JPH0423387B2 - - Google Patents
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- JPH0423387B2 JPH0423387B2 JP58250809A JP25080983A JPH0423387B2 JP H0423387 B2 JPH0423387 B2 JP H0423387B2 JP 58250809 A JP58250809 A JP 58250809A JP 25080983 A JP25080983 A JP 25080983A JP H0423387 B2 JPH0423387 B2 JP H0423387B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- heat
- electricity
- gas
- metal hydride
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/182—Regeneration by thermal means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、熱エネルギーを直接電気エネルギー
に効率よく変換する載置に関するものであり、こ
の装置は、エネルギー変換、センサなど熱エネル
ギーの存在するところで広く利用できるものであ
る。
に効率よく変換する載置に関するものであり、こ
の装置は、エネルギー変換、センサなど熱エネル
ギーの存在するところで広く利用できるものであ
る。
従来例の構成とその問題点
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法
として、機械的エネルギーを介して変換する火力
発電、原子力発電、地熱発電、海洋温度差発電な
どがあり、これらは広くは実用化されているもの
が多い。しかし、これらのエネルギー変換効率は
最高40％程度であり、一層の高効率化が望まれて
いる。
として、機械的エネルギーを介して変換する火力
発電、原子力発電、地熱発電、海洋温度差発電な
どがあり、これらは広くは実用化されているもの
が多い。しかし、これらのエネルギー変換効率は
最高40％程度であり、一層の高効率化が望まれて
いる。
一方、機械的エネルギーを介さない直接電気に
変換する方式として、熱電発電、熱電子発電、
MND発電などが古くから研究されているが、実
用的規模で工業的に実施できるほど高効率のもの
はまだ得られていない。
変換する方式として、熱電発電、熱電子発電、
MND発電などが古くから研究されているが、実
用的規模で工業的に実施できるほど高効率のもの
はまだ得られていない。
また、別の方式として、電気化学電池がある。
これは通常の二次電池と異なり、電気による充
電の代りに、加熱あるいは冷却などの熱エネルギ
ーを加えることによつて、放電可能な状態に再生
するものである。
電の代りに、加熱あるいは冷却などの熱エネルギ
ーを加えることによつて、放電可能な状態に再生
するものである。
この種の電池として、リチウムなどのアルカリ
金属と水素の組合せの高温作動型電池、Fe3+−
Fe2+あるいはFe（CN）3+ 6−Fe（CN）4+ 6の酸化還元
対を用いた水溶液電池などがある。しかし前者に
おいては、開路電圧が0.2V／セルと比較的低く、
熱エネルギー変換効率は10％以下と低い。さらに
後者については0.05〜0.07V／セル、変換効率0.1
％と非常に低い。
金属と水素の組合せの高温作動型電池、Fe3+−
Fe2+あるいはFe（CN）3+ 6−Fe（CN）4+ 6の酸化還元
対を用いた水溶液電池などがある。しかし前者に
おいては、開路電圧が0.2V／セルと比較的低く、
熱エネルギー変換効率は10％以下と低い。さらに
後者については0.05〜0.07V／セル、変換効率0.1
％と非常に低い。
発明の目的
本発明は、比較的簡単な構成で熱エネルギーを
効率よく電気エネルギーに間けつ的にあるいは連
続的に変換する装置を提供することを目的とす
る。
効率よく電気エネルギーに間けつ的にあるいは連
続的に変換する装置を提供することを目的とす
る。
発明の構成
本発明の装置は、プロトンイオン伝導体の両面
にそれぞれ独立したガス拡散電極を設け、これら
のガス拡散電極に水素を供給あるいはガス拡散電
極で生じた水素ガスを貯蔵するためのガス室を設
け、少なくとも一方のガス室内に金属水素化物を
収納し、この金属水素化物を必要により加熱ある
いは放熱させるための熱交換器を備えたものであ
る。そして、この金属水素化物を加熱して水素ガ
スをこれに連通するガス拡散電極に供給すること
により、前記ガス拡散電極が正極、他方のガス拡
散電極が負極となり、この両者間で電力を取出す
ものである。
にそれぞれ独立したガス拡散電極を設け、これら
のガス拡散電極に水素を供給あるいはガス拡散電
極で生じた水素ガスを貯蔵するためのガス室を設
け、少なくとも一方のガス室内に金属水素化物を
収納し、この金属水素化物を必要により加熱ある
