JP2014217110A - Thermophotovoltaic generator - Google Patents

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JP2014217110A JP2013090437A JP2013090437A JP2014217110A JP 2014217110 A JP2014217110 A JP 2014217110A JP 2013090437 A JP2013090437 A JP 2013090437A JP 2013090437 A JP2013090437 A JP 2013090437A JP 2014217110 A JP2014217110 A JP 2014217110A
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北川　均
Hitoshi Kitagawa
均 北川
野田　進
Susumu Noda
進 野田
卓 浅野
Taku Asano
卓 浅野
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Kyoto University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermophotovoltaic generator with optimized temperature of an emitter by controlling the distance between a heat source and the emitter and with improved conversion efficiency.SOLUTION: A thermophotovoltaic generator (1) includes a heat source (11); an absorber (12a) absorbing radiation light from the heat source (11); an emitter (12b) integrated with the absorber (12a), and emitting radiation light in which a predetermined wavelength is enhanced to the opposite side of the heat source (11); and a photoelectric conversion element (13) photoelectrically converting the radiation light from the emitter (12b). The distance between the heat source (11) and the absorber (12a) can be changed through the drive of the absorber (12a).

Description

本発明は、熱エネルギーを電力に変換する熱光発電装置に関する。   The present invention relates to a thermophotoelectric generator that converts thermal energy into electric power.

従来、高温の熱により加熱されたエミッタから発生する熱放射エネルギーを光電変換する熱光起電力（ＴＰＶ：Thermophotovoltaic）発電が知られている。ＴＰＶ発電を行う熱光発電装置の一例として、熱源であるバーナと、バーナの火炎により加熱されるエミッタと、エミッタに対してバーナと反対側に設けられた光電変換セルと、から構成される装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, thermophotovoltaic (TPV) power generation that photoelectrically converts thermal radiant energy generated from an emitter heated by high-temperature heat is known. As an example of a thermophotovoltaic power generation device that performs TPV power generation, a device that includes a burner that is a heat source, an emitter that is heated by a flame of the burner, and a photoelectric conversion cell that is provided on the opposite side of the burner with respect to the emitter Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００２−７８３６６号公報JP 2002-78366 A

しかしながら、上述した熱光発電装置においては、熱源とエミッタとの距離が規定されておらず、エミッタの温度が最適化されずに変換効率の向上に限界があるという問題があった。   However, the above-described thermophotovoltaic power generation apparatus has a problem that the distance between the heat source and the emitter is not defined, and the temperature of the emitter is not optimized, and there is a limit in improving the conversion efficiency.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱源とエミッタとの距離を制御することによりエミッタの温度を最適化し、変換効率を向上した熱光発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a thermophotovoltaic power generation device that optimizes the temperature of the emitter by controlling the distance between the heat source and the emitter and improves the conversion efficiency. .

本発明の熱光発電装置は、熱源と、前記熱源からの輻射光を吸収するアブソーバと、前記アブソーバと一体化されて前記熱源とは反対側に所定の波長が増強された輻射光を放出するエミッタと、前記エミッタからの輻射光を光電変換する光電変換素子と、を備えた熱光発電装置において、前記アブソーバを駆動することにより、前記熱源と前記アブソーバとの距離を可変とすることを特徴とする。   The thermophotovoltaic power generator of the present invention emits radiant light that is integrated with the heat source, an absorber that absorbs radiant light from the heat source, and has an enhanced predetermined wavelength on the opposite side of the heat source. In a thermophotovoltaic power generation device including an emitter and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts radiation light from the emitter, the distance between the heat source and the absorber can be varied by driving the absorber. And

上記熱光発電装置によれば、熱源とアブソーバとの距離を可変としていることから、この距離を制御することによりアブソーバ及びエミッタの温度を最適化することができ、変換効率を向上することが可能となる。   According to the thermoelectric power generation device, since the distance between the heat source and the absorber is variable, the temperature of the absorber and the emitter can be optimized by controlling this distance, and the conversion efficiency can be improved. It becomes.

