JPH01148084A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱電変換装置に関し、アルカリ金属熱電変換（
Ａ　Ｉｋａｒｉ　Ｍ　ｅｔａｌ　　Ｔ　ｈｅｒａ＋ｏ−
Ｅ　ＩｅｃｔｒｌｅＣ０ｎＶｅｒｔｅｒ）を用いた装置
に係わる。

［従来の技術］ 周知の如く、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換
する装置として、アルカリ金属イオン伝導体であるβア
ルミナを固体電解質に用いた熱電変換装置が知られてい
る。第２図は、この熱電変換装置の一例を示すものであ
る。

図中の１は、冷却容器である。この冷却容器１の内側に
は、液体のナトリウム（液体Ｎａ）２を収納する緻密な
固体電解質（βアルミナ）３が配置されている。この固
体電解質３の外表面には、モリブデン溶射薄等で形成さ
れた多孔質電極４が設けられている。前記βアルミナ１
の内側には、熱源５が上下方向に設けられている。また
、前記冷却容器１の底部と前記βアルミナ３の上部とは
、液体Ｎａ２を循環させる循環ポンプ６を介在させたバ
イブ７によって連結されている。

こうした構造の熱電変換装置において、熱源５により加
熱された液体Ｎａ２は高温の液体Ｎａ２の飽和蒸気圧と
冷却容器１の冷却面の飽和蒸気圧の差により、前記βア
ルミナ３内をナトリウムイオン（Ｎａイオン）が図中矢
印で示す如く流れる。

この際、Ｎａイオンは多孔性電極３で電子を受取ってＮ
ａ分子となり、真空中を冷却容器１の内壁面まで移動し
て凝縮する。凝縮液は循環ポンプ６により循環する。な
お、こうしたサイクルにおいて、前記電極３はプラス極
、Ｎａ液はマイナス極となる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の熱電変換装置によれば、多孔質電
極３の表裏でＮａ温度に差をつけることにより蒸気圧に
差をっけ、Ｎａイオンの流動を行わせている。つまり、
高温（６００〜１０Ｇ”ｃ）な多孔質電極３の面と低温
（２ＧＧ〜５００”Ｃ）な冷却容器１の内壁面が対面し
ているために、熱放射による熱損失がかなり大きくなる
。従って、熱エネルギーを電気に変換する効率が悪くな
る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高温の不活
性ガスを流すことによりアルカリ金属の蒸気圧を下げ、
もって熱放射による熱損失を著しく低減し、熱電変換効
率を向上しぇる熱電変換装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、液体のアルカリ金属を収納する固体電解質と
、この固体電解質の外表面に形成された多孔質電極と、
上記アルカリ金属を加熱する熱源と、上記多孔質電極の
外周に不活性ガスを供給する手段と、前記不活性ガスを
冷却しガス中に含まれたアルカリ金属を冷却分離すると
共にアルカリ金属と不活性ガスを循環させる冷却循環装
置とを具備することを要旨とする。

［作用］ 本発明によれば、高温の不活性ガスを流すことによりア
ルカリ金属の蒸気圧を下げ、もって熱放射による熱損失
を著しく低減し、熱電変換効率を向上できる。

本発明において、不活性ガスの流入により蒸気圧差が生
じるのは以下の理由による。即ち、不活性ガスを流すと
、その流量（ｘ　ｎ＋ｏｌ／ｈ　）に応じてＮａ分圧は
次式で表わされる（ドルトンの分圧の法則）。

Ｎａ分圧−Ｎａ蒸発量（ｙ　ｍｏｌ／ｈ　）”　（）’
＋ｘ）　　（Ｉｌｏ！／ｈ　）　ｘ全圧つまり、蒸発面
（電極表面）のＮａ蒸気圧は第５図であるが、不活性ガ
スが流れている場所のＮａ分圧は上式で表わされるよう
に低くなり、この蒸気圧差で電力が発生する。次に、そ
の場合の発生量について、第４図の例で考える。

７３０℃・・・蒸気圧０．２０ｂａｒ １７３℃・・・蒸気圧７　Ｘ　１Ｇ（＋ｂａｒであるか
ら、その分圧比は２．９　Ｘ１０４である。従って、温
度差ではなく不活性ガスを流すことにより蒸気圧差を生
じさせる方法では、Ｎａ蒸発量の２．９Ｘ１０４倍（モ
ル数）のガスを流せば、第４図の７３０℃の場合と同じ
出力特性が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

