JP2015535419A - 熱光起電力装置用エネルギー変換・伝達配置、及び、そのエネルギー変換・伝達配置を含む熱光起電力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギー変換・伝達配置（１０）は、スペクトル成形器（３）と電磁放射線エミッタ（２）とを備え、スペクトル成形器（３）は、流体熱伝達領域（X）を画定する入力面（３．X）を有し、電磁放射線エミッタ（２）は、上記流体熱伝達領域（X）内に配置されて、このエミッタを高温に加熱する、触媒変換といった表面固有燃料燃焼工程を可能とする。上記電磁放射線エミッタ（２）は、高温に晒された時に主に近赤外線を出射するように構成されている。【解決手段】スペクトル成形器（３）は、高温に晒された時に電磁放射線エミッタ（２）によって出射された放射線の第一の最適スペクトル帯域用の帯域通過フィルタのように構成され、及び／又は、電磁放射線エミッタ（２）によって出射された放射線の非最適スペクトル帯域用の反射体のように構成され、これにより、上記第二の非最適スペクトル帯域放射線は、上記電磁放射線エミッタ（２．３）の方向に再誘導された放射線として、再利用される。【選択図】図２Ａ
Description
本発明は、エネルギー変換・伝達配置、及び、このようなエネルギー変換・伝達配置を含む熱光起電力装置に関する。
電力や、よりクリーンなＣＯ２中性エネルギー源の高い需要と共に、エネルギーを取りこむ効率が、ますます重要な役割を果たしている。多くの工業国が原子力発電からの転換を徐々に目指すにつれて、代替エネルギー源に対する需要がこれまで以上に大きくなっている。しかしながら、今のところ、実際に実行可能な代替物は、あるとしても、いくつかしか知られていない。風力タービン又は太陽光発電所などの「旧知な」再生可能エネルギー源の多くには、その普及を妨げる重大な欠点がある。
たとえ風力タービン又は太陽光発電所などの「旧知な」再生可能エネルギー源のこれらの欠点が解決されたとしても、大きな問題が依然として存在し、その問題とは、これらの再生可能エネルギー源が利用可能なのは、電気エネルギーが必要とされるのとは大きく異なる場所であることが極めて多いという点である。生成場所とエネルギー消費者間が長距離であると、生成された電気エネルギーを移送するためには、非常に複雑、高価、かつ、環境にやさしくないインフラストラクチャが必要となる。更に、最近のこのようなインフラストラクチャの改良にもかかわらず、長距離にわたる電気エネルギーの移送において重大な損失が依然として存在する。したがって、エネルギー生成を分散化することが、緊急で必要となる。換言すると、将来のエネルギー生成は、消費者にできるだけ近い場所でエネルギー生成をする点にある。これによって、送電損失が減少・排除されるだけではなく、より高い自由度を確保しながら配電網の負担を緩和する。
エネルギー生成の分散化にとって非常に興味深い分野の１つが、熱光起電力装置、つまり、燃料中に蓄えられた化学エネルギーを電磁放射線に変換し、その後、電気に変換するように設計された装置の分野である。しかしながら、既存の熱光起電力装置は相対的に効率が低く、その用途及び大規模配置に限界がある。
更に、携帯型電子装置から電動重機に渡って、移動式エネルギーキャリア／発生装置に対する需要が増大している。また、熱及び／又は光及び／又は電気を選択的又は同時に生成する多目的エネルギー発生装置が求められる。
効率に関して、これらの化学エネルギー／電気エネルギー変換器の効率の最も問題であるのは、一方では、化学エネルギーから電磁放射線への変換の非効率性、他方では、電磁放射線から電気への変換の非効率性である。
本発明の目的は、したがって、熱光起電力素子手段によって、化学エネルギーから電気への非常に高効率な変換を可能にするエネルギー変換・伝達配置を提供することである。
本発明の更なる目的は、このようなエネルギー変換・伝達配置を含む熱光起電力装置を提供することである。
本発明の尚も更なる目的は、熱、光及び電気の選択的及び／又は同時生成用の熱光起電力システムを提供することである。
