JP2017184567A - Thermophotovoltaic generator and thermophotovoltaic generation system - Google Patents

Thermophotovoltaic generator and thermophotovoltaic generation system Download PDF

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禎 齋藤
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卓 浅野
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ゾイサ メーナカ デ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermophotovoltaic generator which achieves high generating efficiency.SOLUTION: A thermophotovoltaic generator includes: a plate-like radiation part 10 including a thermophotovoltaic conversion element 12 as a heat radiation light source which converts heat into radiation light; a heat supply part 20 which supplies heat supplied from the heat source to the radiation part 10; and a plate-like photoelectric conversion part 30 including a photoelectric conversion element 31 which receives the radiation light and generates electric power.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱を輻射光に変換する熱輻射光源を備えた平板状の輻射部と、熱源から供給された熱を輻射部に供給する熱供給部と、輻射光を受光して発電する光電変換素子を備えた平板状の光電変換部と、を備えた熱光発電装置に関する。   The present invention includes a flat plate-like radiation unit having a heat radiation light source that converts heat into radiation light, a heat supply unit that supplies heat supplied from the heat source to the radiation unit, and a photoelectric that generates power by receiving the radiation light. The present invention relates to a thermoelectric generator including a flat photoelectric conversion unit including a conversion element.

一般に、物体を加熱すると、物体を構成する物質および物体の温度に応じたスペクトルを有する光、すなわち輻射光を生じる。この輻射光を太陽電池セルで捉え発電する装置を、熱光発電(TPV)装置という(特許文献1)。   In general, when an object is heated, light having a spectrum corresponding to the material constituting the object and the temperature of the object, that is, radiation light is generated. A device that captures this radiant light with a solar cell and generates electric power is referred to as a thermal light power generation (TPV) device (Patent Document 1).

この熱光発電装置は、特定の波長をより多く含んだ輻射光を発する(輻射する)熱輻射光源と、熱源からの熱を熱輻射光源に供給する熱供給部と、光電変換素子を備えた光電変換部と、を含んで構成される。
熱輻射光源は、例えば板状の金属材料からなる基材の一方を吸熱面とし、他方を輻射面として構成される。
熱供給部は、熱輻射光源の吸熱面と対向する状態で接触して配置される。光電変換部は、熱輻射光源を挟んで熱供給部とは反対側に、輻射面と対向して配置される。すなわち、光電変換部は、熱供給部に対向して配置される。
This thermophotovoltaic power generation apparatus includes a heat radiation light source that emits (radiates) radiation light including a greater amount of a specific wavelength, a heat supply unit that supplies heat from the heat source to the heat radiation light source, and a photoelectric conversion element. And a photoelectric conversion unit.
The thermal radiation light source is configured, for example, with one of the bases made of a plate-like metal material as a heat absorbing surface and the other as a radiation surface.
The heat supply unit is disposed in contact with the heat absorption surface of the heat radiation light source in a state of facing the heat absorption surface. The photoelectric conversion unit is disposed on the side opposite to the heat supply unit across the heat radiation light source so as to face the radiation surface. That is, the photoelectric conversion unit is disposed to face the heat supply unit.

特開2014−217110号公報JP, 2014-217110, A

上記のような熱光発電装置は、熱供給部と、熱輻射光源の吸熱面とが対向して接触して配置されるため、熱輻射光源の面積を任意に増やすことができない。さらに、熱輻射光源の種類(例えば光透過性の材料の場合)によっては、熱供給部から光電変換部の光電変換素子で変換できない波長の輻射光が漏えいして、光電変換部での発電に寄与せず損失となる。そしてこの場合、光電変換部は光電変換部の光電変換素子で変換できない波長の輻射光により加熱され、発電効率をさらに低下させてしまう。
そこで、発電効率を低下させず、発電効率の高い熱光発電装置が望まれる。
In the thermophotovoltaic device as described above, the area of the heat radiation light source cannot be arbitrarily increased because the heat supply unit and the heat absorption surface of the heat radiation light source are disposed in contact with each other. Furthermore, depending on the type of heat radiation light source (for example, in the case of a light-transmitting material), radiation light having a wavelength that cannot be converted by the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion unit leaks from the heat supply unit, and power generation in the photoelectric conversion unit It does not contribute and is a loss. In this case, the photoelectric conversion unit is heated by radiation light having a wavelength that cannot be converted by the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion unit, thereby further reducing the power generation efficiency.
Thus, a thermophotovoltaic power generation device with high power generation efficiency without reducing power generation efficiency is desired.

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、発電効率の高い熱光発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a thermophotovoltaic power generation device having high power generation efficiency.

上記目的を達成するための本発明に係る熱光発電装置の特徴構成は、
熱を輻射光に変換する熱輻射光源を備えた平板状の輻射部と、熱源から供給された熱を前記輻射部に供給する熱供給部と、前記輻射光を受光して発電する光電変換素子を備えた平板状の光電変換部と、を備えた熱光発電装置において、
前記輻射部は、前記熱供給部に、前記熱供給部から熱伝導可能に立設されて、
前記光電変換部は、前記熱輻射光源に前記光電変換素子を対向させた状態で前記輻射部に併設されている点にある。
In order to achieve the above object, the characteristic configuration of the thermophotoelectric generator according to the present invention is as follows:
A flat plate-shaped radiation unit having a heat radiation light source that converts heat into radiation light, a heat supply unit that supplies heat supplied from the heat source to the radiation unit, and a photoelectric conversion element that receives the radiation light and generates power In the thermophotovoltaic power generation device provided with a flat photoelectric conversion unit provided with
The radiating unit is erected on the heat supply unit so as to be able to conduct heat from the heat supply unit,
The photoelectric conversion unit is provided in the radiation unit with the photoelectric conversion element facing the thermal radiation light source.

通常、熱供給部の表面も材質と温度に応じて輻射面として機能し、特定の波長分布には制御されない輻射光を発することになる。熱供給部からの制御されない輻射光は、熱供給部を輻射部が覆う場合にも、輻射部を透過する場合がある。例えば輻射部が赤外透明ガラスなどの赤外透明基板のような、赤外線を透過可能な材料を含む場合、熱供給部からの制御されない輻射光は、容易に輻射部を透過する。
そして、熱供給部がたとえば面光源として輻射光を発する場合、熱供給部の輻射面と並行して設けられる面には、熱供給部からの輻射光が直角に入射して、最大の密度で熱供給部からの輻射光が輻射されることになる。
しかし、上記構成によれば、光電変換部は、熱供給部に立設された輻射部と対向させた状態で併設されるため、熱供給部の表面と平行になる配置を回避することができ、熱供給部からの輻射光が直角に入射することは無い。特に、熱供給部に輻射部を垂直に立設して、光電変換部と、熱供給部からの輻射光が平行になる場合には、当該輻射光が光電変換部に入射することを回避できる。
したがって、光電変換部が受ける熱供給部からの輻射光の密度を低下することができ、光電変換素子の発熱を回避することができる。
Usually, the surface of the heat supply unit also functions as a radiation surface according to the material and temperature, and emits radiation light that is not controlled by a specific wavelength distribution. The uncontrolled radiation light from the heat supply unit may pass through the radiation unit even when the radiation unit covers the heat supply unit. For example, when the radiation part includes a material that can transmit infrared rays, such as an infrared transparent substrate such as infrared transparent glass, the uncontrolled radiation from the heat supply part easily passes through the radiation part.
When the heat supply unit emits radiant light as a surface light source, for example, the radiant light from the heat supply unit is incident on the surface provided in parallel with the radiant surface of the heat supply unit at a maximum density. Radiant light from the heat supply unit is emitted.
However, according to the above configuration, the photoelectric conversion unit is provided in a state of being opposed to the radiating unit provided upright on the heat supply unit, so that the arrangement parallel to the surface of the heat supply unit can be avoided. The radiation light from the heat supply unit does not enter at a right angle. In particular, when the radiation unit is vertically installed in the heat supply unit, and the radiation light from the photoelectric conversion unit and the heat supply unit is parallel, it is possible to avoid the radiation light from entering the photoelectric conversion unit. .
Therefore, the density of the radiation light from the heat supply unit received by the photoelectric conversion unit can be reduced, and the heat generation of the photoelectric conversion element can be avoided.

