JP2019103362A - Thermophotovoltaic power generator - Google Patents

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Tomohiro Uno
智裕 宇野
徳丸 慎司
Shinji Tokumaru
慎司 徳丸
橋野 英児
Hideji Hashino
英児 橋野
健也 佐藤
Takeya Sato
健也 佐藤
芹澤 良洋
Yoshihiro Serizawa
良洋 芹澤
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Abstract

To provide a thermophotovoltaic power generator capable of suppressing deformation and deterioration due to softening of a transmissive plate and capable of maintaining power generation performance for a long time by reducing a transmission amount of light of a wavelength other than a sensitivity region of a photoelectric element.SOLUTION: A power generator 10 is a thermophotovoltaic power generator which includes a photoelectric element 22 and a plurality of transmissive plates 30, and generates power by light of radiation light from a high temperature material heated or melted, the light transmitting through the transmissive plates to enter the photoelectric element. An outside transmissive plate 32 that is a transmissive plate closest to the high temperature material among the plurality of transmissive plates 30 is a transmissive plate having a maximum service temperature of 800°C or above, and one or more inside transmissive plates 34 that are transmissive plates other than the outside transmissive plate 32 among the plurality of transmissive plates 30 include a transmissive plate in which a ratio of a light absorption wavelength region to a wavelength region of 1.8-5.0 μm is 40% or more.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、熱光起電力発電装置に関する。   The present invention relates to a thermal photovoltaic power generation system.

光起電力効果により光を電力に変換する光電素子を備える発電装置、すなわち熱光起電力発電装置が知られている(例えば特許文献1参照)。   DESCRIPTION OF RELATED ART The electric power generation apparatus provided with the photoelectric conversion element which converts light into electric power by the photovoltaic effect, ie, a thermophotovoltaic electric power generation apparatus, is known (for example, refer patent document 1).

米国特許第6303853号明細書U.S. Pat. No. 6,303,853

ところで、光電素子の感度領域(例えば波長域0.8〜1.8μm)は限られているのに対し、鉄鋼材料などの高温材料の輻射光は比較的広い波長域を有している。感度領域よりも波長が長い輻射光は、光電素子を発熱させて温度上昇させるものの発電には寄与せず、逆に光電素子を温度上昇させて発電効率を低下させてしまう。   By the way, while the sensitivity area | region (for example, wavelength range 0.8-1.8 micrometers) of a photoelectric element is limited, the emitted light of high temperature materials, such as a steel material, has a comparatively wide wavelength range. The radiation having a wavelength longer than that of the sensitivity region causes the photoelectric element to generate heat and raise the temperature but does not contribute to the power generation, but conversely raises the temperature of the photoelectric element and lowers the power generation efficiency.

そこで、感度領域よりも波長が長い波長域の光を適切に吸収するために、特定波長の光を吸収する透過性板を光電素子の前面に配置することが考えられる。しかしながら、適切な領域に光吸収波長域を有する透過性板は高い耐熱性を有していないことが多く、輻射熱により軟化して変形したり、変質して透過性が劣化するおそれがある。その結果、発電性能が低下したり、使用寿命が短くなってしまい、使用に耐える発電装置とするのが困難である。   Therefore, in order to appropriately absorb light in a wavelength range longer than the sensitivity range, it is conceivable to dispose a transmissive plate that absorbs light of a specific wavelength on the front surface of the photoelectric element. However, a transmissive plate having a light absorption wavelength range in an appropriate region often does not have high heat resistance, and may be softened and deformed by radiant heat, or may deteriorate to deteriorate transparency. As a result, the power generation performance is reduced, the service life is shortened, and it is difficult to form a power generator that can withstand use.

本発明は、透過性板を光電素子の前面に配置する熱光起電力発電装置において、透過性板の軟化による変形や変質が抑えられ、光電素子の感度領域以外の波長の透過量を減じて、発電性能を長時間維持できる熱光起電力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to a thermal photovoltaic power generation apparatus in which a transmissive plate is disposed on the front surface of a photoelectric device, wherein deformation or deterioration due to softening of the transmissive plate is suppressed, and transmission of wavelengths other than the sensitivity region of the photoelectric device is reduced. An object of the present invention is to provide a thermal photovoltaic power generation apparatus capable of maintaining power generation performance for a long time.

本発明の要旨は、以下のとおりである。   The gist of the present invention is as follows.

<1>
光電素子と、
複数の透過性板と、
を備え、加熱または溶融された高温材料からの輻射光のうち前記複数の透過性板を透過して前記光電素子に入射した光によって発電する熱光起電力発電装置であって、
前記複数の透過性板のうち高温材料に最も近い透過性板である外側透過性板は、最高使用温度が800℃以上の性能を有する透過性板であり、
前記複数の透過性板のうち前記外側透過性板以外の透過性板である1または複数の内側透過性板には、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である透過性板が含まれている、
発電装置。
なお、光吸収波長域とは、透過率が40%以下である波長域を意味する。
(効果)
この態様では、加熱または溶融された高温材料からの輻射光のうち複数の透過性板を透過した光が光電素子に入射し、この光によって発電が行われる。
ここで、複数の透過性板のうち、外側透過性板(複数の透過性板のうち高温材料に最も近い透過性板)が最高使用温度が800℃以上の性能を有する透過性板であり、1または複数の内側透過性板(複数の透過性板のうち外側透過性板以外の透過性板)には、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である透過性板が含まれている。
このため、感度領域(0.8〜1.8μm)よりも波長が長い波長域(波長1.8〜5.0μm)の輻射光を透過性板により効果的に吸収できると共に、透過性板の軟化による変形、変質を抑えることができる。
よって、この態様の発電装置によれば、透過性板の軟化による変形や変質が抑えられ、発電性能を長時間維持できる。
<2>
前記外側透過性板は、石英ガラスである、
<1>に記載の熱光起電力発電装置。
<3>
前記外側透過性板と前記内側透過性板のうち少なくとも1枚との間には、波長域1.8〜8.0μmで透過率に逆転が存在する、
<1>または<2>に記載の熱光起電力発電装置。
<4>
前記内側透過性板は、複数であり、
前記複数の内側透過性板には、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である第一内側透過性板および第二内側透過性板が含まれ、
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板との間には、波長域1.8〜5.0μmにおいて透過率の逆転が存在する、
<1>〜<3>の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。
<5>
前記内側透過性板は、複数であり、
前記複数の内側透過性板には、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である第一内側透過性板および第二内側透過性板が含まれ、
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板とは、以下の関係を満足する、
<1>〜<3>の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。

(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.03以上

ここで、
波長域1.8〜5.0μmに占める第一内側透過性板の光吸収波長域の割合をA%、
波長域1.8〜5.0μmに占める第二内側透過性板の光吸収波長域の割合をB%、
波長域1.8〜5.0μmに占める、第一内側透過性板と第二内側透過性板の両方が光吸収波長域である波長域の割合をY%
とする。
<6>
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板とは、以下の関係を満足する、
<5>に記載の熱光起電力発電装置。