上記で特定された本発明の目的は、エネルギー変換・伝達配置によって解決され、それは、流体熱伝達領域を画定する入力面３．Xを有するスペクトル成型器と、熱放射に晒されるのが可能な上記流体熱伝達領域内に配置される電磁放射線エミッタとを備え、上記電磁放射線エミッタは、高温に晒されると主に近赤外線を出射するように構成されている。
スペクトル成形器は、高温に晒されたときに電磁放射線エミッタによって出射された放射線の第１の最適なスペクトル帯域用の帯域通過フィルタとして構成される。スペクトル成形器は、更に、電磁放射線エミッタによって出射された放射線の非最適なスペクトル帯域用の反射体として構成されることにより、上記の第２の非最適なスペクトル帯域放射線を、電磁放射線エミッタの方へ再誘導するような放射線として再利用される。
本発明の上記の更なる目的は、このようなエネルギー変換・伝達配置と、電磁放射線エミッタの放射方向にこのエネルギー変換・伝達配置と隣接した光起電力セルとを含む熱光起電力装置によって解決される。
本発明の尚も更なる目的は、このような熱光起電力装置と、燃料源を含む熱光起電力システムによって解決され、この燃料源は、燃料源から可燃性燃料混合物を流体熱伝達領域の入力側の方へ導くように配置され、燃料源及び／又は流体熱伝達領域は、燃焼が熱伝達エミッタユニットの表面に本質的に限定されるように、かつ、気相での燃料混合物の燃焼が最小限に抑えられるように構成されている。
本発明で最も重要な利点は、各段階において損失を最小限に抑えるためにエネルギー変換の全ての段階を最適化することによって、非常に高い効率を達成するという点である。
Ｉ）化学エネルギーから熱放射への変換：
化学エネルギーキャリア（燃料）の燃焼プロセスを流体熱伝達領域に対向する表面に集中させることにより及び／又は気相での燃焼反応を抑止することにより、排ガスとしての熱損失が最小限に抑えられつつ、燃料と熱伝達エミッタユニットとの間の熱、すなわちエネルギー伝達が最大化される。
ＩＩ）熱エネルギーから電磁放射線への変換：
主に近赤外線を出射するように構成された適切な電磁放射線エミッタを使用することにより、電磁放射線に変換される熱エネルギーの量が最大化される。
ＩＩＩ）電磁放射線のスペクトルの成形及び最終的な損失の再利用：
放射線の第１の最適スペクトル帯域の帯域通過フィルタとして構成されたスペクトル成形器を使用することにより、及び／又は、
イッテルビウム酸化物Ｙｂ２Ｏ３又は白金など自発光材料から成るスペクトル成形器により、
出射される電磁放射線のスペクトルは、電磁放射線から電気エネルギーへの効率的な変換のために光起電力セルによって成形される。
更に、電磁放射線エミッタによって出射される放射線の更なる非最適なスペクトル帯域用の反射体としてスペクトル成形器を構成することによって、非最適なスペクトル帯域の放射線は、電磁放射線エミッタの方へ再誘導される放射線として再利用され、損失が更に最小限に抑えられる。
Ｉ）化学エネルギーから熱放射への変換：
化学エネルギーキャリア（燃料）の燃焼プロセスを流体熱伝達領域に対向する表面に集中させることにより及び／又は気相での燃焼反応を抑止することにより、排ガスとしての熱損失が最小限に抑えられつつ、燃料と熱伝達エミッタユニットとの間の熱、すなわちエネルギー伝達が最大化される。
ＩＩ）熱エネルギーから電磁放射線への変換：
主に近赤外線を出射するように構成された適切な電磁放射線エミッタを使用することにより、電磁放射線に変換される熱エネルギーの量が最大化される。
ＩＩＩ）電磁放射線のスペクトルの成形及び最終的な損失の再利用：
放射線の第１の最適スペクトル帯域の帯域通過フィルタとして構成されたスペクトル成形器を使用することにより、及び／又は、
イッテルビウム酸化物Ｙｂ２Ｏ３又は白金など自発光材料から成るスペクトル成形器により、
出射される電磁放射線のスペクトルは、電磁放射線から電気エネルギーへの効率的な変換のために光起電力セルによって成形される。