さらに、輻射部を熱供給部に熱伝導可能に立設することで、輻射部を熱供給部の表面に覆設する場合に比して、熱供給部の表面により多くの輻射部を設けることができるから、熱源から熱供給部に供給される熱の熱エネルギーのうち、より多くのエネルギーを輻射部にて制御された輻射光に変換し、相対的に熱供給部からの制御されない輻射光に変換されてしまうエネルギーを減少させることができる。   Furthermore, by providing the radiating unit upright on the surface of the heat supply unit so as to be able to conduct heat, more radiating units are provided on the surface of the heat supply unit than when the radiating unit is covered on the surface of the heat supply unit. Therefore, more of the heat energy of the heat supplied from the heat source to the heat supply unit is converted into radiation light controlled by the radiation unit, and relatively uncontrolled radiation light from the heat supply unit The energy that is converted into can be reduced.

したがって、上記構成によれば、光電変換素子の発熱を回避して、光電変換素子の変換効率の低下を回避し、さらに、熱エネルギーのより多くの割合を制御された輻射光に変換して光電変換部の光電変換素子に入射させることができるため、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。   Therefore, according to the above configuration, heat generation of the photoelectric conversion element is avoided, a decrease in conversion efficiency of the photoelectric conversion element is avoided, and a larger proportion of the thermal energy is converted into controlled radiation light to generate photoelectric Since it can enter into the photoelectric conversion element of a conversion part, a thermophotovoltaic power generator with high power generation efficiency can be provided.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記光電変換部は、前記熱供給部とは別の支持部に支持された状態で前記輻射部に併設され、さらに、前記光電変換素子を冷却する熱吸収部を備えた点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The photoelectric conversion unit is provided with the radiation unit while being supported by a support unit different from the heat supply unit, and further includes a heat absorption unit that cools the photoelectric conversion element.

上記構成によれば、熱供給部から熱伝導で、光電変換部が加熱されることは無い。そして、熱吸収部により光電変換素子を冷却するため、発電効率の低下を回避し、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。   According to the said structure, a photoelectric conversion part is not heated by heat conduction from a heat supply part. And since a photoelectric conversion element is cooled with a heat absorption part, the fall of power generation efficiency can be avoided and a thermophotoelectric power generator with high power generation efficiency can be provided.

また、光電変換素子のバンドギャップエネルギーより短波長の光を光電変換素子が受光する場合は、光電変換素子はバンド内緩和で発熱する。
しかし、熱吸収部により光電変換素子を冷却するため、光電変換部を、発電効率の高い温度で維持した状態で、発電させることができる。したがって、発電効率の低下を回避し、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。
Further, when the photoelectric conversion element receives light having a wavelength shorter than the band gap energy of the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion element generates heat due to in-band relaxation.
However, since the photoelectric conversion element is cooled by the heat absorption unit, power can be generated in a state where the photoelectric conversion unit is maintained at a temperature with high power generation efficiency. Therefore, it is possible to provide a thermal light power generation device that avoids a decrease in power generation efficiency and has high power generation efficiency.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記熱吸収部は平板状に形成されて、前記熱吸収部の平面部に前記光電変換素子を備え、前記光電変換素子は前記平面部と熱伝導可能に接続されている点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The heat absorption part is formed in a flat plate shape, and the photoelectric conversion element is provided on a flat part of the heat absorption part, and the photoelectric conversion element is connected to the flat part so as to be able to conduct heat.

上記構成によれば、平板状に形成された熱吸収部の平面部に熱光変換素子を覆設するなどして、面接続で効率よく熱伝導可能に接続することができる。したがって、熱吸収部により光電変換素子を確実に冷却するため、発電効率の低下を回避し、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。   According to the said structure, a heat-light conversion element can be covered by the flat part of the heat absorption part formed in flat form, and it can connect efficiently and can be thermally conducted by surface connection. Therefore, since the photoelectric conversion element is reliably cooled by the heat absorption unit, a decrease in power generation efficiency can be avoided, and a thermophotovoltaic power generation device with high power generation efficiency can be provided.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記平面部の表面が鏡面状である点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The surface of the flat portion is a mirror surface.

上記構成によれば、光電変換素子を透過した光を熱吸収部の平面部で反射するため当該光が熱吸収部で熱に変換されてしまうことを回避できる。したがって発電効率の低下を回避し、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。   According to the said structure, since the light which permeate | transmitted the photoelectric conversion element is reflected in the plane part of a heat absorption part, it can avoid that the said light being converted into heat in a heat absorption part. Therefore, it is possible to avoid a decrease in power generation efficiency and to provide a thermal light power generation device with high power generation efficiency.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記輻射部は、赤外線を透過可能な材料で平板状に形成された赤外透明基板を備え、
前記赤外透明基板は、前記熱輻射光源として所定の波長が増幅された輻射光を輻射する熱光変換素子を平板部に備え、前記熱供給部に、前記熱供給部から熱伝導可能に接続されている点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The radiation portion includes an infrared transparent substrate formed in a flat plate shape with a material that can transmit infrared rays,
The infrared transparent substrate includes a heat-light conversion element that radiates radiation light having a predetermined wavelength amplified as the heat radiation light source, and is connected to the heat supply unit so as to be able to conduct heat from the heat supply unit. It is in the point.

いわゆる赤外透明基板は、赤外域の光の吸収をほとんど持たないものである。従って、赤外透明基板は赤外域の輻射をほとんど起こさない。
つまり、上記構成によれば、輻射光をほとんど発しない赤外透明基板によって、所定の波長が増幅された輻射光を輻射する熱光変換素子まで、制御されない輻射で熱のエネルギーをロスすることなく、熱供給部から熱を伝熱で供給し、所定の波長が増幅された輻射光を輻射として発することができる。
したがって、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。
A so-called infrared transparent substrate has almost no absorption of light in the infrared region. Therefore, the infrared transparent substrate hardly causes infrared radiation.
In other words, according to the above-described configuration, the infrared transparent substrate that hardly emits radiation light does not lose heat energy due to uncontrolled radiation, up to a heat-light conversion element that emits radiation light with a predetermined wavelength amplified. Then, heat can be supplied from the heat supply unit by heat transfer, and radiation light having a predetermined wavelength amplified can be emitted as radiation.
Therefore, it is possible to provide a thermal light power generation device with high power generation efficiency.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記輻射部と、前記光電変換部とが、交互に併設されている点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The radiation unit and the photoelectric conversion unit are alternately provided.

上記構成によれば、少ないスペースに、高密度に輻射部と、光電変換部とを配置出来るため、発電効率の高い熱光発電装置をコンパクトに提供することができる。   According to the said structure, since a radiation | emission part and a photoelectric conversion part can be arrange | positioned with high density in a small space, a thermophotoelectric power generator with high power generation efficiency can be provided compactly.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記熱供給部と、前記光電変換部との間に、前記供給部からの輻射光を遮蔽する遮蔽部を備えた点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
In the point which provided the shielding part which shields the radiant light from the said supply part between the said heat supply part and the said photoelectric conversion part.

