JP2601889B2 - アルカリ金属熱電変換装置 - Google Patents
アルカリ金属熱電変換装置Info
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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。
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。
アルカリ金属熱電変換装置（Alkali Metal Thermo El
ectric Convertor−以下、AMTEC）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、0.03〜2.6atm）が、β″−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
（β″−アルミナ固体電解質は充分薄く、従って電極は
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）、100〜500℃（蒸気圧10-9〜10-2at
m）の低温側で液化する。
ectric Convertor−以下、AMTEC）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、0.03〜2.6atm）が、β″−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
（β″−アルミナ固体電解質は充分薄く、従って電極は
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）、100〜500℃（蒸気圧10-9〜10-2at
m）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、Na+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。
り、外部回路が開いている場合は電極（＋）面に電荷が
集積し、Na+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。
上記した従来のAMTEC方式では、次のような問題があ
る。
る。
（１）高温側Na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。
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。
（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。
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。
テムとなる。
加熱側ではNa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。
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、熱電交換部を完全密
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。
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、オープ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。
ドサイクルとはしないで、オープ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。
本発明は、上記目的を、上端側と下端側が底のある金
属製円筒で、中央部が絶縁材料からなる中央筒で形成さ
れた全体が完全密閉系の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、該筒状容器内の中央筒部分にβ″−アルミナ固体
電解質を該筒状容器内を上下２室に区分する隔壁として
設置し、該筒状容器内にアルカリ金属を真空封入し、前
記中央筒部を除く筒状容器内壁面及びβ″−アルミナ固
体電解質の壁面両側に金属ウイックを配設すると共に上
下両室の容器内壁面上の金属ウイックとβ″−アルミナ
固体電解質壁面上の金属ウイックとを金属製のブリッジ
ウイックにより接続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。
属製円筒で、中央部が絶縁材料からなる中央筒で形成さ
れた全体が完全密閉系の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、該筒状容器内の中央筒部分にβ″−アルミナ固体
電解質を該筒状容器内を上下２室に区分する隔壁として
設置し、該筒状容器内にアルカリ金属を真空封入し、前
記中央筒部を除く筒状容器内壁面及びβ″−アルミナ固
体電解質の壁面両側に金属ウイックを配設すると共に上
下両室の容器内壁面上の金属ウイックとβ″−アルミナ
固体電解質壁面上の金属ウイックとを金属製のブリッジ
ウイックにより接続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。
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β″−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。
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上げた
金属ウイック部を加熱することになるため、所謂、ヒー
トパイプとして作用し、極めて効果的な加熱を行う。
金属ウイック部を加熱することになるため、所謂、ヒー
トパイプとして作用し、極めて効果的な加熱を行う。
このアルカリ金属蒸気は、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。
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、加熱側の液体アルカリ金属が冷却側
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。
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、液体アル
カリ金属を移動させることなく、連続して発電を行うこ
とができる。
冷却側であった部分を加熱側として作用させ、液体アル
カリ金属を移動させることなく、連続して発電を行うこ
とができる。
第１図は、本発明装置の一実施例を示す説明図であ
る。
る。
同図において、β″−アルミナ固体電解質１を筒状容
器２内の中央筒部に隔壁として支持具14により設置す
る。隔壁の形状としては第１図のようにアルカリ金属６
とβ″−アルミナ固体電解質１との接触面積が大きくな
るようにするのが望ましい。
器２内の中央筒部に隔壁として支持具14により設置す
る。隔壁の形状としては第１図のようにアルカリ金属６
とβ″−アルミナ固体電解質１との接触面積が大きくな
るようにするのが望ましい。
筒状容器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。
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。
この筒状容器２内部には、アルカリ金属（ここではN
a）６が真空封入されている。
a）６が真空封入されている。
また、β″−アルミナ固体電解質１の両表面には、金
属ウイック（電極を兼ねる）７が配置されており、筒状
容器２の金属製の両端筒4,5の内表面にも金属ウイック
８が配置されている。
属ウイック（電極を兼ねる）７が配置されており、筒状
容器２の金属製の両端筒4,5の内表面にも金属ウイック
８が配置されている。
この金属ウイック７と金属ウイック８とは、部分的に
金属製のブリッジウイック（液体アルカリ金属、例えば
Naを自由に通す）９により接続されている。
金属製のブリッジウイック（液体アルカリ金属、例えば
Naを自由に通す）９により接続されている。
同図では、筒状容器２の上部が加熱側10で、下部が冷
却側11であり、負荷12は高温（加熱）側10と低温（冷
却）側11の金属製の両端筒4,5に接続されている。
却側11であり、負荷12は高温（加熱）側10と低温（冷
却）側11の金属製の両端筒4,5に接続されている。
また、筒状容器２中央付近に回転ロッド13が取り付け
られ、これを回転させることにより、該筒状容器２の上
下を入れ換え自在に構成されている。
られ、これを回転させることにより、該筒状容器２の上
下を入れ換え自在に構成されている。
第１図の例においてはβ″−アルミナ固体電解質１と
して比較的安価に入手できるフランジ付円筒容器を使用
しているため、構造上は上下対称となっていないが、機
能的には両側に電極となる金属ウイック７が配設された
β″−アルミナ固体電解質１を中心として上下対称とな
っており、上下を反転させた場合にも反転前と同様の機
能を発揮することができる。
して比較的安価に入手できるフランジ付円筒容器を使用
しているため、構造上は上下対称となっていないが、機
能的には両側に電極となる金属ウイック７が配設された
β″−アルミナ固体電解質１を中心として上下対称とな
っており、上下を反転させた場合にも反転前と同様の機
能を発揮することができる。
