JPH0197181A - 宇宙用固体電解質型熱電変換装置 - Google Patents
宇宙用固体電解質型熱電変換装置Info
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- JPH0197181A JPH0197181A JP25028987A JP25028987A JPH0197181A JP H0197181 A JPH0197181 A JP H0197181A JP 25028987 A JP25028987 A JP 25028987A JP 25028987 A JP25028987 A JP 25028987A JP H0197181 A JPH0197181 A JP H0197181A
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Landscapes
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- Hybrid Cells (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分腎］
本発明は、固体電解質を用いて熱エネルギーを直接電気
エネルギーへ変換する直接発電方式による発電装置に関
し、特に宇宙環境（無重力環境）における発電を目的と
した宇宙用発電装置に関する。
エネルギーへ変換する直接発電方式による発電装置に関
し、特に宇宙環境（無重力環境）における発電を目的と
した宇宙用発電装置に関する。
［従来の技術］
従来、固体電解質を用いた発電の原理は１９６９年Ｊ、
Ｔ、にｕ＋ｎｍｅｒらにより提案され、（米国特許３．
４５８．３５Ｆ号）、Ｓｏｄｉｕｍ Ｈｅａｔ Ｅｎｇ
ｉｎｅ（ＳＨＥ）あるいはΔ１ｋａｌｉ Ｍｅｔａｌ
Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ
（八ＭＴＥＣ） と呼ばれている。その後１９８５年に
はＮ、Ｗｅｂｅｒ：によりＴＬ極リードの絶縁方法（米
国特許４．５０５，９９１号）が提案されている。
′この発電方式は、■発電装置の単位重量あたりの出力
が大きい、■エネルギー変換効率が高い、■発電規模を
自由に選択することができる、■あらゆる熱源に対応可
能である、■直接発電のため動作部がなく、振動、騒音
もない、■長寿命で信顆性が高い、など数多くの利点を
備えている。
Ｔ、にｕ＋ｎｍｅｒらにより提案され、（米国特許３．
４５８．３５Ｆ号）、Ｓｏｄｉｕｍ Ｈｅａｔ Ｅｎｇ
ｉｎｅ（ＳＨＥ）あるいはΔ１ｋａｌｉ Ｍｅｔａｌ
Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ
（八ＭＴＥＣ） と呼ばれている。その後１９８５年に
はＮ、Ｗｅｂｅｒ：によりＴＬ極リードの絶縁方法（米
国特許４．５０５，９９１号）が提案されている。
′この発電方式は、■発電装置の単位重量あたりの出力
が大きい、■エネルギー変換効率が高い、■発電規模を
自由に選択することができる、■あらゆる熱源に対応可
能である、■直接発電のため動作部がなく、振動、騒音
もない、■長寿命で信顆性が高い、など数多くの利点を
備えている。
この発電原理を利用した地上利用を目的とする発電装置
は今までにいくつか報告されているが、宇宙用発電装置
として公知であるものはＣ，Ｐ。
は今までにいくつか報告されているが、宇宙用発電装置
として公知であるものはＣ，Ｐ。
Ｂａｎｋｓｔｏｎらの報告が唯一である。第２図および
第３図にその装置を示す。これらの装置はいずれも平板
形状の固体電解質を用いている。
第３図にその装置を示す。これらの装置はいずれも平板
形状の固体電解質を用いている。
第２図は放射性同位元素を熱源とした発電装置を示す図
である。この装置は、放射性同位元素を利用した熱源２
３の周囲に絶縁板２０により仕切られた固体電解質２１
を配置し、その外側を凝縮面２５とした構成となってい
る。
である。この装置は、放射性同位元素を利用した熱源２
３の周囲に絶縁板２０により仕切られた固体電解質２１
を配置し、その外側を凝縮面２５とした構成となってい
る。
第３図は原子炉を熱源とした発電装置を示す図である。
この装置は原子炉３３で発生する熱をヒートバイブ３２
により移動させる点が第２図に示した装置と異るが、平
板形状の固体電解質３１と、凝縮面３５の配置は同様で
ある。
により移動させる点が第２図に示した装置と異るが、平
板形状の固体電解質３１と、凝縮面３５の配置は同様で
ある。
なお、作動媒体の循環方法については両装置共に記述が
ない。
ない。
［発明が解決しようとする問題点コ
以上説明したような従来の宇宙用発電装置においては、
以下に示すようないくつかの問題点がある。
以下に示すようないくつかの問題点がある。
一つは固体電解質の作用により発生する電力の集電方法