(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.06以上

(効果)
波長域1.8〜5.0μmの光を広い範囲で吸収する1枚の透過性板を用意するのは困難である。そのため、内側透過性板として、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である透過性板を1枚使用したとしても、波長域1.8〜5.0μmの領域の光を広く吸収することができない。
そこで、この態様では、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である2枚の透過性板(第一内側透過性板と第二内側透過性板)を内側透過性板として使用し、さらに、この2枚の内側透過性板は、所定の関係を満足する板とされている。
このため、この2枚の内側透過性板が、波長域1.8〜5.0μmで互いの光吸収率の高い領域を補い合う関係となり、波長域1.8〜5.0μmの光を広い範囲に渡って吸収することができる。
<7>
前記複数の透過性板による波長域0.8〜1.8μmにおける透過率の平均は、50%以上である、
<1>〜<6>の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。
(効果)
この態様では、光電素子の感度領域の光の多くが光電素子に入射するので発電効率がよい。
<1>
Photoelectric element,
With multiple permeable plates,
A thermal photovoltaic power generation apparatus that generates electricity by light transmitted through the plurality of transmissive plates of radiant light from a heated or melted high-temperature material and incident on the photoelectric element,
The outer permeable plate which is the permeable plate closest to the high temperature material among the plurality of permeable plates is a permeable plate having a performance at a maximum use temperature of 800 ° C. or higher,
The ratio of the light absorption wavelength range to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is 40 in one or more inner transmittance plates which are transmittance plates other than the outer transmittance plate among the plurality of transmittance plates. Contains a permeable plate that is more than
Power generator.
The light absorption wavelength range means a wavelength range in which the transmittance is 40% or less.
(effect)
In this aspect, light transmitted through the plurality of transmissive plates among the radiant light from the heated or melted high-temperature material is incident on the photoelectric element, and power is generated by the light.
Here, among the plurality of permeable plates, the outer permeable plate (the permeable plate closest to the high temperature material among the plurality of permeable plates) is a permeable plate having a performance with a maximum use temperature of 800 ° C. or higher, The ratio of the light absorption wavelength range to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is 40% or more in one or more inner transmittance plates (a transmittance plate other than the outer transmittance plate among the plurality of transmittance plates) A permeable plate is included.
For this reason, while being able to absorb effectively the radiation of a wavelength range (wavelength 1.8-5.0 micrometers) whose wavelength is longer than a sensitivity region (0.8-1.8 micrometers) by a transmission board, It is possible to suppress deformation and deterioration due to softening.
Therefore, according to the power generation device of this aspect, it is possible to suppress deformation or deterioration due to the softening of the permeable plate, and to maintain power generation performance for a long time.
<2>
The outer permeable plate is quartz glass,
The thermal photovoltaic power generation device as described in <1>.
<3>
Between the outer permeable plate and at least one of the inner permeable plates, there is an inversion in transmittance in the wavelength range of 1.8 to 8.0 μm,
The thermal photovoltaic power generation device as described in <1> or <2>.
<4>
The inner permeable plate is plural;
The plurality of inner transparent plates include a first inner transparent plate and a second inner transparent plate, each of which has a light absorption wavelength ratio of 40% or more in a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. ,
Between the first inner transparent plate and the second inner transparent plate, there is an inversion of transmittance in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm,
The thermal photovoltaic power generation device as described in any one of <1>-<3>.
<5>
The inner permeable plate is plural;
The plurality of inner transparent plates include a first inner transparent plate and a second inner transparent plate, each of which has a light absorption wavelength ratio of 40% or more in a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. ,
The first inner permeable plate and the second inner permeable plate satisfy the following relationship:
The thermal photovoltaic power generation device as described in any one of <1>-<3>.

(B−Y) / A and (A−Y) / B are both 0.03 or more

here,
A% of the ratio of the light absorption wavelength region of the first inner transparent plate to the wavelength region 1.8 to 5.0 μm,
B% of the light absorption wavelength range of the second inner transmissive plate in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm,
Y% of the ratio of the wavelength range in which the first inner transmissive plate and the second inner transmissive plate both occupy the light absorption wavelength range occupying the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm
I assume.
<6>
The first inner permeable plate and the second inner permeable plate satisfy the following relationship:
The thermal photovoltaic power generation device as described in <5>.

Both (B−Y) / A and (A−Y) / B are at least 0.06

(effect)
It is difficult to prepare a single transmissive plate that absorbs light in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm in a wide range. Therefore, even if one transmissive plate having a light absorption wavelength range of 40% or more in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is used as the inner side transmissive plate, the wavelength range of 1.8 to 5. It can not widely absorb light in the 0 μm region.
Therefore, in this embodiment, two transmitting plates (a first inner transmitting plate and a second inner transmitting plate, both of which have a ratio of the light absorption wavelength range of 40% or more in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm) Is used as the inner permeable plate, and the two inner permeable plates are made to satisfy the predetermined relationship.
Therefore, the two inner transmissive plates compensate for the high light absorptivity in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm, and the light in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is in a wide range. Can be absorbed across.
<7>
The average of the transmittances in the wavelength range of 0.8 to 1.8 μm by the plurality of transmissive plates is 50% or more.
The thermal photovoltaic power generation device as described in any one of <1>-<6>.
(effect)
In this aspect, much of the light in the sensitivity region of the photoelectric element is incident on the photoelectric element, so that the power generation efficiency is good.

本発明によれば、透過性板を光電素子の前面に配置する熱光起電力発電装置において、透過性板の軟化による変形や変質が抑えられ、光電素子の感度領域以外の波長の透過量を減じて、発電性能を長時間維持できる。   According to the present invention, in the thermal photovoltaic power generation apparatus in which the transmissive plate is disposed on the front surface of the photoelectric device, deformation or deterioration due to the softening of the transmissive plate is suppressed, and the transmission amount of wavelengths other than the sensitivity region of the photoelectric device By reducing the power generation performance can be maintained for a long time.

実施形態の石英ガラスの透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the quartz glass of embodiment. 実施形態の赤外線選択ガラスの透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the infrared rays selective glass of embodiment. 実施形態の光学ガラスの透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the optical glass of embodiment. 第1実施形態(すなわち外側透過性板として石英ガラス、内側透過性板として赤外線選択ガラスを使用した場合)の透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of 1st Embodiment (namely, when quartz glass as an outer side permeable board and infrared selective glass is used as an inner side permeable board). 第2実施形態(すなわち外側透過性板として石英ガラス、内側透過性板として光学ガラスと赤外線選択ガラスを使用した場合)の透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of 2nd Embodiment (namely, when using quartz glass as an outer side permeable board, and optical glass and infrared selective glass as an inner side permeable board). 石英ガラスおよび赤外線選択ガラスの透過率を重ねて示すグラフである。It is a graph which piles up and shows the transmittance | permeability of quartz glass and infrared selective glass. 光学ガラスおよび赤外線選択ガラスの透過率を重ねて示すグラフである。It is a graph which piles up and shows the transmittance | permeability of optical glass and infrared selective glass. 石英ガラスおよび光学ガラスの透過率を重ねて示すグラフである。It is a graph which piles up and shows the transmittance | permeability of quartz glass and optical glass. 石英ガラス、赤外線選択ガラスおよび光学ガラスの透過率を重ねて示すグラフである。It is a graph which piles up and shows the transmittance | permeability of quartz glass, infrared selective glass, and optical glass. 第1実施形態の発電装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態の発電装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric power generating apparatus of 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

