温側が面するようにしてペルチェ素子を積層して、該
ペルチェ素子を光発電素子から作動流体への熱輸送手段
として用いるようにしてもよい。この場合には、光発電
素子を発電効率の高い比較的低い温度に維持しながら、
作動流体を比較的高温度にまで予熱することができる利
点がある。ペルチェ素子に投入する電力は、ふく射放射
部の加熱として用いられるので、損失とはならない。
In order to avoid the temperature rise of the photovoltaic element,
It is effective to provide a radiation fin in thermal contact with the photovoltaic element, or to provide a cooling medium flow path in thermal contact with the photovoltaic element to allow the cooling medium to flow down. Further, a working fluid that is a heating source of the radiation radiating section can be used as the cooling medium. In that case, when the working fluid passes through the cooling flow path, heat exchange is performed between the photovoltaic element and the working fluid to preheat the working fluid, which is supplied to the radiation radiating portion. Therefore, the efficiency as a whole is improved. A Peltier element may be stacked on the surface opposite to the light receiving side of the photovoltaic element such that the low-temperature side faces, and the Peltier element may be used as a means for transporting heat from the photovoltaic element to the working fluid. In this case, while maintaining the photovoltaic element at a relatively low temperature with high power generation efficiency,
There is an advantage that the working fluid can be preheated to a relatively high temperature. The power supplied to the Peltier element is used for heating the radiation radiating portion, and therefore does not cause a loss.

【0020】ふく射放射部を加熱した後の作動流体は、
蓄熱層を予熱しながら系外に排出される。蓄熱層を通過
後の作動流体(例えば、燃焼ガス)は、通常、依然とし
て高い熱エネルギーを有しており、このまま放出するこ
とは、効率の低下を招く。従って、好ましい態様におい
て、本発明による発電装置は、ふく射波長選択性を持つ
第1の蓄熱層の低温側に、ふく射波長選択性を持たない
材料を用いた第2の蓄熱層がさらに備える。この形態で
は、作動流体(例えば、燃焼ガス)は第2の蓄熱層を通
過して系外に排出され、かつ、作動流体(例えば、未燃
焼の混合気)は予熱された第2の蓄熱層を通過して系内
に導入される。それにより、さらに熱効率の改善が図ら
れる。第2の蓄熱層は1つの第1の蓄熱層に対して1つ
であってもよく、直列あるいは並列に複数個が配置され
てもよい。
The working fluid after heating the radiation radiating section is:
It is discharged outside the system while preheating the heat storage layer. The working fluid (e.g., combustion gas) after passing through the heat storage layer usually still has high thermal energy, and discharging as it is results in a decrease in efficiency. Therefore, in a preferred embodiment, the power generation device according to the present invention further includes a second heat storage layer using a material having no radiation wavelength selectivity on the low temperature side of the first heat storage layer having the radiation wavelength selectivity. In this embodiment, the working fluid (for example, combustion gas) passes through the second heat storage layer and is discharged out of the system, and the working fluid (for example, the unburned mixture) is preheated to the second heat storage layer. And is introduced into the system. Thereby, the thermal efficiency is further improved. One second heat storage layer may be provided for one first heat storage layer, or a plurality of second heat storage layers may be arranged in series or in parallel.

【0021】本発明は、上記した発電装置を用いた発電
システムをも開示する。前記したように、本発明による
発電装置は作動流体の予熱を効果的に行うことができる
ので、常態では燃焼しないような可燃成分が希薄な混合
気を作動流体として用いても発電を継続することができ
る。従って、本発明による発電システムの好ましい態様
においては、他の産業機器、産業施設、もしくは自然界
から排出、発生する常態では燃焼しない希薄な可燃性成
分を含む気体を作動流体の全部または一部として用いる
ようにする。その際に、希薄な可燃性気体の可燃性成分
を濃縮した後に、発電装置に作動流体として導入するよ
うにしてもよい。
The present invention also discloses a power generation system using the above power generation device. As described above, the power generation device according to the present invention can effectively perform preheating of the working fluid, so that power generation can be continued even if a combustible component lean mixture that does not burn in a normal state is used as the working fluid. Can be. Therefore, in a preferred embodiment of the power generation system according to the present invention, a gas containing a lean combustible component which is not combusted in a normal state, which is discharged and generated from other industrial equipment, industrial facilities, or nature is used as all or a part of the working fluid. To do. At this time, after the flammable components of the lean flammable gas are concentrated, they may be introduced as a working fluid into the power generator.

【0022】前記した他の産業機器または施設から排出
あるいは発生する希薄な可燃性成分を含む気体として
は、固定電解質燃料セルからの排気流体や内燃機関から
の排気流体などのように可燃限界以下ではあるが可燃性
成分として炭化水素類、水素、一酸化炭素などを含むよ
うな流体や、し尿処理場、下水処理場、汚泥処理場、ラ
ンドフィル場、家畜飼育場、たい肥堆積場、穀類堆積
場、炭坑、湖沼などから発生する、微量のメタンなどの
炭化水素類を含有する流体、などがあげられる。
The gas containing a dilute flammable component discharged or generated from the other industrial equipment or facility described above is a gas having a flammable limit or less, such as an exhaust fluid from a fixed electrolyte fuel cell or an exhaust fluid from an internal combustion engine. Fluids that contain hydrocarbons, hydrogen, carbon monoxide, etc. as flammable components, human waste treatment plants, sewage treatment plants, sludge treatment plants, landfill plants, livestock breeding plants, compost heaps, and grain heaps And a fluid containing a small amount of hydrocarbons such as methane generated from coal mines and lakes.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、いくつかの実施の形態に基づき、本発明を詳細に説
明する。図1は本発明による発電装置の一実施の形態を
示しており、発電装置1は、作動流体により発熱しふく
射エネルギーを放出するふく射放射部10と、該ふく射
放射部10に対向して配置する一対の蓄熱層20A,2
0Bと、蓄熱層20A,20Bの背面側に配置した光発
電素子30とを備え、さらに、図示されないが、蓄熱層
内での作動流体の流動方向の切り替え手段とを備えてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on several embodiments with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a power generating apparatus according to the present invention. The power generating apparatus 1 is arranged so as to face a radiation radiating section 10 which emits radiation energy by generating heat by a working fluid. A pair of heat storage layers 20A, 2
0B and a photovoltaic element 30 disposed on the back side of the heat storage layers 20A and 20B. Further, although not shown, a means for switching the flow direction of the working fluid in the heat storage layer is provided.

【0024】作動流体は、炭化水素、水素、一酸化炭素
などの可燃性気体と酸素などの支燃性気体との混合気で
あり、ふく射放射部10内あるいはその近傍に供給され
て燃焼し、燃焼熱によりふく射放射部10を加熱する。
ふく射放射部10はこの例では多孔性であるかファイバ
ー状の固体であり、通気性と高熱伝達性を備える。そし
て、作動流体の燃焼熱を有効にふく射に変換する。ネオ
ジウム、エルビウム、イッテルビウム、ホスフェンなど
の希土類を添加して、ふく射変換率を高めるようにして
もよい。
The working fluid is a mixture of a combustible gas such as hydrocarbon, hydrogen and carbon monoxide and a supporting gas such as oxygen. The working fluid is supplied to the radiation radiating section 10 or in the vicinity thereof and burns. The radiation radiating section 10 is heated by the combustion heat.
The radiation radiating section 10 is a porous or fibrous solid in this example, and has air permeability and high heat transfer. Then, the combustion heat of the working fluid is effectively converted to radiation. A rare earth element such as neodymium, erbium, ytterbium, and phosphene may be added to increase the radiation conversion rate.

