JPH03235682A - アルカリ金属熱電発電装置 - 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、固体電解質を横切ってＮａ等のアルカリ金属
を電気化学的に膨張させることによって、熱エネルギを
電気エネルギに、直接、変換するアルカリ金属熱電発電
装置に関する。

〔従来の技術〕

アルカリ金属を固体電解質内を横切って、電気化学的に
膨張させて発電するアルカリ金属熱電発電素子（以下、
Ａ　Ｍ　Ｔ　Ｅ　Ｃ、Ａｌｋａｌｉ　ＭｅｔａｌＴｈｅ
ｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、そ
の基本構成が特公昭４７−６６６０号公報で開示されて
いる。ＡＭＴＥＣの基本構成を第２図に示し、その発電
原理の慨要を説明する。

発電部２０１では高温領域（第一の領域）と低温領域（
第二の領域）がβ“アルミナ等の固体電解質層２０２を
挾んで配置され、ＡＭＴＥＣの運転中は第一の領域が加
熱される。第一の領域には９００〜１３００Ｋに加熱さ
れた液相のＮａ（飽和蒸気圧：　５Ｘ１０”〜３Ｘ１０
５Ｐａ）２０６ｂが、第二の領域には固体電解質層２０
２に接して多孔電極２０３、さらに真空の層２０４を隔
てて４００〜８００Ｋに冷却された凝縮室２０５が配置
されている。この凝縮室２０５の温度に対応するＮａの
蒸気圧は、２Ｘ１０−４〜ｌＸＩＯ２Ｐａである。固体
電解質（β“アルミナ）はアルカリ金属、ここではＮａ
の陽イオンに対して導電性を持ち、電子に対しては絶縁
体である。そのため、高温のＮａは固体電解質の表面で
電子を放出し、Ｎａ陽イオンが第一の領域と第二の領域
の蒸気圧差を駆動力として固体電解質層内を通過し、凝
縮室２０５に面した固体電解質の表面に達する。第一の
領域の液体Ｎａから外部電気回路を通ってきた電子は、
多孔質電極２０３と固体電解質の界面でＮａ陽イオンを
中性化する。中性化されたＮａは多孔質電極２０３内を
拡散する間に蒸発熱を吸収する。蒸発したＮａは真空の
層２０４を通って低温の凝縮室２０５で凝縮する。凝縮
した液相のＮａ２０６ａは、ポンプ２０７により第一の
領域へ戻される。すなわち、固体電解質層を挾むＮａの
蒸気圧差が固体電解質層内のＮａ陽イオンの駆動力とな
り、イオンの移動により電力が発生する。