本発明の一実施形態として、鉄鋼材料を製造する製造設備を備えた製鉄所において、高温材料の輻射光を利用して発電することを想定した例を説明する。
すなわち、製鉄所では、溶銑や溶鋼などの溶融された高温材料が樋上を流れたり、あるいはスラブや鋼板などの加熱された高温材料がテーブルロール上を搬送される。本実施形態では、これら樋やテーブルロールなどの搬送路80上の高温材料からの輻射光を利用して、熱光起電力発電装置10(以下、単に「発電装置10」という。)により発電を行う。
As an embodiment of the present invention, an example will be described in which it is assumed that power generation is performed using radiant light of a high temperature material in a steel mill provided with a production facility for producing a steel material.
That is, in a steelworks, molten high temperature materials such as molten iron and molten steel flow on the crucible, or heated high temperature materials such as slabs and steel plates are conveyed on the table roll. In the present embodiment, power generation is performed by the thermal photovoltaic power generation system 10 (hereinafter simply referred to as the “power generation system 10”) by utilizing the radiation from the high temperature material on the transport path 80 such as the crucible or table roll. Do.

―熱光起電力発電装置10―
発電装置10は、図10や図11に示すように、基本的な構成として、発電ユニット20、透過性板30および側面保護部40を備える。
-Thermal photovoltaic power generation system 10-
The power generation device 10 includes a power generation unit 20, a permeable plate 30, and a side surface protection portion 40 as a basic configuration, as shown in FIG. 10 and FIG.

<発電ユニット20>
発電ユニット20は、光起電力効果により光を電力に変換する光電素子22(光電変換セル、PVセル)を含んで構成される。光電素子22としては、GaSb系、InGaSa系、InGaAsBb系などのものが用いられ、特にGaSb系のものが好適に用いられる。GsSb系の光電素子は、波長0.8〜1.8μmに高い感度領域を有しており、波長0.8〜1.8μmの近赤外光が入射されることで効率的に起電力を生み出す(熱光起電力発電)。光電素子22は複数設けられる。
<Power generation unit 20>
The power generation unit 20 is configured to include a photoelectric element 22 (photoelectric conversion cell, PV cell) that converts light into electric power by the photovoltaic effect. As the photoelectric device 22, GaSb-based, InGaSa-based, InGaAsBb-based ones, etc. are used, and in particular, GaSb-based ones are suitably used. The GsSb-based photoelectric element has a high sensitivity region at a wavelength of 0.8 to 1.8 μm, and efficiently emits an electromotive force when near infrared light having a wavelength of 0.8 to 1.8 μm is incident. Produce (thermal photovoltaic power generation). A plurality of photoelectric elements 22 are provided.

<透過性板30>
透過性板30は、発電装置10の高温材料90側(つまり、発電装置10の前面側)に設けられる。そのため、高温材料90の輻射光は、透過性板30を透過した後、光電素子22に入射する。
<Permeable plate 30>
The permeable plate 30 is provided on the high temperature material 90 side of the power generation device 10 (that is, on the front surface side of the power generation device 10). Therefore, the radiant light of the high temperature material 90 is transmitted through the transmissive plate 30 and then enters the photoelectric element 22.

透過性板30は、複数枚設けられる。透過性板30は、光電素子22との間に空間12を形成するように設けられる。透過性板30が光電素子22と接触していると、透過性板30が加熱され温度が上がった場合に光電素子22に熱が直接伝わり、光電素子22の温度が過度に上がって発電効率が下がるためである。
但し、透過性板30同士の間に空間12を形成する場合は、複数枚の透過性板30のうちの1枚を光電素子22に近接または接触させてもよい。複数の透過性板30の詳細な構成については後述する。
A plurality of permeable plates 30 are provided. The transmissive plate 30 is provided to form a space 12 with the photoelectric element 22. When the transparent plate 30 is in contact with the photoelectric element 22, when the transparent plate 30 is heated and the temperature rises, the heat is directly transmitted to the photoelectric element 22, and the temperature of the photoelectric element 22 rises excessively, and the power generation efficiency is improved. It is to go down.
However, when the space 12 is formed between the transmissive plates 30, one of the plurality of transmissive plates 30 may be brought close to or in contact with the photoelectric element 22. The detailed configuration of the plurality of permeable plates 30 will be described later.

<側面保護部40>
側面保護部40は、透過性板30により形成された空間12(透過性板30と光電素子22との間の空間だけでなく、複数の透過性板30の間の空間をも含む。)に飛散物が混入することを防止する。ここでいう飛散物としては、製鉄所内を飛散する鉄粉などの粉塵や水分などが想定される。
<Side protection unit 40>
The side surface protection unit 40 is provided in the space 12 formed by the permeable plate 30 (including not only the space between the permeable plate 30 and the photoelectric element 22 but also the space between the plurality of permeable plates 30). Prevent the mixture of flying objects. As the scattered matter referred to here, dust such as iron powder scattering in the steel mill, moisture, etc. are assumed.

側面保護部40は、透過性板30により形成された空間12の側部に設けられ、上述の空間12と発電装置10の外部とを隔離する。側面保護部40には、飛散物の通過を阻害するように構成される。
他方、側面保護部40は、飛散物だけでなく空気の通過をも阻害するように構成されてもよいが、空気の通過は許容するように構成されることが好ましい。側面保護部40が空気の通過を許容することで、空間12の中で空気の流れが起こりやすくなり、空間12の温度上昇が抑制されるからである。空間12の温度上昇が抑制されると、光電素子22の温度上昇による発電効率低下が抑制される。
The side surface protection unit 40 is provided on the side of the space 12 formed by the permeable plate 30 and isolates the space 12 described above from the outside of the power generation device 10. The side surface protection unit 40 is configured to inhibit passage of the scattered matter.
On the other hand, the side surface protection unit 40 may be configured to block the passage of air as well as the scattered matter, but is preferably configured to allow the passage of air. When the side surface protection unit 40 allows the air to pass, the air flow is likely to occur in the space 12 and the temperature rise in the space 12 is suppressed. When the temperature rise of the space 12 is suppressed, the power generation efficiency decrease due to the temperature rise of the photoelectric element 22 is suppressed.