【0025】蓄熱層20A,20Bは、石英ガラス、結
晶化ガラス、低膨張ガラス、低温熱戦反射ガラスのよう
な材料で作られており、作動流体の通過が可能であると
ともに、所要のふく射波長域に対しては選択的透過性を
有し、他の波長域のふく射は吸収する。吸収されたふく
射は熱エネルギーに変換し蓄熱層を加熱する。所定温度
に達すると、ふく射を再放出する。光発電素子30は従
来知られたものであり、説明は省略する。蓄熱層内での
作動流体の流動方向の切り替え手段も従来知られた適宜
の流路切り替え手段であってよく、ここでは、説明は省
略する。
The heat storage layers 20A and 20B are made of a material such as quartz glass, crystallized glass, low-expansion glass, and low-temperature heat-reflection glass, and allow the passage of a working fluid and a required radiation wavelength range. Has a selective transmission property, and absorbs radiation in other wavelength ranges. The absorbed radiation is converted into heat energy to heat the heat storage layer. Upon reaching a predetermined temperature, radiation is re-emitted. The photovoltaic element 30 is conventionally known, and a description thereof will be omitted. The means for switching the flow direction of the working fluid in the heat storage layer may also be a conventionally known appropriate flow path switching means, and a description thereof will be omitted.

【0026】図1に示す発電装置1の運転状態を説明す
る。作動流体、例えばメタンと空気の希薄混合気が、切
り替え手段の操作により、蓄熱層20Aの背面側からふ
く射放射部10に向けて供給される(矢印A1)。供給
された混合気はふく射放射部10で燃焼し、燃焼熱によ
りふく射放射部10を例えば1500℃程度に昇温させ
る。それにより、多くの波長域のふく射が放射される。
燃焼ガスは他方の蓄熱層20Bを熱交換により加熱しな
がら通過してその背面から系外に放出される(矢印A
2)。
The operation of the power generator 1 shown in FIG. 1 will be described. A working fluid, for example, a lean mixture of methane and air, is supplied from the rear side of the heat storage layer 20A to the radiation radiating section 10 by operating the switching means (arrow A1). The supplied air-fuel mixture is burned in the radiation radiating section 10 and the temperature of the radiation radiating section 10 is raised to, for example, about 1500 ° C. by the combustion heat. Thereby, radiation in many wavelength ranges is emitted.
The combustion gas passes through the other heat storage layer 20B while being heated by heat exchange, and is released from the backside of the system (arrow A).
2).

【0027】所定時間経過後に、切り替え手段を操作し
て混合気の流れ方向を逆転する。それにより、作動流体
は加熱されている蓄熱層20Bの背面側からふく射放射
部10に向けて流れ(矢印B1)、その間に予熱され
る。予熱された混合気はふく射放射部10で燃焼し、ふ
く射放射部10から多くの波長域のふく射を放射させ
る。燃焼ガスは他方の蓄熱層20Aを熱交換により加熱
しながら通過してその背面から系外に放出される(矢印
B2)。上記混合気の流れ方向の切り替えにより、蓄熱
層20A,20Bには、ふく射放射部10側が高温、光
発電素子30側が低温となった温度が形成される。
After a lapse of a predetermined time, the switching means is operated to reverse the flow direction of the air-fuel mixture. Thereby, the working fluid flows from the back side of the heated heat storage layer 20B toward the radiation radiating section 10 (arrow B1), and is preheated during that time. The preheated air-fuel mixture is burned in the radiation radiating section 10 and causes the radiation radiating section 10 to radiate radiation in many wavelength ranges. The combustion gas passes through the other heat storage layer 20A while being heated by heat exchange, and is released from the back surface to the outside of the system (arrow B2). By switching the flow direction of the air-fuel mixture, a temperature is formed in the heat storage layers 20A and 20B such that the radiation radiating section 10 has a high temperature and the photovoltaic element 30 has a low temperature.

【0028】放射されたふく射は蓄熱層20A,20B
内に進入し、一部、すなわち、光発電素子30が有効に
発電する波長域のものは、矢印Xで示すように、蓄熱層
20を透過して光発電素子30に入射し発電に寄与す
る。他の波長域のものは、矢印Yで示すように、蓄熱層
20に吸収されて熱に変換し、光発電素子30に入射す
ることはない。それにより、光発電素子30が加熱され
るのは抑制され、昇温による光発電素子の発電効率の低
下を回避することができる。。
The emitted radiation is stored in the heat storage layers 20A and 20B.
And a part of the wavelength region where the photovoltaic element 30 effectively generates power passes through the heat storage layer 20 and enters the photovoltaic element 30 to contribute to power generation, as indicated by an arrow X. . Those in other wavelength ranges are absorbed by the heat storage layer 20 and converted into heat as shown by the arrow Y, and do not enter the photovoltaic element 30. Thereby, the heating of the photovoltaic element 30 is suppressed, and a decrease in the power generation efficiency of the photovoltaic element due to the temperature rise can be avoided. .

【0029】無効な波長域のふく射を吸収して蓄熱層2
0は加熱され、ふく射を再射出する。再射出されたふく
射のうち、有効な波長域は蓄熱層を透過して光発電素子
30に入射し発電に寄与する。しかし、無効な波長域の
ふく射はやはり蓄熱層の他の部分で吸収されるので光発
電素子30に入射することはない。蓄熱層20内で熱に
変換したエネルギーは混合気(作動流体)の予熱するの
で、発電に寄与する波長域以外のふく射も有効利用され
ることとなり、全体としての熱効率は大きく向上する。
光発電素子30は、好ましくは、それぞれが電力端子を
有する複数個の光発電素子で構成されており、個々の光
発電素子の電力端子を直列または直並列に接続させて、
昇圧した電圧を得るようにしている。
The heat storage layer 2 absorbs radiation in an invalid wavelength range and
0 is heated and re-injects radiation. Of the re-emitted radiation, an effective wavelength region passes through the heat storage layer and enters the photovoltaic element 30 to contribute to power generation. However, radiation in an invalid wavelength range is also absorbed by other portions of the heat storage layer, and does not enter the photovoltaic element 30. Since the energy converted into heat in the heat storage layer 20 preheats the air-fuel mixture (working fluid), radiation other than the wavelength range that contributes to power generation is effectively used, and the overall thermal efficiency is greatly improved.
The photovoltaic element 30 is preferably composed of a plurality of photovoltaic elements each having a power terminal, and connecting the power terminals of the individual photovoltaic elements in series or in series / parallel,
I try to get the boosted voltage.

【0030】図2および図3は、蓄熱層20の内部のい
くつかの例を示す。図2aでは、角型棒状のふく射波長
選択性材料21を間隔をおいて並行に多数本配置してお
り、図2bでは、同じ角型棒状のふく射波長選択性材料
21を間隔をおいて格子状に多数本組み合わせた形状で
ある。必須ではないが、いずれにおいても角型棒状のふ
く射波長選択性材料21のふく射放射部から光発電素子
に向かうふく射方向成分27に平行な端面22を透過す
る波長域以下の荒さに研磨しておく。このような形状と
することにより、ふく射放射部から放射されるふく射の
うち、光発電素子に向かわず、流路壁面に吸収されてし
まう方向の成分が端面22で反射されることとなり、光
発電素子へのふく射入射量を増加させることが可能とな
る。
FIGS. 2 and 3 show some examples of the inside of the heat storage layer 20. In FIG. 2a, a large number of square rod-shaped radiation wavelength-selective materials 21 are arranged in parallel at intervals, and in FIG. 2b, the same square rod-shaped radiation wavelength-selective materials 21 are arranged in grids at intervals. It is a shape in which many are combined. Although not essential, in any case, the surface is polished to a roughness equal to or less than the wavelength range that transmits the end face 22 parallel to the radiation direction component 27 from the radiation radiating portion of the rectangular rod-shaped radiation wavelength-selective material 21 toward the photovoltaic element. . By adopting such a shape, of the radiation radiated from the radiation radiating portion, a component in a direction in which the radiation is not directed toward the photovoltaic element but is absorbed by the flow path wall surface is reflected by the end face 22. It is possible to increase the amount of radiation incident on the element.