上記熱光発電装置において、前記熱源と前記光電変換素子との距離は、固定されていることが好ましい。この場合には、熱源と光電変換素子との距離は固定されていることから、配線などが不要なアブソーバだけを可動とする構成とできるので、熱光発電装置の機構を単純にすることが可能となる。   In the thermophotoelectric generator, the distance between the heat source and the photoelectric conversion element is preferably fixed. In this case, since the distance between the heat source and the photoelectric conversion element is fixed, only the absorber that does not require wiring can be configured to be movable, so that the mechanism of the thermophotovoltaic generator can be simplified. It becomes.

上記熱光発電装置において、前記熱源と前記アブソーバとの距離ｚは、下記式（３）を満たすことが好ましい。

Figure 2014217110
ただし、ＴＡはアブソーバの温度、Ｔ０は光電変換素子の熱平衡温度、ＴＳは熱源の温度、Ｄは熱源と対向するアブソーバ面の大きさ、σはシュテファン・ボルツマン定数である。 In the thermophotoelectric generator, the distance z between the heat source and the absorber preferably satisfies the following formula (3).
Figure 2014217110
 Where T A is the temperature of the absorber, T 0 is the thermal equilibrium temperature of the photoelectric conversion element, T S is the temperature of the heat source, D is the size of the absorber surface facing the heat source, and σ is the Stefan-Boltzmann constant.

本発明によれば、熱源とエミッタとの距離を制御することによりエミッタの温度を最適化し、変換効率を向上することができる。   According to the present invention, by controlling the distance between the heat source and the emitter, the temperature of the emitter can be optimized, and the conversion efficiency can be improved.

本発明の一実施の形態に係る熱光発電装置の構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the thermophotoelectric power generation apparatus which concerns on one embodiment of this invention. アブソーバ・エミッタの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of an absorber emitter. 図３Ａは距離ｚと変換効率ηｍａｘとの関係を示すグラフであり、図３Ｂは温度Ｔｓと変換効率ηｍａｘとの関係を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing the relationship between the distance z and the conversion efficiency η max, and FIG. 3B is a graph showing the relationship between the temperature T s and the conversion efficiency η max .

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱光発電装置の構造を模式的に示す図である。熱光発電装置１は、熱源１１と、アブソーバ・エミッタ１２と、光電変換素子１３と、アブソーバ・エミッタ１２を駆動する駆動系１４と、を含んで構成される。アブソーバ・エミッタ１２は、板状の金属材料からなる基材１２ｃの一方の主面に設けられたアブソーバ面１２ａと、他方の主面に設けられたエミッタ面１２ｂと、で構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a thermophotoelectric generator according to an embodiment of the present invention. The thermophotoelectric generator 1 includes a heat source 11, an absorber / emitter 12, a photoelectric conversion element 13, and a drive system 14 that drives the absorber / emitter 12. The absorber / emitter 12 includes an absorber surface 12a provided on one main surface of a base material 12c made of a plate-like metal material, and an emitter surface 12b provided on the other main surface.

熱源１１は、アブソーバ・エミッタ１２のアブソーバ面１２ａと対向して配置される。光電変換素子１３は、アブソーバ・エミッタ１２を挟んで熱源１１とは反対側に、アブソーバ・エミッタ１２のエミッタ面１２ｂと対向して配置される。   The heat source 11 is arranged to face the absorber surface 12 a of the absorber / emitter 12. The photoelectric conversion element 13 is disposed opposite to the heat source 11 across the absorber / emitter 12 so as to face the emitter surface 12b of the absorber / emitter 12.

熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との間に、熱源１１から発せられた熱エネルギーを、アブソーバ・エミッタ１２のアブソーバ面１２ａに効率よく集熱するための集熱系を設けてもよい。   Between the heat source 11 and the absorber / emitter 12, a heat collecting system for efficiently collecting the heat energy generated from the heat source 11 on the absorber surface 12a of the absorber / emitter 12 may be provided.

図１において、Ｈ，Ｄは、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２の対向する面の大きさをそれぞれ示している。ｚは、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離を示している。   In FIG. 1, H and D respectively indicate the sizes of the opposing surfaces of the heat source 11 and the absorber / emitter 12. z indicates the distance between the heat source 11 and the absorber emitter 12.