飛散物の通過を阻害しつつ空気の通過を許容する側面保護部40の具体的構造は、例えば、以下のような構造である。
すなわち、側面保護部40の一部または全体にフィルターあるいはメッシュが形成されている。空気の通過を良くするには、4面の側面保護部のうち2面以上にフィルターあるいはメッシュが形成されていることが好ましい。材料がエアーフィルターであれば比較的安価であり、寿命の前に交換して目詰まりを抑えることができる。ガラス繊維の不燃性フィルターなどが例示される。また、材料が金属、セラミックス、それら複合材であれば耐熱性が向上することが利点である。ステンレスメッシュ、金属粉末あるいは金属繊維などを焼結した高温フィルターなどが例示される。フィルター、メッシュを側面保護部40から脱着可能にすることで、交換あるいは洗浄して使用することができる。これにより、使用時の飛散物による目詰まり、汚染などを改善して、通気性、冷却作用を良好な状態に長期間維持できる。
The specific structure of the side protection part 40 which allows passage of air, inhibiting the passage of a scattering thing is a structure as follows, for example.
That is, a filter or a mesh is formed on a part or the whole of the side surface protection unit 40. In order to improve the passage of air, it is preferable that a filter or a mesh be formed on two or more of the four side protection parts. If the material is an air filter, it is relatively inexpensive and can be replaced before the end of the life to reduce clogging. An incombustible filter of glass fiber etc. are illustrated. In addition, if the material is metal, ceramic, or a composite thereof, it is advantageous that the heat resistance is improved. Examples thereof include high temperature filters obtained by sintering stainless steel mesh, metal powder or metal fibers. By making the filter and the mesh detachable from the side face protection unit 40, they can be used after being replaced or cleaned. As a result, clogging, contamination and the like due to the scattered matter at the time of use can be improved, and the air permeability and the cooling action can be maintained in a good state for a long time.

また、発電装置10は、光電素子を冷やす冷却ユニットを備えていてもよい。冷却ユニットとしては、例えば、発電装置10が空間12に空気の流れを強制的に作る空冷機構(図示省略)がある。空冷機構により空間12に空気の流れを作ることで、空間12の温度上昇を抑制し、光電素子22の温度上昇による発電効率低下を抑制する。
具体的に説明すると、空冷機構により作った空気の流れにより光電素子22の温度上昇を抑制する。またそれだけでなく、透過性板30を冷却することで、透過性板30が吸収した不要な波長領域の光が透過性板30から再び放射されることを抑制し、これによっても光電素子22の温度上昇を抑制できる。
また、冷却ユニットは空冷機構に限定されず、より冷却能が高い水冷機構(一例として後述する水冷機構26)としてもよい。
In addition, the power generation device 10 may include a cooling unit that cools the photoelectric element. As the cooling unit, for example, there is an air cooling mechanism (not shown) in which the power generation device 10 forcibly generates the flow of air in the space 12. By creating a flow of air in the space 12 by the air cooling mechanism, the temperature rise of the space 12 is suppressed, and the decrease in the power generation efficiency due to the temperature rise of the photoelectric element 22 is suppressed.
Specifically, the temperature rise of the photoelectric element 22 is suppressed by the flow of air generated by the air cooling mechanism. In addition, cooling of the transmissive plate 30 suppresses the emission of light in the unnecessary wavelength range absorbed by the transmissive plate 30 from the transmissive plate 30 again, which also causes the photoelectric element 22 to The temperature rise can be suppressed.
Further, the cooling unit is not limited to the air cooling mechanism, and may be a water cooling mechanism having a higher cooling capability (a water cooling mechanism 26 described later as an example).

発電ユニット20は、図2に示すように、放熱基板24を含んで構成されてもよい。放熱基板24の片面に光電素子22を搭載することで、光電素子22の温度上昇を抑制し、温度上昇による発電効果の低下を抑制する。放熱基板24としては、セラミックス基板の片面または両面にCuを積層したものが一例として挙げられる。   The power generation unit 20 may be configured to include the heat dissipation substrate 24 as shown in FIG. By mounting the photoelectric conversion element 22 on one side of the heat dissipation substrate 24, the temperature rise of the photoelectric conversion element 22 is suppressed, and the decrease in the power generation effect due to the temperature increase is suppressed. As the heat dissipation substrate 24, one in which Cu is laminated on one side or both sides of a ceramic substrate is mentioned as an example.

さらに、発電ユニット20は、水冷機構26を含んで構成されてもよい。水冷機構26は、放熱基板24の光電素子22が搭載された面とは反対側の面側に設けられる。水冷機構26としては、例えば、水冷銅板が用いられる。   Furthermore, the power generation unit 20 may be configured to include a water cooling mechanism 26. The water cooling mechanism 26 is provided on the surface of the heat dissipation substrate 24 opposite to the surface on which the photoelectric element 22 is mounted. As the water cooling mechanism 26, for example, a water cooled copper plate is used.

〔複数の透過性板〕
次に、複数の透過性板30の詳細な構成について説明する。
[Multiple permeable plates]
Next, the detailed configuration of the plurality of permeable plates 30 will be described.

透過性板30の種類には、代表的なものとして、石英ガラス、光学ガラス、赤外線選択ガラスがある。   Typical types of the transmissive plate 30 include quartz glass, optical glass, and infrared selective glass.

石英ガラスは、最高使用温度が1000℃を超える高い耐熱性を有する。石英ガラスの成分は二酸化ケイ素をほぼ100%とする。石英ガラスを更に分類すると、製法の違いなどから、溶融石英ガラス、酸水素溶ガラス、合成石英ガラスなどに分けられる。   Quartz glass has high heat resistance, the maximum service temperature of which exceeds 1000 ° C. The composition of quartz glass is approximately 100% silicon dioxide. If the quartz glass is further classified, it can be divided into fused silica glass, oxyhydrocarbon glass, synthetic quartz glass, etc. from the difference in the production method.

光学ガラスとしては、珪ホウ酸ガラスが例示される。これは二酸化ケイ素を主成分としつつ酸化ホウ素などを加えて構成される。一般的なソーダガラスに比べて、光透過性が高く、光学的歪みは少ないことなどが特長である。   An example of the optical glass is silica borate glass. This is constituted by adding boron oxide etc. while having silicon dioxide as a main component. Compared with general soda glass, it is characterized in that it has high light transmittance and less optical distortion.

赤外線選択ガラスは、例えば、ガラスの表面に誘電体膜を多層に積層した構造を備える。誘電体膜としては多くの材料が使用できるが、代表的なものとしては、酸化ケイ素、酸化チタンなどである。厚さは1〜50nmの範囲で調整することができる。層数は2層から100層程度まで積層したものが使用できる。層数が多いほど高コストであるが、波長制御などが容易となる。基材のガラスには、石英ガラス、光学ガラスなどが使用可能である。すなわち、熱光起電力発電に使用する赤外線選択ガラスの一例として、酸化ケイ素、酸化チタンを交互に積み重ねて合計20層程度に構成される被膜を形成した光学ガラスで例示される。   The infrared selective glass has, for example, a structure in which dielectric films are laminated in multiple layers on the surface of glass. Although many materials can be used as the dielectric film, typical ones are silicon oxide, titanium oxide and the like. The thickness can be adjusted in the range of 1 to 50 nm. The number of layers can be used by laminating two to about 100 layers. The higher the number of layers, the higher the cost, but the easier the wavelength control. For the glass of the base material, quartz glass, optical glass or the like can be used. That is, as an example of infrared selective glass used for thermal photovoltaic power generation, it is exemplified by optical glass in which silicon oxide and titanium oxide are alternately stacked to form a film configured to have a total of about 20 layers.