【0031】図3aは、平板状のふく射波長選択性材料
23に、複数の円形の気体通過孔24を設けた目ざら状
のものであり、図3bは、細長い長孔25を気体通過孔
として複数個形成したものであり、図3cは、ほぼ正方
形である気体通過孔26を複数個形成したものである。
図3dは、これらの平板状のふく射波長選択性材料23
のうち、同種のもの、あるいは異種のものを、複数枚並
列に配置し、蓄熱層20を形成したものである。図3d
において、29はふく射のうち光発電素子に向かう方向
成分を示す。図3dにおいて、好ましくは、軸線方向に
連通する気体通過空間が形成されないように、各平板状
のふく射波長選択性材料23を配置する。また、各平板
状のふく射波長選択性材料23の周側面および気体通過
孔24、25、26の内面を、透過する波長域以下の荒
さに研磨する。この形状の蓄熱層20においても、ふく
射放射部から放射されるふく射のうち、光発電素子に向
かわず、流路壁面に吸収されてしまう方向の成分が端面
24、25、26で反射されることとなり、光発電素子
へのふく射入射量を増加させることが可能となる。な
お、図2および図3に示すふく射波長選択性材料の形状
と構成は好ましい態様であって、単にブロック状のふく
射波長選択性材料により蓄熱層を形成する場合でも、所
期の目的が達成されることはいうまでもない。
FIG. 3A shows a coarse shape in which a plurality of circular gas passage holes 24 are provided in a plate-shaped radiation wavelength-selective material 23, and FIG. 3B shows an elongated slot 25 as a gas passage hole. FIG. 3C shows a case where a plurality of substantially square gas passage holes 26 are formed.
FIG. 3d shows these planar radiation wavelength-selective materials 23.
Among them, a plurality of the same type or different types are arranged in parallel to form the heat storage layer 20. FIG. 3d
, 29 indicates a direction component of the radiation toward the photovoltaic element. In FIG. 3d, preferably, each plate-shaped radiation wavelength-selective material 23 is arranged so that a gas passage space communicating in the axial direction is not formed. Further, the peripheral side surface of each plate-shaped radiation wavelength-selective material 23 and the inner surfaces of the gas passage holes 24, 25 and 26 are polished to a roughness of a wavelength range not more than the wavelength range to be transmitted. Also in the heat storage layer 20 having this shape, the component of the radiation radiated from the radiation radiating portion that is not directed to the photovoltaic element but is absorbed by the flow path wall surface is reflected by the end faces 24, 25, and 26. Thus, the amount of radiation incident on the photovoltaic element can be increased. Note that the shape and configuration of the radiation wavelength-selective material shown in FIGS. 2 and 3 are preferred embodiments, and the intended purpose is achieved even when the heat storage layer is simply formed of a block-like radiation wavelength-selective material. Needless to say.

【0032】図4は、本発明による発電装置の他の実施
の形態を示しており、ここでは、蓄熱層20と光発電素
子30との間に、光発電素子30が有効に発電する波長
域のふく射に対して透過性を持つ赤外光フィルター35
をさらに備えている点で、図1に示したものと相違して
いる。実機において、蓄熱層20を構成するふく射波長
選択性材料のみで、例えば2ミクロン以上の波長域のも
のをすべてカットすることは実際上は困難であり、わず
かとはいえ、発電に寄与しない長い波長のものが蓄熱層
20を透過してしまうことを避けられない。上記のよう
に光発電素子30が有効に発電する波長域に対して透過
性を持つ赤外光フィルター35を配置することにより、
波長の長いふく射が光発電素子30に入射するのを回避
することができ、光発電素子30が必要以上に昇温する
のが避けられる。赤外光フィルター35としては、例え
ば誘電体フィルターが用いられる。
FIG. 4 shows another embodiment of the power generation device according to the present invention. In this embodiment, a wavelength range in which the photovoltaic element 30 effectively generates power is provided between the heat storage layer 20 and the photovoltaic element 30. Infrared filter 35 that is transparent to radiation
Is different from the one shown in FIG. In an actual machine, it is practically difficult to cut all radiation wavelength-selective materials constituting the heat storage layer 20, for example, those having a wavelength range of 2 μm or more. Is inevitable to pass through the heat storage layer 20. As described above, by arranging the infrared light filter 35 having a transmittance with respect to the wavelength range in which the photovoltaic element 30 effectively generates power,
It is possible to prevent radiation having a long wavelength from being incident on the photovoltaic element 30 and to prevent the temperature of the photovoltaic element 30 from rising more than necessary. As the infrared light filter 35, for example, a dielectric filter is used.

【0033】光発電素子30が有効に発電する波長域の
ふく射に対して透過性を持つ赤外光フィルター35に代
えて、あるいは、そのフィルター35に加えて、光発電
素子が有効に発電できない波長域のふく射に対して反射
性(矢印Z)を持つリフレクター36を備えるようにし
てもよい。この場合にも、同じ理由により、光発電素子
30の温度上昇による効率低下は抑制される。リフレク
ター36としては、例えば低温熱線反射ガラス、誘電体
フィルター、金属や金属酸化物薄膜などが用いられる。
In place of, or in addition to, the infrared light filter 35, which is transparent to radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element 30 effectively generates power, a wavelength at which the photovoltaic element cannot generate power effectively. A reflector 36 having reflectivity (arrow Z) to the radiation in the area may be provided. Also in this case, for the same reason, a decrease in efficiency due to a rise in the temperature of the photovoltaic element 30 is suppressed. As the reflector 36, for example, a low-temperature heat ray reflective glass, a dielectric filter, a metal or metal oxide thin film, or the like is used.

【0034】さらに、作動流体の流路を囲む壁面に、光
発電素子が有効に発電する波長域のふく射に対して反射
性を持つリフレクター(不図示)をさらに備えるように
してもよい。このようなリフレクターを配置することに
より、発電に有効な波長域のふく射が系外に放散するの
を阻止することができる。リフレクターとしては、例え
ば熱線反射ガラス、誘電体フィルター、金属や金属酸化
物薄膜などが用いられる。
Further, a reflector (not shown) having reflectivity to radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power may be further provided on a wall surface surrounding the flow path of the working fluid. By arranging such a reflector, it is possible to prevent radiation in a wavelength range effective for power generation from radiating outside the system. As the reflector, for example, a heat ray reflective glass, a dielectric filter, a metal or metal oxide thin film, or the like is used.

【0035】図5は、本発明による発電装置のさらに他
の実施の形態を示しており、ここでは、光発電素子30
の背面に熱的に接触した状態で放熱フィン31を設ける
とともに、該放熱フィン31と熱交換のできる位置に、
光発電素子30の冷却用媒体流路32が設けられている
点で、図1に示したものと異なっている。この形態で
は、光発電素子30を積極的に冷却することができるの
で、光発電素子30の温度上昇による発電効率低下を確
実に抑制することができる。冷却用媒体としては、空気
のような気体でもよく、冷却水のような液体であっても
よい。また、作動流体(混合気)を冷却用媒体として用
いることもできる。
FIG. 5 shows still another embodiment of the power generation device according to the present invention.
The radiating fins 31 are provided in a state in which they are in thermal contact with the back surface of the
It differs from that shown in FIG. 1 in that a cooling medium flow path 32 of the photovoltaic element 30 is provided. In this embodiment, since the photovoltaic element 30 can be actively cooled, a decrease in power generation efficiency due to a rise in temperature of the photovoltaic element 30 can be reliably suppressed. The cooling medium may be a gas such as air or a liquid such as cooling water. Further, the working fluid (air-fuel mixture) can be used as a cooling medium.

