JPH02101976A - アルカリ金属熱電変換装置 - 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、アルカリ金属熱電変換装置に関し、例えば宇
宙用機器の電源システム等として使用される上記装置に
関する。

［従来の技術］ アルカリ金属熱電変換装置（Ａｌｋａｌｉ　　Ｉｇｅｔ
ａｌＴｈｃｒｍｏ　　）！１ｅｃｔｒｉｃ　　Ｃｏｎｖ
ｅｒｔｏｒ−以下、ＡＭＴ　ＥＣ）の原理は、第２図に
示すように、高温加熱側で６００〜１０００℃に加熱さ
れたアルカリ金属（例えば、Ｎａ）　　（Ｎａの上記温
度における蒸気圧は、０．０８〜２．６ａｔａ）が、β
ζアルミナ固体電解質（アルカリ金属イオンを選択的に
透過する作用がある）中を透過し、電極（＋）面で電子
を得て中和し、蒸発しくβ′−アルミナ固体電解質は充
分薄く、従っ−Ｃ電極は高温となっており、中和したア
ルカリ金属はこの電極で加熱され蒸発する）　、　１０
０〜５００℃（蒸気圧１０−＠〜１０−″ａＬｍ）の低
温側で液化する。

このβ′−アルミナ固体電解質間のＮａの蒸気圧差によ
り、外部回路が開いている場合は電極（＋）面に電荷が
集積し、Ｈａ’イオンの流れを止める方向に解放電圧が
発生する。外部回路が閉じると、Ｎａ’イオンは電極（
±）面において電子を得て中性化し、気孔性のある電極
を通り真空（中性化したＮａの速やかな蒸発を図るため
真空引きしている）槽中に蒸発し、低温凝縮面で液化す
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来のＡＭＴＥＣ方式では、次のような問題が
ある。

（］）高温側Ｈａは、最終的には低温側に移行するため
、高温側にＮａがなくなってしまい、発電が停止してし
まう。

この対策として、従来は、第３図（Ａ）（全体図）、（
Ｂ）（平面図）に示すように、ポンプを使用して低温側
のＮａを高温側に還流させる方法により、連続発電でき
るようにしているが、システム、構造が複雑であるのみ
ならず、駆動部（機械式ポンプの場合のみ、電磁ポンプ
の場合は問題ない）を持つため信頼性に問題がある。

（２）系全体は密閉系でないため、加熱側、冷却側で次
の問題がある。

■冷却側では真空系システムが必要であり、複雑なシス
テムとなる。

■加熱側ではＨａが活性であるため、アルゴンガス等の
カバーガスシステムを必要とし、かつ高温Ｎａより発生
するミストの除去トラップも必要となる。

（３）上記（１）、　（２）により、熱電変換部を完全
密閉系のクローズドサイクルにすることには、外部との
シール性やシステム構成の都合等により種々の問題があ
る。

そこで、本発明は、完全密閉系とはするが、クローズド
サイクルとはしないで、オーブンサイクルを交互に繰り
返すことにより連続発電するＡＭＴＥＣ装置を提案する
ことを目的とするものである。

「課題を解決するための手段］ 本発明は、」二記目的を、全体が完全密閉系の筒状容器
の一端と多端が電気的に絶縁されるよう中央部に絶縁筒
を配置し、該筒状容器の外部中央部に回転ロッドを設置
して該筒状容器を回転により上下入換え自在とし、該筒
状容器内中央にβ′−アルミナ固体電解質を隔壁として
設置し、該筒状容器内にアルカリ金属を真空封入し、前
記絶縁部を除く容器内壁面及びβ′−アルミナ固体電解
質隔壁面に金属ウィックを配設すると共にこれら金属ウ
ィックを部分的につながるようにしたことを特徴とする
アルカリ金属熱電変換装置により達成するものである。

［作用］ 本発明装置においては、筒状容器の一端を加熱側とし、
他端を冷却側とし、容器内部に真空封入されている液状
のアルカリ金属を加熱蒸発させる。

このとき、容器内壁やβζアルミナ固体電解質壁に配設
されている金属ウイック（毛細管力を有するウール状の
金属）の毛細管作用により、液状のアルカリ金属が上方
へ吸い上げられる。

上記の加熱側は、この液状アルカリ金属を吸い」−げた
金属ウィック部を加熱することになるため、所謂、ヒー
トバイブとして作用し、極めて効果的な加熱を行う。

このＮａ蒸気は、前記のＡＭＴＥＣの原理通り、容器内
中央部に隔壁として設置されているβ′−アルミナ固体
電解質を透過し、冷却側に至り、冷却凝縮されて、ここ
に溜まる。