上記構成によれば、熱供給部からの制御されない輻射光が光電変換部に供給されるのを回避できるため、光電変換部が加熱されず、発電効率の低下を回避できるから、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。   According to the above configuration, since uncontrolled radiation from the heat supply unit can be prevented from being supplied to the photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion unit is not heated, and a decrease in power generation efficiency can be avoided, resulting in high power generation efficiency. A thermoluminescent power generation device can be provided.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記遮蔽部は、断熱材であり、前記断熱材は、前記熱供給部に覆設される点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The said shielding part is a heat insulating material, and the said heat insulating material exists in the point covered by the said heat supply part.

上記構成によれば、熱供給部が断熱材で被覆されて保温される。
したがって、熱供給部からの制御されない輻射光の輻射を抑制し、熱のエネルギーのロスを回避し、また光電変換部は加熱を回避し、発電効率の低下を回避できるから、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。
According to the said structure, a heat supply part is coat | covered with a heat insulating material, and is heat-retained.
Therefore, the radiation of uncontrolled radiation from the heat supply unit is suppressed, the loss of heat energy is avoided, and the photoelectric conversion unit can avoid heating and avoid a decrease in power generation efficiency. A photovoltaic device can be provided.

本発明に係る熱光発電装置の更なる特徴構成は、
前記遮蔽部は、光を反射する光反射体であり、前記光反射体は、前記熱供給部に向けて光を反射するよう設けられている点にある。
Further features of the thermophotovoltaic power generator according to the present invention are as follows:
The shielding portion is a light reflector that reflects light, and the light reflector is provided to reflect light toward the heat supply portion.

上記構成によれば、熱供給部からの輻射は光反射体によって再び熱供給部に戻される。
したがって、熱供給部からの制御されない輻射光の輻射を抑制し、熱のエネルギーのロスを回避し、また光電変換部は加熱を回避し、発電効率の低下を回避できるから、発電効率の高い熱光発電装置を提供することができる。
According to the above configuration, the radiation from the heat supply unit is returned to the heat supply unit again by the light reflector.
Therefore, the radiation of uncontrolled radiation from the heat supply unit is suppressed, the loss of heat energy is avoided, and the photoelectric conversion unit can avoid heating and avoid a decrease in power generation efficiency. A photovoltaic device can be provided.

本発明に係る熱光発電装置を備えた熱光発電システムの特徴構成は、
熱光発電装置を、真空容器内に備える点にある。
The characteristic configuration of the thermophotovoltaic power generation system including the thermophotovoltaic power generation apparatus according to the present invention is
The thermophotoelectric generator is provided in the vacuum vessel.

上記構成によれば、大気等の雰囲気ガスによる対流で熱供給部がされたり、光電変換部が加熱されたりすることを回避できる。
したがって、発電効率の高い熱光発電システムを提供することができる。
According to the said structure, it can avoid that a heat supply part is made by the convection by atmospheric gas, such as air | atmosphere, or a photoelectric conversion part is heated.
Therefore, it is possible to provide a thermal light power generation system with high power generation efficiency.

熱光発電装置および熱光発電システムの全体構造を示す断面図Sectional drawing which shows the whole structure of a thermophotoelectric generator and a thermophotovoltaic power generation system 熱光発電装置および熱光発電システムの全体構造を示す別の断面の模式図Schematic diagram of another cross section showing the overall structure of the thermophotovoltaic generator and thermophotovoltaic power generation system 熱光変換素子の一例を示す図The figure which shows an example of a heat-light conversion element 熱光変換素子の分光放射輝度の一例を示す図The figure which shows an example of the spectral radiance of a heat-light conversion element 熱光発電装置のエネルギーの変換効率の一例を説明する図The figure explaining an example of the energy conversion efficiency of a thermophotovoltaic power generation device 熱光発電装置および熱光発電システムの別の全体構造を示す図The figure which shows another whole structure of a thermophotoelectric power generation apparatus and a thermophotovoltaic power generation system

図1および図2に基づいて、本発明の実施形態に係る熱光発電装置100および熱光発電システム1について説明する。   Based on FIG. 1 and FIG. 2, the thermophotoelectric generator 100 and the thermophotovoltaic power generation system 1 which concern on embodiment of this invention are demonstrated.

本実施形態に係る熱光発電装置100は、熱を輻射光に変換する熱輻射光源として、熱光変換素子12を備えた平板状の輻射部10と、熱源から供給された熱を輻射部10に供給する熱供給部20と、輻射光を受光して発電する光電変換素子31を備えた平板状の光電変換部30と、を備えている。   The thermoluminescent power generation apparatus 100 according to the present embodiment includes a flat plate-like radiation unit 10 including a thermo-light conversion element 12 as a heat radiation light source that converts heat into radiation light, and the heat supplied from the heat source to the radiation unit 10. And a flat plate-like photoelectric conversion unit 30 including a photoelectric conversion element 31 that receives radiant light and generates electric power.

本例の場合、熱供給部20に供給される熱の熱源は、例えばガスエンジンの排熱や、太陽光を集光した熱源を用いることができる。もちろんその他の熱源も利用可能であり、特定の熱源に限られない。熱供給部20の外周部は、たとえば鉄や銅、ステンレスなどの熱伝導性の高い金属などで形成される。本例ではステンレスで形成されている。   In the case of this example, the heat source of heat supplied to the heat supply unit 20 can be, for example, exhaust heat of a gas engine or a heat source that concentrates sunlight. Of course, other heat sources can be used and are not limited to specific heat sources. The outer peripheral portion of the heat supply unit 20 is formed of, for example, a metal having high thermal conductivity such as iron, copper, and stainless steel. In this example, it is made of stainless steel.

そして、熱光発電装置100は真空容器61を兼ねた冷却部40の真空の空間60に格納されている。
本例では空間60は、0.01mPaから1kPa程度の真空に保たれている。
The thermophotovoltaic power generation device 100 is stored in a vacuum space 60 of the cooling unit 40 that also serves as the vacuum vessel 61.
In this example, the space 60 is maintained in a vacuum of about 0.01 mPa to 1 kPa.

本例では、輻射部10は、熱供給部20に対し、図1および図2における熱供給部20の上下方向に、立設して設けられている。本例では、輻射部10は、熱供給部20の表面に対し、直角に設けられている。
また、光電変換部30は、対抗する熱供給部20とは設置方向を逆向きに、冷却部40に立設されている。本例では、光電変換部30は、冷却部40に対し、直角に設けられている。
図2は、図1に示す熱光発電システム1の断面と直交する別の断面の模式的な断面図である。図2は、輻射部10と熱供給部20と光電変換部30とおよび冷却部40の関係を模式的に示すための便宜として、輻射部10と光電変換部30とを同一断面上に描いている。
In this example, the radiation unit 10 is provided upright with respect to the heat supply unit 20 in the vertical direction of the heat supply unit 20 in FIGS. 1 and 2. In this example, the radiation unit 10 is provided at a right angle to the surface of the heat supply unit 20.
Further, the photoelectric conversion unit 30 is erected on the cooling unit 40 with the installation direction opposite to that of the opposing heat supply unit 20. In this example, the photoelectric conversion unit 30 is provided at a right angle to the cooling unit 40.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another cross section orthogonal to the cross section of the thermophotoelectric power generation system 1 shown in FIG. FIG. 2 shows the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 on the same cross section for convenience of schematically showing the relationship between the radiation unit 10, the heat supply unit 20, the photoelectric conversion unit 30, and the cooling unit 40. Yes.

したがって、輻射部10と光電変換部30とは、平行に併設されている。また、光電変換部30は、熱供給部20の表面に対して直交する向きに設けられている。
よって、熱供給部20の表面からの制御されない輻射光は、およそ大部分が光電変換部30に対して平行に発せられることになり、光電変換部30が熱供給部20の表面からの制御されない輻射光で加熱されることを回避できる。
Therefore, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are provided in parallel. The photoelectric conversion unit 30 is provided in a direction orthogonal to the surface of the heat supply unit 20.
Therefore, most of the uncontrolled radiation light from the surface of the heat supply unit 20 is emitted in parallel to the photoelectric conversion unit 30, and the photoelectric conversion unit 30 is not controlled from the surface of the heat supply unit 20. Heating with radiation light can be avoided.

