JPS5939660B2 - エネルギ−変換システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の技術分野 本発明の技術分野は、エネルギー変換の分野であり、か
つエネルギー利用可能性を平準化する分野である。

強度及び継続時間を異にして得られるエネルギーは、し
ばしば異なった形式及び異なった割合で使用されること
が望まれる。

それは特に一様な電気の形式の場合に有用であるが、現
在の技術Ｊａでは変換能力が限られている。

大きな放射エネルギー源は太陽であるが、それは広帯域
の波長を発生するとは言え、継続時間が間欠的である。

産業上の作業過程を源として、放射エネルギー及び熱エ
ネルギーが副産物に得られる場合がある。

通常、そのような源からのエネルギーは狭い帯域を有し
、その継続時間及び波長は変動する。

例えば、暖房のような大部分の熱エネルギー利用動作は
、過度のエネルギー及びその損失を伴い、これらは他の
エネルギー形態として捕捉できるものである。

背景の技術 負荷を平準化するためにエネルギーを貯蔵することの有
利性は、「太陽エネルギーの熱処理」（５ｏｌａｒ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”ｔ
ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｗｉ ｌｅｙ ｔ Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ ｔｐａｇｅｓ ２３１ ｔｏ ２３５
）という文献に記載されている。

その文献には、例えば塩を溶解する潜熱を使用する現在
の技法は、貯蔵することのできるエネルギー量及びそれ
を除去することのできる速度によって制限されることが
記載されている。

放射エネルギー又は熱エネルギーを使用する有効な方法
は、それを電気エネルギーへ変換することである。

しかし現在の技術段階において、変換効率の点で大きな
改善の余地がある。

更に、エネルギー源から得られたエネルギーの強度は概
して変動し、かつエネルギーが間欠的に得られるから、
通常一様な供給量を必要とする多くの電気エネルギ一応
用システム及び分配システムと両立させ得ない。

太陽エネルギーのような放射エネルギーや燃料電池のエ
ネルギーを電気エネルギーへ変換する場合の改善努力は
、主として複雑な固体物理学に基づいてなされ、光電池
の波長領域及び全体的効率を改善しようとするものであ
った。

現在の技術段階におい°て、ｐ−ｎ同−接合形太陽光電
池は、広帯域の放射源である日光を電気へ交換する場合
、その約２６係しか変換しないという限られた効率を有
することが知られている。

そのような装置では、大きな改善の余地があるわけであ
る。

上記の外にも、放射エネルギーを一様な電気エネルギー
へ変換する場合の改善努力がなされてきた。

米国特許第３９２９５１０号は、太陽エネルギー変換に
おいて、スペクトル・マツチを改善するため、光電池の
前に希土類元素を使用した変換器を配置することを教え
ている。

米国特許第３４３３６７６号及び第４０９０３５９号は
、産業上のエネルギー変換技術において、ジェット・エ
ンジンや燃焼源のような継続的な熱源からのエネルギー
を変換する場合、電気出力の効率を改善する技術を説明
している。

本発明の概説 本発明は、高い熱伝導度、高い融点及びエネルギーを負
荷へ放出するための高い融解潜熱を有する物質へ、直接
的に供与された熱エネルギーを保留するか、又は放射エ
ネルギーを集結することによって、エネルギー変換を行
うことに関する。

エネルギーを電気エネルギーへ変換するに当って、光電
池が高い効率で変換できるような厳密に制御された形態
におけるエネルギー量のみが放出されることができる。

エネルギーは、最小限の損失で捕捉されかつ貯蔵され、
次いで熱−放射エネルギ一方向性エミッタ及び帯域濾波
器を組合せて使用することにより、光電池へ連続的割合
で放出することが可能である。

上記の組合せは、光電池が効率的に応答することのでき
る光子エネルギーの成る範囲のみを放出させる。

本発明のシステムは、放射エネルギー又は熱エネルギー
の任意の源からエネルギーを受取り、それが連続的なも
のであると間欠的なものであるとを問わず、またどのよ
うな強度又は程度のものであれ、エネルギーを集めて３
つの特性を有する物質中にそれを貯蔵する。