および発電装置の直並列接続方法が検討されていないと
いう問題点である。さらに平板形状の固体電解質２１お
よび３１と凝縮面２５および３５との位置関係は放射熱
損失を大きくするという問題点がある。またこの種の装
置で重要である作動媒体の循環方法についてはまったく
記述がなく、この点は宇宙用発電装置としての作動が考
Ｊｌ＆されていないという重要な問題点である。
および発電装置の直並列接続方法が検討されていないと
いう問題点である。さらに平板形状の固体電解質２１お
よび３１と凝縮面２５および３５との位置関係は放射熱
損失を大きくするという問題点がある。またこの種の装
置で重要である作動媒体の循環方法についてはまったく
記述がなく、この点は宇宙用発電装置としての作動が考
Ｊｌ＆されていないという重要な問題点である。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、宇宙環境にお
いて効率良く電気エネルギーを供給することのできる宇
宙用発電装置を提供することにある。
いて効率良く電気エネルギーを供給することのできる宇
宙用発電装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、中空筒状
の固体電解質と、固体電解質の内壁に沿って設けられた
正極電極膜と、固体電解質の一方の面から正極電極膜方
向に通過して発電に関与する作動媒体と、通過した後に
蒸発した作動媒体を回収するための互いに曲率が異なる
少なく２個の中空筒からなる凝縮手段と、固体電解質と
凝縮手段とを収める筒状容器とを具えたことを特徴とす
る。
の固体電解質と、固体電解質の内壁に沿って設けられた
正極電極膜と、固体電解質の一方の面から正極電極膜方
向に通過して発電に関与する作動媒体と、通過した後に
蒸発した作動媒体を回収するための互いに曲率が異なる
少なく２個の中空筒からなる凝縮手段と、固体電解質と
凝縮手段とを収める筒状容器とを具えたことを特徴とす
る。
［作 用］
本発明によれば、以下のような作用がある。
■発電装置全体を筒状の小要素とすることにより、熱授
受の際の熱抵抗が改善され、また、装置の直列、並列接
続が可能となり、さらに装置全体の信頼性を向上させる
ことができる。
受の際の熱抵抗が改善され、また、装置の直列、並列接
続が可能となり、さらに装置全体の信頼性を向上させる
ことができる。
■固体電解質を筒状とすることにより、筒状の本体と適
合し易くなるので構造的強度が大きくなり、このため固
体電解質の薄肉化が可能となる。さらに、筒状固体電解
質の内側面に正極電極膜を作製することにより、放射に
起因する熱損失を抑え発電効率を向上させることができ
る。
合し易くなるので構造的強度が大きくなり、このため固
体電解質の薄肉化が可能となる。さらに、筒状固体電解
質の内側面に正極電極膜を作製することにより、放射に
起因する熱損失を抑え発電効率を向上させることができ
る。
■作動媒体の表面張力を利用する装置構造とすることに
より、無重力環境においても凝縮液相の移動が可能であ
り、したがって作動媒体の循環が可能となる。
より、無重力環境においても凝縮液相の移動が可能であ
り、したがって作動媒体の循環が可能となる。
［実施例］
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明による宇宙用発電装置の一実施例を示す
図である。第１図（八）は第１図（Ｂ）のＡ−Ａ断面を
示す。ここで、１は固体電解質、２八。
図である。第１図（八）は第１図（Ｂ）のＡ−Ａ断面を
示す。ここで、１は固体電解質、２八。
２Ｂはウィック、３は正極電Ｆｉ膜、４は正極の電極リ
ード、５は負極の電極リード、６は作動媒体流路、７は
凝縮面、８はポンプ、９は容器である。
ード、５は負極の電極リード、６は作動媒体流路、７は
凝縮面、８はポンプ、９は容器である。
固体電解質１は一端部に底面を有する円筒形状である。
次にこの発電装置の作動原理を各構成要素と関連させて
説明する。まずパイプ形状の容器９の右半分である固体
電解質側は容器周囲より加熱昇温される。固体電解′ｘ
１と容器９との間すなわちウィック２八と２Ｂとの間は
容器９の周囲の加熱によって蒸気となった高温の作動媒
体蒸気で満たされる。ウィック２Ａを介しての蒸発、ク
イック２Ｂを介しての凝縮過程により熱および作動媒体
の同時移動が起こり、作動媒体は固体電解質の外側（負
極側）面に供給される。クイックＺＡと２Ｂとの空間を
クイック２Ａ、 ２Ｂを取り去って液相の作動媒体で満
たすことも可能であるが、この場合は発電装置の重量が
増加してしまう。供給された作動媒体は固体電解質１中
をイオンとして通過する。通過したイオンは固体電解質
１の内側にある正極電極膜３で中性化された後に蒸発し
て気相状態で低温側凝縮面へ向う。このとき固体電解質