また、輻射部10と光電変換部30とは、所定の間隔を隔てて設けられている。輻射部10と光電変換部30と、が物理的に接触することは無い。したがって、輻射部10と光電変換部30と、の間は熱的に隔離されている。   Further, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are provided with a predetermined interval. The radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are not in physical contact. Therefore, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are thermally isolated from each other.

また、輻射部10と冷却部40とは、所定の間隔を隔てて設けられている。輻射部10と冷却部40と、が物理的に接触することは無い。したがって、輻射部10と冷却部40と、の間は熱的に隔離されている。   Further, the radiating unit 10 and the cooling unit 40 are provided at a predetermined interval. The radiation part 10 and the cooling part 40 do not come into physical contact. Therefore, the radiation unit 10 and the cooling unit 40 are thermally isolated.

また、光電変換部30と熱供給部20とは、所定の間隔を隔てて設けられている。光電変換部30と熱供給部20と、が物理的に接触することは無い。したがって、光電変換部30と熱供給部20と、の間は熱的に隔離されている。   In addition, the photoelectric conversion unit 30 and the heat supply unit 20 are provided at a predetermined interval. There is no physical contact between the photoelectric conversion unit 30 and the heat supply unit 20. Therefore, the photoelectric conversion unit 30 and the heat supply unit 20 are thermally isolated.

本例では図1および図2に示すように、断面が方形の空間60に、方形の平板状の輻射部10や、輻射部10に対応する方形で平板状の光電変換部30の場合を例示しているが、これら例示は説明上の便宜であって、これら形状に限定されるものでは無い。
以下、熱光発電装置100および熱光発電システム1について、さらに詳述する。
In this example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the case of a rectangular flat plate-like radiation part 10 in a square space 60 and a square flat photoelectric conversion part 30 corresponding to the radiation part 10 is illustrated. However, these illustrations are for convenience of explanation, and are not limited to these shapes.
Hereinafter, the thermophotoelectric generator 100 and the thermophotovoltaic power generation system 1 will be further described in detail.

輻射部10は、熱供給部20からの熱を伝熱して熱光変換素子12へ供給するための赤外透明基板11を備えている。つまり、輻射部10は、赤外透明基板11と、熱光変換素子12とを含む。   The radiation unit 10 includes an infrared transparent substrate 11 for transferring heat from the heat supply unit 20 and supplying the heat to the heat-light conversion element 12. That is, the radiation part 10 includes the infrared transparent substrate 11 and the heat-light conversion element 12.

輻射部10は、熱源からの高さが1〜10cmで形成するとよく、本例では1から10cm角程度の平板状に形成することができる。輻射部10が小さすぎる場合は、経済的に不利益である。輻射部10が大き過ぎる場合は、熱供給部20からの熱の伝熱が十分でなく、やはり経済的に不利益である。   The radiation part 10 may be formed with a height of 1 to 10 cm from the heat source. In this example, the radiation part 10 may be formed in a flat plate shape of about 1 to 10 cm square. When the radiation part 10 is too small, it is economically disadvantageous. If the radiating unit 10 is too large, heat transfer from the heat supply unit 20 is not sufficient, which is also economically disadvantageous.

赤外透明基板11は、赤外線を透過可能な材料である。本例では、赤外透明基板11は、平板状に形成されている。
赤外透明基板11としてはたとえば、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、シリコン炭化ケイ素(SiC)、ダイヤモンド、サファイア、アルミニウムナイトライド、ガリウムナイトライド、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、ジンクセレン、フッ化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化イットリアなどを用いることができる。
本例では、赤外透明基板11としてサファイアを用いている。
The infrared transparent substrate 11 is a material that can transmit infrared rays. In this example, the infrared transparent substrate 11 is formed in a flat plate shape.
Examples of the infrared transparent substrate 11 include magnesium oxide, silicon oxide, silicon silicon carbide (SiC), diamond, sapphire, aluminum nitride, gallium nitride, calcium fluoride, magnesium fluoride, zinc selenium, barium fluoride, and zirconium oxide. Hafnium oxide, titanium oxide, yttria oxide, or the like can be used.
In this example, sapphire is used as the infrared transparent substrate 11.

この赤外透明基板11は、熱供給部20に立設されている。赤外透明基板11と、熱供給部20とは、熱的に密接して、熱伝導可能に接続されている。
そして、赤外透明基板11は、熱光変換素子12を支持する支持部として機能している。赤外透明基板11と、熱光変換素子12とは、熱的に密接して、熱伝導可能に接続されている。
本例では、赤外透明基板11は、熱供給部20の表面に設けた細溝に赤外透明基板11の一辺を圧入して固定されている。
したがって、熱供給部20と、熱光変換素子12とは、赤外透明基板11を介して熱伝導可能に形成されている。
The infrared transparent substrate 11 is erected on the heat supply unit 20. The infrared transparent substrate 11 and the heat supply unit 20 are thermally intimately connected so as to be able to conduct heat.
The infrared transparent substrate 11 functions as a support portion that supports the heat-light conversion element 12. The infrared transparent substrate 11 and the heat-light conversion element 12 are thermally intimately connected so as to be able to conduct heat.
In this example, the infrared transparent substrate 11 is fixed by pressing one side of the infrared transparent substrate 11 into a narrow groove provided on the surface of the heat supply unit 20.
Therefore, the heat supply unit 20 and the heat-light conversion element 12 are formed so as to be able to conduct heat via the infrared transparent substrate 11.

赤外透明基板11は、本例では、熱光変換素子12として所定の波長が増幅された輻射光を輻射する熱光変換素子12を平板部に備えている。
熱光変換素子12として用いるに好適な材料や部材としては、タンタルやタングステンなどの金属やシリコン炭化ケイ素などの半導体、その他の絶縁体、金属もしくは半導体もしくは絶縁体に周期構造等の加工を施し輻射を制御した部材を用いることができる。半導体もしくは絶縁体に周期構造等の加工を施し輻射を制御した部材としては、後述する、フォトニック結晶が特に好適である。
In this example, the infrared transparent substrate 11 includes a thermal light conversion element 12 that radiates radiation light having a predetermined wavelength amplified as the thermal light conversion element 12 in a flat plate portion.
Materials and members suitable for use as the thermo-optic conversion element 12 include metals such as tantalum and tungsten, semiconductors such as silicon silicon carbide, other insulators, metal or semiconductors or insulators subjected to processing such as a periodic structure, and radiation. The member which controlled can be used. A photonic crystal, which will be described later, is particularly suitable as a member that controls the radiation by processing a semiconductor or an insulator such as a periodic structure.

本例の熱光変換素子12は、所定の光学構造を備えたいわゆるフォトニック結晶を用いることができる。そして熱光変換素子12は、フォトニック結晶として、供給された熱をその光学構造に対応する波長を含む輻射光に変換する機能を有する。
熱光変換素子12は、たとえば半導体からなる屈折部13と、屈折部13の半導体よりも光屈折率の小さな光学基板14とを含んで備える。本例の熱光変換素子12は、赤外透明基板11から熱エネルギーを伝熱で受け取る。
A so-called photonic crystal having a predetermined optical structure can be used for the heat-light conversion element 12 of this example. And the heat-light conversion element 12 has a function which converts the supplied heat into radiant light including the wavelength corresponding to the optical structure as a photonic crystal.
The heat-light conversion element 12 includes a refraction part 13 made of, for example, a semiconductor and an optical substrate 14 having a light refractive index smaller than that of the semiconductor of the refraction part 13. The heat-light conversion element 12 of this example receives heat energy from the infrared transparent substrate 11 by heat transfer.