このような熱光発電装置１によれば、熱源１１から発せられた熱エネルギーは、アブソーバ・エミッタ１２のアブソーバ面１２ａに吸収される。アブソーバ・エミッタ１２は、アブソーバ面１２ａに吸収された熱エネルギーをエミッタ面１２ｂで赤外線に変換して放出する。光電変換素子１３は、エミッタ面１２ｂから放出された赤外線が入射することにより、起電力が得られる。   According to such a thermophotoelectric generator 1, the thermal energy emitted from the heat source 11 is absorbed by the absorber surface 12 a of the absorber / emitter 12. The absorber / emitter 12 converts the thermal energy absorbed by the absorber surface 12a into infrared rays at the emitter surface 12b and emits it. The photoelectric conversion element 13 obtains an electromotive force when infrared rays emitted from the emitter surface 12b enter.

アブソーバ・エミッタ１２のアブソーバ面１２ａ、エミッタ面１２ｂ及び基材１２ｃは、例えば、タングステン、モリブデン又はこれらを主成分とする合金からなる板状の金属板で構成される。エミッタ面１２ｂの最表面には、微細な凹凸構造が設けられていることが好ましい。このようなアブソーバ・エミッタ１２は、基材１２ｃの一主面に微細な凹凸構造を設けることにより形成される。   The absorber surface 12a, the emitter surface 12b, and the base material 12c of the absorber / emitter 12 are made of, for example, a plate-shaped metal plate made of tungsten, molybdenum, or an alloy containing these as a main component. It is preferable that a fine concavo-convex structure is provided on the outermost surface of the emitter surface 12b. Such an absorber-emitter 12 is formed by providing a fine concavo-convex structure on one main surface of the base material 12c.

アブソーバ面１２ａは、図２Ａに示すような特性を持つように設計される。図２Ａにおいて、縦軸は放射率、横軸は波長［μｍ］を示している。図２Ａに示すように、アブソーバ面１２ａは、波長３〜２０［μｍ］の赤外線を放射するようなピークを有するように設計されている。   The absorber surface 12a is designed to have characteristics as shown in FIG. 2A. In FIG. 2A, the vertical axis represents emissivity and the horizontal axis represents wavelength [μm]. As shown in FIG. 2A, the absorber surface 12a is designed to have a peak that emits infrared light having a wavelength of 3 to 20 [μm].

エミッタ面１２ｂは、最表面に設けられた微細な凹凸構造により、図２Ｂに示すような特性を持つように設計される。図２Ｂにおいて、縦軸は放射効率、横軸は波長［μｍ］を示している。エミッタ面１２ｂにおける微細な凹凸構造は、例えば、一定方向に延びる矩形状の断面を有する溝が一定周期で形成された構造を有する。なお、図２Ｂにおいて、グラフ（Ｆｌａｔ）は、表面に微細凹凸構造が形成されたエミッタ面１２ｂのグラフ（ＥＭ）と比較するため、基材１２ｃの表面に微細凹凸構造が形成されていない場合の結果を示している。   The emitter surface 12b is designed to have the characteristics shown in FIG. 2B due to the fine uneven structure provided on the outermost surface. In FIG. 2B, the vertical axis indicates the radiation efficiency, and the horizontal axis indicates the wavelength [μm]. The fine uneven structure on the emitter surface 12b has, for example, a structure in which grooves having a rectangular cross section extending in a certain direction are formed at a certain period. Note that in FIG. 2B, the graph (Flat) is compared with the graph (EM) of the emitter surface 12b on which the fine uneven structure is formed on the surface, so that the fine uneven structure is not formed on the surface of the substrate 12c. Results are shown.

図２Ｂに示すように、エミッタ面１２ｂは、エミッタ面１２ｂの表面に形成された周期的な微細凹凸構造により誘起される表面プラズモンポラトリン共鳴のため、特定の波長（図２Ｂにおいて、１．５〜２．０［μｍ］）の赤外線を強く放射する性質をもっている。このように、エミッタ面１２ｂは、基材１２ｃの表面に微細凹凸構造が形成されていない場合（グラフ（Ｆｌａｔ））と比較して、放射効率が大幅に向上している。すなわち、エミッタ面１２ｂの表面に微細凹凸構造を形成することで、アブソーバ面１２ａにより吸収した熱エネルギーを、エミッタ面１２ｂから赤外線として効率よく放射でき、放射効率のよいアブソーバ・エミッタ１２が実現できる。   As shown in FIG. 2B, the emitter surface 12b has a specific wavelength (1.5 in FIG. 2B) due to surface plasmon polarin resonance induced by a periodic fine uneven structure formed on the surface of the emitter surface 12b. .About.2.0 [.mu.m]). As described above, the emitter surface 12b has significantly improved radiation efficiency compared to the case where the fine uneven structure is not formed on the surface of the base material 12c (graph (Flat)). That is, by forming a fine concavo-convex structure on the surface of the emitter surface 12b, the thermal energy absorbed by the absorber surface 12a can be efficiently radiated as infrared rays from the emitter surface 12b, and the absorber / emitter 12 with high radiation efficiency can be realized.