【0036】図6は、作動流体(混合気)を冷却用媒体
として用いる場合を示している。この場合に、混合気
は、光発電素子30の背面に形成された流路32を通過
して(矢印AP)、蓄熱層20Aの背面側からふく射放
射部10に向けて流れる(矢印A1)。もし、そのとき
に光発電素子30が混合気の温度以上に加熱されている
場合には、そこで熱交換が行われ、光発電素子30は降
温し、混合気は予熱される。予熱された混合気はそのま
ま蓄熱層20Aに流入するので、高い熱回収率が得ら
れ、効率が向上する。混合気の流動方向を切り替えた場
合には、蓄熱層20B側の流路32において、矢印B
A、B1で示す流れにより、同様な熱回収が行われる。
FIG. 6 shows a case where a working fluid (air-fuel mixture) is used as a cooling medium. In this case, the air-fuel mixture passes through the flow path 32 formed on the back surface of the photovoltaic element 30 (arrow AP), and flows from the back side of the heat storage layer 20A toward the radiation radiating section 10 (arrow A1). If the photovoltaic element 30 is heated to a temperature equal to or higher than the temperature of the air-fuel mixture at that time, heat exchange is performed there, and the temperature of the photovoltaic element 30 drops, and the air-fuel mixture is preheated. Since the preheated air-fuel mixture directly flows into the heat storage layer 20A, a high heat recovery rate is obtained, and the efficiency is improved. When the flow direction of the air-fuel mixture is switched, the arrow B
Similar heat recovery is performed by the flows indicated by A and B1.

【0037】図7は、本発明による発電装置のさらに他
の実施の形態を示しており、ここでは、ふく射波長選択
性を持つ前記第1の蓄熱層20の低温側に、ふく射波長
選択性を持たない材料を用いた第2の蓄熱層40をさら
に備えており、作動流体(混合気および燃焼ガス)は第
2の蓄熱層40をも通過するように構成されている点
で、上記した形態と異なっている。なお、図7では、作
動流体のための配管系および流動方向切り替え手段も示
している。
FIG. 7 shows still another embodiment of the power generation device according to the present invention. Here, the radiation wavelength selectivity is provided on the low temperature side of the first heat storage layer 20 having the radiation wavelength selectivity. The above-described embodiment is further provided with a second heat storage layer 40 using a material that does not have the same, and the working fluid (air-fuel mixture and combustion gas) is configured to pass through the second heat storage layer 40 as well. Is different. FIG. 7 also shows a piping system for the working fluid and a flow direction switching unit.

【0038】この例において、蓄熱層20と光発電素子
30との間には、石英ガラスからなる仕切板41が取り
付けてあり、該仕切板41の背面に密閉箱42(光発電
素子30の冷却用媒体のための流路32としての機能を
果たす)を配置して、その中に光発電素子30が収容さ
れている。好ましくは図示のように、光発電素子30の
前面に赤外光フィルター35も配置する。左右の密閉箱
42A、42Bの一方端には、作動流体(混合気)の供
給ライン50から分岐した流入管路51A、51Bが接
続しており、他方端には流出管路52A、52Bが接続
している。流出管路52A、52Bの他端側は管路53
により連通しており、該管路53からは2本の分岐管5
4A、54Bが分岐している。各分岐管の他端側は流入
側開閉弁55A、55Bを介して第2の蓄熱層40A、
40Bの一端側に連通しており、該第2の蓄熱層40
A、40Bの他端側は管路56A、56Bを介して、そ
れぞれ蓄熱層20A、20Bの背面側に連通している。
さらに、第2の蓄熱層40A、40Bには、流出側開閉
弁58A、58Bを備えた排気管路57A、57Bの一
方端が接続しており、該排気管路57A、57Bの他端
側は共通の作動流体(燃焼ガス)の排出ライン59に接
続している。
In this example, a partition plate 41 made of quartz glass is attached between the heat storage layer 20 and the photovoltaic device 30, and a closed box 42 (cooling of the photovoltaic device 30) is provided on the back of the partition plate 41. (Which functions as a flow path 32 for an application medium), and the photovoltaic element 30 is accommodated therein. Preferably, as shown, an infrared light filter 35 is also provided on the front surface of the photovoltaic element 30. One end of each of the left and right sealed boxes 42A and 42B is connected to inflow conduits 51A and 51B branched from a supply line 50 for a working fluid (air mixture), and the other end is connected to outflow conduits 52A and 52B. are doing. The other ends of the outlet pipes 52A and 52B are connected to a pipe 53.
And two branch pipes 5 are connected from the pipe 53.
4A and 54B are branched. The other end of each branch pipe is connected to the second heat storage layer 40A via the inflow-side on-off valves 55A and 55B.
40B, and is connected to one end of the second heat storage layer 40B.
The other ends of the heat storage layers A and 40B communicate with the back sides of the heat storage layers 20A and 20B via conduits 56A and 56B, respectively.
Further, one ends of exhaust pipes 57A, 57B provided with outflow-side on-off valves 58A, 58B are connected to the second heat storage layers 40A, 40B, and the other ends of the exhaust pipes 57A, 57B are connected to the other end. It is connected to a common working fluid (combustion gas) discharge line 59.

【0039】図7に示す発電装置1の運転状態を説明す
る。供給ライン50からの作動流体(混合気)(通常、
室温25℃程度)が分岐した流入管路51A、51Bを
通って左右の密閉箱42A、42B内に流入する。そこ
を通過するときに、光発電素子30(高い発電効率が得
られる100℃以下に維持されているのが好ましい)お
よび赤外光フィルター35と熱交換を行い、混合気は予
熱(例えば、50℃程度)される。ここで、図示のよう
に、流入側開閉弁55Aは開、流入側開閉弁55Bは
閉、流出側開閉弁58Aが閉、流出側開閉弁58Bが
開、の状態にそれぞれ設定されているとすると、予熱さ
れた混合気は管路52A、Bおよび53A、B、から管
路54Aおよび開閉弁55Aを通って、第2の蓄熱層4
0Aに流入する。前の回の逆方向の作動流体(燃焼ガ
ス)の通過により第2の蓄熱層40Aは流入する混合気
の温度以上の温度にすでに予熱されており、第2の蓄熱
層40Aを通過することにより、混合気はさらに高温に
予熱される。そのようにして予熱された混合気が蓄熱層
20Aの背面側から流入する。流入した予熱混合気が、
蓄熱層20A,ふく射放射部10,蓄熱層20Bを通過
するときの態様、および光発電素子30による発電の態
様は、上述した発電装置と同様である。
An operation state of the power generator 1 shown in FIG. 7 will be described. Working fluid (mixture) from the supply line 50 (usually,
(At room temperature of about 25 ° C.) flows into the left and right sealed boxes 42A and 42B through the branched inflow pipes 51A and 51B. When passing therethrough, heat exchange is performed with the photovoltaic element 30 (preferably maintained at 100 ° C. or lower where high power generation efficiency is obtained) and the infrared light filter 35, and the air-fuel mixture is preheated (for example, 50 ° C.). ° C). Here, as shown in the figure, it is assumed that the inflow-side on-off valve 55A is set to the open state, the inflow-side on-off valve 55B is closed, the outflow-side on-off valve 58A is closed, and the outflow-side on-off valve 58B is set to the open state. The preheated air-fuel mixture passes through the pipes 52A, B and 53A, B, through the pipe 54A and the on-off valve 55A, and passes through the second heat storage layer 4.
Flow into OA. The second heat storage layer 40A has already been preheated to a temperature equal to or higher than the temperature of the inflowing air-fuel mixture by the passage of the working fluid (combustion gas) in the opposite direction in the previous round, and by passing through the second heat storage layer 40A The mixture is then preheated to a higher temperature. The air-fuel mixture thus preheated flows in from the rear side of the heat storage layer 20A. The preheated air-fuel mixture
The mode when passing through the heat storage layer 20A, the radiation radiating section 10, and the heat storage layer 20B, and the mode of power generation by the photovoltaic element 30 are the same as those of the above-described power generation device.