更に、電磁放射線エミッタによって出射される放射線の更なる非最適なスペクトル帯域用の反射体としてスペクトル成形器を構成することによって、非最適なスペクトル帯域の放射線は、電磁放射線エミッタの方へ再誘導される放射線として再利用され、損失が更に最小限に抑えられる。
本発明の更なる特性及び利点を、説明によって、及び、図面を参照することによって以下で詳細に説明する。
本発明に係るエネルギー変換・伝達配置の概略断面図である。
本発明によるエネルギー変換・伝達配置の概略斜視図である。
電磁放射線エミッタの第２の実施形態を有する熱伝達エミッタユニットの概略斜視図である。
本発明に係る光起電力セルの概略断面図である。
本発明に係る熱光起電力装置の概略断面図である。
本発明に係る熱光起電力装置の概略斜視図である。
本発明に係る熱光起電力システムの概略斜視図である。 注：図は、縮尺通りに描かれてはおらず、より良く理解するために例示・提示されただけであり、本発明の範囲を定義するものではない。これらの図からは、本発明の特徴のいかなる制限も暗示されるべきではない。
本特許出願において特定の用語が使用されているが、該用語の明確な記述は、選ばれた特定の用語によって限定されると解釈されるべきではなく、特定の用語の背後にある一般的な概念に関するものと解釈すべきである。
図１は、本発明に係るエネルギー変換・伝達配置１０の概略断面図を示す。エネルギー変換・伝達配置１０の主な機能素子は、スペクトル成形器３及び電磁放射線エミッタ２である。
図１にも示すように、エネルギー変換・伝達配置の他の主な機能素子として、スペクトル成形器３は、入力面３．Xが上記の電磁放射線エミッタ２に隣接した状態で配置される。２と３．Xのエネルギー伝達は、主に熱誘導された電磁放射線によって成される。
スペクトル成形器３は、流体熱伝達領域Xを画定する入力面３．Xを含む。そして、スペクトル成形器３は、以下の機能を有する：
−高温に晒されたときに、電磁放射線エミッタ２によって出射された放射線の第１の最適なスペクトル帯域用の帯域通過フィルタとして機能する。これを実線による波状の矢印で図に示す。
−電磁放射線エミッタ２によって出射された放射線の更なる非最適なスペクトル帯域用の反射体として機能し、それにより、上記の第２の非最適なスペクトル帯域の放射線が電磁放射線エミッタ２の方へ再誘導される放射線として再利用される。これは、点線による矢印で図に示され、及び／又は、
−特に有利な実施形態によれば、エミッタ自身として機能し、スペクトル成形器３は、例えば、希土類元素含有層、好ましくは、イッテルビウム酸化物Ｙｂ２Ｏ３又は白金エミッタ層及び／又はナノ構造フィルタ層などの選択的なエミッタ材料から成る層を含む。
−高温に晒されたときに、電磁放射線エミッタ２によって出射された放射線の第１の最適なスペクトル帯域用の帯域通過フィルタとして機能する。これを実線による波状の矢印で図に示す。
−電磁放射線エミッタ２によって出射された放射線の更なる非最適なスペクトル帯域用の反射体として機能し、それにより、上記の第２の非最適なスペクトル帯域の放射線が電磁放射線エミッタ２の方へ再誘導される放射線として再利用される。これは、点線による矢印で図に示され、及び／又は、
−特に有利な実施形態によれば、エミッタ自身として機能し、スペクトル成形器３は、例えば、希土類元素含有層、好ましくは、イッテルビウム酸化物Ｙｂ２Ｏ３又は白金エミッタ層及び／又はナノ構造フィルタ層などの選択的なエミッタ材料から成る層を含む。
電磁放射線エミッタ２は、このエミッタを加熱する、触媒変換といった表面固有燃料燃焼行程を可能とする。これは、十分安定性の高い材料を含む、及び／又は、高温耐熱性材料、好ましくは表面固有燃料燃焼行程を助ける材料によってコーティングされたセラミック材料、から成る基板を含む。更に、この電磁放射線エミッタ２は、スペクトル成型器３の機能を助ける（３と同様の）スペクトル成型器のように、又は、完全に置き換られるようにも機能する。この２と３は、光キャビティ型配置として共に機能して、エネルギー変換工程とスペクトル成型機能の両方を強化する可能性もある。