この熱光変換素子12は、平板状に構成された光学基板14の、輻射光を放出させようとする方向の一方の面に、屈折部13を正方格子状に配置した構成を含む。
なお、屈折部13の配置は、正方格子状に限られない。
したがって、この屈折部13を備える面が、主として輻射光を放出させる向きになり、他方側の面は、屈折部13を備える面よりもやや弱い強度の輻射光を放出させる面になる。つまり、光学基板14の屈折部13を備える面側にやや強度が偏って、光学基板14の両面から輻射光が輻射される。
The heat-light conversion element 12 includes a configuration in which the refracting portions 13 are arranged in a square lattice pattern on one surface of the optical substrate 14 configured in a flat plate shape in a direction in which radiation light is to be emitted.
The arrangement of the refracting portions 13 is not limited to a square lattice shape.
Therefore, the surface provided with the refracting portion 13 is mainly directed to emit radiant light, and the other surface is a surface that emits radiant light having slightly weaker intensity than the surface provided with the refracting portion 13. That is, the intensity is slightly biased toward the surface of the optical substrate 14 that includes the refracting portion 13, and radiation light is radiated from both surfaces of the optical substrate 14.

本例の場合、赤外透明基板11は、光学基板14の両面から輻射される輻射光を透過する。したがって、輻射部10の両面から、両面から輻射光が発せられる。
なお、屈折部13の配置は、正方格子状に限られない。例えば三角千鳥格子を含む、その他の配置、配列をも含み得る。
また、熱光変換素子12を構成する屈折部13および光学基板14は、二次元的な配置・配列には限定されず、三次元的な配置・配列をも含み得る。
In the case of this example, the infrared transparent substrate 11 transmits radiated light radiated from both surfaces of the optical substrate 14. Therefore, radiant light is emitted from both sides of the radiating unit 10.
The arrangement of the refracting portions 13 is not limited to a square lattice shape. For example, other arrangements and arrangements including a triangular houndstooth may be included.
Further, the refracting portion 13 and the optical substrate 14 constituting the heat-light conversion element 12 are not limited to a two-dimensional arrangement / arrangement, and may include a three-dimensional arrangement / arrangement.

屈折部13は、半導体で形成される。半導体には、真性半導体が含まれる。
本例では屈折部13は、Siの結晶で形成されている。
屈折部13として用いることの出来る、半導体としては、Si結晶のほかに、SiCを好適に用いることもできる。なお、SiやSiCは真性半導体である。
The refraction part 13 is formed of a semiconductor. The semiconductor includes an intrinsic semiconductor.
In this example, the refracting portion 13 is made of Si crystal.
As a semiconductor that can be used as the refracting portion 13, SiC can be suitably used in addition to the Si crystal. Si and SiC are intrinsic semiconductors.

屈折部13は、本例では、光学基板14上に突起した状態で、円柱状に形成されている。本例では、熱光変換素子12は、一の光学基板14に屈折部13を備えた、一層でなる場合を示している。
一例を挙げると、屈折部13の直径dはおよそ200nmである。また、屈折部13の高さhはおよそ500nmである。屈折部13は正方格子状に配列され、正方格子の周期長a(隣り合う屈折部13の中心間の距離)はおよそ600nmである。
In this example, the refracting portion 13 is formed in a cylindrical shape in a state of protruding on the optical substrate 14. In this example, the case where the heat-light conversion element 12 is formed of a single layer in which the optical substrate 14 includes the refracting portion 13 is shown.
As an example, the diameter d of the refracting portion 13 is approximately 200 nm. The height h of the refracting portion 13 is about 500 nm. The refracting portions 13 are arranged in a square lattice shape, and the period length a of the square lattice (the distance between the centers of the adjacent refracting portions 13) is approximately 600 nm.

光学基板14は、可視光から遠赤外線に含まれる波長の光を透過可能な基板である。言い換えると、可視光から遠赤外線領域において吸収率を持たない基板である。
光学基板14は、可視光から遠赤外線に含まれる波長の光を透過可能な材料で形成されている。
The optical substrate 14 is a substrate capable of transmitting light having a wavelength included in visible light and far infrared rays. In other words, the substrate does not have an absorptance in the visible to far-infrared region.
The optical substrate 14 is formed of a material capable of transmitting light having a wavelength included in visible light and far infrared rays.

本例では、この光学基板14は、本例では、赤外透明基板である。具体的にはサファイアを用いている。また、光学基板14は、本例では赤外透明基板11と一体に構成されている。
光学基板14に用いる可視光から遠赤外線に含まれる波長の光を透過可能な材料としては、たとえば、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、SiC、ダイヤモンド、サファイア、アルミニウムナイトライド、ガリウムナイトライド、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、ジンクセレン、フッ化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化イットリアなども好適に用いることができる。
In this example, this optical substrate 14 is an infrared transparent substrate in this example. Specifically, sapphire is used. The optical substrate 14 is configured integrally with the infrared transparent substrate 11 in this example.
Examples of the material that can transmit light having a wavelength included in the far infrared ray from visible light used for the optical substrate 14 include magnesium oxide, silicon oxide, SiC, diamond, sapphire, aluminum nitride, gallium nitride, calcium fluoride, Magnesium fluoride, zinc selenium, barium fluoride, zirconium oxide, hafnium oxide, titanium oxide, yttria oxide, and the like can also be suitably used.

光電変換部30は、冷却部40に支持された状態で輻射部10に併設されている。
そして、光電変換部30は、熱光変換素子12が輻射する輻射光を受光可能に設けられていればよい。例えば平面で構成した熱光変換素子12の輻射面に対向させた状態に光電変換部30の光電変換素子31を設ければよい。
本例では、光電変換部30は、冷却部40に熱伝導可能な状態で接続されており、冷却部40に立設して設けられ、輻射部10に平行に、併設されている。
The photoelectric conversion unit 30 is provided side by side with the radiation unit 10 while being supported by the cooling unit 40.
And the photoelectric conversion part 30 should just be provided so that the radiation light which the heat-light conversion element 12 radiates | emits can be received. For example, what is necessary is just to provide the photoelectric conversion element 31 of the photoelectric conversion part 30 in the state made to oppose the radiation surface of the heat-light conversion element 12 comprised by the plane.
In this example, the photoelectric conversion unit 30 is connected to the cooling unit 40 in a state capable of conducting heat, is provided standing on the cooling unit 40, and is provided in parallel with the radiation unit 10.

光電変換部30は、受光した光を電気へ変換する光電変換素子31と、光電変換素子を冷却する熱吸収部32とを含む部材である。
本例では、平板状に形成された熱吸収部32の両平面部(両面)に、光電変換素子31をそれぞれ備えている。
つまり、光電変換部30はその両面で輻射部10からの輻射光を受光して発電することができる。
The photoelectric conversion unit 30 is a member including a photoelectric conversion element 31 that converts received light into electricity and a heat absorption unit 32 that cools the photoelectric conversion element.
In this example, the photoelectric conversion elements 31 are provided on both flat surfaces (both surfaces) of the heat absorbing portion 32 formed in a flat plate shape.
That is, the photoelectric conversion unit 30 can generate power by receiving the radiation light from the radiation unit 10 on both sides thereof.