【0040】他方の蓄熱層20Bから排出(矢印A2)
されるときの作動流体(燃焼ガス)の温度は、蓄熱層2
0Bで熱回収されるとはいえ依然として高温(400℃
程度)であり、そのまま系外に放出すると熱損失とな
る。そこで、この形態の発電装置では、燃焼ガスを管路
56Bを通して第2の蓄熱層40Bに流入させ、そこで
熱交換を行い排熱回収を行う。熱が回収された燃焼ガス
は排気管路57B、排出ライン59を介して、系外に排
出される。所要時間経過後に、開閉弁55Aを閉、開閉
弁55Bを開、第2の開閉弁58Aを開、第2の開閉弁
58Bを閉、の状態に切り替える。それにより、蓄熱層
20および第2の蓄熱層40内での作動流体の流動方向
が切り替えられて放熱と熱回収のパターンが逆転する。
しかし、光発電素子30による発電は連続して行われ
る。この態様の発電装置では、高効率での熱回収を行う
ことができ、かつ、燃焼前の混合気を高い温度にまで予
熱することができることから、高効率での運転が可能と
なることに加え、可燃限界以下の超希薄混合気であって
も、それを作動流体として支障なく用いることができ
る。
Discharged from the other heat storage layer 20B (arrow A2)
The temperature of the working fluid (combustion gas) at the time of
OB but still high temperature (400 ° C
), And if it is released outside the system as it is, heat loss will occur. Therefore, in the power generation device of this embodiment, the combustion gas is caused to flow into the second heat storage layer 40B through the conduit 56B, where heat exchange is performed and exhaust heat recovery is performed. The combustion gas from which the heat has been recovered is discharged out of the system via the exhaust pipe 57B and the discharge line 59. After the required time has elapsed, the state is switched to a state in which the on-off valve 55A is closed, the on-off valve 55B is opened, the second on-off valve 58A is opened, and the second on-off valve 58B is closed. Thereby, the flow direction of the working fluid in the heat storage layer 20 and the second heat storage layer 40 is switched, and the pattern of heat release and heat recovery is reversed.
However, power generation by the photovoltaic element 30 is performed continuously. In the power generator of this aspect, heat recovery can be performed with high efficiency, and the air-fuel mixture before combustion can be preheated to a high temperature, so that high-efficiency operation can be performed. Even if it is an ultra-lean mixture below the flammable limit, it can be used as a working fluid without any problem.

【0041】図8は、本発明による発電装置のさらに他
の実施の形態を示しており、ここでは、光発電素子30
の背面に熱輸送手段としてペルチェ素子60が積層され
ている点で、上述した発電装置と異なっている。なお、
ペルチェ素子60は、低温側が光発電素子30の背面に
接するようにして積層される。すでに記載したように、
光発電素子30において有効に発電に用いられなかった
熱エネルギー(光発電素子を加熱するだけの熱)は、可
能な限り作動流体の予熱に用いることが望ましい。今、
作動流体を40℃温度上昇させるだけの熱量を光発電素
子30から作動流体に移動させると仮定する。作動流体
(混合気)は室温25℃で流入するとすると、作動流体
の温度を(25℃+40℃=)65℃に予熱するには、
光発電素子30の温度が65℃以上になっていなけれ
ば、熱を輸送することはできない。一方、光発電素子3
0自身の温度は低い方が効率がよいので、光発電素子3
0をより低い温度に維持しながら、作動流体には所要の
熱輸送を行うことができれば、最も好ましい発電態様が
得られる。
FIG. 8 shows still another embodiment of the power generation device according to the present invention.
Is different from the above-described power generation device in that a Peltier element 60 is stacked as a heat transport means on the back surface of the power generation device. In addition,
The Peltier elements 60 are stacked such that the low-temperature side is in contact with the back surface of the photovoltaic element 30. As already mentioned,
It is desirable that the heat energy not effectively used for power generation in the photovoltaic element 30 (heat enough to heat the photovoltaic element) be used for preheating the working fluid as much as possible. now,
It is assumed that an amount of heat enough to raise the temperature of the working fluid by 40 ° C. is transferred from the photovoltaic element 30 to the working fluid. Assuming that the working fluid (air-fuel mixture) flows in at room temperature 25 ° C, to preheat the working fluid temperature to (25 ° C + 40 ° C =) 65 ° C,
If the temperature of the photovoltaic element 30 has not reached 65 ° C. or higher, heat cannot be transported. On the other hand, the photovoltaic element 3
0, the lower the temperature, the higher the efficiency.
If the required heat transport can be performed on the working fluid while maintaining 0 at a lower temperature, the most preferable power generation mode is obtained.

【0042】光発電素子30の背面(受光側とは反対の
面)にペルチェ素子60を熱輸送手段として積層するこ
とにより、上記のことが達成できる。すなわち、高温側
と低温側の温度差が10℃程度の場合には、ペルチェ素
子の効率は、COP=4(1の電力を投入して、4の熱
を低温側から高温側に移動できる)程度であり、光発電
素子30の温度が例えば55℃(高い発電効率が得られ
る)であっても、効果的に、光発電素子30を冷却しな
がら、作動流体を(光発電素子30の温度以上に)予熱
することが可能となる。ペルチェ素子の作動のために投
入する電力は、ふく射放射部や蓄熱層の加熱として用い
られるので、熱損失が生じることはない。
The above can be achieved by laminating the Peltier device 60 as a heat transport means on the back surface (the surface opposite to the light receiving side) of the photovoltaic device 30. That is, when the temperature difference between the high-temperature side and the low-temperature side is about 10 ° C., the efficiency of the Peltier element is COP = 4 (the power of 4 can be moved from the low-temperature side to the high-temperature side by supplying 1 power). Even if the temperature of the photovoltaic element 30 is, for example, 55 ° C. (a high power generation efficiency is obtained), the working fluid (the temperature of the photovoltaic element 30 (Above) It becomes possible to preheat. Since the electric power input for operating the Peltier element is used for heating the radiation radiating portion and the heat storage layer, no heat loss occurs.

【0043】図8に示す例において、蓄熱層20と光発
電素子30との間に赤外光フィルター35が配置されて
おり、その背面に熱的に接触して密閉箱42(光発電素
子30の冷却用媒体のための流路32としての機能を果
たす)を配置し、その中に、低温側が光発電素子30の
受光側とは反対の面になるようにペルチェ素子60を積
層した光発電素子30が収容されている。左右の密閉箱
42A、42Bの一方端には、作動流体(混合気)の供
給ライン50から分岐した流入管路51A、51Bが接
続しており、他方端は共通の流出管路53により連通し
ている。流出管路53からは2本の分岐管54A、54
Bが分岐しており、各分岐管の他端側は、流入側開閉弁
55A、55Bを介して、それぞれ蓄熱層20A、20
Bの背面側の一端に連通している。蓄熱層20A、20
Bの背面側の他端には、流出側開閉弁58A、58Bを
備えた排気管路57A、57Bの一方端が接続してお
り、該排気管路57A、57Bの他端側は共通の作動流
体(燃焼ガス)の排出ライン59に接続している。
In the example shown in FIG. 8, an infrared light filter 35 is disposed between the heat storage layer 20 and the photovoltaic element 30, and the rear surface thereof is in thermal contact with the closed box 42 (photovoltaic element 30). Which functions as a flow path 32 for a cooling medium), in which a Peltier element 60 is stacked such that the low-temperature side is opposite to the light-receiving side of the photovoltaic element 30. The element 30 is housed. One end of each of the left and right closed boxes 42A, 42B is connected to inflow conduits 51A, 51B branched from a supply line 50 for a working fluid (air mixture), and the other ends are communicated by a common outflow conduit 53. ing. Two branch pipes 54A, 54 are provided from the outflow pipe 53.
B is branched, and the other end of each branch pipe is connected to the heat storage layers 20A, 20A via the inflow-side on-off valves 55A, 55B, respectively.
B communicates with one end on the back side. Thermal storage layer 20A, 20
One end of exhaust pipes 57A, 57B provided with outflow-side on-off valves 58A, 58B is connected to the other end on the back side of B, and the other ends of the exhaust pipes 57A, 57B share a common operation. It is connected to a fluid (combustion gas) discharge line 59.