熱伝導を抑制し、起こり得る熱膨張誘発力を構成し、かつ、電磁放射線エミッタ２によって出射される放射線の全ての非最適なスペクトル帯域を更に良好に除去／反射するために、任意選択的に、主に近赤外線を透過するバリア層３．１、好ましくは石英バリア層３．１が熱伝達エミッタユニット２とスペクトル成形器３との間に設けられ、これにより、上記第２の非最適なスペクトル帯域放射線が、電磁放射線エミッタ２の方へ再誘導される放射線として再利用される。
図２Ａは、本発明によるエネルギー変換・伝達配置１０の概略斜視図を示す。
図は、熱伝達エミッタユニット２において対向に位置するスペクトル成形器３を有するエネルギー変換・伝達配置１０の対称性の実施形態を機能的かつ構造的に示しており、電磁放射線エミッタ２は、２つの反対方向に主に近赤外線を出射するように配置される。図２Bに示す実施形態は、左右対称性の実施形態である。エネルギー変換・伝達配置１０は、他の対称体（例えば、六角体、八角体、楕円球体）又は、非対称体の形状を有してもよい。
この図は、一組のスペクトル成型器３が、どのように入力側X．４と出力側X．５を有する流体熱伝達領域Xを画定するかをよく示している。流体熱伝達領域Xの入力側X．４における可燃性燃料混合物の流入は、図において波型点線によって示されている。一方、流体熱伝達領域Xの排出側X．５における排ガスの流出は、図において点鎖線の波線によって示されている。
図２Bは、電磁放射線エミッタ２の第二の実施の形態による熱伝達エミッタユニット２の概略斜視図である。この実施の形態によれば、電磁放射線エミッタ２は、熱伝達エミッタユニット２から外方に延びるフィン状構造を含み、このフィン状構造は、電磁放射線エミッタ２の放射面を最大化するように提供される。これらフィン状構造は、様々な２次元、又は、３次元構造となることが出来、ナノスケールから巨視的スケールまで拡大適用してもよい。
図３は、本発明による例示的な光起電力セル７の概略断面図を示しており、この光起電力セル７は、（以下の図に示されるような）電磁放射線エミッタ２の放射方向に、上記エネルギー変換・伝達配置１０に隣接して配置される。電磁放射線エミッタ２の放射方向は、波型矢印によって示される。光起電力セル７は、エネルギー変換・伝達配置１０のスペクトル成型器３、及び／又は、電磁放射線エミッタ２の放射方向に配置される変換領域７．５を含む。光起電力セル７は、エネルギー変換・伝達配置１０からの「スペクトル成型された」放射線から電気エネルギーへの変換効率を改善するために、主に近赤外線用に最適化される。
（図３に示すように）最も好適な実施形態では、光起電力セル７は、エネルギー変換・伝達配置１０のスペクトル成形器３及び／又は電磁放射線エミッタ２の上記の放射方向に向けられた変換領域７．５の第１の表面上に位置する反射防止層７．１を含む。特に好適な実施形態では、反射防止層７．１は、予め定義された波長の放射線用の反射防止層として機能するように構成されつつ、上記の予め定義された波長の外側に放射線を反射するように構成されたプラズモニックフィルタを含む。例えば、反射防止層７．１は、サブ波長穴のアレイが穿孔された金属薄膜−好ましくは金−を含む。穴は、周期的に離間され、その結果、膜が照射されたときに回折によって表面プラズモンを励起することができる。表面プラズモンは、その後、穴を介してエネルギーを伝達して、膜の反対側で再放射される。穴の離間は、反射防止層７．１を介して伝達される発光の波長に基づいて決定される。更に、光起電力セル７は、上記の第１の表面と反対方向に位置する変換領域７．５の第２の表面上の反射層７．９を含む。更に、裏面電気コンタクト７．７が、例えば、上記の変換領域７．５と上記の反射層７．９との間に位置し、また、表面電気コンタクト７．３が、例えば、上記の反射防止層７．１と変換領域７．５との間に位置している。あるいは（図示されないが）、表面及び裏面電気コンタクト両方は、上記の変換領域７．５と上記の反射層７．９との間か、又は、上記の反射防止層７．１と変換領域７．５との間か、又は、その両方に配置し得る。上記の機能層のいくつかは無くても良いし、又は、いくつかの機能が１つの層に組み合わされていても良い。