輻射部10と、光電変換部30との関係について補足する。
本例では、輻射部10と、光電変換部30とは、熱供給部20の長手方向に交互に繰りかえし、併設されている。
従って、輻射部10の両面から発せられる輻射光を、輻射部10の両面に対応して設けられる光電変換素子31がそれぞれ受光して発電する。
また、輻射部10と、光電変換部30とは、交互に繰りかえすように併設することで、熱供給部20の表面積に対して、より広い面積の輻射部10、すなわち熱光変換素子12とを設けて、熱エネルギーを効率よく輻射光に変換することができる。
It supplements about the relationship between the radiation part 10 and the photoelectric conversion part 30. FIG.
In this example, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are alternately provided in the longitudinal direction of the heat supply unit 20 and provided side by side.
Therefore, the photoelectric conversion elements 31 provided corresponding to both surfaces of the radiating unit 10 receive and generate the radiated light emitted from both surfaces of the radiating unit 10.
In addition, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 are alternately arranged so that the radiation unit 10 having a larger area, that is, the heat-light conversion element 12, is larger than the surface area of the heat supply unit 20. By providing, heat energy can be efficiently converted into radiant light.

熱吸収部32は、冷却部40と、光電変換素子31とを熱的に接続する部材である。
熱吸収部32は、光電変換素子31から熱を受け取り、冷却部40にその熱を受け渡す機能を有する部材である。
さらに、本例では、熱吸収部32は光電変換素子31を支持する支持部として機能している。
The heat absorption unit 32 is a member that thermally connects the cooling unit 40 and the photoelectric conversion element 31.
The heat absorption unit 32 is a member having a function of receiving heat from the photoelectric conversion element 31 and transferring the heat to the cooling unit 40.
Furthermore, in this example, the heat absorption part 32 functions as a support part that supports the photoelectric conversion element 31.

熱吸収部32は、たとえば鉄や銅、アルミ、ジュラルミン、ステンレスなどの熱伝導性の高い金属などで形成される。本例ではステンレスの平板で形成されており、このステンレスの平板は、光電変換素子31と冷却部40とを熱的に接続する部材としても機能し、同時に、光電変換素子31を支持する支持部として機能している。   The heat absorbing portion 32 is formed of a metal having high thermal conductivity such as iron, copper, aluminum, duralumin, and stainless steel. In this example, it is formed of a stainless steel flat plate, and this stainless steel flat plate also functions as a member that thermally connects the photoelectric conversion element 31 and the cooling unit 40, and at the same time, a support part that supports the photoelectric conversion element 31. Is functioning as

熱吸収部32の、光電変換素子31と冷却部40とを熱的に接続する機能は、冷却水や、ヒートパイプなどの利用によっても実現できる。
したがって、熱吸収部32の様態は、本例の様態に限定されず、複数の構成を組み合わせることができ、少なくとも公知の構成を利用しうる。
The function of thermally connecting the photoelectric conversion element 31 and the cooling unit 40 of the heat absorption unit 32 can also be realized by using cooling water or a heat pipe.
Therefore, the aspect of the heat absorption part 32 is not limited to the aspect of this example, A several structure can be combined and a well-known structure can be utilized at least.

熱吸収部32は、冷却部40に熱伝導可能な状態で接続されており、冷却部40に立設して設けられ、輻射部10に平行に、併設されている。本例では、熱吸収部32は、冷却部40の表面に熱吸収部32の一辺を溶接して固定されている。
熱吸収部32は、平板状に形成されて、その平面部に光電変換素子31を備えている。したがって、光電変換素子31は、熱光変換素子12と平行に、併設されている。
また、熱吸収部32は、光電変換素子31と熱伝導可能に密接して備えている。本例では、光電変換素子31は熱吸収部32に覆設されている。
したがって、冷却部40と、光電変換素子31とは、熱吸収部32を介して熱伝導可能に形成されている。
The heat absorption unit 32 is connected to the cooling unit 40 in a state capable of conducting heat, is provided standing on the cooling unit 40, and is provided in parallel with the radiation unit 10. In this example, the heat absorption part 32 is fixed to the surface of the cooling part 40 by welding one side of the heat absorption part 32.
The heat absorption part 32 is formed in a flat plate shape, and includes a photoelectric conversion element 31 on a flat part thereof. Therefore, the photoelectric conversion element 31 is provided in parallel with the heat-light conversion element 12.
Moreover, the heat absorption part 32 is closely provided with the photoelectric conversion element 31 so that heat conduction is possible. In this example, the photoelectric conversion element 31 is covered with the heat absorption part 32.
Therefore, the cooling unit 40 and the photoelectric conversion element 31 are formed so as to be able to conduct heat via the heat absorption unit 32.

光電変換素子31は、光を電気に変換する部材である。
光電変換素子31としては、例えば一般的な太陽電池を用いることができる。たとえば、シリコン太陽電池、ガリウムアンチモン太陽電池、ゲルマニウム太陽電池、インジウムガリウムヒ素系太陽電池、ガリウムヒ素系太陽電池を用いることができる。もちろん光電変換素子31の具体的な様態は、これら例示に限定されるわけではない。
The photoelectric conversion element 31 is a member that converts light into electricity.
As the photoelectric conversion element 31, for example, a general solar cell can be used. For example, a silicon solar cell, a gallium antimony solar cell, a germanium solar cell, an indium gallium arsenide solar cell, or a gallium arsenide solar cell can be used. Of course, the specific mode of the photoelectric conversion element 31 is not limited to these examples.

これら太陽電池は、受光して発電する場合に、バンド内緩和で発熱する。したがって、熱吸収部32を介して光電変換素子31として用いる太陽電池を冷却することで、太陽電池が高温になって発電効率が低下することを回避できる。
また、これら太陽電池は、長波長の光を受光すると、その光を吸収して発熱する。したがって、熱吸収部32を介して光電変換素子31として用いる太陽電池を冷却することで、太陽電池が高温になって発電効率が低下すること回避できる。
These solar cells generate heat by relaxation within the band when receiving light and generating power. Therefore, by cooling the solar cell used as the photoelectric conversion element 31 via the heat absorption part 32, it can avoid that a solar cell becomes high temperature and power generation efficiency falls.
Moreover, when these solar cells receive light having a long wavelength, they absorb the light and generate heat. Therefore, by cooling the solar cell used as the photoelectric conversion element 31 via the heat absorption part 32, it can avoid that a solar cell becomes high temperature and power generation efficiency falls.

光電変換素子31の発電に適する波長と、熱光変換素子12の輻射の発光スペクトルとは、互いに主要部分が一致して適する組合せにする必要がある。
たとえば熱光変換素子12としてシリコン太陽電池を用いる場合、光電変換素子31の発光スペクトルの波長のピークは1120nm未満とすることが好ましい。これは、シリコン太陽電池は一般に、波長が1120nmを超える光を光電変換することができないためである。その他の太陽電池セルを用いる場合にも、光電変換素子31の発光スペクトルの波長のピークは同様に定めることができる。
The wavelength suitable for the power generation of the photoelectric conversion element 31 and the emission spectrum of the radiation of the heat-light conversion element 12 need to be in a suitable combination with the main parts matching each other.
For example, when a silicon solar battery is used as the thermal light conversion element 12, the peak of the wavelength of the emission spectrum of the photoelectric conversion element 31 is preferably less than 1120 nm. This is because silicon solar cells generally cannot photoelectrically convert light having a wavelength exceeding 1120 nm. Even when other solar battery cells are used, the peak of the wavelength of the emission spectrum of the photoelectric conversion element 31 can be similarly determined.

熱光変換素子12と光電変換素子31との関係について補足する。
熱光変換素子12として用いるに好適な材料として上記に例示列挙した部材は、いわゆる黒体に比べ、輻射光の所定の波長が増幅された分布がシャープな波長スペクトルを有するため、所定の光電変換素子31と組み合わせることで、高い発電効率を得ることができる。
ここで、発電効率とは、入力された熱エネルギーのうち、電気に変換されたエネルギーの割合を言う。
It supplements about the relationship between the heat-light conversion element 12 and the photoelectric conversion element 31. FIG.
The members exemplified above as materials suitable for use as the heat-light conversion element 12 have a sharp wavelength spectrum in which a predetermined wavelength of radiated light is amplified compared to a so-called black body. By combining with the element 31, high power generation efficiency can be obtained.
Here, the power generation efficiency refers to a ratio of energy converted to electricity in the input thermal energy.