発電は吸熱反応であり、発電に必要な熱は第一の領域を
加熱することにより供給され、第一の領域との温度差を
維持するため凝縮室２０５は冷却される。

Ａ　Ｍ　Ｔ　Ｅ　Ｃでは他の発電方式と同様に、低温側
の温度を一定とした場合、高温側の温度が高いほどその
発電効率も一般に高くなる。従って、第一の領域の一部
を形成する固体電解質などの耐熱温度の制限内で、第一
の領域、特に、固体電解質の温度を均一に高くする必要
がある。その方法の一つとして、Ｒ，に、５ｉｅｖｅｒ
ｓ、ｅｔ　ａｌ、　、”ＲａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅＰｏ
ｗｅｒｅｄ　Ａｌｋａｌｉ　Ｍｅｔａｌ　Ｔｈｅｒｍｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＣｏｎｖｅｒｔｅｒＤｅｓｉｇｎ　
ｆｏｒ　５ｐａｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ”、１９８８　工Ｅ
ＣＥＣＰｒｏｃｅｅ−ｄｉｎｇｓ、　Ｖｏｌ、３．　ｐ
ｐ１５９−１６７（１９８８）においてヒートパイプの
原理を利用して熱を供給するＡＭＴＥＣ（以下、ヒート
パイプ型ＡＭＴＥＣまたは発電素子）の構造が示されて
いる。その構造の主要部分を第３図に示す。同図におい
て、蒸発部３１１から袋管状の固体電解質管３０２の内
側が第一の領域（高温領域）である。また、凝縮壁３０
５と多孔電極３０３の間が第二の領域である。第一の領
域の内側にはウィック３１２が設けられており、熱源か
らの熱エネルギは蒸発部３１１に入力される。この熱エ
ネルギで蒸発したＮａは固体電解質管３０２の領域に移
動し、その内面に凝縮して熱エネルギを固体電解質管３
０２に与える。凝縮したＮａの大部分はウィック３１２
を通って蒸発部３１１に戻る。残りのＮａはイオン化し
て固体電解質管３０２の壁を通過する。固体電解質管３
０２の内側の電子はＮａで満たされたウィック３１２゜
蒸発部３１１等を経て、電磁ポンプ３０７に設けられた
陰電極３１３より取り呂される。この電子は外部回路、
陽電極３１４を経て固体電解質管の外表面に設けられた
多孔電極３０３に戻る。固体電解質管３０２の壁を通過
したＮａイオンは固体電解質管３０２と多孔電極３０３
の界面で再結合する。これにより中性化したＮａは多孔
電極３０３内を拡散する間に蒸発熱を吸収し、凝縮壁３
０５の内側の真空領域に達する。蒸発したＮａは低温に
保持された凝縮壁３０５に設けられたウィック３１５上
に凝縮する。凝縮したＮａはこのウィック３１５、Ｎａ
戻り配管３１６ａを経て電磁ポンプ３０７の入り口に戻
る。この電磁ポンプ３０７は第一の領域と第二の領域の
圧力差に打ち勝って、Ｎ　ａ戻り管３１６ｂを経て、Ｎ
ａを蒸発部３１１に戻すことにより、ＡＭＴＥＣの運転
を継続する。このＡＭＴＥＣでは第一の領域がヒートパ
イプとして作用しており、第一の領域の温度分布を小さ
くできる。なお、断熱層３２０はＡＭＴＥＣからの放熱
損失を低減させるためのものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＡＭＴＥＣの出力密度は、単位面積の固体電解質あたり
０．　ＳＷ／ａｉ程度であり、その出力電圧は高々０．
７ｖと小さい。そのため、たとえば、−個のＡＭＴＥＣ
で電気出力１ｋＷｅを得るためには、約１４０ＯＡの大
電流を取り出す必要があり、銅を用いたとしても直径約
１ａ＋＋以上の極めて太い導線と電気を大幅に高めるた
め電力変換器が必要となる。従って、実用にあたっては
比較的小規模の発電素子を多数個直列に接続して使用す
る必要がある。しかし、ヒートパイプ型の発電素子を多
数個直列に接続するには、次の技術的問題点が残されて
いる。

（１）重量の低減、システム構成の簡易化、コスト低減
等のためには、複数の発電素子を共通のポンプで賄う必
要がある。ヒートパイプ型ＡＭＴＥＣではその第一の領
域に蒸気空間を確保する必要があり、それぞれの発電素
子の発電出力に応じたＮａ流量を供給する必要がある。

さもなければ、それぞれの第一の領域のＮａ量に過不足
が生じ、発電の障害となる。

（２）全体の発電効率を高めるためには、発電素子間の
第一の領域の温度のばらつきを小さくする必要がある。

そのためには、熱源の温度分布を均一にするか、発電素
子間での熱の授受が必要である。しかし、熱源の温度分
布を均一にすることは一般に困難であり、特にレンズや
反射鏡等により集光した太陽エネルギを熱源とする場合
には、集熱部の単位面積当たりの入射エネルギに分布が
生じるため、熱源の温度を均一にすることは困難である
。また、発電素子の第一の領域間の電気的絶縁を保持し
た状態で、効率良く熱を授受する方法は報告されていな
い。発電素子を電気的に直列に接続するためには、発電
素子間のバイパス電気抵抗は発電素子の内部抵抗より二
指以上大きい必要がある。

本発明の目的は多数のヒートパイプ型の発電素子を直列
に接続したアルカリ金属熱電発電装置において、それぞ
れの発電素子の発電出力に応じたＮａ流量を共通のポン
プにより供給するとともに、発電素子間の第一の領域の
温度ばらつきを小さくしたアルカリ金属熱電発電装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明が適用される熱電発電装置は、（１）第一の領域
を形成する手段と、（２）第二の領域を形成する手段と
、（３）第一と第二の領域を分離するためのセパレータ
であって、陽イオンに対して電導性を持つ固体電解質と
、（４）第一の領域内で固体電解質と接した流体状のア
ルカリ金属と、（５）第二の領域内で固体電解質と電気
的に接触しているとともに、アルカリ金属が通過するに
十分な多数の細孔を有する多孔電極と、（６）第一の領
域内のアルカリ金属と多孔電極間の外部電子電導手段と
。