石英ガラス、光学ガラスおよび赤外線選択ガラスの透過率の一例を図1、2および3にそれぞれ示す。これらの図に示されるように、透過性板の種類によって光吸収率の高い波長域は異なっている。石英ガラスでは約5μmを超える範囲、光学ガラスでは2.5μmを超える範囲、赤外線選択ガラスでは1.5μmを超える範囲においてより高い効果が得られる場合が多い。   An example of the transmittance of quartz glass, optical glass and infrared selective glass is shown in FIGS. 1, 2 and 3 respectively. As shown in these figures, the wavelength range in which the light absorption rate is high differs depending on the type of the transmissive plate. Higher effects can often be obtained in the range above about 5 μm for quartz glass, over 2.5 μm for optical glass, and over 1.5 μm for infrared selective glass.

図1に示す石英ガラスは、厚さ1mmであり、高い耐熱性、例えば最高使用温度が1000℃以上のものや1200℃以上のものを使用できる。
図2に示す赤外線選択ガラスは、厚さ1mmである。赤外線選択ガラスの耐熱性は、石英ガラスに劣り、例えば最高使用温度が150℃以上のものや200℃以上のものを使用できる。
図3に示す光学ガラスは、厚さ1mmである。光学ガラスの耐熱性は、例えば最高使用温度が500℃以上のものや600℃以上のものを使用できる。
The quartz glass shown in FIG. 1 has a thickness of 1 mm, and high heat resistance, for example, those having a maximum use temperature of 1000 ° C. or more or 1200 ° C. or more can be used.
The infrared selective glass shown in FIG. 2 has a thickness of 1 mm. The heat resistance of the infrared selective glass is inferior to that of quartz glass, and for example, those having a maximum use temperature of 150 ° C. or higher or 200 ° C. or higher can be used.
The optical glass shown in FIG. 3 has a thickness of 1 mm. The heat resistance of the optical glass may be, for example, one having a maximum use temperature of 500 ° C. or more or 600 ° C. or more.

透過性板の並べる順番について、耐熱性の高い石英ガラスを高温材料に近い側に配置することで、他の透過性板の寿命を高めることができる。特に、使用する光学ガラス、赤外線選択ガラスの耐熱性が比較的低い場合には、石英ガラスを高温材料側に配置することが有効である。光学ガラス、赤外線選択ガラスを同時に使用するときは、赤外線選択ガラスの被膜の劣化を抑えるために、熱源側から光学ガラス、赤外線選択ガラスの順に配列することが有効である。従って3種類以上の透過性板を同時に使用するときに、熱源側から石英ガラス、光学ガラス、赤外線選択ガラスの順に配置することで、より高い耐熱性、発電効率の向上が期待される。   With regard to the order of arrangement of the permeable plates, the life of the other permeable plates can be enhanced by arranging quartz glass with high heat resistance near the high temperature material. In particular, when the heat resistance of the optical glass to be used and the infrared selective glass is relatively low, it is effective to dispose the quartz glass on the high temperature material side. When simultaneously using an optical glass and an infrared selective glass, it is effective to arrange the optical glass and the infrared selective glass in order from the heat source side to suppress the deterioration of the coating of the infrared selective glass. Therefore, when three or more types of transmissive plates are used simultaneously, higher heat resistance and improved power generation efficiency can be expected by arranging quartz glass, optical glass and infrared selective glass in this order from the heat source side.

複数の透過性板を互いに離して配置することで、各透過性板の冷却性を高めることができる。これにより、透過する輻射光を制御して発電効率を高めること、あるいは透過性板の高温での変形などを抑えて寿命を向上することができる。透過性板同士の距離について、0.3〜30mmの範囲にすることが好ましい。この範囲であれば発電効率の上昇、板の長寿命化などに有利となる。板の間隔が0.3mm未満であれば板の熱放散が隣接する板に及ぼす影響が大きくなり、板の冷却能が低下することが懸念される。30mm超であれば透過性板の透過光のうち屈折によりずれる光が多くなり、光電素子に到達する輻射光の制御が難しくなること、または高温材料から発電部までの距離が長くなり発電効率が低下することが問題となる。透過性板の一部を接触させることで、省スペース化を図ることも可能である。   By arranging the plurality of permeable plates apart from each other, the cooling performance of each permeable plate can be enhanced. As a result, it is possible to control the emitted light to increase the power generation efficiency, or to suppress the deformation of the transmissive plate at a high temperature to improve the life. The distance between the permeable plates is preferably in the range of 0.3 to 30 mm. Within this range, it is advantageous to increase the power generation efficiency and prolong the life of the plate. If the distance between the plates is less than 0.3 mm, the influence of heat dissipation of the plates on the adjacent plates becomes large, and there is a concern that the cooling ability of the plates may be reduced. If it is more than 30 mm, more of the light transmitted through the transmission plate will be displaced due to refraction, making it difficult to control the radiation reaching the photoelectric element, or the distance from the high temperature material to the power generation unit will be longer. It becomes a problem that it falls. It is also possible to save space by contacting a part of the permeable plate.

〔具体的な実施形態〕
次に、本発明の発電装置の具体例、すなわち透過性板の組合わせの具体例として第1実施形態と第2実施形態とを説明する。
[Specific embodiment]
Next, the first embodiment and the second embodiment will be described as specific examples of the power generation device of the present invention, that is, specific examples of the combination of the permeable plates.

〔第1実施形態〕
第1実施形態の発電装置10では、複数の透過性板30が、熱源側から順に配置された石英ガラスと赤外線選択ガラスとの2枚の透過性板から構成される。
First Embodiment
In the power generation device 10 according to the first embodiment, the plurality of transmissive plates 30 are formed of two transmissive plates of quartz glass and infrared selective glass arranged in order from the heat source side.

図6に、石英ガラスの透過率と、赤外線選択ガラスの透過率とを重ねて示すグラフを示す。図4に、石英ガラスと赤外線選択ガラスの2枚のガラスを利用した時の透過率の測定結果、すなわち複数(2枚)の透過性板による透過率のグラフを示す。   FIG. 6 shows a graph showing the transmittance of quartz glass and the transmittance of infrared selective glass in an overlapping manner. The measurement result of the transmittance | permeability when using two glass of quartz glass and infrared selective glass in FIG. 4, ie, the graph of the transmittance | permeability by several (two sheets) permeable plate, is shown.

<作用効果>
本実施形態の作用効果について説明する。
<Function effect>
The effects of the present embodiment will be described.

石英ガラスは、耐熱性が高い。しかし、図1に示すように、石英ガラスでは、波長域1.8〜5.0μmで大半の光が透過してしまう。そのため、石英ガラスを単独で使用した場合、光電素子22が温度上昇して、発電性能(効率)が低下したり故障したりするおそれがある。
一方、図2に示すように、赤外線選択ガラスは、波長域1.8〜5.0μmでの透過光を減らすことか可能である。しかし、赤外線選択ガラスは、耐熱性が低いため、熱源から遠ざけて使用する必要性があり、その結果、発電性能(効率)が低下してしまう。
Quartz glass has high heat resistance. However, as shown in FIG. 1, in quartz glass, most of the light is transmitted in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. Therefore, when the quartz glass is used alone, the temperature of the photoelectric element 22 may rise, and the power generation performance (efficiency) may be reduced or a failure may occur.
On the other hand, as shown in FIG. 2, the infrared selective glass can reduce the transmitted light in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. However, since the infrared selective glass has low heat resistance, it needs to be used away from the heat source, and as a result, the power generation performance (efficiency) is reduced.