図２Ｃは、図２Ｂに示すエミッタ特性に温度依存性を組み合わせた変換スペクトルと光電変換素子の感度領域との関係を示す図である。図２Ｃにおいては、温度Ｔ＝１３００［Ｋ］であり、光電変換素子としてＧａＩｎＡｓＳｂを用いる構造が適用されている。光電変換素子に入射する光のうち、起電力を得るために利用できる光は、感度領域内の波長範囲の光に限られる。図２Ｃにおいては、感度領域の下限のエッジは０．５〜１［μｍ］であり、上限のエッジは２〜２．５［μｍ］である。図２Ｂに示すような特性を持つようにエミッタ面１２ｂを設計することにより、エミッタ面１２ｂは、光電変換素子１３の感度領域内に波長を有する赤外線を効率的に放射する。   2C is a diagram illustrating a relationship between a conversion spectrum obtained by combining temperature dependence with the emitter characteristics illustrated in FIG. 2B and a sensitivity region of the photoelectric conversion element. In FIG. 2C, a temperature T = 1300 [K] and a structure using GaInAsSb as a photoelectric conversion element is applied. Of the light incident on the photoelectric conversion element, light that can be used to obtain an electromotive force is limited to light in the wavelength range within the sensitivity region. In FIG. 2C, the lower limit edge of the sensitivity region is 0.5 to 1 [μm], and the upper limit edge is 2 to 2.5 [μm]. By designing the emitter surface 12b to have the characteristics shown in FIG. 2B, the emitter surface 12b efficiently emits infrared light having a wavelength within the sensitivity region of the photoelectric conversion element 13.

ところで、アブソーバ・エミッタ１２のエミッタ面１２ｂから放射される赤外線の波長は、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡが高くなるほど短波長側にシフトし、温度ＴＡが低くなるほど長波長側にシフトする。したがって、熱光発電装置１においては、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡが高すぎても低すぎても、光電変換素子１３による変換効率が悪くなる。 Incidentally, infrared wavelengths that are emitted from the emitter surface 12b of the absorber-emitter 12 is shifted more to the short wavelength side temperature T A of the absorber-emitter 12 is increased, shift more to the long wavelength side temperature T A is lower. Therefore, in the thermal photovoltaic device 1, or too low even when the temperature T A of the absorber-emitter 12 is too high, the conversion efficiency by the photoelectric conversion element 13 is deteriorated.

熱光発電装置において、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離ｚが固定されている場合には、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡを制御することは困難であり、光電変換素子１３による変換効率の最適化を図ることができない。 In thermal photovoltaic device, when the distance z between the heat source 11 and the absorber-emitter 12 is fixed, it is difficult to control the temperature T A of the absorber-emitter 12, the conversion efficiency by the photoelectric conversion element 13 Cannot be optimized.

これに対して、本発明の実施の形態に係る熱光発電装置１においては、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離ｚを可変とすることにより、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡを制御して、光電変換素子１３による変換効率の最適化を図っている。具体的には、駆動系１４によって、アブソーバ・エミッタ１２を図示矢印ＸまたはＹ方向に移動することにより、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離ｚを可変とし、この距離ｚを調整することにより温度ＴＡを制御することが可能となる。 In contrast, in the thermal photovoltaic device 1 according to the embodiment of the present invention, the distance z between the heat source 11 and the absorber and emitter 12 by a variable, to control the temperature T A of the absorber-emitter 12 Thus, the conversion efficiency by the photoelectric conversion element 13 is optimized. More specifically, the distance z between the heat source 11 and the absorber / emitter 12 is made variable by moving the absorber / emitter 12 in the direction indicated by the arrow X or Y by the drive system 14, and this distance z is adjusted. it is possible to control the temperature T a.