（７）第一の領域の内側に空間を残してその内面に設け
られた毛細管力を有する細孔、溝等の第一のウィックと
、（８）第二の領域の内側に空間を残してその内面に設
けられた毛細管力を有する細孔、溝等の第二のウィック
と（９）第一の領域を加熱する手段と、（ｌＯ）多孔電
極部分を除く第二の領域を運転時の第一の領域の温度よ
り低温に保持する手段とより単体の発電素子（発電要素
）を構成し、複数個の発電素子の外部電子電導手段を電
気的に直列に接続した熱電発電装置である。

上記目的を達成するため、本発明では複数個の発電素子
のそれぞれの第二の領域で凝縮したＮａを共通のポンプ
によりそれぞれの第一の領域に戻す戻り配管を設け、さ
らに、それぞれの第一の領域を中空の連結配管で連結し
、それぞれの連結配管の開口端をそれぞれの第一の領域
の内側の空間に配置した。

〔作用〕

本発明の発電装置の特徴的な作用を説明する。

なお、説明を簡単にするため、宇宙空間のように重力を
無視できる環境下で本発明の発電装置を運転した場合に
ついて説明する。

本発明の熱電発電装置では複数個の発電素子の外部伝導
手段（電極）を直列に接続し、それぞれの第二の領域で
凝縮したアルカリ金属を、それぞれの第一の領域のウィ
ックに共通のポンプを介して戻す発電装置とした。さら
に、それぞれの発電素子の第一の領域を中空の連結配管
で連結し、それぞれの連結配管の開口端をそれぞれの第
一の領域の内側の空間に配置した。この構成は次のよう
に作用する。

（１）それぞれの発電素子の第二の領域で凝縮したアル
カリ金属は、それぞれの第一の領域のウィックに共通の
ポンプを介して戻される。この時、Ｎａに作用するポン
プ力はポンプの吐呂圧と第一の領域のウィックの毛細管
力の合計である。

毛細管力はウィックがＮａで充分満たされているときに
は作用せず、満たされていないときには作用する。従っ
て、それぞれ発電素子の８力、戻り配管の流動抵抗等に
差があったとしても、毛細管力がウィックを常にＮａで
満たす方向に作用するので、共通のポンプでＮａを戻し
てもそれぞれの発電素子にＮａ量の過不足が生じるのを
防ぐことができる。

また、ポンプの出口側の戻り管は必要なＮａ流量が少な
いので充分細＜シ（例えば、内径１１）、その電気抵抗
を発電素子の内部抵抗の百倍程度に大きくすることは容
易である。そのため、発電素子の電極を直列に接続した
時の戻り管に流れる損失電流（バイパス電流）を無視で
きる程度に小さくできる。

（２）集光した太陽熱を利用する場合のように個々の発
電素子への熱入力に差異があると、より多くの熱入力の
ある発電素子（Ｎα１）の第一の領域の温度、圧力は、
熱入力の小さい発電素子（交２）より上昇する。そのた
め、発電素子（Ｎα１）の高温領域のＮａ蒸気が連結配
管を通って発電素子（Ｎα２）の第一の領域で凝縮し、
熱が輸送され均熱化される。この作用により第一の領域
内のＮａ量は、発電素子（Ｎα１）で減少し、発電素子
（Ｎα２）で増加する。このとき、連結配管の開口端を
それぞれの第一の領域の内側の空間に配管しているので
、Ｎａ蒸気のみが通る。この連結配管を金属製としても
、その直径及び肉圧を小さくすることにより、連結配管
を流れるバイパス電流を小さくできる。また、連結配管
の少なくとも一部を絶縁体で構成することにより、連結
配管によってそれぞれの第一の領域が電気的につながる
ことを防止できる。