そこで、本実施形態では、透過性板30を複数枚(2枚)とし、熱源に最も近い側の透過性板(「外側透過性板32」)を耐熱性の高い石英ガラスとする。これにより、複数の透過性板のうち、石英ガラスよりも内側の透過性板(「内側透過性板34」)として耐熱性の劣る透過性板を配置しても、耐熱性の劣る透過性板が軟化して変形したり変質したりすることを抑制できる。その結果、内側透過性板として所望の吸収特性を有する透過性板を配置しやすくなる。   So, in this embodiment, the permeable board 30 is made into multiple sheets (two sheets), and the permeable board ("outside permeable board 32") of the side nearest to a heat source is used as quartz glass with high heat resistance. Thereby, even if the permeable plate inferior in heat resistance is arranged as a permeable plate ("inner permeable plate 34") inside the quartz glass among the plurality of permeable plates, the permeable plate inferior in heat resistance Can be suppressed from being softened, deformed or degraded. As a result, it becomes easy to arrange | position the permeable board which has a desired absorption characteristic as an inner side permeable board.

また、本実施形態では、図2に示すように、内側透過性板34である赤外線選択ガラスが波長域1.8〜5.0μmにおいて光吸収波長域(透過率が40%以下である波長域、図2の矢印Aの領域)を有している。特に、この赤外線選択ガラスは、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合Aが約60%である。
このため、外側透過性板32である石英ガラスが透過しやすい光を内側透過性板34である赤外線選択ガラスで効果的に吸収することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the infrared selective glass which is the inner transmissive plate 34 has a light absorption wavelength range (a transmittance of 40% or less in a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm) , The region of arrow A in FIG. In particular, in the infrared selective glass, the ratio A of the light absorption wavelength range to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is about 60%.
For this reason, it is possible to effectively absorb the light which is easily transmitted by the quartz glass which is the outer side transparent plate 32 by the infrared selective glass which is the inner side transparent plate 34.

また、本実施形態では、図6に示すように、外側透過性板32である石英ガラスと内側透過性板34である赤外線選択ガラスとの間に、波長域1.8〜8.0μmで透過率に逆転が存在する。このため、波長域1.8〜8.0μmにおいて、互いの光吸収率の高い領域を補い合う関係となっており、光電素子の感度領域以外の不要な波長域の光を効果的に吸収できる。
具体的には、外側透過性板32である石英ガラスは、図1に示すように、5μmを超える波長の透過率は5%未満と小さいが、波長域1.8〜4.0μmでの透過率は40%以上と大きい。そこで、1.8〜4.0μmの波長域に透過率が小さい領域を有する赤外線選択ガラスを内側透過性板34とし、外側透過性板32と組み合わせることにより、波長域1.8〜8.0μmでの透過率が小さい領域を外側透過性板32のみの場合より広げることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, transmission is performed in a wavelength range of 1.8 to 8.0 μm between the quartz glass as the outer transmitting plate 32 and the infrared selective glass as the inner transmitting plate 34. There is a reversal in rates. For this reason, in the wavelength range of 1.8 to 8.0 μm, the regions having a high light absorption rate are mutually compensated, and light in unnecessary wavelength ranges other than the sensitivity range of the photoelectric element can be effectively absorbed.
Specifically, as shown in FIG. 1, quartz glass, which is the outer transmissive plate 32, has a small transmittance of less than 5% for wavelengths exceeding 5 μm, but transmission in the wavelength range of 1.8 to 4.0 μm The rate is as large as 40% or more. Therefore, by using an infrared selective glass having an area with a small transmittance in the wavelength range of 1.8 to 4.0 μm as the inner side transmissive plate 34 and combining it with the outer side transmissive plate 32, a wavelength range of 1.8 to 8.0 μm The area where the transmittance at the lower side is smaller can be expanded than in the case of the outer permeable plate 32 alone.

また、本実施形態では、図4に示すように、複数枚の透過性板30による光電素子22の感度領域(GaSb系の場合、波長域0.8〜1.8μm)の光の透過率の平均は、約80%である。このため、光電素子22の感度領域の光の多くが光電素子22に入射するので発電効率がよい。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the transmittance of light in the sensitivity region (wavelength region 0.8 to 1.8 μm in the case of GaSb-based) of the photoelectric element 22 by the plurality of transmissive plates 30. The average is about 80%. For this reason, most of the light in the sensitivity region of the photoelectric element 22 is incident on the photoelectric element 22, so that the power generation efficiency is good.

〔第2実施形態〕
第1実施形態において、石英ガラスと赤外線選択ガラスの間に光学ガラスを更に配置してもよい(第2実施形態)。つまり、第2実施形態では、複数の透過性板30が、熱源側から配置された石英ガラスと、光学ガラスと、赤外線選択ガラスとの3枚の透過性板30から構成される。
Second Embodiment
In the first embodiment, an optical glass may be further disposed between quartz glass and infrared selective glass (second embodiment). That is, in the second embodiment, the plurality of transmissive plates 30 are configured of three transmissive plates 30 of quartz glass arranged from the heat source side, optical glass, and infrared selective glass.

図9に、石英ガラス、光学ガラス、および赤外線選択ガラスのそれぞれの透過率を重ねて示すグラフを示す。図7に、光学ガラスおよび赤外線選択ガラスのそれぞれの透過率を重ねて示すグラフを示す。図5に、石英ガラス、光学ガラスおよび赤外線選択ガラスの3枚のガラスを利用した時の透過率測定結果を示す。   FIG. 9 is a graph showing the respective transmittances of quartz glass, optical glass, and infrared selective glass in an overlapping manner. FIG. 7 shows a graph showing the respective transmittances of the optical glass and the infrared selective glass in an overlapping manner. FIG. 5 shows the measurement results of transmittance when using three sheets of quartz glass, optical glass and infrared selective glass.

<作用効果>
本実施形態の作用効果について説明する。
但し、第1実施形態と同一の構成に基づく作用効果の説明は適宜省略する。
<Function effect>
The effects of the present embodiment will be described.
However, description of the effect based on the same structure as 1st Embodiment is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態では、熱源側から石英ガラス、光学ガラスおよび赤外線選択ガラスがこの順に配置される。つまり、複数の透過性板30が熱源側から耐熱性の高い順に配置されているので、複数の透過性板30の寿命を効果的に高めることができる。   In the present embodiment, quartz glass, optical glass and infrared selective glass are arranged in this order from the heat source side. That is, since the plurality of permeable plates 30 are arranged in the order of high heat resistance from the heat source side, the life of the plurality of permeable plates 30 can be effectively enhanced.

ところで、波長域1.8〜5.0μmの光を広い範囲で吸収する1枚の透過性板を用意するのは困難である。そのため、内側透過性板として、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である透過性板を1枚使用したとしても、波長域1.8〜5.0μmの領域の光を広く吸収することができない。   By the way, it is difficult to prepare one transmitting plate which absorbs light of a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm in a wide range. Therefore, even if one transmissive plate having a light absorption wavelength range of 40% or more in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is used as the inner side transmissive plate, the wavelength range of 1.8 to 5. It can not widely absorb light in the 0 μm region.