図4に、1000℃の場合の黒体(材質はSiC)の輻射の波長スペクトル(図4中のラインBB)と、1000℃の場合の本例で例示したフォトニック結晶を用いた熱光変換素子12の場合の輻射の波長スペクトル(図4中のラインEM)とを例示する。図4中、「SP」は、分光放射輝度を示す。
本例で例示したフォトニック結晶を用いた熱光変換素子12の場合の輻射の波長スペクトルは極めてシャープで、熱輻射光源として特に好ましい特徴を持つことがわかる。
FIG. 4 shows the wavelength spectrum of radiation (line BB in FIG. 4) of a black body (material is SiC) at 1000 ° C. and heat-light conversion using the photonic crystal exemplified in this example at 1000 ° C. The wavelength spectrum of radiation in the case of the element 12 (line EM in FIG. 4) is illustrated. In FIG. 4, “SP” indicates spectral radiance.
It can be seen that the wavelength spectrum of radiation in the case of the heat-light conversion element 12 using the photonic crystal exemplified in this example is extremely sharp and has particularly preferable characteristics as a heat radiation light source.

図5に、1000℃の場合の本例で例示したフォトニック結晶を用いた熱光変換素子12の輻射光を、シリコン太陽電池で受光して発電した場合の発電効率を示す。図5中、「Ef」は、効率を示す。
この例では、シリコン太陽電池に適した約0.8vの解放電圧の場合に、68%もの高い変換効率を発揮することが分かる。
FIG. 5 shows the power generation efficiency when generating power by receiving the radiation light of the heat-light conversion element 12 using the photonic crystal exemplified in this example at 1000 ° C. with a silicon solar cell. In FIG. 5, “Ef” indicates efficiency.
In this example, it can be seen that a conversion efficiency as high as 68% is exhibited at an open-circuit voltage of about 0.8 V suitable for a silicon solar cell.

冷却部40は、光電変換部30から供給される熱を受け取り、熱を蓄積せず、系外へ放出する部材である。つまり光電変換部30を冷却する部材である。
冷却部40は、公知の冷却方法で冷却するなどしてその機能を発揮させることができる。本例では、冷却部40は、ステンレス製の外壁(容器)中に、冷却水が通流する態様で構成されている。冷却部40は、この例示の態様に限定されず、その他同様の機能を有する方式や態様を含み得る。
The cooling unit 40 is a member that receives the heat supplied from the photoelectric conversion unit 30 and releases the heat without accumulating the heat. That is, it is a member that cools the photoelectric conversion unit 30.
The cooling unit 40 can exhibit its function by cooling with a known cooling method. In this example, the cooling unit 40 is configured in such a manner that cooling water flows through a stainless outer wall (container). The cooling unit 40 is not limited to this exemplary aspect, and may include other methods and aspects having similar functions.

以下、熱光発電装置100および熱光発電システム1のさらに好ましい様態を説明する。
熱供給部20と、光電変換部30との間に、熱供給部20からの輻射光を遮蔽する遮蔽部50を備えるとよい。
本例では、遮蔽部50として、光を反射する光反射体51を、光電変換部30の熱供給部20に対向させた側の端部に設け、光反射体51で、熱供給部20に向けて熱供給部20が発する制御されない輻射光を反射して、再度、熱供給部20で熱に変換するよう設けられている
Hereinafter, more preferable modes of the thermophotoelectric generator 100 and the thermophotoelectric power generation system 1 will be described.
Between the heat supply part 20 and the photoelectric conversion part 30, it is good to provide the shielding part 50 which shields the radiation light from the heat supply part 20. FIG.
In this example, a light reflector 51 that reflects light is provided as the shielding unit 50 at the end of the photoelectric conversion unit 30 on the side facing the heat supply unit 20. It is provided to reflect the uncontrolled radiation emitted by the heat supply unit 20 toward the heat supply unit 20 and convert it to heat again.

光反射体51は、光を反射するものであればよい。特に好適なものとしては、反射面の材質が金、銀、アルミニウム製であって、表面にその材質が露出したものであるとよい。
本例では、ステンレス製の平板を300番でバフ研磨した後、さらに電解研磨して、金蒸着した光反射体51を用いている。
The light reflector 51 only needs to reflect light. Particularly preferably, the reflective surface is made of gold, silver, or aluminum, and the material is exposed on the surface.
In this example, a light reflector 51 is used in which a stainless steel flat plate is buffed with No. 300 and then electropolished and gold-deposited.

図1の熱光発電装置100および熱光発電システム1の図示には、上述の熱源からの熱供給に用いる供給路や、冷却に用いる冷却水、発電した電力を取り出す電気配線などのユーティリティーは、その記載を省略しているが、これらは公知の部材・方法等を用いることができる。   In the illustration of the thermophotovoltaic power generation device 100 and the thermophotovoltaic power generation system 1 in FIG. 1, utilities such as a supply path used for supplying heat from the above-described heat source, cooling water used for cooling, and electric wiring for extracting generated power are as follows: Although not described, publicly known members and methods can be used for these.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、熱光発電装置100は真空容器61を兼ねた冷却部40の真空の空間60に格納する例を説明した。
しかし、図6に示すように、冷却部40とは別に、真空容器61を設けて、その空間60内に熱光発電装置100を設けて、熱光発電システム1を構成してもよい。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the thermophotoelectric generator 100 has been described as being stored in the vacuum space 60 of the cooling unit 40 that also serves as the vacuum vessel 61.
However, as shown in FIG. 6, the thermophotoelectric power generation system 1 may be configured by providing the vacuum vessel 61 separately from the cooling unit 40 and providing the thermophotoelectric generator 100 in the space 60.

(2)上記実施形態では、輻射部10は、熱供給部20に対し、図1における熱供給部20の上下方向に、立設して設け、光電変換部30は、対向する熱供給部20とは逆向きに、冷却部40に立設する例を示した。
しかし、図6に示すように、輻射部10は、熱供給部20に対し一方向にのみ立設する様態でもよい。
(2) In the above embodiment, the radiation unit 10 is provided upright in the vertical direction of the heat supply unit 20 in FIG. 1 with respect to the heat supply unit 20, and the photoelectric conversion unit 30 is opposed to the heat supply unit 20. An example in which the cooling unit 40 is erected in the opposite direction is shown.
However, as shown in FIG. 6, the radiation unit 10 may be erected in only one direction with respect to the heat supply unit 20.

(3)上記実施形態では、輻射部10と、光電変換部30とは、熱供給部20の長手方向に交互に繰りかえし、併設されている例を示した。
しかし、輻射部10と、光電変換部30とは、熱供給部20の周方向に交互に繰りかえし、併設してもよい。具体的にはたとえば、熱供給部20が円筒状に形成され、熱供給部20の円筒状の表面に輻射部10を立設し、その輻射部10に光電変換部30を対向して併設してもよい。
(3) In the said embodiment, the radiation part 10 and the photoelectric conversion part 30 repeated alternately in the longitudinal direction of the heat supply part 20, and showed the example provided side by side.
However, the radiation unit 10 and the photoelectric conversion unit 30 may be alternately arranged in the circumferential direction of the heat supply unit 20 and provided side by side. Specifically, for example, the heat supply unit 20 is formed in a cylindrical shape, the radiation unit 10 is erected on the cylindrical surface of the heat supply unit 20, and the photoelectric conversion unit 30 is provided opposite to the radiation unit 10. May be.