その３つの特性とは、高い熱伝導度、高い融点、及び高
い融解潜熱である。

せのような物質は、エネルギーの吸収時には一定の温度
で溶解し、エネルギーの放出時には同じ一定の温度で凝
固する。

上記の物質はバッファとして機能し、効率的な熱のカプ
セル化を果す。

従って、貯蔵された熱エネルギーは、長時間にわたって
保存され、かつ入力とは独立した速度で放出されること
かできる。

本発明の貯蔵物質は適正なレスポンスを与える３つの特
性を有し、これら特性の各々は実用性に関連した価値を
有する。

上記物質は高い融解潜熱を有し、これは大量のエネルギ
ーを貯蔵する能力を与える。

上記物質は高いエネルギー密度を有し、これは単位重量
又は単位容積当り大量のエネルギーを貯蔵することを可
能にする。

更に、容積が小さいため、表面領域も小さくなり、エネ
ルギー損失も低くなる。

１モル当り１キロカロリーを超える融解潜熱値が有用な
範囲にあることが発見された。

上記物質は高い熱伝導度を有する。

これは貯蔵された熱を引出す能力の尺度である。

１平方糎、１糎、１度及び１秒当り０．１カロリーを超
える熱伝導度は有用な範囲にあることが発見された。

上記物質は高い融点を有する。

これは融解条件において黒体放射波長分布を与える。

この分布は、いくらか狭く、エネルギーを使用している
負荷のレスポンスと適合性が大きい。

融点は、温度が循環変動するとき、均一の限定された範
囲内にあるべきである。

約１３００ｋを超える融点は有用な範囲にある。

上記の基準を十分に満足させる物質ノ例は、鉄、シリコ
ン、マンガン、クロム、チタンである。

貯蔵物質は非常に希少で不当に高価なものであってはな
らないから、その選択は実用的見地からなされなげれば
ならない。

この事は、特定の時点の影響を受けることを意味する。

１つの例を述べれば、銀は１ｄ、１ぼ、１度及び１秒当
り１カロリーの非常に高い熱伝導度を有し、融解潜熱は
１モル当り２．７キロカロリーであり、融解温度は９６
０℃であるから、上記の基準を非常に良好に満足させる
ように見える。

しかし、銀は大量に存在する物質ではなく、過去５年間
にわたって、２８．３５ｇ当り２ドル〜６０ドルの広い
価格で変動している。

従って、この時点では、銀は技術上の難点ではなく実用
上の難点を有する。

ここで第１図を参照すると、そこには本発明の構成要素
を示す略図が示される。

第２図に示されるような広帯域波長を有する熱エネルギ
ー又は放射エネルギーの源１が吸収器２につきあたる。

吸収器２は、放射エネルギーに対しては広帯域光熱変換
器であり、熱エネルギーに対しては良好な熱伝達部材で
ある。

吸収器２はエネルギーをエネルギー貯蔵物質３へ伝達す
る。

放射エネルギーの場合の吸収器２は、入力放射の温度が
物質３の温度を超えるようにするため、集結器を含んで
いる。

吸収器２を通して起るエネルギーの吸収率が、貯蔵物質
３からコンテナ４の開孔を通して起るエネルギー放出率
より犬である時、貯蔵物質３は一定の温度で溶解する。

逆に、放出率が吸収率よりも大きい時、物質３は同じ一
曲の温度で凝固する。

物質３は、損失を最小にするため、効果的な熱保存ケー
ス（コンテナ）４の中に入れられる。

ケース４は、放出のために選択されたエネルギ一部分の
みが放出されるように、エネルギーを保存し、そのよう
にデザインされている。

電気エネルギーへ変換される場合、放出された部分は、
判定の光電池によって高い効率で使用され、特定の負荷
条件を与える。

本発明に従えば、これはケース４の開孔部にある方向性
の熱対放射エネルギー・エミッタ５、及びそれを光学的
に連結した放射エネルギー帯域濾波器６の組合せによっ
て達成される。

この組合せは、光電池７へ良好な光学的接続を行うため
位置付けられている。

エミッタ５、濾波器６、光電池７は相互に依存しあって
いる。

即ち、方向性のエミッタ５は物質３中に貯蔵された熱エ
ネルギーを、一般的な意味で十分な方向性をもって放射
エネルギーへ変換し、濾波器６は矢印８で示される成る
光子のみを通過させ（光子のエネルギー領域は光電池７
のレスポンスに左右される）、矢印９で示されるような
他の全ての光子を拒絶し、もとへ戻す。

この構成により、制御されたエネルギー放出が可能とな
り、光電池７によって効率的に使用できるエネルギーの
みが放出され、貯蔵物質３は全ての未使用エネルギーを
保存し続ける。