そこで、本実施形態では、内側透過性板34が複数枚(2枚)であり、複数枚の内側透過性板には、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である「第一内側透過性板34A」としての赤外線選択ガラス(図2参照)および「第二内側透過性板34B」としての光学ガラス(図3参照)が含まれている。そして、第一内側透過性板34Aである赤外線選択ガラスと第二内側透過性板34Bである光学ガラスとの間には、図7に示すように、波長域1.8〜5.0μmにおいて透過率の逆転が存在する。
このため、波長域1.8〜5.0μmにおいて互いの光吸収率の高い領域を補い合う関係となる。したがって、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である内側透過性板が1枚のみである態様と比較して、波長域1.8〜5.0μmの光を効果的に吸収することができる。
Therefore, in the present embodiment, the ratio of the light absorption wavelength range to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is a plurality (two) of the inner transmissive plate 34, and the plurality of inner transmissive plates together The infrared selective glass (see FIG. 2) as the “first inner transparent plate 34A” having an L of 40% or more (see FIG. 2) and the optical glass as the “second inner transparent plate 34B” (see FIG. 3) are included. And as shown in FIG. 7, between the infrared selective glass which is the 1st inner side permeable board 34A, and the optical glass which is the 2nd inner side permeable board 34B, it transmits in a wavelength range of 1.8-5.0 micrometers. There is a rate reversal.
For this reason, it becomes a relationship which compensates the area | region where light absorption rate of each other is high in wavelength-range 1.8-5.0 micrometers. Therefore, compared with the aspect in which the ratio of the light absorption wavelength range occupying the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is 40% or more, the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm Light can be absorbed effectively.

さらに、本実施形態では、この2枚の内側透過性板(第一内側透過性板34Aおよび第二内側透過性板34B)は、以下の所定の関係を満足する板とされている。

(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に約0.07以上

ここで、
波長域1.8〜5.0μmに占める第一内側透過性板34Aの光吸収波長域の割合をA%、
波長域1.8〜5.0μmに占める第二内側透過性板34Bの光吸収波長域の割合をB%、
波長域1.8〜5.0μmに占める、第一内側透過性板34Aと第二内側透過性板34Bの両方が光吸収波長域である波長域の割合をY%
とする。
Furthermore, in the present embodiment, the two inner permeable plates (the first inner permeable plate 34A and the second inner permeable plate 34B) are made to satisfy the following predetermined relationship.

(B−Y) / A and (A−Y) / B are both about 0.07 or more

here,
A% of the ratio of the light absorption wavelength range of the first inner transparent plate 34A to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm,
The percentage of the light absorption wavelength range of the second inner transmissive plate 34B in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is B%,
Y% of the ratio of the wavelength range in which both the first inner transmissive plate 34A and the second inner transmissive plate 34B are light absorbing wavelength ranges occupying the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm
I assume.

上記関係が意味するところについて説明する。
本実施形態では、波長域1.8〜5.0μmに占める第一内側透過性板34Aの光吸収波長域の割合Aは、約60%であり、波長域1.8〜5.0μmに占める第二内側透過性板34Bの光吸収波長域の割合Bは、約70%である。
また、波長域1.8〜5.0μmに占める、第一内側透過性板34Aと第二内側透過性板34Bの両方が光吸収波長域である波長域の割合Yは、約55%である。
したがって、(B−Y)/Aは約0.25であり、(A−Y)/Bは約0.07である。
(B−Y)/Aは、第一内側透過性板34Aのみの割合A%に対する、拡大された割合(B−Y)%の比率である。
また、(A−Y)/Bは、第二内側透過性板34Bのみの割合B%に対して、拡大された割合(A−Y)%の比率である。
つまり、(B−Y)/Aと(A−Y)/Bが共に約0.07以上であることで、第一内側透過性板34Aのみを使用した場合や、第二内側透過性板34Bのみを使用した場合と比較して、光吸収波長域が効果的に拡大しているといえる。
よって、発電効率に貢献せず、光電素子の温度を上げて発電効率の低下を招く、光電素子の感度領域以外の波長1.8〜5.0μmの輻射光を効率的に吸収することができ、以って発電効率の優れた発電装置とすることができる。
このため、この2枚の内側透過性板が、波長域1.8〜5.0μmで互いの光吸収率の高い領域を効率的に補い合う関係となっている。その結果、波長域1.8〜5.0μmの光を広い範囲に渡って吸収することができる。
The meaning of the above relationship will be described.
In the present embodiment, the ratio A of the light absorption wavelength range of the first inner transmissive plate 34A to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is about 60%, and occupies the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. The ratio B of the light absorption wavelength range of the second inner transparent plate 34B is about 70%.
In addition, the ratio Y of the wavelength range in which both the first inner transmissive plate 34A and the second inner transmissive plate 34B are light absorbing wavelength ranges occupying the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is about 55%. .
Thus, (B-Y) / A is about 0.25 and (A-Y) / B is about 0.07.
(B−Y) / A is a ratio of the expanded ratio (B−Y)% to the ratio A% of the first inner permeable plate 34A alone.
Further, (A−Y) / B is a ratio of an expanded ratio (A−Y)% to a ratio B% of only the second inner permeable plate 34B.
That is, when both (B−Y) / A and (A−Y) / B are about 0.07 or more, the case where only the first inner permeable plate 34A is used or the second inner permeable plate 34B is used. It can be said that the light absorption wavelength range is effectively expanded as compared with the case of using only.
Therefore, it does not contribute to the power generation efficiency, but the temperature of the photoelectric device can be raised to cause a decrease in the power generation efficiency, and radiation with a wavelength of 1.8 to 5.0 μm other than the sensitivity region of the photoelectric device can be efficiently absorbed. Thus, a power generation device with excellent power generation efficiency can be obtained.
For this reason, the two inner transmissive plates are in a relationship in which the wavelength region of 1.8 to 5.0 μm effectively compensates for the region having a high light absorptivity. As a result, light of a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm can be absorbed over a wide range.

なお、2枚の内側透過性板34A、34Bの関係は、上記関係に限定されない。
例えば、
(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.03以上であってもよい。
好ましくは、
(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.06以上である。
The relationship between the two inner permeable plates 34A and 34B is not limited to the above.
For example,
Both (B−Y) / A and (A−Y) / B may be 0.03 or more.
Preferably,
Both (B−Y) / A and (A−Y) / B are 0.06 or more.

また、本実施形態では、複数枚の透過性板30による、光電素子22の感度領域(GaSb系の場合、波長0.8〜1.8μm)の光の透過率の平均は、約80%である(図5参照)。このため、光電素子22の感度領域の光の多くが光電素子22に入射するので発電効率がよい。   Further, in the present embodiment, the average of the light transmittance of the sensitivity region (wavelength 0.8 to 1.8 μm in the case of GaSb-based) of the plurality of transmissive plates 30 is about 80%. (See Figure 5). For this reason, most of the light in the sensitivity region of the photoelectric element 22 is incident on the photoelectric element 22, so that the power generation efficiency is good.