一方、熱光発電装置１においては、熱源１１と光電変換素子１３との距離は固定されていることが好ましい。これにより、配線などが不要なアブソーバ・エミッタ１２だけを可動とする構成とできるので、熱光発電装置１の機構を単純にすることが可能となる。また、熱光発電装置１全体のサイズを固定化できるため、熱光発電装置１の設置が容易となる。   On the other hand, in the thermophotoelectric generator 1, it is preferable that the distance between the heat source 11 and the photoelectric conversion element 13 is fixed. As a result, only the absorber / emitter 12 that does not require wiring or the like can be made movable, so that the mechanism of the thermophotoelectric generator 1 can be simplified. Moreover, since the size of the thermophotoelectric generator 1 can be fixed, the thermophotoelectric generator 1 can be easily installed.

続いて、熱光発電装置１における、変換効率ηｍａｘと距離ｚ［ｃｍ］との関係について詳細に説明する。 Next, the relationship between the conversion efficiency η max and the distance z [cm] in the thermophotoelectric generator 1 will be described in detail.

熱光発電装置１における変換効率ηｍａｘは、次の式（１）で示される。

Figure 2014217110
ここで、Ｔ０は光電変換素子１３の熱平衡温度、σはシュテファン・ボルツマン定数である。 The conversion efficiency η max in the thermoelectric generator 1 is expressed by the following formula (1).
Figure 2014217110
 Here, T 0 is the thermal equilibrium temperature of the photoelectric conversion element 13, and σ is the Stefan-Boltzmann constant.

式（１）より、熱光発電装置１における変換効率の最適値ηｍａｘ （ｏｐｔ）は、次の式（２）で示される。

Figure 2014217110
From the equation (1), the optimum value η max (opt) of the conversion efficiency in the thermoelectric generator 1 is represented by the following equation (2).
Figure 2014217110

また、熱光発電装置１において、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡと距離ｚとの関係は、次の式（３）で示される。

Figure 2014217110
In the heat beam generator 1, the relationship between the temperature T A and the distance z of the absorber-emitter 12 is given by expression (3).
Figure 2014217110

式（１），（３）より、変換効率ηｍａｘと距離ｚ［ｃｍ］との関係を示すグラフが得られる（図３Ａ参照）。なお、図３Ａは、熱源１１の温度ＴＳ＝８００［℃］、アブソーバ・エミッタ１２の大きさＤ＝５［ｃｍ］の場合のグラフを示している。 From the equations (1) and (3), a graph showing the relationship between the conversion efficiency η max and the distance z [cm] is obtained (see FIG. 3A). FIG. 3A shows a graph in the case where the temperature T S of the heat source 11 is 800 [° C.] and the size D of the absorber emitter 12 is 5 [cm].

図３Ａに示すグラフより、０＜ｚ＜２の範囲で、変換効率ηｍａｘは最大値を取る。変換効率ηｍａｘが最大値をとるときの距離ｚの値を求めることにより、距離ｚの最適値であるｚ（ｏｐｔ）を求めることができる。 From the graph shown in FIG. 3A, the conversion efficiency η max takes the maximum value in the range of 0 <z <2. By obtaining the value of the distance z when the conversion efficiency η max takes the maximum value, z (opt) that is the optimum value of the distance z can be obtained.

続いて、距離ｚが最適値ｚ（ｏｐｔ）をとることにより、変換効率ηｍａｘが最適化されることを説明する。図３Ｂは、変換効率ηｍａｘと熱源１１の温度ＴＳ［Ｋ］との関係を示すグラフである。なお、図３Ｂは、アブソーバ・エミッタ１２の大きさＤ＝２［ｃｍ］の場合のグラフを示している。グラフ１０１はｚ＝ｚ（ｏｐｔ）の場合のグラフであり、グラフ１０２，１０３はそれぞれ任意の値であるｚ＝０，２［ｃｍ］の場合のグラフである。 Next, it will be described that the conversion efficiency η max is optimized when the distance z takes the optimum value z (opt) . FIG. 3B is a graph showing the relationship between the conversion efficiency η max and the temperature T S [K] of the heat source 11. FIG. 3B shows a graph in the case where the size D of the absorber / emitter 12 is 2 [cm]. A graph 101 is a graph when z = z (opt) , and graphs 102 and 103 are graphs when z = 0 and 2 [cm], which are arbitrary values, respectively.