いは放熱させるための熱交換器を備えたものであ
る。そして、この金属水素化物を加熱して水素ガ
スをこれに連通するガス拡散電極に供給すること
により、前記ガス拡散電極が正極、他方のガス拡
散電極が負極となり、この両者間で電力を取出す
ものである。
各々のガス室に金属水素化物を収納すれば、一
方向の水素ガスが移動し終つた後反対側の金属水
素化物を加熱し、他方を冷却すると、電池の正負
極が逆になるが、同じく電力が得られる。
方向の水素ガスが移動し終つた後反対側の金属水
素化物を加熱し、他方を冷却すると、電池の正負
極が逆になるが、同じく電力が得られる。
また、電力は間けつ的に得られることになる
が、水素を元の方向へ戻す通路として、両室間に
バイパスを設けてもよい。この時の特徴として、
正極側の金属水素化物の平衡圧力を、負極側より
低くすることにより、より高電圧で、また１サイ
クルで得られる電気量が増大する。
が、水素を元の方向へ戻す通路として、両室間に
バイパスを設けてもよい。この時の特徴として、
正極側の金属水素化物の平衡圧力を、負極側より
低くすることにより、より高電圧で、また１サイ
クルで得られる電気量が増大する。
正負極で生じる反応式は次のとおりである。
負極（高圧側） H2→2H+＋2e
正極（低圧側） 2H+＋2e→H2
ここで、プロトンは電解質を通つて負極側から
正極側へ移動する。
正極側へ移動する。
実施例の説明
第１図は本発明による装置の構成例を示す。１
は正極端子を兼ねる上ケース、２は負極端子を兼
ねる下ケースであり、両者の開口縁に設けた鍔部
は絶縁体３を介してボルト４により一体に結合さ
れて装置の外筐を形成している。５はスルホン基
を有するフツ素樹脂系イオン交換膜で構成した厚
さ0.5mmのプロトンイオン伝導体であり、外筐の
中央に配置されている。６はプロトンイオン伝導
体５の一方の面に密着して設けたガス拡散電極、
７は他方の面に密着して設けたガス拡散電極であ
り、これらの電極の背面にはそれぞれガス室８，
９が設けてある。１０，１１はケース１，２と一
体に設けた熱交換器を構成するひれであり、ここ
には金属水素化物１２，１３が収納されている。
は正極端子を兼ねる上ケース、２は負極端子を兼
ねる下ケースであり、両者の開口縁に設けた鍔部
は絶縁体３を介してボルト４により一体に結合さ
れて装置の外筐を形成している。５はスルホン基
を有するフツ素樹脂系イオン交換膜で構成した厚
さ0.5mmのプロトンイオン伝導体であり、外筐の
中央に配置されている。６はプロトンイオン伝導
体５の一方の面に密着して設けたガス拡散電極、
７は他方の面に密着して設けたガス拡散電極であ
り、これらの電極の背面にはそれぞれガス室８，
９が設けてある。１０，１１はケース１，２と一
体に設けた熱交換器を構成するひれであり、ここ
には金属水素化物１２，１３が収納されている。
この装置を図のように、熱せられた金属板１４
上に載せると、装置の下半分が高圧側（負極側）、
上半分が低圧側（正極側）となり、水素ガスは下
部から上部へ移動しながら電力が得られる。放電
終了したら、この装置の上下を逆にすると、水素
の移動方向が逆となり再び電力が得られる。
上に載せると、装置の下半分が高圧側（負極側）、
上半分が低圧側（正極側）となり、水素ガスは下
部から上部へ移動しながら電力が得られる。放電
終了したら、この装置の上下を逆にすると、水素
の移動方向が逆となり再び電力が得られる。
第２図の列は、ひれ１０の代わりに油などの熱
媒を流して金属水素代物と熱交換させるための熱
交換器１０′を設けるとともに、両ガス室間にバ
イパス管１５を設け、ここに逆止弁またはバルブ
１６を設けたものである。そして、下半分を加熱
し、上半分を冷却することによつて、第１図と同
様に電力を取出した後、今度は逆に上半分を加熱
し、下半分を冷却することによつて、水素圧力は
上部が高くなる。このとき逆止弁またはバルブ１
６を通つて水素は下部へ移動する。移動終了後、
再び下半分を加熱すると電力が取れることにな
り、このサイクルをくりかえす。
媒を流して金属水素代物と熱交換させるための熱
交換器１０′を設けるとともに、両ガス室間にバ
イパス管１５を設け、ここに逆止弁またはバルブ
１６を設けたものである。そして、下半分を加熱
し、上半分を冷却することによつて、第１図と同
様に電力を取出した後、今度は逆に上半分を加熱
し、下半分を冷却することによつて、水素圧力は
上部が高くなる。このとき逆止弁またはバルブ１
６を通つて水素は下部へ移動する。移動終了後、
再び下半分を加熱すると電力が取れることにな
り、このサイクルをくりかえす。
次に、第１図において、Mg−MgH2系金属水
素化物を上方および下方にそれぞれ100ｇずつ入
れ、下方を400℃（10atm）、上方は77℃
（0.0001atm）とすると、その時の両電極の開路
電圧は約300mVとなつた。この値は、10倍の圧
力差当り約60mVの理論値（60mV×５＝
300mV）と一致する。
素化物を上方および下方にそれぞれ100ｇずつ入
れ、下方を400℃（10atm）、上方は77℃