光電池７は光電接合１０を有し、負荷１１はそれにまた
がって接続される。

エミッタ４、濾波器６、光電池７をどのように相互依存
させるかは選択可能である。

それによって、貯蔵されるエネルギーの源は強度におい
て変動してもよく、間欠的であってもよい。

また、それによって、放出されるエネルギーは一様にな
り、光電池７の効率及び負荷１１の条件に関して最適化
される。

本発明の、全体的構成は、まず第２図に示されるような
広帯域のエネルギー放射を吸収し、次いで物質３が融解
段階に達すると、放射特性を第３図に示されるような異
なった分布へ変換することによって、より厳密なエネル
ギーのマツチングを与える。

第３図の分布は第２図のそれより大きいピーク波長を有
し、分布の中心を示す線が分離されて示されているよう
に、分布はオノセットされる。

第２段階において、エミッタ５及び濾波器６の構成は、
第３図の曲線によって示されるように狭い分布の放出を
可能にし、その狭い分布の中心は光電池７の正確なレス
ポンス特性に対応するように動かすことができる。

上記の狭い分布は、幅において調節可能であるのみなら
ず、ピークも調節することができる。

エネルギーが物質３に貯蔵される時、物質３からの放射
は融点の上下で起るが、最も有利な場合は例えば融点温
度における潜熱伝達のときに生じる。

その場合、全ての融解潜熱は、全ての物質３が溶けてし
まうまで一定の温度で貯蔵されることができ、また全て
の融解潜熱は、物質３が第３図の特性に従って一定の温
度で放射を行ない固体となるまで放出されることができ
る。

物質３中に貯蔵された熱エネルギーは熱利用負荷体へ熱
エネルギーとして伝達されねばならないので、エミッタ
５及び濾波器６によって占められるケース４中の開孔は
、熱変換器に適合したものである。

高い融解潜熱により高エネルギー密度を有し、高い熱伝
導度により除去の容易性を有し、融点により予測可能な
熱特性を有する物質へ、強度又は継続時間と無関係に放
射源又は熱源からエネルギーを貯蔵することができるの
で、これまで当技術分野で知られたシステムよりも効率
的なシステムが実現される。

システムのサイズは小さくなり、熱は従来よりも容易に
伝達され、熱は狭い指定範囲で利用可能となるので、熱
を使用する変換器はより効率的に設計されることができ
る。

実施例の説明 第１図及び第２図を参照する。

第２図に示すような広帯域波長を有するエネルギーが、
エネルギー源１から吸収器２へ導入される。

吸収器２は、エネルギー貯蔵物質３へ最大の熱伝達を起
す特性を備えている。

エネルギー源１が熱エネルギーを与える場合、吸収器２
は良好な熱伝導度を有し、エネルギー源１が放射エネル
ギーを与える場合、吸収器２は波長と無関係の光熱吸収
性を有する。

吸収器２の目的は、エネルギー源１から最大量のエネル
ギーを抽出することであり、かつ物質３へそれを伝達す
ることである。

吸収器２は略図的に示されているが、当業者にとって、
最大の光熱変換及び熱伝達を達成するため、光学集結器
や熱交換器のサイズを変更したものを使用できることは
明らかであろう。

吸収器２は、物質３ヘエネルギーを最も有効に伝達する
ため調整されてよい。

単純な熱の場合、動作温度より高い融点を伴った良好な
熱伝導特性を有するものが望ましい。

タングステンが満足すべき結果を与える。

放射エネルギーの場合、動作温度より高い融点に加えて
、エネルギー源の仕様に応じて良好な光熱変換特性を有
するものが望ましい。

吸収率αは、はぼ直角の入射光についてｌに近くなけれ
ばならず、半球エミツタンスは、できるだけ０に近くな
げればならない。

そのような条件は、高温に耐える金属針を有する構造体
によって近似することができる。

金属針は入射光の方向へ向けられてる。

そのような物質の１つは樹枝状タングステンであり、Ｉ
ＢＭ ジャーナル誌（ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＲ
ｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、Ｖ
ｏｌ、 ２２ ｔＡ４．Ｊｕｌｙ １９７８．ｐ、３
７２ ）に説明されている。