【0044】図8に示す発電装置1の運転状態を説明す
る。供給ライン50からの作動流体(混合気)は分岐し
た流入管路51A、51Bを通って左右の密閉箱42
A、42B内に流入する。そこを通過するときに、ペル
チェ素子60による熱の移動を受け混合気は予熱され
る。ここで、図示のように、流入側開閉弁55Aは開、
流入側開閉弁55Bは閉、流出側開閉弁58Aが閉、流
出側開閉弁58Bが開、の状態にそれぞれ設定されてい
るとすると、予熱された混合気は、管路53、54A、
開閉弁55Aを通って、蓄熱層20Aの背面側から流入
する。流入した予熱混合気が、蓄熱層20A,ふく射放
射部10,蓄熱層20Bを通過するときの態様、および
光発電素子30による発電の態様は、上述した発電装置
の同様である。他方の蓄熱層20Bから排出される作動
流体(燃焼ガス)は、排気管路57B、流出側開閉弁5
8B、排出ライン59を介して、系外に排出される。所
要時間経過後に、流入側開閉弁55Aを閉、流入側開閉
弁55Bを開、流出側開閉弁58Aを開、流出側開閉弁
58Bを閉、の状態に切り替えて運転することは、上記
した発電装置の場合と同じである。
The operation of the power generator 1 shown in FIG. 8 will be described. The working fluid (air-fuel mixture) from the supply line 50 passes through the branched inflow pipes 51A and 51B, and the left and right sealed boxes 42
A, 42B. When passing therethrough, the mixture is preheated by the transfer of heat by the Peltier element 60. Here, as shown in FIG.
Assuming that the inflow-side on-off valve 55B is closed, the outflow-side on-off valve 58A is closed, and the outflow-side on-off valve 58B is open, the preheated air-fuel mixture flows through the pipelines 53, 54A,
The heat flows from the back side of the heat storage layer 20A through the on-off valve 55A. The mode when the flowing preheated air-fuel mixture passes through the heat storage layer 20A, the radiation radiating section 10, and the heat storage layer 20B, and the mode of power generation by the photovoltaic element 30 are the same as those of the above-described power generation device. The working fluid (combustion gas) discharged from the other heat storage layer 20B is supplied to the exhaust pipe 57B
8B, discharged through the discharge line 59 to the outside of the system. After the required time has elapsed, the operation is switched to the state of closing the inflow-side on-off valve 55A, opening the inflow-side on-off valve 55B, opening the outflow-side on-off valve 58A, and closing the outflow-side on-off valve 58B. Same as for the device.

【0045】図9は、本発明による発電装置のさらに他
の実施の形態を示しており、ここでは、加熱用のバーナ
ー61がふく射放射部10の近傍に備えられている点で
図1に示したものと相違している。このバーナー61の
燃焼熱により、起動時に、ふく射放射部10を予め加熱
しておくことにより、可燃性成分が低濃度である希薄混
合気を運転当初から作動流体として用いることが可能と
なる。あるいは、ふく射放射部10の加熱を当該バーナ
61により連続的に行ってもよい。
FIG. 9 shows still another embodiment of the power generating apparatus according to the present invention. Here, a heating burner 61 is provided in the vicinity of the radiation radiating section 10 in FIG. Is different from By heating the radiation radiating section 10 in advance by the combustion heat of the burner 61 at the time of startup, a lean mixture having a low concentration of combustible components can be used as a working fluid from the beginning of operation. Alternatively, the radiation radiating unit 10 may be continuously heated by the burner 61.

【0046】図10は、上記の発電装置を用いて発電を
行う発電システムの一例を説明している。ここでは、他
の産業機器または施設の例として従来型の発電装置を用
い、そこから排出する排気ガスを、本発明による発電装
置の作動流体として用いている。すなわち、既存型の発
電装置100は、燃料101をエネルギー源として電力
111と熱121および排気ガス102発生する。既存
型の発電装置としては内燃機関を駆動源とするものや燃
料電池などがあるが、いずれの発電装置も排気ガス10
2中に多少なりとも可燃性ガス(炭化水素類、水素、C
Oなど)を含んでいる。その排気ガス102は、作動流
体として本発明による発電装置1に送られ燃料源とな
る。発電装置1は、電力112と熱122および排気ガ
ス103を発生する。
FIG. 10 illustrates an example of a power generation system that generates power using the above-described power generation device. Here, a conventional power generation device is used as an example of another industrial device or facility, and exhaust gas discharged therefrom is used as a working fluid of the power generation device according to the present invention. That is, the existing power generation device 100 generates electric power 111, heat 121, and exhaust gas 102 using the fuel 101 as an energy source. Existing power generation devices include those using an internal combustion engine as a drive source, fuel cells, and the like.
Flammable gas (hydrocarbons, hydrogen, C
O etc.). The exhaust gas 102 is sent as a working fluid to the power generator 1 according to the present invention, and becomes a fuel source. The power generation device 1 generates electric power 112, heat 122, and exhaust gas 103.

【0047】上記のように、本発明による発電装置は作
動流体の予熱を効果的に行うことができるので、常態で
は燃焼しない可燃限界以下の混合気を作動流体として用
いても発電を継続することができるので、高い効率での
発電が可能となる。さらに、発電装置1で既存の発電装
置100からの排気ガス102を燃焼処理するため、最
終的な排気ガス103はより清浄なものとなる。このよ
うに、本発明による発電装置1と既存型の発電装置10
0と組合わせることで、排気ガスの浄化を行いつつ、高
効率なエネルギー回収を行うことが可能となる。
As described above, the power generation device according to the present invention can effectively preheat the working fluid, and therefore, the power generation can be continued even if a mixture that is not combustible under normal conditions and is less than the flammable limit is used as the working fluid. Power generation can be performed with high efficiency. Furthermore, since the exhaust gas 102 from the existing power generation device 100 is subjected to the combustion processing in the power generation device 1, the final exhaust gas 103 becomes cleaner. Thus, the power generator 1 according to the present invention and the existing power generator 10
By combining with 0, highly efficient energy recovery can be performed while purifying the exhaust gas.