発電素子（Ｎα２）の第一の領域内のウィックを１００
％満たす以上に液体Ｎａが増加すると、Ｎａ戻り管の第
一の領域への出口で作用していた毛細管力がなくなる。

そのため、Ｎａ供給能力が小さくなり、発電素子（Ｎα
２）へのＮａの供給が抑制される。一方、第一の領域の
液体Ｎａが減少した発電素子（Ｎ（１１）では毛細管力
が作用し、ポンプからのＮａ供給が増加される。

そのため、発電素子（Ｎα１）の第一の領域のＮａが渇
れることはない。したがって、発電素子間の温度を均一
化できる。

［実施例−１］ 以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

同図は一例として三個の発電素子Ｎｎ１．Ｎｃｌ２．Ｎ
。

３を電気的に直列に接続し、それぞれの発電素子のＮａ
を共通のポンプ１０７で循環すると共に、連結管１２０
ａ、１２０ｂ、１２０ｃ等により互いに熱的に連結した
アルカリ金属熱電発電装置の概略構成図である。

第１図の発電素子の構造をＮｃｌの発電素子を例として
説明する。第１図において、袋管状の金属製蒸発部１１
１と袋管状の固体電解質管１０２の開口端が接合され、
その内側に第一の領域１５０を形成している。固体電解
質管１０２の外面にはＮａが通過するに十分な多数の細
孔をもつ多孔電極１０３が固体電解質に電気的に接触し
て設けられ、この多孔電極１０３に電気的に接触された
陽電極１１４は、凝縮壁１０５から電気的絶縁を保って
外部に取り呂されている。また、固体電解質管１０２の
内面には細孔等をもつ発泡Ｎｉ、ステンレス鋼メツシュ
等の第一のウィック１１２（例えば、細孔半径０．００
３ｃｍ）が設けられている。

ウィック１１２内の細孔はほぼ１００％液体Ｎａで満た
されているとともに、その液体Ｎａは固体電解質管１０
２および蒸発部１１１の内面に接している。蒸発部１１
１の外側には袋管状の金属製凝縮壁１０５が接合され、
第二の領域１５１を形成している。凝縮壁１０５の内面
に接して、第一のウィック１１２より細孔半径が一桁以
上大きい第二のウィック１１５が設けられている。第二
のウィック１１５は必ずしも液体Ｎａで満たされている
必要はない。凝縮壁１０５の外面には電気的に接触して
、陰電極１１３が設けられている。凝縮壁１０５にはＮ
ａの取り出し管１１６ａ、蒸発部１１１にはＮａ戻り管
１１６ｂと連結管１２０ａが設けられている。連結管１
２０ａの開口端は第一の領域１５０の空間部に配置され
、第一の領域外の少なくとも一部は電気的絶縁管１２１
で構成されている。

発電素子と同様に構成された三個の発電素子Ｎａ１〜Ｎ
α３のそれぞれのＮａ取り呂し管はポンプ入りロヘツダ
１２３．共通のポンプ１０７．共通の逆止弁１２４．ポ
ンプ出口へラダ１２５を経て、それぞれのＮａ戻り管に
接続されている。また、それぞれの発電素子の連結管１
２０ａ、１２０ｂ。

１２０ｃは連結管へラダ１２２により互いに連結されて
いる。さらに、それぞれの発電素子は電気的に直列に接
続され、その電気回路の一部に電力負荷１２６が設けら
れている。

発電素子の基本的な動作は、第３図の従来のヒートパイ
プ型ＡＭＴＥＣとほぼ同様であるので、以下、本発明の
発電装置に特徴的な部分を中心に、作用及び効果を説明
する。なお、説明を簡単にするため、宇宙空間のように
、重力を無視できる環境下で本発明の発電装置を運転し
た場合について説明するが、重力下での本発明の作用効
果を制限するものではない。