（0.0001atm）とすると、その時の両電極の開路
電圧は約300mVとなつた。この値は、10倍の圧
力差当り約60mVの理論値（60mV×５＝
300mV）と一致する。
第３図は各種金属水素化物の温度と平衡水素圧
の関係を示す。また第４図には、この電池の電流
−電圧特性を示し、上記の実験結果を曲線Ａに示
す。この曲線より、性能はイオン伝導体の電気抵
抗が律則になつていると推察できる。また１回の
放電可能電気容量は100A／cm2の条件で約60Ah
（理論値110Ah）となり、熱入力に対する変換効
率は約43％（カルノーサイクル効率48％）が得ら
れ、いずれもすぐれた値といえる。前記の放電が
終了装置の上下を逆にすると、再び上記の特性で
電力が得られた。
の関係を示す。また第４図には、この電池の電流
−電圧特性を示し、上記の実験結果を曲線Ａに示
す。この曲線より、性能はイオン伝導体の電気抵
抗が律則になつていると推察できる。また１回の
放電可能電気容量は100A／cm2の条件で約60Ah
（理論値110Ah）となり、熱入力に対する変換効
率は約43％（カルノーサイクル効率48％）が得ら
れ、いずれもすぐれた値といえる。前記の放電が
終了装置の上下を逆にすると、再び上記の特性で
電力が得られた。
また別の例として、第２図の下方にはMg−
MgH2、上方にはこれより平衡圧の低いNa−
NaHをそれぞれ入れた場合について示す。Mg−
MgH2を400℃に加熱し、Na−NaHを77℃に冷
却すると、両室間は108の圧力比となり、開路電
圧は450mVと高くなつた。また、電流−電圧曲
線を第４図の曲線Ｂに示す。この場合には再生時
には電流が得られないが、放電時には曲線Ａの場
合よりも高い電圧が得られた。
MgH2、上方にはこれより平衡圧の低いNa−
NaHをそれぞれ入れた場合について示す。Mg−
MgH2を400℃に加熱し、Na−NaHを77℃に冷
却すると、両室間は108の圧力比となり、開路電
圧は450mVと高くなつた。また、電流−電圧曲
線を第４図の曲線Ｂに示す。この場合には再生時
には電流が得られないが、放電時には曲線Ａの場
合よりも高い電圧が得られた。
さらに一層の高電圧を一つの装置から得るため
に、両極とも２つづつに分割し、しかもこれらを
互いに直列に結線した以外は曲線Ａの装置とを全
く同一の装置を組立てた。開路電圧は２倍の
600mVとなつた。第４図の曲線Ｃはこの放電特
性を示す。曲線ＡおよびＢに比べ高電圧である。
に、両極とも２つづつに分割し、しかもこれらを
互いに直列に結線した以外は曲線Ａの装置とを全
く同一の装置を組立てた。開路電圧は２倍の
600mVとなつた。第４図の曲線Ｃはこの放電特
性を示す。曲線ＡおよびＢに比べ高電圧である。
なお、使用可能な金属水素化物として、上記の
ほかに、Ca−CaH2、Ti−TiH2、Ｋ−KH、Ｖ−
VH3、La−LaH2などがあり、作動温度により適
当な平衡圧力を有するものを選択することができ
る。また２種類以上を必要により混合したり、熱
伝導を向上させるために金属片などを加えてもよ
い。
ほかに、Ca−CaH2、Ti−TiH2、Ｋ−KH、Ｖ−
VH3、La−LaH2などがあり、作動温度により適
当な平衡圧力を有するものを選択することができ
る。また２種類以上を必要により混合したり、熱
伝導を向上させるために金属片などを加えてもよ
い。
プロトンイオン伝導体には、高い伝導度を示
し、耐熱性、耐圧性などが要求される。機械的強
度を補うためには金属メツシユ、セラミツク多孔
体などを用いてもよい。また耐熱性を補う手段と
して金属水素物と膜の間の距離を大きくすること
もできる。
し、耐熱性、耐圧性などが要求される。機械的強
度を補うためには金属メツシユ、セラミツク多孔
体などを用いてもよい。また耐熱性を補う手段と
して金属水素物と膜の間の距離を大きくすること
もできる。
また、装置の容器などを伝つて熱の伝導損失が
あり、これを抑制するために容器の一部を金属以
外の熱伝導度の低い材料で構成するとか、または
両容器間に断熱材をはさんで固定するなどの工夫
をするのは望ましい。
あり、これを抑制するために容器の一部を金属以
外の熱伝導度の低い材料で構成するとか、または
両容器間に断熱材をはさんで固定するなどの工夫
をするのは望ましい。
ガス拡散電極は、性能を高めるための白金、パ
ラジウムなどの触媒や、炭素粉末を加えてもよ
い。また出力特性を高めるために、イオン伝導体
や電極をある程度温度を上げた状態で作動させて
もよい。
ラジウムなどの触媒や、炭素粉末を加えてもよ
い。また出力特性を高めるために、イオン伝導体
や電極をある程度温度を上げた状態で作動させて
もよい。
発明の効果
以上のように、本発明によれば、比較的簡単な
構成で効率よく、熱エネルギーを電気エネルギー
に変換することができ、作動音が静かで、小型化
が可能であるなどの特徴を有する。
構成で効率よく、熱エネルギーを電気エネルギー
に変換することができ、作動音が静かで、小型化
が可能であるなどの特徴を有する。
第１図及び第２図は本発明によるエネルギー変