このようにして、加熱側の液体Ｎａが冷却側に移動して
しまったら、回転ロッドを回転させ、容器の上下を入換
える。

そして、今まで加熱側であった部分を冷却側として、冷
却側であった部分を加熱側として作用させ、液体Ｎａを
移動させることな（、連続して発電を行うことができる
。

「実施例」 第１図は、本発明装置の一実施例を示す説明図である。

同図において、β′−アルミナ固体電解質１を容器筒２
の中央に隔壁として支持具１４により設置する。

容器筒２は中央筒３がセラミックス等の絶縁物製で、両
端筒４，５がステンレスやインコネル等の金属製である
。

この容器筒２内部には、アルカリ金属（ここではＮａ）
　６が真空封入されている。

また、βζアルミナ固体電解質１の両表面には、金属ウ
ィック（電極を兼ねる）７が配置されており、容器２の
内表面にも金属ウィック８が配置されている。

この金属ウィック７と金属ウイック８とは、部分的にブ
リッジ（液体Ｎａを自由に通す）９されている。

同図では、容器２の上部が加熱側ｌＯで、下部が冷却側
１】であり、負荷１ｚは高温（加熱）側１ｏと低温（冷
却）側１１の金属製筒４，５に接続されている。

また、容器筒２中央付近に回転ロブド１３が取り付けら
れ、これを回転させることにより、該容器筒２の上下を
入れ換え自在に構成されている。

このような構成の本発明装置において、液体Ｎａ６は金
属ウィック８の毛細管作用により上方へ吸い上げられる
。この状態で加熱側】０を加熱させると、加熱側１０は
、所謂、ヒートパイプの作用を有することになり、加熱
側１０のどこを加熱しても液体Ｎａ６を加熱することが
できる。

加熱された液体Ｎａ６は、蒸発し、前述のＡＭＴＥＣの
原理通り、β′−アルミナ固体電解質Ｉを通り、冷却側
１１に至り、凝縮し、冷却側月面に溜まる。

このようにして、加熱側１０の液体Ｎａ６がなくなると
、発電の電圧や電流が低下する。

これを電気的に検知し、回転ロッド１３を回転させ、容
器筒２を回転させ、容器筒２の上下を逆にする。

すると、今まで下部に存在し冷却側＋１として作用し液
体Ｎａを貯溜していた部分】１がに部に移動し、加熱側
として作用し、上部に存在し加熱側１０として作用して
いた部分ｌＯが下部に移動し、冷却側として作用するこ
とになる。

すなわち、加熱側１１は、ここに貯溜され金属ウィック
７、ブリッジ９、金属ウィック８の毛細管の作用により
上方へ吸い上げられた液体Ｎａ６を加熱し、蒸発させて
、βζアルミナ固体電解質■を通過させ、冷却側１０に
移動させる。Ｎａ蒸気は、この冷却側】Ｏで冷却され、
凝縮Ｉ２、冷却側１０表面に溜まる。

以」二の操作を間欠的に繰り返し、発電を連続的に行う
ことができる。

なお、本例では、加熱側の液体Ｎａｇの消失を電気的に
検知しているが、他の検知手段、例えば液位計等により
検知するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以」二詳述した本発明装置によれば、次のような効果を
奏することができる。

（１）密閉容器であるため、余分なシステムが不要であ
り、しかも内部に封入する活性な液体金属の純度を効果
的に維持する。

（２）また液体金属移動用の駆動部がないため、信頼性
が高い。

（３）構成が簡単であるため装置コストが低度である上
、装置の故障も極めて少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す説明図、第２図は
ＡＭＴＥＣの原理を示す図、第３図は従来の装置の一例
を示す図で、第３図（Ａ）が全体図、第３図（Ｂ）が平
面図である。 第１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全体が完全密閉系の筒状容器の一端と多端が電気的に絶
   縁されるよう中央部に絶縁筒を配置し、該筒状容器の外
   部中央部に回転ロッドを設置して該筒状容器を回転によ
   り上下入換え自在とし、該筒状容器内中央にβ″−アル
   ミナ固体電解質を隔壁として設置し、該筒状容器内にア
   ルカリ金属を真空封入し、前記絶縁部を除く容器内壁面
   及びβ″−アルミナ固体電解質隔壁面に金属ウイックを
   配設すると共にこれら金属ウイックを部分的につながる
   ようにしたことを特徴とするアルカリ金属熱電変換装置
   。