第１図に示すように、本発明の熱電発電装置では複数個
の発電素子を直列に接続し、それぞれの発電素子の第二
の領域で凝縮したＮａを、共通のポンプ１０７によりそ
れぞれの第一の領域に戻している。この時、Ｎａに作用
するボンプカはポンプ１０７の吐出圧（例えば１３０，
０ＯＯＰ　ａ　）とそれぞれの発電素子の第一のウィッ
ク（例：１１２）の毛細管力（例えば細孔半径が０．０
０３ａａのとき、約７５００Ｐａ）の合計から、第一の
領域のＮａ蒸気圧（例えば１１７５にのとき、１２５，
０００　Ｐ　ａ　）を引いた圧力である。ただし、ここ
では第二の領域のＮａ蒸気圧は非常に小さいことから無
視し、さらに、第二のウィック（例：１１５）の細孔半
径は第−のウィックより一桁以上大きいことがら第二の
ウィックの毛細管力を無視している。毛細管力はウィッ
クがＮａで充分部たされているときは作用せず、満たさ
れていないときには作用する。従って、それぞれ発電素
子の出力、戻り配管の流動抵抗等に差があったとしても
、それぞれの第一のウィックのうちＮａｐ＠たされてい
ないウィックに、より多くのＮａを供給する方向に毛細
管力が作用するので、共通のポンプでＮａを戻してもそ
れぞれの発電素子にＮａ量の過不足が生じるのを防止で
きる。

なお、それぞれの発電素子のＮａ取り出し管（例：１１
６ａ）およびＮａ戻り管（例：１１６’ｂ）は必要なＮ
ａ流量が少ない（例えば二発電素子の出力が１００Ｗの
とき、約５０　ｍ　ｇ　／　ｓ　）での充分細くシ（例
えば内径ＩＩ）、その電気抵抗を発電素子の内部抵抗の
盲信程度に大きくすることは容易である。そのため、発
電素子の電極を直列に接続した時のＮａ取り志し管（例
：１１６ａ）及びＮａ戻り管（１１６ｂ）　　に流れる
損失電流（バイパス電流）を無視できる程度に小さくで
きるので、ポンプを共有することによって発電効果が低
下することはない。

それぞれの発電素子の第一の領域（例：ｌ！５０）を中
空の連結管（例：１２０ａ）で連結し、それぞれの連結
管の開口端をそれぞれの第一の領域の内側の空間に配置
した。この構成は次のように作用する。

集光した太陽熱を利用する場合のように個々の発電素子
への熱入力に差異があると、より多くの熱入力のある発
電素子（例えば覧１）の第一の領域１５０の温度、圧力
は、熱入力の小さい発電素子（例えばＮＱ　２　）より
上昇する。そのため、発電素子（＆１）の高温領域のＮ
ａ蒸気が連結管１２０ａ。

連結管へラダ１２２を通って発電素子（ＮＱ２：ｌの第
一の領域で凝縮し、熱が輸送され均熱化される。

なお、この作用により第一の領域内のＮａ量は、発電素
子（Ｎｃｌ）で減少し、発電素子（Ｎα２）で増加する
。発電素子（Ｎα２）の第一のウィックを１００％満た
す以上に液体Ｎａが増加するとＮａ戻り管に作用してい
た毛細管力がなくなる。一方、発電素子（ＮＱ　１　）
では第一のウィック１１２の液体Ｎａが減少するため、
毛細管力が作用している。

そのため、発電素子（覧１）の第一の領域１５０にポン
プ１０７からのＮａ供給が増加すると共に、発電素子（
魔２）の第一の領域からもポンプ出口へラダ１２５を経
由してＮａが供給される。従って、熱源からの熱入力の
多い発電素子の第一の領域の液体Ｎａ量に不足をきたす
ことなく、発電素子間の温度を均熱化できる。

さらに、連結管（例：１２０ａ）の開口端をそれぞれの
第一の領域（例：１５０）の内側の空間に配置している
ので、連結間にはＮａ蒸気のみが通る。Ｎａ蒸気には電
気電導性はないのでこの連結管を金属製としても、その
直径及び肉圧を小さくすることにより、連結管を流れる
バイパス電流を小さくできる。また、連結管の少なくと
も一部を絶縁体（例：１２１）で構成することにより、
連結管によってそれぞれの第一の領域が電気的につなが
ることを完全に防止できる。

次に、ポンプ１０７の出口側に設けられた逆止弁１２４
の作用効果を説明する。

逆止弁１２４は発電装置の通常運転中はポンプ１０７か
らの液体Ｎａを通過させて、それぞれの発電素子の第一
の領域に液体Ｎａを供給する。発電装置停止時にそれぞ
れの発電素子への熱供給、および、ポンプ１０７を停止
すると、第二の領域（例：１５１）に比較して第一の領
域のＮａ蒸気圧が高いため、逆止弁１２４は閉じる。こ
れにより、第一の領域と第二の領域が遮断されるので、
ポンプ１０７を停止しても第一の領域のＮａが配管を経
由して第二の領域に逆流することはない。