(4)上記実施形態では、遮蔽部50として、光を反射する光反射体51を、光電変換部30の熱供給部20に対向させた側の端部に設け、光反射体51で、熱供給部20に向けて熱供給部20が発する制御されない輻射光を反射して、再度、熱供給部20で熱に変換するよう設ける場合を例示した。
しかし、図6に示すように、遮蔽部50として、断熱材52を用い、断熱材52を、熱供給部20に覆設して、熱供給部20からの制御されない輻射光を抑制するように構成してもよい。
(4) In the embodiment described above, the light reflector 51 that reflects light is provided as the shielding part 50 at the end of the photoelectric conversion part 30 facing the heat supply part 20. The case where the uncontrolled radiation light emitted from the heat supply unit 20 toward the supply unit 20 is reflected and converted into heat again by the heat supply unit 20 is illustrated.
However, as shown in FIG. 6, a heat insulating material 52 is used as the shielding portion 50, and the heat insulating material 52 is covered with the heat supply portion 20 so as to suppress uncontrolled radiation from the heat supply portion 20. It may be configured.

(5)上記実施形態において、各部材の表面を鏡面状の光反射体にすることができる。
たとえば、平板状に形成された熱吸収部32の平面部を、鏡面状の光反射体とすることで、光電変換素子31を透過した輻射光は鏡面状の光反射体で反射して、再度、光電変換素子31や熱光変換素子12や、熱供給部20に戻されるため、エネルギーの効率が向上する。
同様に、熱供給部20や、冷却部40の表面をそれぞれ鏡面状の光反射体にすると好適である。この場合も、上記同様に、鏡面状の光反射体で輻射光が反射して、再度、光電変換素子31や熱光変換素子12や、熱供給部20に戻されるため、エネルギーの効率が向上する。
(5) In the said embodiment, the surface of each member can be made into a mirror-like light reflector.
For example, by making the flat part of the heat absorption part 32 formed in a flat plate shape into a mirror-like light reflector, the radiation light transmitted through the photoelectric conversion element 31 is reflected by the mirror-like light reflector, and again Since it is returned to the photoelectric conversion element 31, the heat-light conversion element 12, and the heat supply unit 20, energy efficiency is improved.
Similarly, it is preferable that the surfaces of the heat supply unit 20 and the cooling unit 40 are mirror-like light reflectors. Also in this case, similarly to the above, the radiation light is reflected by the mirror-like light reflector and is returned again to the photoelectric conversion element 31, the heat-light conversion element 12, and the heat supply unit 20, so that the energy efficiency is improved. To do.

なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。   Note that the configurations disclosed in the above-described embodiments (including other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments as long as no contradiction arises. The embodiment disclosed in this specification is an exemplification, and the embodiment of the present invention is not limited to this. The embodiment can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

本発明は、熱光発電装置および熱光発電システムとして有用に用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be usefully used as a thermophotoelectric generator and a thermophotoelectric generator system.

1 :熱光発電システム
10 :輻射部
11 :赤外透明基板
12 :熱光変換素子
20 :熱供給部(支持部)
30 :光電変換部
31 :光電変換素子
32 :熱吸収部
40 :冷却部
50 :遮蔽部
51 :光反射体
52 :断熱材
60 :空間
61 :真空容器
100 :熱光発電装置
1: Thermophotoelectric power generation system 10: Radiation part 11: Infrared transparent substrate 12: Thermal light conversion element 20: Heat supply part (support part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30: Photoelectric conversion part 31: Photoelectric conversion element 32: Heat absorption part 40: Cooling part 50: Shielding part 51: Light reflector 52: Heat insulating material 60: Space 61: Vacuum vessel 100: Thermophotoelectric generator

Claims (10)

熱を輻射光に変換する熱輻射光源を備えた平板状の輻射部と、熱源から供給された熱を前記輻射部に供給する熱供給部と、前記輻射光を受光して発電する光電変換素子を備えた平板状の光電変換部と、を備えた熱光発電装置において、
前記輻射部は、前記熱供給部に、前記熱供給部から熱伝導可能に立設されて、
前記光電変換部は、前記熱輻射光源に前記光電変換素子を対向させた状態で前記輻射部に併設されている熱光発電装置。
A flat plate-shaped radiation unit having a heat radiation light source that converts heat into radiation light, a heat supply unit that supplies heat supplied from the heat source to the radiation unit, and a photoelectric conversion element that receives the radiation light and generates power In the thermophotovoltaic power generation device provided with a flat photoelectric conversion unit provided with
The radiating unit is erected on the heat supply unit so as to be able to conduct heat from the heat supply unit,
The photoelectric conversion unit is a thermophotovoltaic device provided in the radiation unit in a state where the photoelectric conversion element faces the thermal radiation light source.
前記光電変換部は、前記熱供給部とは別の支持部に支持された状態で前記輻射部に併設され、さらに、前記光電変換素子を冷却する熱吸収部を備えた請求項1に記載の熱光発電装置。   2. The photoelectric conversion unit according to claim 1, further comprising a heat absorption unit that is attached to the radiation unit while being supported by a support unit different from the heat supply unit, and further cools the photoelectric conversion element. Thermal light power generator. 前記熱吸収部は平板状に形成されて、前記熱吸収部の平面部に前記光電変換素子を備え、前記光電変換素子は前記平面部と熱伝導可能に接続されている請求項2に記載の熱光発電装置。   The said heat absorption part is formed in flat form, The said photoelectric conversion element is provided in the plane part of the said heat absorption part, The said photoelectric conversion element is connected with the said plane part so that heat conduction is possible. Thermal light power generator. 前記平面部の表面が鏡面状である請求項3に記載の熱光発電装置。   The thermophotoelectric generator according to claim 3, wherein the surface of the flat portion is mirror-like. 前記輻射部は、赤外線を透過可能な材料で平板状に形成された赤外透明基板を備え、
前記赤外透明基板は、前記熱輻射光源として所定の波長が増幅された輻射光を輻射する熱光変換素子を平板部に備え、前記熱供給部に、前記熱供給部から熱伝導可能に接続されている請求項1〜4の何れか一項に記載の熱光発電装置。
The radiation portion includes an infrared transparent substrate formed in a flat plate shape with a material that can transmit infrared rays,
The infrared transparent substrate includes a heat-light conversion element that radiates radiation light having a predetermined wavelength amplified as the heat radiation light source, and is connected to the heat supply unit so as to be able to conduct heat from the heat supply unit. The thermophotovoltaic power generator according to any one of claims 1 to 4.
前記輻射部と、前記光電変換部とが、交互に併設されている請求項1〜5の何れか一項に記載の熱光発電装置。   The thermophotovoltaic generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the radiation unit and the photoelectric conversion unit are alternately provided. 前記熱供給部と、前記光電変換部との間に、前記熱供給部からの輻射光を遮蔽する遮蔽部を備えた請求項1〜6の何れか一項に記載の熱光発電装置。   The thermophotoelectric generator according to any one of claims 1 to 6, further comprising a shielding unit that shields radiation light from the heat supply unit between the heat supply unit and the photoelectric conversion unit. 前記遮蔽部は、断熱材であり、前記断熱材は、前記熱供給部に覆設される請求項7に記載の熱光発電装置。   The thermophotoelectric generator according to claim 7, wherein the shielding part is a heat insulating material, and the heat insulating material is covered with the heat supply unit. 前記遮蔽部は、光を反射する光反射体であり、前記光反射体は、前記熱供給部に向けて光を反射するよう設けられている請求項7に記載の熱光発電装置。   The thermophotoelectric generator according to claim 7, wherein the shielding part is a light reflector that reflects light, and the light reflector is provided so as to reflect the light toward the heat supply part. 請求項1〜9の何れか一項に記載の熱光発電装置を、真空容器内に備える熱光発電システム。   A thermophotoelectric power generation system comprising the thermophotoelectric generator according to any one of claims 1 to 9 in a vacuum vessel.
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