図４及び５は、（本明細書で先に説明したような）エネルギー変換・伝達配置１０と、電磁放射線エミッタ２の放射方向に上記のエネルギー変換・伝達配置１０に隣接して配置された（本明細書で先に説明したような）光起電力セル７とを含む、本発明に係る熱光起電力装置１００の概略断面図及び斜視図を示す。
図８Ａ及び８Ｂに示すように、好適な実施形態では、例えば、真空又はエアロゲル層又は石英ガラスといったその他の透明材料の形態の熱伝導バリア４が、上記のスペクトル成形器３と光起電力セル７との間に設けられている。尚も更なる実施形態では、スペクトルフィルタ５が、エネルギー変換・伝達配置１０のスペクトル成形器３と光起電力セル７との間に設置されている。
熱光起電力装置１００の冷却のために、及び／又は、加熱機能をもたらすために、アクティブ冷却層６が、エネルギー変換・伝達配置１０のスペクトル成形器３と光起電力セル７との間、及び／又はスペクトル成形器３と反対方向の光起電力セル７の裏面側、に設けられ、上記のアクティブ冷却層６は、冷却剤入力部６．１と冷却剤出力部６．２との間に、水又はその他の冷媒などの冷却剤を含む。冷却層６は、エネルギー変換・伝達配置１０のスペクトル成形器３及び／又は電磁放射線エミッタ２によって出射されたより低い波長の放射線を吸収するように構成され、熱的接続によって光起電力セル７を冷却する。
接触冷却用に最適化された冷却層は、他の冷却対策に加えて又は単独で、全反射体１の背後に位置し得る。
冷却層６の放射線吸収を向上させるために、マイクロチャネルが、冷却層６内に設置され、上記の冷却剤入力部６．１及び上記の冷却剤出力部６．２を接続する。
しかしながら、このアクティブ冷却層６は、同様に加熱機能をもたらすために、冷却剤入力部６．１における冷却剤又は単に水の加温によるものを採用してもよく、その結果、冷却剤出力部６．２にて熱が供給される。このオプションは、（図６を参照して以下の段落で説明される）熱光起電力システム２００において利用される。
（図示されないが）更なる実施形態では、スペクトル成形器３及び／又は光起電力セル７及び／又はバリア層３．１及び／又は熱伝導バリア４は、開口楕円柱、好ましくは、電磁放射線エミッタ２の周りに同軸に配置される開口円柱体として構成される。多角体の構成も可能である。熱光起電力装置１００は、他の対称体（例えば、六角体、八角体、楕円球体）、又は、非対称体の形状を有してもよい。
熱光起電力装置１００は、完全に対称であってはならず、特定の層（バリア層３．１、熱伝導バリア４、スペクトルフィルタ５又はアクティブ冷却層６など）は、ある方向には設けられるものの他の方向には設けられないことに注意されたい。
携帯型エネルギー源として、熱源、電気エネルギー源、及び、光源として同時に又は選択的に機能するように構成された（図１１を参照して以下の段落で説明される）熱光起電力システム２００では、熱光起電力装置１００の配置を実現することができ、エネルギー変換・伝達配置１０と熱光起電力装置１００は、多機能熱光起電力システム２００の１つ以上の機能性のために、放射の各方向で別々の側が最適化されるように構成される。したがって、熱光起電力システム２００は、以下を選択的に又は同時に供給することができる。
−熱エネルギー源５０及び／又は流体熱伝達領域Xからの熱放射、及び／又は、冷却層（６）の冷却剤出力部（６．２）を介した熱放射
−光起電力セル７の出力端子での電気エネルギー
−光、即ち、可視スペクトルでの電磁放射。
したがって、このような熱光起電力システム２００は、各動作モード（熱源／電気源／光源）において非常に効率的であると同時に、供給されるエネルギーの形態に対して非常に柔軟性がある。
−熱エネルギー源５０及び／又は流体熱伝達領域Xからの熱放射、及び／又は、冷却層（６）の冷却剤出力部（６．２）を介した熱放射
−光起電力セル７の出力端子での電気エネルギー
−光、即ち、可視スペクトルでの電磁放射。