発電装置の起動時にそれぞれの発電素子を加熱すると第
一の領域と第二の領域は逆止弁１２４により遮断されて
いるため、第一の領域のＮａ蒸気圧が上昇し、速やかに
発電を開始できる。

［実施例−２］ 本発明の他の実施例を第４図により説明する。

第４図は第１図に示した発電素子と異なる構造の発電素
子を、−例として三個電気的に直列に接続した場合のア
ルカリ金属熱電発電装置の概略構成図である。

第４図の発電素子の構造をＮ１１ｌの発電素子を例とし
て説明する。第４図において、袋管状の金属層蒸発部４
１１とこれより直径の小さい袋管状の固体電解質管４０
２がそれぞれの開口端を同一方向にして、はぼ、同心の
二重管構造に配置され、それぞれの開口端が接合されて
いる。この二重管構造の蒸発部４１１と固体電解管４０
２０間に第一の領域４５０を形成している。固体電解質
管４０２の内面にはＮａが通過するに十分な多数の細孔
をもつ多孔電極４０３が固体電解質に電気的に接触して
設けられ、この多孔電極４０３に電気的に接触された陽
電極４１４は、凝縮壁４０５から電気的絶縁を保って外
部に取り出されている。

また、固体電解質管４０２の外面に１土細孔等をもつ発
泡Ｎｉ、ステンレス鋼メツシュ等の第一のウィック４１
２（例えば、細孔半径Ｏ１Ｏ○３ｃｍ）が設けられてい
る。ウィック４１２内の細孔はほぼ１００％液体Ｎａで
満たされているとともに、その液体Ｎａは固体電解質管
４０２および蒸発部４１１しこ接している。

蒸発部４１１の外側には固体電解質管４０２の開口端を
閉じるように袋管状の金属製凝縮壁４０５が接合され、
固体電解質管４０２と凝縮壁４０５との内側に第二の領
域４５１を形成している。凝縮壁４０５の内面に接して
、第一のウィック４１２より細孔半径が一桁以上大きい
第二ウィック４１５が設けられている。この第二のウィ
ック４１５は必ずしも液体Ｎａで満たされている必要は
ない。

蒸発部４１１の外面には電気的に接触して、陰電極４１
３が設けられている。凝縮壁４０５にはＮａ取り呂し管
４１６ａ、蒸発部４１１にはＮａ戻り管４１６ｂと連結
管４２０ａが設けられている。連結管４２０ａの開口端
は第一の領域４５０の空間部に配置され、第一の領域外
の少なくとも一部は電気的絶縁管４２１で構成されてい
る。

発電素子は第１図の発電素子とは第−及び第二領域の配
置が異なるが、発電素子としての機能に差異はない。従
って、第１図と同時に、三個の発電素子Ｎα１〜Ｎα３
のそれぞれのＮａ取り出し管はポンプ入り口へラダ４２
３．共通のポンプ４０７゜共通の逆止弁４２４．ポンプ
出口ヘッダ４２５を経て、それぞれのＮａ戻り管に接続
されている。

また、それぞれの発電素子の連結管４２０ａ。

４２０ｂ、４２０ｃは連結管へラダ４２２により互いに
連結されている。さらに、それぞれの発電素子は電気的
に直列に接続され、その電気回路の一部に電力負荷４２
６が設けられている。

本実施例も第１図の実施例と同様の作用効果を得ること
ができる。

［実施例−３］ 第５図及び第６図は、本発明の発電装置に好適な発電素
子の概略構造図である。第５図の発電素子では、第１図
の実施例で示した発電素子と同様の構造を持つ発電素子
の固体電解質管１０２と蒸発部１１１との接合部１２７
と第一の領域１５０との間に断熱層５００が設けられて
いる。また。

第６図の発電素子では、第４図の実施例で示した発電素
子と同様の構造を持つ発電素子の固体電解質管４０２と
蒸発部４１１との接合部６００と第一の領域４５０との
間に断熱層６００が設けられている。