エネルギー貯蔵物質３は、特性として高い熱伝導度、高
い融解潜熱、及び高い融点を有する。

融点における良好な電気変換のためには、高い光学エネ
ルギ一部分における黒体放射の約１０％が第１図の光電
池７によって吸収される。

高齢の金属であれば、これらの条件を全く良好に適合さ
せる。

鉄は、融点が１５３６℃、融解潜熱がダラム原子当り３
．６７キロカロリー、熱伝導度が０．１８力ロリー／平
方糎／糎／度／秒であるから特に満足すべき結果を与え
る。

Ｆｅのダラム原子は５５．８グラムである。

他の物質はＳｉである。

これは、融点が１４１０℃、融解潜熱がダラム原子当り
１１．１キロカロリー、熱伝導度が０．２力ロリー／平
方糎／糎／度／秒である。

Ｓｉのダラム原子は２８．１グラムである。

物質３はケース４に格納されている。

ケース４は低い熱伝達特性及び低い放出特性を有し、従
って熱の最大の保存が可能である。

高融点の金属は１８０００ｋを超える温度に達するもの
があるので、ケース４の材料は窒化ホウ素や酸化アルミ
ニウムのような耐高温性のもので構成され、更に、反射
性の真空室で囲まれてよい。

本発明の目的はケース４中に全てのエネルギーを保存し
、例外的にエミッタ５、濾波器６、光電池７の相互依存
性によって作り出された制御条件を介してエネルギーを
放出することであるから、ケース４の熱保存特性は大い
にシステムの効率に影響を及ぼすことが明らかである。

エネルギー源１が太陽エネルギーの如く間欠的なもので
ある場合、また休止サイクルが望まれる場合、ケース４
の効率は熱鏡（ｈｅａｔ ｍ１ｒｒｏｒ）のような装置
を使用することによって高められてよい。

熱鏡は空隙部から放射損失が生じるのを防止するように
働き、それによってエネルギー損失を防止する。

放射エネルギー形の応用例では、放射エネルギーの強さ
が吸収器２によって放射されるエネルギーの強さより小
さくなったときに起る。

吸収器２は物質３へ熱的に連結されているからである。

これは太陽エネルギーの場合、夜が近づくにつれて、ま
たは夜間に起る。

本発明が自動車のための携帯用電源や小型機器の予備用
電源として使用される応用例においては、そのような目
的のために１度エネルギーが十分貯蔵されれば、ケース
４は閉じられ、エネルギー損失部分のみが定期的に補充
されればよい。

エネルギーが１度物質３中に貯蔵されると、そのエネル
ギーは第３図に示すような波長帯域の放射態様で制御さ
れつつ放出される。

現時点の技術水準において、光電池が効率よく応答でき
るのは上記波長帯域の部分においてのみである。

そのような光電池の効率は、光子エネルギーが光電池材
質の帯域ギャップ・エネルギーより大きくなるまで、放
出範囲を狭くすることによって高めることができる。

この方法によれば、現時点の技術水準で最大約２６係の
効率が得られるに過ぎないのに対し、５０チ以上の効率
を得ることができる。

本発明によれば、光電池７のエネルギー帯ギャップを越
える光子エネルギーの狭帯域が、方向性の熱対放射エネ
ルギー・エミッタ５、帯域濾波器６、及び光電池７の組
合せによって選択され放出される。

上記の組合せは、エミッタ５が成る方向性をもって熱エ
ネルギーを放射エネルギーへ変換し、次いで矢印８で示
されるような光電池７のピーク応答波長にある光子のみ
が濾波器６を通過されるようにされ、矢印９で示される
ような他の全ての光子は戻されてエミッタ５により再び
吸収される。

従って熱の損失は生じない。エミッタ５は、全体の半球
エミツタンスεが表面に直角な方向で１の値に近く、他
の全ての方向で０の値に近くなげればならない。

この条件をほぼ満足させる物質の例は、ＩＢＭジャーナ
ル誌（ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎ、ａｌ ｏｆ Ｒｅ５ｅａｒ
ｃｈ ａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓ Ｖｏｗ 、
２２ 、 Ａ４ ｙ Ｊｕｌｙ１９７８、ｐ、３７２）
に記載されているように、針が放出方向に向けられた樹
枝状タングステンである。