〔補足説明〕
なお、上記実施形態では、外側透過性板32として石英ガラスを用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、外側透過性板として石英ガラス以外のガラスを用いてもよい。
[Supplementary explanation]
In addition, although the example using quartz glass as the outer side permeable board 32 was demonstrated in the said embodiment, this invention is not limited to this, You may use glass other than quartz glass as an outer side permeable board.

また、第1実施形態として2枚の透過性板、第2実施形態として3枚の透過性板を備える発電装置を説明したが、本発明はこれに限られない。各種類の透過性板を複数枚使用してもよく、また、透過性板を4枚以上設けてもよい。例えば、石英ガラスや光学ガラスを2枚以上使用することで、それぞれの透過性板の温度上昇を抑えることができる。具体的には、石英ガラスを2枚、赤外線選択ガラスを2枚などが例示され、光電素子の温度上昇を抑える効果が高まり、その結果、発電量を増加できる。また、透過性板の厚さを調整することで、透過する光量の調整が可能である。   Moreover, although the electric power generating apparatus provided with two permeable plates as 1st Embodiment and 3 permeable plates as 2nd Embodiment was demonstrated, this invention is not limited to this. A plurality of permeable plates of each type may be used, and four or more permeable plates may be provided. For example, by using two or more quartz glass and optical glass, it is possible to suppress the temperature rise of each transmissive plate. Specifically, two pieces of quartz glass and two pieces of infrared selective glass are exemplified, and the effect of suppressing the temperature rise of the photoelectric element is enhanced, and as a result, the power generation amount can be increased. Moreover, adjustment of the light quantity to permeate | transmit is possible by adjusting the thickness of a permeable board.

また、複数の透過性板30を、熱源側から配置される石英ガラスと、光学ガラスとの2枚の透過性板30から構成してもよい。図8に、石英ガラスおよび光学ガラスの透過率を重ねて示すグラフを示す。   Alternatively, the plurality of transmissive plates 30 may be configured of two transmissive plates 30 of quartz glass disposed from the heat source side and optical glass. FIG. 8 shows a graph showing the transmittances of quartz glass and optical glass in an overlapping manner.

10 熱光起電力発電装置
22 光電素子
30 透過性板
32 外側透過性板
34 内側透過性板
34A 第一内側透過性板
34B 第二内側透過性板
90 高温材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thermophotovoltaic power generation device 22 Photoelectric element 30 Permeable plate 32 Outer side permeable plate 34 Inner side permeable plate 34A 1st inner side permeable plate 34B 2nd inner side permeable plate 90 High temperature material

Claims (7)

光電素子と、
複数の透過性板と、
を備え、加熱または溶融された高温材料からの輻射光のうち前記複数の透過性板を透過して前記光電素子に入射した光によって発電する熱光起電力発電装置であって、
前記複数の透過性板のうち高温材料に最も近い透過性板である外側透過性板は、最高使用温度が800℃以上の性能を有する透過性板であり、
前記複数の透過性板のうち前記外側透過性板以外の透過性板である1または複数の内側透過性板には、波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である透過性板が含まれている、
発電装置。
Photoelectric element,
With multiple permeable plates,
A thermal photovoltaic power generation apparatus that generates electricity by light transmitted through the plurality of transmissive plates of radiant light from a heated or melted high-temperature material and incident on the photoelectric element,
The outer permeable plate which is the permeable plate closest to the high temperature material among the plurality of permeable plates is a permeable plate having a performance at a maximum use temperature of 800 ° C. or higher,
The ratio of the light absorption wavelength range to the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm is 40 in one or more inner transmittance plates which are transmittance plates other than the outer transmittance plate among the plurality of transmittance plates. Contains a permeable plate that is more than
Power generator.
前記外側透過性板は、石英ガラスである、
請求項1に記載の熱光起電力発電装置。
The outer permeable plate is quartz glass,
The thermal photovoltaic power generation device according to claim 1.
前記外側透過性板と前記内側透過性板のうち少なくとも1枚との間には、波長域1.8〜8.0μmで透過率に逆転が存在する、
請求項1または請求項2に記載の熱光起電力発電装置。
Between the outer permeable plate and at least one of the inner permeable plates, there is an inversion in transmittance in the wavelength range of 1.8 to 8.0 μm,
The thermal photovoltaic power generation device according to claim 1 or 2.
前記内側透過性板は、複数であり、
前記複数の内側透過性板には、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である第一内側透過性板および第二内側透過性板が含まれ、
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板との間には、波長域1.8〜5.0μmにおいて透過率の逆転が存在する、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。
The inner permeable plate is plural;
The plurality of inner transparent plates include a first inner transparent plate and a second inner transparent plate, each of which has a light absorption wavelength ratio of 40% or more in a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. ,
Between the first inner transparent plate and the second inner transparent plate, there is an inversion of transmittance in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm,
The thermal photovoltaic power generation device according to any one of claims 1 to 3.
前記内側透過性板は、複数であり、
前記複数の内側透過性板には、共に波長域1.8〜5.0μmに占める光吸収波長域の割合が40%以上である第一内側透過性板および第二内側透過性板が含まれ、
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板とは、以下の関係を満足する、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。

(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.03以上

ここで、
波長域1.8〜5.0μmに占める第一内側透過性板の光吸収波長域の割合をA%、
波長域1.8〜5.0μmに占める第二内側透過性板の光吸収波長域の割合をB%、
波長域1.8〜5.0μmに占める、第一内側透過性板と第二内側透過性板の両方が光吸収波長域である波長域の割合をY%
とする。
The inner permeable plate is plural;
The plurality of inner transparent plates include a first inner transparent plate and a second inner transparent plate, each of which has a light absorption wavelength ratio of 40% or more in a wavelength range of 1.8 to 5.0 μm. ,
The first inner permeable plate and the second inner permeable plate satisfy the following relationship:
The thermal photovoltaic power generation device according to any one of claims 1 to 3.

(B−Y) / A and (A−Y) / B are both 0.03 or more

here,
A% of the ratio of the light absorption wavelength region of the first inner transparent plate to the wavelength region 1.8 to 5.0 μm,
B% of the light absorption wavelength range of the second inner transmissive plate in the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm,
Y% of the ratio of the wavelength range in which the first inner transmissive plate and the second inner transmissive plate both occupy the light absorption wavelength range occupying the wavelength range of 1.8 to 5.0 μm
I assume.
前記第一内側透過性板と前記第二内側透過性板とは、以下の関係を満足する、
請求項5に記載の熱光起電力発電装置。

(B−Y)/Aおよび(A−Y)/Bが共に0.06以上
The first inner permeable plate and the second inner permeable plate satisfy the following relationship:
The thermal photovoltaic power generation device according to claim 5.

Both (B−Y) / A and (A−Y) / B are at least 0.06
前記複数の透過性板による波長域0.8〜1.8μmにおける透過率の平均は、50%以上である、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の熱光起電力発電装置。
The average of the transmittances in the wavelength range of 0.8 to 1.8 μm by the plurality of transmissive plates is 50% or more.
The thermal photovoltaic power generation device according to any one of claims 1 to 6.
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