これらの断熱層により、接合部の温度を第一の領域の温
度より下げることができるので、接合部の耐熱温度が第
一の領域の温度より低くても、接合部の破損を防止でき
るという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の発電素子を電気的に直列に接続
した発電装置において、熱入力の分布。

配管の流動抵抗及び発電素子の特性などにばらつきがあ
ったとしても、共有のポンプでそれぞれの発電素子にＮ
ａを過不足なく供給できるとともに、発電素子間の温度
を均熱化できる。これにより、発電装置の軽量化と発電
効率の向上が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアルカリ金属熱電発電装置
の系統図、第２図はアルカリ金属熱電発電装置の説明図
、第３図は従来のアルカリ土属熱電発電装置の断面図、
第４図は本発明の他の実施例を示すアルカリ金属熱電発
電装置の系統図、第５図及び第６図は本発明のアルカリ
金属熱電発電素子の部分断面図である。 １０２・・・固体電解質管、１０７・・・ポンプ、１１
１凝縮部、１１２・・・第一のウィック、１１５・・・
第二のウィック、１２０・・・連結管、１２１・・・絶
縁管、１２７・・接合部、１５０・・・第一の領域、１
５１・・第二の領域、５ｏ○・断熱層。 ＼こ 第 ７ｉＪ３図 第 ４ 図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ金属を固体電解質内を横切つて電気化学的
   に膨張させることにより、熱エネルギを電気エネルギに
   変換する熱電発電素子であつて、第一の領域を形成する
   手段と、 第二の領域を形成する手段と、 前記第一の領域と前記第二の領域を分離するためのセパ
   レータであつて、陽イオンに対して電導性を持つ固体電
   解質と、 前記第一の領域内で前記固体電解質と接した流体状のア
   ルカリ金属と、 前記第二の領域内で前記固体電解質と電気的に接触して
   いるとともに、前記アルカリ金属が通過するに十分な多
   数の細孔を有する多孔電極と、 前記第一の領誠内の前記アルカリ金属と前記多孔電極間
   の外部電子伝導手段と、 前記第一の領域の内側に空間を残してその内面に設けら
   れた毛細管力を有する細孔、溝等の第一のウイツクと、 前記第二の領域の内側に空間を残してその内面に設けら
   れた毛細管力を有する細孔、溝等の第二のウイツクと、 前記第一の領域を加熱する手段と、 前記多孔電極部分を除く前記第二の領域を運転時の前記
   第一の領域よりも低温に保持する手段とにより単体の発
   電要素を構成し、前記単体の発電要素を複数個並べ、そ
   れぞれの前記発電要素の前記外部電子伝導手段を電気的
   に直列に接続する手段と、 それぞれの前記発電要素の前記第二の領域で凝縮した前
   記アルカリ金属を共通のポンプを介してそれぞれの前記
   発電要素の前記第一の領域に戻す配管手段と、 それぞれの前記発電要素の前記第一の領域間を中空の連
   結配管で連結し、前記連結配管の開口端をそれぞれの前
   記第一の領域の内側の空間に配置する手段と、 より構成したことを特徴とするアルカリ金属熱電発電装
   置。 ２、請求項１に記載のアルカリ金属熱電発電装置におい
   て、前記共通のポンプの出口に逆止弁を設けたアルカリ
   金属熱電発電装置。 ３、請求項１または２に記載のアルカリ金属熱電発電装
   置において、それぞれの前記連結配管の少なくとも一部
   を電気絶縁体で構成したアルカリ金属熱電発電装置。 ４、請求項１、２または３に記載のアルカリ金属熱電発
   電装置において、前記発電要素の前記第一のウイツクと
   前記第二のウイツクを満たすに必要な容積の〜１００％
   の前記アルカリ金属をそれぞれの前記発電要素に充填し
   たアルカリ金属熱電発電装置。 ５、請求項１に記載のものにおいて、前記第二のウイツ
   クに比較して細孔半径の小さいウイツクを前記第一のウ
   イツクとしたアルカリ金属熱電発電装置。 ６、請求項１に記載のものにおいて、前記第一の領域を
   袋管状固体電解質管と袋管状金属管のそれぞれの開口端
   を接合することにより構成し、前記接合部と前記第一の
   領域との間に断熱層を設けたアルカリ金属熱電発電装置
   。