図中の２１は容器である。この容器２１の内側には、液
体のナトリウム（液体Ｎａ）２２を収納する緻密な固体
電解質（βアルミナ）２３が配置されている。このβア
ルミナ２３の外表面には、モリブデン溶射薄等で形成さ
れた多孔質電極２４が設けられている。前記βアルミナ
２３　　の内側には、熱源２５が上下方向に設けられて
いる。また、前記液体Ｎａ２２の底部には循環ポンプ２
６を介在させたバイブ２７を介してＮａ凝縮器２８が連
結され、該Ｎａ凝縮器２８と前記容器２１の上部とはバ
イブ２９によって連結されている。前記Ｎａ凝縮器２８
には、冷却管３０が設けられている。前記Ｎａ凝縮器２
８と前記容器２１の底部とは、ガスブロアー３１を介在
させたバイブ３２１；より連結されている。前記バイブ
２７．３２及び２９は、夫々再生熱交換器３３内を通る
ようになっている。

こうした構造の熱電変換装置において、βアルミナ２３
を通過するＮａ＋イオンは多孔質電極２４面で電荷を失
い、該電極２４と液体Ｎａ２２との間に接続されて負荷
に電力を発生する。即ち、βアルミナ２３両端のナトリ
ウム蒸気圧差により、Ｎａ＋イオンはβアルミナ２３中
を流れ、外部回路が閉じている場合は、Ｎａ＋イオンは
多孔質電極２４面において電子を得て中性化し、低温な
容器２１中に蒸発し、電力を発生する。一方、外部回路
が開いている場合は、多孔質電極２４面に電荷が集中し
、Ｎａ＋イオンの流れをとめる方向に電界が生じ、開放
電圧が発生する。前記容器２１中に蒸発したＮａ蒸気は
前記容器２１の凝縮面で液化し、この液体Ｎａ２２を再
びポンプ２６により高温側に連続的に供給することによ
り発電が持続される。

しかして、上記実施例によれば、ポンプ２６゜Ｎａ凝縮
器２８．ガスブロア３１及び再生熱交換器３３等を備え
、高温なアルゴンなどの不活性ガスを大気圧で流す構成
とすることにより、Ｎａ蒸気圧の分圧を下げることがで
きる（例えば、１０’　Ｔｏｒｒ　）。また、前記電極
４の外周を従来のように冷やす必要がないため、放射伝
熱による熱損失はほとんどなくなる。なお、従来の場合
、液体Ｎａと不活性ガスを分離するためにＮａをその蒸
気圧における飽和温度以下に冷却する必要があるが、本
発明の場合はその冷却熱量を再生熱交換器３３で利用す
るので従来の如き熱損失は生じない。

なお、本発明に係る熱電変換装置は、上記実施例のもの
に限らず、第３図に要部のみ示す如く熱源２５の外側に
多孔質基体４１を配設し、この多孔質基体４１の側壁に
βアルミナ４２を成膜させた構造のものでもよい。なお
、図中の４３は空間である。ここで、前記多孔質基体４
１は耐アルカリ金属性及び耐熱性から、αアルミナなｉ
リラミックスが良い。また、多孔質基体４１は、イオン
伝導性及び導電性については制限はない。しかるに、第
３図に示す熱電変換装置によれば、βアルミナ４２を多
孔質基体４１上に成膜させるために、強度上に制約はな
く、ｌＯ〜２００．程度に薄くできる。従って、βアル
ミナ４２の抵抗を低くでき、熱電変換の性能を向上でき
る。

［発明の効果］ 以上詳述した如く本発明によれば、高温の不活性ガスを
流すことによりアルカリ金属の蒸気圧を下げ、もって熱
放射による熱損失を著しく低減し、熱電変換効率を向上
しえる熱電変換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱電変換装置の説明図
、第２図は従来の熱電変換装置の説明図、第３図は本発
明の他の実施例に係る熱電変換装置の要部の説明図、第
４図は電流密度と電圧の関係を示す特性図、第５図は温
度と蒸気圧の関係を示す特性図である。 ２１・・・容器、２２・・・液体Ｎａ、２３．４２・・
・βアルミナ（固体電解質）、２４・・・多孔性の電極
、２５・・・熱源、２６・・・循環ポンプ、２７，２９
゜３２・・・パイプ、２８・・・Ｎａ凝縮器、３０・・
・冷却管、３１・・・ガスブロアー、３２・・・再生熱
交換器、４１・・・多孔質基体。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体のアルカリ金属を収納する固体電解質と、この固体
   電解質の外表面に形成された多孔質電極と、上記アルカ
   リ金属を加熱する熱源と、上記多孔質電極の外周に不活
   性ガスを供給する手段と、前記不活性ガスを冷却しガス
   中に含まれたアルカリ金属を冷却分離すると共にアルカ
   リ金属と不活性ガスを循環させる冷却循環装置とを具備
   することを特徴とする熱電変換装置。