図３Ｂに示すグラフより、距離ｚとして最適値ｚ（ｏｐｔ）を選択した場合には、距離ｚとして任意の値（ｚ＝０，２）を選択した場合と比較して、温度ＴＳ［Ｋ］の値にかかわらず変換効率ηｍａｘが最も高い値となる。 From the graph shown in FIG. 3B, when the optimum value z (opt) is selected as the distance z, the temperature T S [K is compared with the case where an arbitrary value (z = 0, 2) is selected as the distance z. ], The conversion efficiency η max is the highest value.

このように、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離ｚを制御し、距離ｚの最適値ｚ（ｏｐｔ）をとることにより、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡの制御が可能となる（式（３））とともに、変換効率ηｍａｘの最適化が可能となる（式（２））。 Thus, by controlling the distance z between the heat source 11 and the absorber-emitter 12, by taking the distance z of the optimal value z (opt), it is possible to control the temperature T A of the absorber and emitter 12 (formula ( 3)) and conversion efficiency η max can be optimized (equation (2)).

続いて、距離ｚを制御することによりアブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡを最適値とする方法について説明する。距離ｚを制御するパラメータとしては、例えば、熱源１１の温度ＴＳ、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡ、光電変換素子１３の出力などを用いることができる。 Next, a method for the optimal value of the temperature T A of the absorber-emitter 12 will be described by controlling the distance z. As parameters for controlling the distance z, for example, the temperature T S of the heat source 11, the temperature T A of the absorber / emitter 12, the output of the photoelectric conversion element 13, and the like can be used.

距離ｚを制御するパラメータとして、熱源１１の温度ＴＳを用いる場合には、温度ＴＳをモニタリングし、その結果を熱光発電装置１の制御系（図１において不図示）に送る。熱源１１の温度ＴＳは、放射温度計や熱電対など（図１において不図示）を用いてモニタリングすることができる。 As a parameter for controlling the distance z, in the case of using the temperature T S of the heat source 11, it monitors the temperature T S, and sends the result to thermal photovoltaic device 1 of the control system (not shown in FIG. 1). Temperature T S of the heat source 11 can be monitored by using a radiation thermometer and a thermocouple (not shown in FIG. 1).

制御系は、計測された温度ＴＳから、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡの最適値ＴＡ （ｏｐｔ）を実現する距離ｚの最適値ｚ（ｏｐｔ）を算出する。この結果に基づいて、駆動系１４は、距離ｚが最適値ｚ（ｏｐｔ）を満たすようにアブソーバ・エミッタ１２を駆動する。 Control system, the measured temperature T S, calculates the optimal value z of the distance z to realize optimum value T A of the temperature T A of the absorber and emitter 12 (opt) (opt). Based on this result, the drive system 14 drives the absorber / emitter 12 so that the distance z satisfies the optimum value z (opt) .

熱源１１の温度ＴＳのモニタリングは、リアルタイムに随時行ってもよいし、間隔をあけて定期的に行ってもよい。 Monitoring of the temperature T S of the heat source 11 may be performed at any time in real-time, it may be performed on a regular basis at intervals.

また、距離ｚを制御するパラメータとして、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡを用いる場合には、温度ＴＡをモニタリングし、その結果を熱光発電装置１の制御系（図１において不図示）に送る。アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡは、熱電対など（図１において不図示）を用いてモニタリングすることができる。 Further, as a parameter for controlling the distance z, in the case of using the temperature T A of the absorber-emitter 12 monitors the temperature T A, the result of heat photovoltaic device 1 of the control system (not shown in FIG. 1) send. Temperature T A of the absorber-emitter 12 can be monitored using a thermocouple (not shown in FIG. 1).