帯域濾波器６は当技術分野で周知のものであり、商業的
に得ることができる。

そのような濾波器は、広帯域の放射がその表面へ直角に
入射すると、選択された狭い範囲の波長のみが伝導され
、残りの放射は反射される。

例えば、物質３が１８００°にで融解する鉄であり、光
電池７がシリコ／である場合、濾波器６は第１図の矢印
８で示すような、１．１〜１．６電子ボルト内のエネル
ギー範囲を有する光子を放出し、矢印９で示すような他
の光子を物質３へ反射するように設計される。

当技術分野で周知の成る種の帯域濾波器は複数の二色性
層で構成される。

層の各々は絶縁性であって、異なった屈折率を有し、こ
れらは組合せることにより狭い範囲の透過性を与える。

絶縁性物質５１０２ 、ＴｌＯ２ｓ ＺｎＯ２ｓ Ａｌ
２Ｏ３＋８１３Ｎ４ ｔ ＴａＯが使用できる。

他の種の濾波器は、適当な値の帯域エネルギー・ギャッ
プを有する半導体窓と反射器とを使用する。

濾波器６は、光電池７の最大エネルギ一応答範囲におけ
るエネルギーを有する１０係の光子のみを通過させるべ
きであり、従ってエミッタ５からまっすぐに放出された
光子が濾波器６を通過し、他の全ての光子は反射されて
ケース４内に保存され、エネルギー損失を生じないよう
にされる。

ＩＥＥＥ 議事録（Ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｔ ｒａｎｓ
ａｃ ｔｉ ｏｎｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒ ｏｎ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ ｙ Ｖｏ ｌ、 ＥＤ −２６。

Ｊｕｌｙ １９７９． ｐｐ １０９０〜１０９７
）に記載されるＶ溝多重接合シリコン太陽光電池のよう
な効率的な光電池７が、濾波器６と良好な光学接続関係
に配置される。

光電池７の選択にあたっては、物質３の融点、光電池材
料のエネルギー帯ギャップ、エミッタ５及び濾波器６の
組合せによって発生される光子エネルギー帯の方向性及
び狭さく矢印８で示される）などを考慮しなければなら
ない。

第４図を参照すると、そこには太陽の日照エネルギーを
継続的な電力へ変換する本発明に従うエネルギー貯蔵シ
ステムの実施例が示される。

第４図において、太陽エネルギー２０は集結レンズ２１
を通して吸収器２２へ約５００〜２０００培の集結率で
集結される。

吸収器２２は、吸収率αが１の値を有し、半球エミツタ
ンスεが０．２より小さいか又はそれに等しい値を有す
る。

吸収器２２は太陽エネルギー２０を貯蔵物質２３中の熱
エネルギーへと変換する。

針が放射エネルギー源へ向けられた樹枝状タングステン
は、吸収器２２に必要とされるα及びεの基準を満足さ
せる。

熱絶縁コンテナ２４は球形として示される。

球形の場合、容積に対する表面積は最小となり、従って
絶縁表面は最小となる。

エネルギー貯蔵物質２３はコンテナ２４中に置かれるが
、この物質は希少物質や高価な物質ではなく、高い融解
潜熱、高い熱伝導度、高い融点を有する。

それによって、その黒体放射の約１０％が光電池によっ
て吸収可能な高い光子エネルギー範囲にある。

鉄及びシリコンは上記の特性を満足させる。

太陽が沈んだ後にコンテナの開孔部から放射が生じるの
を防止するため、部材２５が設けられる。

部材２５は、可動装置２６によって位置付けられる熱鏡
である。

可動装置２６は、例えばモータ及びギヤの組合せよりな
り、吸収器２２の開孔を覆うために動作される。

他の開孔部から生じる放出を制御するために、同様の構
成を採用してよい。

太陽が沈んだ時又は負荷への放出が中断されるべきとき
、可動装置２６は部材２５を動かして開孔部を覆う。

図面を簡単にするため、コンテナ２４は単純な物質とし
て示される。

この物質は、例えば窒化ホウ素又は酸化アルミニウムで
あり、これらは良好な熱絶縁性及び低い放射率を有する
。

しかし、コンテナ２４の熱保存特性が高くなれば、それ
だけ全体のシステムの効率が良くなるから、コンテナ２
４は更に真空コンテナその他の構造体によって囲まれて
よい。