したがって、このような熱光起電力システム２００は、各動作モード（熱源／電気源／光源）において非常に効率的であると同時に、供給されるエネルギーの形態に対して非常に柔軟性がある。
図６は、（本明細書で先に説明したような）熱光起電力装置１００と、燃料源５０から成る本発明に係る熱光起電力システム２００の概略斜視図を示し、燃料源５０から流体熱伝達領域Xの入力側X．４へ可燃性燃料混合物を導くように配置されている。流体熱伝達領域Xは、燃焼が電磁放射線エミッタ２の表面に本質的に限定されるように、かつ、気相での燃料混合物の燃焼が最小限に抑えられるように構成されている。
燃料源５０は、化学エネルギー源であり、化学エネルギーキャリアは、メタノールあるいは水素などの化石燃料である。
図６に示すように、熱光起電力システム２００は、更に、流体熱伝達領域Xの排出側X．５において排ガスから熱を回収して、上記の回収した熱を上記の入力側X．４にフィードバックするように構成された廃熱回収ユニット５５を含む。
熱光起電力システム２００の更なる有利な実施形態において、流体熱伝達領域Xの上記の排出側X．５は、排ガス内の蒸気を濃縮することによって得られる液体を回収するように構成された濃縮ユニット６０を更に含む。燃料が例えばメタノールである場合、メタノールの燃焼から生じる水蒸気を濃縮する濃縮ユニット６０が配置される。このようにして、熱光起電力システム２００は、（同時に又は選択的に）純水源としても機能することが出来る。
定量的な実施例：
燃料としてのメタノールを使用する特定の実施例において、１Ｌのメタノールを燃焼させる本発明に係る熱光起電力システム２００は、約２０％の効率で以下を生成することになる。
−光起電力セル７の出力端子における約１ｋＷｈの電気エネルギー、
−熱エネルギー源５０及び／又は流体熱伝達チャンバ２．２からの、及び／又は冷却層６の冷却剤出力部６．２を介した、約４ｋＷｈの熱、及び、
−濃縮ユニット６０の出力側における約１Ｌの純水。
燃料としてのメタノールを使用する特定の実施例において、１Ｌのメタノールを燃焼させる本発明に係る熱光起電力システム２００は、約２０％の効率で以下を生成することになる。
−光起電力セル７の出力端子における約１ｋＷｈの電気エネルギー、
−熱エネルギー源５０及び／又は流体熱伝達チャンバ２．２からの、及び／又は冷却層６の冷却剤出力部６．２を介した、約４ｋＷｈの熱、及び、
−濃縮ユニット６０の出力側における約１Ｌの純水。
多くの変形例を、以下の特許請求の範囲に定めるように、本発明の範囲から逸脱することなく、先に説明した特定の構造に基づいて採用することができることが理解されるであろう。
１０ エネルギー変換・伝達配置
１ 全反射体
２ 電磁放射線エミッタ
X 流体熱伝達領域
X．４ 入力側
X．５ 排出側
２ 電磁放射線エミッタ
３ スペクトル成形器
３．X 入力面
３．１ バリア層
４ 熱伝導バリア
５ スペクトルフィルタ
６ アクティブ冷却層
６．１ 冷却材入力部
６．２ 冷却材出力部
７ 光起電セル
７．１ 反射防止層
７．３ 表面コンタクト
７．５ 変換領域
７．７ 裏面電気コンタクト
７．９ 反射層
１００ 熱光起電力装置
２００ 熱光起電力システム
５０ 燃料源
５５ 廃熱回収ユニット
６０ 濃縮ユニット
１ 全反射体
２ 電磁放射線エミッタ
X 流体熱伝達領域
X．４ 入力側
X．５ 排出側
２ 電磁放射線エミッタ
３ スペクトル成形器
３．X 入力面
３．１ バリア層
４ 熱伝導バリア
５ スペクトルフィルタ
６ アクティブ冷却層
６．１ 冷却材入力部
６．２ 冷却材出力部
７ 光起電セル
７．１ 反射防止層
７．３ 表面コンタクト
７．５ 変換領域
７．７ 裏面電気コンタクト
７．９ 反射層
１００ 熱光起電力装置
２００ 熱光起電力システム
５０ 燃料源
５５ 廃熱回収ユニット
６０ 濃縮ユニット
Claims (19)
- 流体熱伝達領域（X）を画定する入力面（３．X）を有するスペクトル成形器（３）と、
電磁放射線エミッタ（２）と、
を備え、