【0048】なお、本発明による発電装置で発生した排
熱は上記した作動流体の予熱だけでなく、その温度レベ
ルに応じて様々な熱利用が可能である。各排ガス温度に
おける利用例を表1に示す。排熱の利用法の詳細は『天
然ガスコジェネレーション排熱利用設計マニュアル』
(社団法人日本エネルギー学会編、日本工業出版社)に記
載されている。なお、高温の排ガスであれば冷却過程を
経ることにより低温側での利用形態で利用することも当
然可能である。また、蒸気・温水を製造すれば、蒸気・
温水を利用した吸収式ヒートポンプや、蒸留・分離技
術、デシカント空調等の各種の熱プロセス・熱機器への
利用が可能なことはいうまでもない。
The exhaust heat generated by the power generator according to the present invention can be used not only for preheating the working fluid described above but also for various heats according to the temperature level. Table 1 shows usage examples at each exhaust gas temperature. For details on how to use waste heat, see the Natural Gas Cogeneration Waste Heat Utilization Design Manual.
(Edited by The Japan Institute of Energy, Japan Industrial Publishing Company). Naturally, high-temperature exhaust gas can be used in a low-temperature-side usage form through a cooling process. In addition, if steam and hot water are produced,
Needless to say, it can be used for various heat processes and equipment such as an absorption heat pump using hot water, distillation / separation technology, and desiccant air conditioning.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】図11は、本発明による発電装置で発生し
た排ガスが高温時のときの熱利用の形態を示す一例であ
る。本発明による発電装置から発生する排ガスで蒸気ボ
イラを駆動する。なお本例では、排ガスの熱が不足した
場合のバックアップとして予備の燃料(燃焼機)を備え
ている。製造した蒸気は(背圧)蒸気タービンの駆動に
用いられ、電力を得る。電力を得た後の蒸気は蒸気焚き
の吸収式ヒートポンプを駆動し、冷温水を得る。一方、
蒸気ボイラで熱交換をした排ガスは利用に足る温度を持
っているので、温水ボイラを駆動して温水を得る。
FIG. 11 is an example showing the form of heat utilization when the exhaust gas generated by the power generator according to the present invention is at a high temperature. The steam boiler is driven by the exhaust gas generated from the power generator according to the present invention. In this example, a spare fuel (combustor) is provided as a backup when the heat of the exhaust gas is insufficient. The produced steam is used to drive a (back pressure) steam turbine to obtain power. The steam after obtaining the electric power drives a steam-fired absorption heat pump to obtain cold and hot water. on the other hand,
Since the exhaust gas that has undergone heat exchange in the steam boiler has a temperature sufficient for use, the hot water boiler is driven to obtain hot water.

【0051】図12は、排熱温度が低く温水ボイラを駆
動する場合の熱利用例である。温水ボイラで得た温水を
吸収冷温水器機(冷凍機)、例えば温水吸収冷温水機
(冷凍機)、一重二重収吸収冷温水機(冷凍機)、排熱
投入型吸収冷温水機(冷凍機)などに利用するものであ
る。この場合、温水は吸収液の再生過程で利用され、シ
ステム全体のエネルギー効率が向上する。なお、発生し
た温水を吸収冷温水機以外の用途、すなわち給湯や暖房
などに利用しても、システム全体のエネルギー効率が上
がることはいうまでもない。図13は、さらに排ガス温
度が低温で温水ボイラが駆動できない場合の熱利用法で
ある。この場合、排ガスの熱を直接デシカント空調機の
吸湿剤の再生に使用する。これにより、55℃程度の低
温熱であっても有効に利用することができる。
FIG. 12 shows an example of heat utilization when the hot water boiler is driven with a low exhaust heat temperature. The hot water obtained in the hot water boiler is absorbed and cooled by a hot / cold water heater (refrigerator), for example, a hot water absorption cold / hot water heater (refrigerator), a single double absorption cold / hot water heater (refrigerator), and a waste heat input type absorption cold / hot water heater (refrigeration) Machine). In this case, the hot water is used in the process of regenerating the absorbent, and the energy efficiency of the entire system is improved. It is needless to say that even if the generated hot water is used for purposes other than the absorption chiller / heater, that is, for hot water supply and heating, the energy efficiency of the entire system is increased. FIG. 13 shows a heat utilization method when the exhaust gas temperature is low and the hot water boiler cannot be driven. In this case, the heat of the exhaust gas is directly used for regeneration of the desiccant air conditioner. As a result, even low-temperature heat of about 55 ° C. can be effectively used.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、蓄熱層として、光発電素子が有効に発電する波長域
に対して透過性を持つふく射波長選択性材料を用いるこ
とにより、光発電素子が発電できない無効なふく射は蓄
熱層に吸収され、蓄熱層温度を上昇させる。蓄熱層に吸
収されたふく射エネルギーの一部は、この温度上昇によ
り再射出するが、やはり、発電に寄与しない無効な波長
域のふく射は蓄熱層の他の部位に熱として蓄積される。
これら蓄積された無効なふく射エネルギーは、蓄熱層内
での作動流体の流動方向の切り替え手段を備えることに
より、作動流体の予熱に有効に用いられ、ふく射放射部
の温度を上昇させ、短波長域の(すなわち、光発電素子
が有効に発電する波長域の)ふく射を増大させる。それ
らのことから、発電効率は大きく向上する。
As described above, in the present invention, the photovoltaic element is formed by using, as the heat storage layer, an irradiating wavelength-selective material that is transparent to the wavelength range in which the photovoltaic element generates power effectively. Ineffective radiation that cannot generate power is absorbed by the heat storage layer and raises the temperature of the heat storage layer. A part of the radiation energy absorbed in the heat storage layer is re-emitted due to this temperature rise, but radiation in an invalid wavelength range that does not contribute to power generation is accumulated as heat in other parts of the heat storage layer.
These stored ineffective radiation energies are effectively used for preheating of the working fluid by providing a means for switching the flow direction of the working fluid in the heat storage layer, thereby increasing the temperature of the radiation radiating portion, thereby increasing the short wavelength region. (I.e., in the wavelength range where the photovoltaic element effectively generates power). From these, power generation efficiency is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による発電装置の一実施の形態を説明す
る図。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a power generation device according to the present invention.

【図2】蓄熱層を構成するふく射波長選択性材料のいく
つかの形態を説明する図。
FIG. 2 is a diagram illustrating some forms of an emission wavelength-selective material constituting a heat storage layer.

【図3】蓄熱層を構成するふく射波長選択性材料のさら
に他のいくつかの形態を説明する図。
FIG. 3 is a view for explaining still some other forms of the radiation wavelength-selective material constituting the heat storage layer.

【図4】本発明による発電装置の他の実施の形態を説明
する図。
FIG. 4 is a diagram illustrating another embodiment of the power generator according to the present invention.

【図5】本発明による発電装置のさらに他の実施の形態
を説明する図。
FIG. 5 is a view for explaining still another embodiment of the power generator according to the present invention.

【図6】本発明による発電装置のさらに他の実施の形態
を説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating still another embodiment of the power generator according to the present invention.

【図7】本発明による発電装置のさらに他の実施の形態
を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating still another embodiment of the power generation device according to the present invention.

【図8】本発明による発電装置のさらに他の実施の形態
を説明する図。
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment of the power generator according to the present invention.

【図9】本発明による発電装置のさらに他の実施の形態
を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating still another embodiment of the power generation device according to the present invention.

【図10】本発明による発電システムの一例を説明する
図。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a power generation system according to the present invention.

【図11】本発明による発電装置からの排熱を利用する
形態の一例を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a mode using waste heat from a power generation device according to the present invention.

【図12】本発明による発電装置からの排熱を利用する
形態の他の例を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing another example of a mode using waste heat from a power generation device according to the present invention.