圧力の変化や膨張に対して考慮することも必要となる。

これは、特に物質２３が蒸発潜熱特性を使用して動作さ
れるとき重要である。

望ましい形式の動作では、第３図に示されるような放射
特性の利点があるため、融解潜熱が使用される。

貯蔵物質２３を融解することによって貯蔵されたエネル
ギーは、物質２３の凝固過程で選択的に放出され、光電
池２９及び負荷３０は最大の効率でそれを利用する。

太陽が放射エネルギー源である場合、必要とされる物質
２３の量は、利用可能時間（１日）で吸収器２２上へ照
射されるエネルギー密度、及び負荷３０へ継続的に与え
られる電気エネルギーに依存する。

物質２３の量は、夜明けに物質２３が殆んど全て凝固し
ており、夕暮れに殆んど全て融解しているように選択さ
れる。

システム中の物質２３は、その融解潜熱を利用するのが
望ましく、一定の融点温度にとどまる。

融解される相対量は、受取られた累積エネルギーから放
出又は損失となったエネルギーを差引いた量に依存する
。

エネルギー供給及び負荷の変動に備えて、適当な安全係
数を考慮しなければならない。

物質２３の量は、それが完全に融解してしまわないよう
に十分なものでなければならない。

その場合、システムは過熱から守られ、そうでない時に
生じる損害を受けることがなくなる。

蒸発潜熱を利用する場合、利用できる熱の貯蔵能力は高
くなるが、圧力及び温度を制御する構造へ設計変更しな
ければならない。

光電池、帯域濾波器、及び方向性エミッタより成る制御
されたエネルギー放出構造は、良好な光学接続及び最小
の損失を達成するため整列したスタックとして構成され
てよいが、光電池２９へ高温を与えないようにしなけれ
ばならない。

即ち、濾波器２８の二色性物質に存在する熱のために、
半導体のパフォーマンス及び仕様に対して、過度の温度
による影響が与えられてはならない。

光電池２９は、帯域濾波器２Ｂから来る光子のエネルギ
ーへ適合化された最大の効率レスポンスを有しなければ
ならない。

■溝太陽光電池は、１゜１カラ１゜６電子ボルトのエネ
ルギーを有する光子に応答するシリコンを使用する。

それは多数の内部反射を含み、非常に高い効率を有する
。

エミッタ２７及び濾波器２８の特性が、応答範囲にある
光子のみが伝達されるようなものである場合、■溝多重
接合太陽光電池は５０％より大きい効率で変換を実行す
ることが予想され、貯蔵システムの全体的な変換効率は
４０係の近傍にある。

物質３は、入来する熱の量が放出される熱の量を超過し
て融解部分が増加する場合でも、また入来する熱の量よ
りも放出される熱の量が多く、融解部分が減少する場合
でも、常に融点温度にとどまる。

次の例は、太陽エネルギーを利用する場合に、１日平均
８時間の日照があり、１平方米の集結レンズ２１を使用
して、１日に８キロワツトを得るように吸収器２２を照
射する場合のシステム・パフォーマンスを示したもので
ある。

物質２３は鉄（Ｆｅ ）であり、その融点（Ｔｍ）は
１５３６°Ｃその原子量は５５，８グラム／ＣＣ１密度
（ρ）は７．８７グラム／ｃｃ、融解潜熱（ΔＨｆ）は
３．６７キロ力ロリー１モル、熱伝導度は０．１８カロ
リー／ｃｙｙｔ ／ｃｍ ／度／秒である。

８キロワツト時の貯蔵には１０６キログラムの鉄が必要
であり、これは１３．５リツトルの容積、即ち半径１４
．７ｍの球となる。

物質２３がシリコン（Ｓｉ ）である場合、その融点
（Ｔｍ）は１４１０℃であり、原子量は２８．１、密度
（ρ）は２．３５、融解潜熱（ΔＨｆ）は１１．１キロ
力ロリー１モル、熱伝導度は０．２力ロリー／ｃｒｔｔ
／ＣＩｒＬ／度／秒である。

８時間のエネルギー貯蔵のためには、１４．７キログラ
ムのシリコンが必要であり、これは７．４１１Ｊツトル
の容積、即ち半径１２．０ｃｍの球となる。

半径１４．７ｃＩｒＬ又は１２．ｏＣｒｒＬのＦｅ又は
Ｓｉ球に貯蔵された８キロワツトのエネルギーは、それ
ぞれ約１８００°にの温度であると仮定して、エミッタ
２６及び濾波器２８の組合せを使用し、光電池の応答節
理にあるエネルギーを有する光子として、選択的に放出
される。