電磁放射線エミッタ（２）は、前記エミッタを高温に加熱する、例えば触媒転換のような表面固有燃料燃焼工程が可能となる前記流体熱伝達領域（X）内に配置され、高温に晒されたときに主に近赤外線を出射するように構成され、
前記スペクトル成形器（３）は、
高温に晒されたときに前記電磁放射線エミッタ（２）によって出射された前記放射線の第１の最適なスペクトル帯域用の帯域通過フィルタとして構成され、及び／又は、
前記電磁放射線エミッタ（２）によって出射された前記放射線の更なる非最適なスペクトル帯域用の反射体として構成され、これにより、前記第２の非最適なスペクトル帯域の放射線は、電磁放射線エミッタ（２）の方へ再誘導される放射線として再利用される
ことを特徴とする、エネルギー変換・伝達配置（１０）。 - 前記流体熱伝達領域（X）を画定するスペクトル成形器（３）の入力面（３．X）は、前記流体熱伝達領域（X）を有する熱エネルギーキャリア（燃料）と前記電磁放射線エミッタ（２）との間の熱伝達を最大化するために、触媒コーティングされることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー変換・伝達配置（１０）。
- 近赤外線を透過するバリア層（３．１）−好ましくは石英バリア層−が、前記熱伝達エミッタユニット（２）と前記スペクトル成形器（３）との間に設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエネルギー変換・伝達配置（１０）。
- 前記スペクトル成形器（３）は、希土類元素含有層、好ましくは、イッテルビウム酸化物Ｙｂ２Ｏ３又は白金エミッタ層及び／又はナノ構造フィルタ層などの選択的エミッタ材料の層を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のエネルギー変換・伝達配置（１０）。
- 請求項１〜４のうちの１つによるエネルギー変換・伝達配置（１０）と、
電磁放射線エミッタ（２）の放射方向に前記エネルギー変換・伝達配置（１０）に隣接された光起電力セル（７）と、
を備えることを特徴とする、熱光起電力装置（１００）。 - 例えば、真空又はエアロゲル層の形態の熱伝導バリア（４）は、前記スペクトル成形器（３）と前記光起電力セル（７）との間に設けられることを特徴とする、請求項５に記載の熱光起電力装置（１００）。
- スペクトルフィルタ（５）は、前記エネルギー変換・伝達配置（１０）の前記スペクトル成形器（３）と前記光起電力セル（７）との間に設けられることを特徴とする、請求項５又は６に記載の熱光起電力装置（１００）。
- アクティブ冷却層（６）は、前記エネルギー変換・伝達配置（１０）の前記スペクトル成形器（３）と前記光起電力セル（７）との間に、及び／又は、前記スペクトル成形器（３）と反対方向に向けられた前記光起電力セル（７）の裏面側に設けられ、
前記アクティブ冷却層（６）は、冷却剤入力部（６．１）と冷却剤出力部（６．２）との間の水又は他の冷媒などの冷却剤を含み、
前記冷却層（６）は、前記エネルギー変換・伝達配置（１０）の前記スペクトル成形器（３）及び／又は前記電磁放射線エミッタ（２）によって出射された、より低い波長の放射線を吸収するように構成されて、熱的接続によって前記光起電力セル（７）が冷却されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１つに記載の熱光起電力装置（１００）。 - マイクロチャネルは、前記冷却層（６）に設けられ、前記冷却層（６）の放射線吸収を向上させるために前記冷却剤入力部（６．１）及び前記冷却剤出力部（６．２）を接続することを特徴とする、請求項８に記載の熱光起電力装置（１００）。
- 前記光起電力セル（７）は、前記エネルギー変換・伝達配置（１０）の前記スペクトル成形器（３）及び／又は前記電磁放射線エミッタ（２）の出射方向に配置されて、主に近赤外線用に最適化された変換領域（７．５）を含むことを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１つに記載の熱光起電力装置（１００）。