【図13】本発明による発電装置からの排熱を利用する
形態のさらに他の例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing still another example of a mode using waste heat from a power generator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…発電装置、A1、A2、B1、B2…作動流体の流
れ、X…蓄熱層を透過して光発電素子に入射し発電に寄
与する波長域のふく射、Y…他の波長域のふく射、10
…ふく射放射部、20A,20B…蓄熱層、21…角型
棒状のふく射波長選択性材料、22…角型棒状のふく射
波長選択性材料のふく射放射部から光発電素子に向かう
ふく射方向成分に平行な端面、23…平板状のふく射波
長選択性材料、24、25、26…平板状のふく射波長
選択性材料の気体通過孔、27、29…光発電素子に向
かうふく射方向成分、35…赤外光フィルター、30…
光発電素子、31…放熱フィン、32…冷却用媒体流
路、40…ふく射波長選択性を持たない材料を用いた第
2の蓄熱層
Reference numeral 1 denotes a power generator, A1, A2, B1, B2: a flow of a working fluid, X: radiation in a wavelength region which passes through a heat storage layer and is incident on a photovoltaic element to contribute to power generation, Y: radiation in another wavelength region, 10
... radiation radiating portions, 20A and 20B ... heat storage layer, 21 ... square rod-shaped radiation wavelength-selective material, 22 ... parallel to the radiation direction component from the radiation radiating portion of the square rod-shaped radiation wavelength-selective material toward the photovoltaic element 23, flat plate-like radiation wavelength-selective material, 24, 25, 26 ... gas-passing holes of flat plate-like radiation wavelength-selective material, 27, 29 ... component of radiation direction toward photovoltaic element, 35 ... infrared Light filter, 30 ...
Photovoltaic element, 31 radiating fin, 32 cooling medium flow path, 40 second heat storage layer using material having no irradiation wavelength selectivity

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 AA01 AA07 JA14 JA16 JA20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F051 AA01 AA07 JA14 JA16 JA20

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 作動流体の発熱もしくは加熱装置による
加熱によりふく射エネルギーを放出するふく射放射部
と、蓄熱層と、蓄熱層内での作動流体の流動方向の切り
替え手段と、光発電素子とで構成される発電装置であっ
て、前記蓄熱層として、前記光発電素子が有効に発電す
る波長域に対して透過性を持つふく射波長選択性材料を
用い、かつ、該蓄熱層を透過したふく射を受光しうる位
置に光発電素子が配置されていることを特徴とする発電
装置。
1. A radiation radiating unit that emits radiation energy by generating heat of a working fluid or heating by a heating device, a heat storage layer, a means for switching a flow direction of the working fluid in the heat storage layer, and a photovoltaic element. A radiation wavelength-selective material having a transmittance with respect to a wavelength region in which the photovoltaic element effectively generates power, and receives radiation transmitted through the heat storage layer as the heat storage layer. A photovoltaic device, wherein a photovoltaic element is arranged at a position where it can be performed.
【請求項2】 ふく射放射部に対向して2つの蓄熱層が
配置しており、各蓄熱層の外側に光発電素子が対向して
配置していることを特徴とする請求項1記載の発電装
置。
2. The power generation system according to claim 1, wherein two heat storage layers are arranged to face the radiation radiating portion, and a photovoltaic element is arranged outside each of the heat storage layers. apparatus.
【請求項3】 蓄熱層が、角型棒状のふく射波長選択性
材料を並行または格子状に組み合わせた形状であること
を特徴とする請求項1又は2記載の発電装置。
3. The power generation device according to claim 1, wherein the heat storage layer has a shape obtained by combining square-shaped rod-shaped radiation wavelength-selective materials in parallel or in a lattice.
【請求項4】 角型棒状のふく射波長選択性材料の端面
が、透過する波長域以下の荒さに研磨されていることを
特徴とする請求項3記載の発電装置。
4. The power generating apparatus according to claim 3, wherein the end face of the square rod-shaped radiation wavelength-selective material is polished to a roughness equal to or less than a transmission wavelength range.
【請求項5】 蓄熱層が、平板状のふく射波長選択性材
料に複数の気体通過孔を設けた目ざら状のものを複数枚
並列に配置した形状であることを特徴とする請求項1又
は2記載の発電装置。
5. The heat storage layer according to claim 1, wherein the heat storage layer has a shape in which a plurality of flat-plate-shaped radiation wavelength-selective materials provided with a plurality of gas-passing holes provided with a plurality of gas passage holes are arranged in parallel. 2. The power generator according to 2.
【請求項6】 平板状のふく射波長選択性材料に設けた
気体通過孔の内面が、透過する波長域以下の荒さに研磨
されていることを特徴とする請求項4記載の発電装置。
6. The power generator according to claim 4, wherein an inner surface of the gas passage hole provided in the plate-shaped radiation wavelength-selective material is polished to a roughness of a wavelength range that allows transmission.
【請求項7】 蓄熱層と光発電素子との間に、光発電素
子が有効に発電する波長域のふく射に対して透過性を持
つ赤外光フィルターをさらに備えることを特徴とする請
求項1ないし6いずれか記載の発電装置。
7. An infrared light filter between the heat storage layer and the photovoltaic element, the infrared light filter being transparent to radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element effectively generates power. 7. The power generator according to any one of claims 6 to 6.
【請求項8】 蓄熱層と光発電素子との間に、光発電素
子が有効に発電できない波長域のふく射に対して反射性
を持つリフレクターをさらに備えることを特徴とする請
求項1ないし6いずれか記載の発電装置。
8. The photovoltaic device according to claim 1, further comprising a reflector between the heat storage layer and the photovoltaic element, the reflector having reflectivity to radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element cannot generate power effectively. The power generating device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項9】 作動流体の流路を囲む壁面に、光発電素
子が有効に発電する波長域のふく射に対して反射性を持
つリフレクターをさらに備えることを特徴とする請求項
1ないし8いずれか記載の発電装置。
9. The apparatus according to claim 1, further comprising a reflector on a wall surrounding the flow path of the working fluid, the reflector having a reflectivity to radiation in a wavelength range in which the photovoltaic element generates power effectively. A power generator as described.
【請求項10】 光発電素子に熱的に接して冷却用媒体
の流路が設けられていることを特徴とする請求項1ない
し9いずれか記載の発電装置。
10. The power generating apparatus according to claim 1, wherein a flow path of a cooling medium is provided in thermal contact with the photovoltaic element.
【請求項11】 冷却用媒体が作動流体であり、流路を
通過することにより光発電素子と作動流体との間で熱交
換が行われるようにされていることを特徴とする請求項
10記載の発電装置。
11. The cooling medium is a working fluid, and heat exchange is performed between the photovoltaic element and the working fluid by passing through the flow path. Power generator.
【請求項12】 光発電素子の受光側とは反対の面にペ
ルチェ素子を配置してなることを特徴とする請求項10
または11記載の発電装置。
12. A Peltier device is disposed on a surface of the photovoltaic device opposite to the light receiving side.
Or the power generator according to 11.
【請求項13】 ふく射波長選択性を持つ第1の蓄熱層
の低温側に、ふく射波長選択性を持たない材料を用いた
第2の蓄熱層がさらに備えられており、作動流体は第2
の蓄熱層をも通過するように構成されていることを特徴
とする請求項1ないし12記載の発電装置。
13. A second heat storage layer using a material having no radiation wavelength selectivity is further provided on a low temperature side of the first heat storage layer having the radiation wavelength selectivity, and the working fluid is a second heat storage layer.
The power generation device according to claim 1, wherein the power generation device is configured to pass through the heat storage layer.
【請求項14】 ふく射放射部は加熱用バーナーを備え
ることを特徴とする請求項1ないし13いずれか記載の
発電装置。
14. The power generator according to claim 1, wherein the radiation radiator includes a heating burner.
【請求項15】 請求項1ないし14いずれか記載の発
電装置を用いた発電システム。
15. A power generation system using the power generation device according to claim 1.
【請求項16】 作動流体の全部または一部として、他
の産業機器または施設から、あるいは自然界から、排出
あるいは発生する希薄な可燃性気体を用いることを特徴
とする請求項15記載の発電システム。
16. The power generation system according to claim 15, wherein a lean flammable gas discharged or generated from another industrial device or facility or from the natural world is used as all or a part of the working fluid.
【請求項17】 希薄な可燃性気体の可燃性成分を濃縮
した後に、発電装置に作動流体として導入することを特
徴とする請求項16記載の発電システム。
17. The power generation system according to claim 16, wherein the flammable component of the lean flammable gas is concentrated and then introduced as a working fluid into the power generation device.
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