この種のエネルギー伝達は、実際には針がエネルギー放
出方向に向けられた樹枝状タングステンを使用して実行
することができる。

エミッタ２７は濾波器２８と縦列に配置される。

濾波器２８は、光電池応答の所望の高い光子エネルギー
カットオフに対応する帯域ギャップ・エネルギーを有す
る真性半導体窓から構成される。

光電池２９は、絶縁酸化物のような透明反射層及び熱鏡
（例えば、酸化スズのような導電性酸化物で被覆された
ガラス）で構成される。

半導体窓の上にある反射層及び熱鏡は、組合せられて半
導体窓によって通されるにはあまりに高い又は低いエネ
ルギーを有する光子を反射するように動作する。

光電池２９が１．１から１．６電子ボルトまでの光子に
対するピーク効率応答を有するためには、半導体窓は、
テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ’。

の結晶（０，１２７ｃｒｒＬの厚さ）又は非晶質の水素
化シリコン層（ａ−８ｉ ：Ｈ） （０，０２５４ｃｆ
ｒＬの厚さ）に１３００Åから１６０ＯＡまでの５ｉ０
２又はＴｉＯ２を被覆し、これにＳｎＯで被覆された熱
鏡を縦列に配置したものであってよい（熱鏡を前方に配
置する）。

１８００°にで７５ワツ） ／ｃｙｒｔを放出する樹枝
状タングステンのエミッタ２７は半球放射率１を有し、
その平均放射率を０．２と仮定すれば、１５ワツ） ／
ｆｆｌを放出する。

エミッタ２７の領域を２００ｄと仮定すれば、３００ワ
ツトが放出され、濾波器２８は光子エネルギーの適当な
範囲を有しない２７００ワツトを反射する。

通される３００ワツトは２４時間にわたる７．２キロワ
ット時を表わし、これはシステムの貯蔵部分における０
、８キロワット時の損失である。

３００ワツトは、■溝多重接合光電池２９において５０
係の効率で変換され、２４時間にわたって３．６キロワ
ツト時を与える。

従って、約２５．４ｃＩｒＬの直径を有する球体は、約
１ＯＯＣｒｒＬの集結レンズを通して光を入力し、約１
４ｃｒｒＬの光電池で出力を取出すとすれば、２４時間
にわたって０．５馬力のモータを回転させるのに十分な
エネルギーを８時間で貯蔵できる。

光電池２９へ可変の電気的負荷が接続される場合、電力
の要求が低い期間に過剰の光子を再循環させるために、
濾波器２８と光電池２９の間に反射ダイヤフラムを介在
させた光学像システムを設けて、エネルギーの効率化を
はかつてよい。

他方、低い電力要求期間には、光電池２９かも物質２３
へ電力を熱に交換してフィードバックさせるか、部材２
５及び可動装置２６に類似した装置を使用して開口を制
御してよい。

以上説明したシステムは、エネルギーをバッファしかつ
変換することができ、また入力されるエネルギーの多様
な濃度及び継続時間に適合化させることができ、持続時
間及び強度を選択できると共に多様な出力を与えるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うエネルギー変換システムの略図を
示し、第２図は放射エネルギーの広帯域波長を示すグラ
フであり、第３図は高い融解潜熱、高い熱伝導度及び高
い融点を有する物質の黒体放射特性と、光電池が応答す
る狭い波長帯域とを示すグラフであり、第４図は太陽エ
ネルギーを電気エネルギーへ変換するエネルギー貯蔵変
換システムの略図である。 １・・・・・・エネルギー源、２・・・・・・吸収器、
３・・・・・・エネルギー貯蔵物質、４・・・・・・熱
保存ケース、５・・・・・・熱対放射エネルギー・エミ
ッタ、６・・・・・・放射エネルギー帯域濾波器、７・
・・・・・光電池、１１・・・・・・負荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 強度及び／又は持続時間が変動するエネルギーの源
   から与えられたエネルギーを、大きさ及び／又は持続時
   間が変動する負荷へ伝達するエネルギー変換システムで
   あって、０．１力ロリー／平方糎／糎／度／秒を超える
   熱伝導度、１キロ力ロリー１モルを超える融解潜熱、及
   び１３００ｋを超える融点を有する物質中に上記エネル
   ギー源からのエネルギーを熱エネルギーとして貯蔵する
   装置を有するエネルギー変換システム。