換装置の構成例を示す縦断面図、第３図は代表的
な金属水素化物の平衡圧力特性図、第４図は本発
明による装置の特性図である。 １……上ケース、２……下ケース、４……プロ
トンイオン伝導体、６，７……ガス拡散電極、
８，９……ガス室、１０，１０′，１１，１１′…
…熱交換器、１２，１３……金属水素化物、１５
……管、１６……バルブ。
換装置の構成例を示す縦断面図、第３図は代表的
な金属水素化物の平衡圧力特性図、第４図は本発
明による装置の特性図である。 １……上ケース、２……下ケース、４……プロ
トンイオン伝導体、６，７……ガス拡散電極、
８，９……ガス室、１０，１０′，１１，１１′…
…熱交換器、１２，１３……金属水素化物、１５
……管、１６……バルブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ プロトンイオン伝導体の両面にそれぞれ独立
したガス拡散電極を設けるとともに、各々のガス
拡散電極と連通するガス室を設け、これらのガス
室の少なくとも一方に、外部と熱交換が可能な熱
交換器と接触した金属水素化物を内臓させたこと
を特徴とする熱を電気に変換する装置。 ２ 前記の各ガス室間を逆止弁またはバルブを介
して連結した特許請求の範囲第１項記載の熱を電
気に変換する装置。 ３ 前記の各ガス拡散電極を複数個に分離し、こ
れらを直列に結合した特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の熱を電気に変換する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58250809A JPS60143575A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 熱を電気に変換する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58250809A JPS60143575A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 熱を電気に変換する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60143575A JPS60143575A (ja) | 1985-07-29 |
| JPH0423387B2 true JPH0423387B2 (ja) | 1992-04-22 |
Family
ID=17213366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58250809A Granted JPS60143575A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 熱を電気に変換する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60143575A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643689A (en) * | 1996-08-28 | 1997-07-01 | E.C.R.-Electro-Chemical Research Ltd. | Non-liquid proton conductors for use in electrochemical systems under ambient conditions |
| US6737180B2 (en) * | 2000-04-10 | 2004-05-18 | Johnson Electro Mechanical Systems, Llc | Electrochemical conversion system |
| JP4736095B2 (ja) * | 2007-02-27 | 2011-07-27 | Ｔｂカワシマ株式会社 | 縫製品と縫製用ミシン治具 |
| US10522862B2 (en) | 2014-08-11 | 2019-12-31 | Johnson Ip Holding, Llc | Thermo-electrochemical converter |
| EP3385644A1 (en) * | 2015-03-09 | 2018-10-10 | Johnson IP Holding, LLC | Thermo-electrochemical convertor with integrated energy storage |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP58250809A patent/JPS60143575A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60143575A (ja) | 1985-07-29 |
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