制御系は、計測された温度ＴＡから、アブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡの最適値ＴＡ （ｏｐｔ）を実現する距離ｚの最適値ｚ（ｏｐｔ）を算出する。この結果に基づいて、駆動系１４は、距離ｚが最適値ｚ（ｏｐｔ）を満たすようにアブソーバ・エミッタ１２を駆動する。 Control system, the measured temperature T A, and calculates the optimum value z of the distance z to realize optimum value T A of the temperature T A of the absorber and emitter 12 (opt) (opt). Based on this result, the drive system 14 drives the absorber / emitter 12 so that the distance z satisfies the optimum value z (opt) .

また、距離ｚを制御するパラメータとして、光電変換素子１３の出力を用いる場合には、光電変換素子１３の出力値とモニタ用受光素子（図１において不図示）の出力値をモニタリングし、その結果を熱光発電装置１の制御系（図１において不図示）に送る。   When the output of the photoelectric conversion element 13 is used as a parameter for controlling the distance z, the output value of the photoelectric conversion element 13 and the output value of the monitoring light receiving element (not shown in FIG. 1) are monitored, and the result Is sent to a control system (not shown in FIG. 1) of the thermoelectric generator 1.

制御系は、光電変換素子１３とモニタ用受光素子との出力比をとり、しきい値判定を行う。しきい値判定の結果に基づいて、駆動系１４は、距離ｚを大きくあるいは小さくするようにアブソーバ・エミッタ１２を駆動する。   The control system determines the threshold value by taking the output ratio between the photoelectric conversion element 13 and the monitor light receiving element. Based on the result of the threshold determination, the drive system 14 drives the absorber / emitter 12 to increase or decrease the distance z.

以上説明したように、熱光発電装置１において、熱源１１とアブソーバ・エミッタ１２との距離ｚを可変としていることから、距離ｚを制御することによりアブソーバ・エミッタ１２の温度ＴＡを最適化することができ、変換効率を向上することが可能となる。 As described above, in the thermal photovoltaic device 1, the distance z between the heat source 11 and the absorber-emitter 12 from the fact that a variable, optimizing the temperature T A of the absorber and emitter 12 by controlling the distance z And conversion efficiency can be improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited thereto, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.

１ 熱光発電装置
１１ 熱源
１２ アブソーバ・エミッタ
１２ａ アブソーバ面
１２ｂ エミッタ面
１２ｃ 基材
１３ 光電変換素子
１４ 駆動系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermophotoelectric power generation device 11 Heat source 12 Absorber / emitter 12a Absorber surface 12b Emitter surface 12c Base material 13 Photoelectric conversion element 14 Drive system

Claims (3)

熱源と、前記熱源からの輻射光を吸収するアブソーバと、前記アブソーバと一体化されて前記熱源とは反対側に所定の波長が増強された輻射光を放出するエミッタと、前記エミッタからの輻射光を光電変換する光電変換素子と、を備えた熱光発電装置において、
前記アブソーバを駆動することにより、前記熱源と前記アブソーバとの距離を可変とすることを特徴とする熱光発電装置。 A heat source, an absorber that absorbs radiation from the heat source, an emitter that is integrated with the absorber and emits radiation having a predetermined wavelength enhanced on the opposite side of the heat source, and radiation from the emitter In a thermophotovoltaic power generation device comprising a photoelectric conversion element that photoelectrically converts
A thermophotoelectric generator characterized in that the distance between the heat source and the absorber is variable by driving the absorber. 前記熱源と前記光電変換素子との距離は、固定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱光発電装置。   The thermophotoelectric generator according to claim 1, wherein a distance between the heat source and the photoelectric conversion element is fixed. 前記熱源と前記アブソーバとの距離ｚは、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱光発電装置。
Figure 2014217110
 ただし、ＴＡはアブソーバの温度、Ｔ０は光電変換素子の熱平衡温度、ＴＳは熱源の温度、Ｄは熱源と対向するアブソーバ面の大きさ、σはシュテファン・ボルツマン定数である。

The thermophotoelectric generator according to claim 1 or 2, wherein a distance z between the heat source and the absorber satisfies the following expression (3).
Figure 2014217110
 Where T A is the temperature of the absorber, T 0 is the thermal equilibrium temperature of the photoelectric conversion element, T S is the temperature of the heat source, D is the size of the absorber surface facing the heat source, and σ is the Stefan-Boltzmann constant.

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