- 前記光起電力セル（７）は、前記エネルギー変換・伝達配置（１０）の前記スペクトル成形器（３）及び／又は前記電磁放射線エミッタ（２）の前記出射方向に向けられた、前記変換領域（７．５）の第１の表面上に位置する反射防止層（７．１）と、前記第１の表面とは反対方向に位置する変換領域（７．５）の第２の表面上の反射層（７．９）とを含み、
電気裏面コンタクト（７．７）は、前記変換領域（７．５）と前記反射層（７．９）との間に位置し、
電気表面コンタクト（７．３）は、前記反射防止層（７．１）と前記変換領域（７．５）との間に位置することを特徴とする、請求項１０に記載の熱光起電力装置（１００）。 - 対称方向のそれぞれに少なくとも１つのスペクトル成型器（３）と光起電力セル（７）を有する前記熱伝達エミッタユニット（２）に対して構造的及び／又は機能的に対称に配置されることを特徴とする、請求項５〜１１のいずれか１つに記載の熱光起電力装置（１００）。
- 十字形状に配置され、その十字の各方向に少なくとも１つのスペクトル成形器（３）と光起電力セル（７）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の熱光起電力装置（１００）。
- 前記スペクトル成形器（３）、及び／又は
前記光起電力セル（７）、及び／又は
前記バリア層（３．１）、及び／又は
前記熱伝導バリア（４）は、
開口楕円柱として、好ましくは前記電磁放射線エミッタ（２）の周りに同軸で配置された好ましくは開口円柱体として構成されることを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか１つに記載の熱光起電力装置（１００）。 - 請求項５〜１４のいずれか１つによる熱光起電力装置（１００）と、
燃料源（５０）であって、燃焼が電磁放射線エミッタ（２）の表面に本質的に限定されるように、かつ、気相での燃料混合物の燃焼が最小限に抑えられるように構成され、燃料源（５０）から流体熱伝達領域（X）の入力側（X．４）へ可燃性燃料混合物を導くように配置された、燃料源（５０）と、
を備えることを特徴とする、熱光起電力システム（２００）。 - 前記燃料源（５０）は、化学エネルギー源であり、
化学エネルギーキャリアは、メタノールなどの化石燃料であることを特徴とする、請求項１４に記載の熱光起電力システム（２００）。 - 前記システムは、更に、前記流体熱伝達領域（X）の排出側（X．５）において熱を排ガスから回収して、前記回収した熱を前記入力側（X．４）にフィードバックするように構成された廃熱回収ユニット（５５）を備えることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の熱光起電力システム（２００）。
- 前記システムは、同時に又は選択的に、
前記燃料源（５０）及び／又は前記流体熱伝達領域（X）から、及び／又は、冷却層（６）の冷却剤出力部（６．２）を介して、熱放射を供給する熱源として機能するように、
光起電力セル（７）の出力端子において電気エネルギーを供給する電気エネルギー源として機能するように、
光源として機能するように、
携帯型エネルギー源として構成されており、
前記電磁放射線エミッタ（２）は、高温に晒されたときに可視スペクトルの電磁放射線を供給するように構成されることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の熱光起電力システム（２００）。 - 前記システムは、更に、前記流体熱伝達領域（X）の前記排出側（２．５）において前記排ガス内の蒸気を濃縮することによって、好ましくは、燃料としてのメタノールの燃焼から生じる水蒸気を濃縮することによって液体を回収するように構成された濃縮ユニット（６０）を備え、
その結果、更に純水源として構成されることを特徴とする、請求項１８に記載の熱光起電力システム（２００）。
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