このような構成の本発明装置において、液体のアルミ
ナ金属６は金属ウイック7,8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10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アルカリ金属６
を加熱することができる。
ナ金属６は金属ウイック7,8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10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アルカリ金属６
を加熱することができる。
加熱された液体アルカリ金属６は、蒸発し、前述のAM
TECの原理通り、β″−アルミナ固体電解質１を通り、
冷却側11に至り、凝縮し、冷却側11面に溜まる。
TECの原理通り、β″−アルミナ固体電解質１を通り、
冷却側11に至り、凝縮し、冷却側11面に溜まる。
このとき、第１図における回路はアルカリ金属（加熱
側）６→金属ウイック（加熱側）８→両端筒（加熱側）
４→負荷12→両端筒（冷却側）５→金属ウイック（冷却
側）８→ブリッジウイック（冷却側）９→金属ウイック
（冷却側）７となり、電子はこの方向に流れ、したがっ
て電流はこの逆方向に流れて冷却側が正極、加熱側が負
極となる。
側）６→金属ウイック（加熱側）８→両端筒（加熱側）
４→負荷12→両端筒（冷却側）５→金属ウイック（冷却
側）８→ブリッジウイック（冷却側）９→金属ウイック
（冷却側）７となり、電子はこの方向に流れ、したがっ
て電流はこの逆方向に流れて冷却側が正極、加熱側が負
極となる。
このようにして、加熱側10の液体アルカリ金属６がな
くなると、発電の電圧や電流が低下する。
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、筒
状容器２を回転させ、筒状容器２の上下を逆にする。
状容器２を回転させ、筒状容器２の上下を逆にする。
すると、今まで下部に存在し冷却側11として作用し液
体アルカリ金属を貯溜していた部分が上部に移動し、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
ていた部分が下部に移動し、冷却側として作用すること
になる。
体アルカリ金属を貯溜していた部分が上部に移動し、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イック
７、ブリッジウイック９、金属ウイック８の毛細管の作
用により上方へ吸い上げられた液体アルカリ金属６を加
熱し、蒸発させて、β″−アルミナ固体電解質１を通過
させ、冷却側10に移動させる。アルカリ金属蒸気は、こ
の冷却側10で冷却され、凝縮し、冷却側10表面に溜ま
る。
７、ブリッジウイック９、金属ウイック８の毛細管の作
用により上方へ吸い上げられた液体アルカリ金属６を加
熱し、蒸発させて、β″−アルミナ固体電解質１を通過
させ、冷却側10に移動させる。アルカリ金属蒸気は、こ
の冷却側10で冷却され、凝縮し、冷却側10表面に溜ま
る。
これによって上下が入れ替わった形で前記と全く同じ
回路が形成され、負荷の極性を切り換えるだけで継続し
て発電が行われる。
回路が形成され、負荷の極性を切り換えるだけで継続し
て発電が行われる。
以上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。
ことができる。
なお、本例では、加熱側の液体アルカリ金属（Na）６
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。
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。
以上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。
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アルカリ金属の純
度を効果的に維持する。
り、しかも内部に封入する活性な液体アルカリ金属の純
度を効果的に維持する。
（２）また液体アルカリ金属移動用の駆動部がないた
め、信頼性が高い。
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廉である
上、装置の故障も極めて少ない。
上、装置の故障も極めて少ない。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 勝彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 池田 直昭 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (1)
- 【請求項１】上端側と下端側が底のある金属製円筒で、
中央部が絶縁材料からなる中央筒で形成された全体が完
全密閉系の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
容器内の中央筒部分にβ″−アルミナ固体電解質を該筒
状容器内を上下２室に区分する隔壁として設置し、該筒
状容器内にアルカリ金属を真空封入し、前記中央筒部を
除く筒状容器内壁面及びβ″−アルミナ固体電解質の壁
面両側に金属ウイックを配設すると共に上下両室の容器
内壁面上の金属ウイックとβ″−アルミナ固体電解質壁
面上の金属ウイックとを金属製のブリッジウイックによ
り接続したことを特徴とするアルカリ金属熱電変換装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24995088A JP2601889B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | アルカリ金属熱電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24995088A JP2601889B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | アルカリ金属熱電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101976A JPH02101976A (ja) | 1990-04-13 |
| JP2601889B2 true JP2601889B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=17200594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24995088A Expired - Lifetime JP2601889B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | アルカリ金属熱電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2601889B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101336941B1 (ko) * | 2013-01-22 | 2013-12-04 | 한국에너지기술연구원 | 내부전극 개방형 암텍 단위셀 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05226007A (ja) * | 1992-02-17 | 1993-09-03 | Agency Of Ind Science & Technol | 発電方法及びこれに使用する発電素子 |
| KR101078304B1 (ko) * | 2010-05-10 | 2011-10-31 | 동국대학교 산학협력단 | 용매화 물질을 이용한 열전변환장치 |
| CN103440994B (zh) * | 2010-12-20 | 2016-05-25 | 西安航科等离子体科技有限公司 | 碱金属热电转换器用隔热器 |
| JP6012499B2 (ja) * | 2012-10-17 | 2016-10-25 | 本田技研工業株式会社 | アルカリ金属熱電気変換器およびその運転方法 |
| JP6012526B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2016-10-25 | 本田技研工業株式会社 | アルカリ金属熱電変換器 |
| JP2014191878A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Honda Motor Co Ltd | アルカリ金属熱電変換器 |
-
1988
- 1988-10-05 JP JP24995088A patent/JP2601889B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101336941B1 (ko) * | 2013-01-22 | 2013-12-04 | 한국에너지기술연구원 | 내부전극 개방형 암텍 단위셀 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02101976A (ja) | 1990-04-13 |
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