１の内側と外側の間に生じる蒸気圧力差が固体電解質内
のイオンの駆動力となり、固体電解質１の外側から内側
へのイオンの移動により電位差が生じる。そして、容器
９と絶縁された電極リード４．５により容器外へ出力と
して取出される。低温側の凝縮面で凝縮した作動媒体は
、表面張力差により曲率半径の小さい方すなわち作動媒
体流路６へ移動し、流路６を経てポンプ８により加圧さ
れて高温側に戻されサイクルが完結する。
説明する。まずパイプ形状の容器９の右半分である固体
電解質側は容器周囲より加熱昇温される。固体電解′ｘ
１と容器９との間すなわちウィック２八と２Ｂとの間は
容器９の周囲の加熱によって蒸気となった高温の作動媒
体蒸気で満たされる。ウィック２Ａを介しての蒸発、ク
イック２Ｂを介しての凝縮過程により熱および作動媒体
の同時移動が起こり、作動媒体は固体電解質の外側（負
極側）面に供給される。クイックＺＡと２Ｂとの空間を
クイック２Ａ、 ２Ｂを取り去って液相の作動媒体で満
たすことも可能であるが、この場合は発電装置の重量が
増加してしまう。供給された作動媒体は固体電解質１中
をイオンとして通過する。通過したイオンは固体電解質
１の内側にある正極電極膜３で中性化された後に蒸発し
て気相状態で低温側凝縮面へ向う。このとき固体電解質
１の内側と外側の間に生じる蒸気圧力差が固体電解質内
のイオンの駆動力となり、固体電解質１の外側から内側
へのイオンの移動により電位差が生じる。そして、容器
９と絶縁された電極リード４．５により容器外へ出力と
して取出される。低温側の凝縮面で凝縮した作動媒体は
、表面張力差により曲率半径の小さい方すなわち作動媒
体流路６へ移動し、流路６を経てポンプ８により加圧さ
れて高温側に戻されサイクルが完結する。
作動媒体としてナトリウムを使用した場合には高温側す
なわち固体電解質側は８００−１４００Ｋ、低温側すな
わち凝縮面側は２５０〜７００ Ｋが適当である。作動
媒体としてはナトリウム以外に固体電解質中をイオンで
通過するリチウム、カリウム、銀、水銀、タリウム、鉛
、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ルビジウム
およびこれらの混合物の使用が可能であり、そのとぎの
高温側および低温側の温度範囲はそれらの作動媒体の物
性値に対応して変イシする。固体電解質としては導電性
の高いβアルミナ、β″アルミナおよびβ アルミナを
使用することができる。
なわち固体電解質側は８００−１４００Ｋ、低温側すな
わち凝縮面側は２５０〜７００ Ｋが適当である。作動
媒体としてはナトリウム以外に固体電解質中をイオンで
通過するリチウム、カリウム、銀、水銀、タリウム、鉛
、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ルビジウム
およびこれらの混合物の使用が可能であり、そのとぎの
高温側および低温側の温度範囲はそれらの作動媒体の物
性値に対応して変イシする。固体電解質としては導電性
の高いβアルミナ、β″アルミナおよびβ アルミナを
使用することができる。
正極電極膜の材料は作動媒体に対し溶解度の小さいもの
を選択する。例えばナトリウムを作動媒体とした場合に
はモリブデン、チタン、クロム、コバルト、タングステ
ン、ニッケルおよびそれらの合金が適当である。正極電
極膜の作製方法は電子ビーム蒸着法、イオンブレーティ
ング法、スパッタ法、化学気相成長法、熱分解還元法、
スプレー法があり、電極膜の材料との関係で選択される
。膜厚は０．１μｍ〜１０μｍの間が適当である。
を選択する。例えばナトリウムを作動媒体とした場合に
はモリブデン、チタン、クロム、コバルト、タングステ
ン、ニッケルおよびそれらの合金が適当である。正極電
極膜の作製方法は電子ビーム蒸着法、イオンブレーティ
ング法、スパッタ法、化学気相成長法、熱分解還元法、
スプレー法があり、電極膜の材料との関係で選択される
。膜厚は０．１μｍ〜１０μｍの間が適当である。
また、多成分の多層膜も有効である。
作動媒体をナトリウムとし、固体電解質としてβ″アル
ミナを使用し、高温側の温度を１１７５Ｋ、低温側の温
度を５００にとし、正極電極膜面積を５００ｃｍ２とし
た場合、正極電極膜単位面積あたりの出力は１．１Ｗ／
ｃｍ”が得られ、熱効率は最大３５％となる。
ミナを使用し、高温側の温度を１１７５Ｋ、低温側の温
度を５００にとし、正極電極膜面積を５００ｃｍ２とし
た場合、正極電極膜単位面積あたりの出力は１．１Ｗ／
ｃｍ”が得られ、熱効率は最大３５％となる。
以上説明したように木実流側においては、固体電解質を
用いた、３０〜４０％の高い変換効率を１し電力１ｋＷ
あたり５ｋｇ程度（発電装置だけの重量）の発電装置が
実現できる。これらの性能は、従来） の直接発電
方式の変換効率がｌＯ％程度であり、ランキン、プレイ
トン、スターリングサイクルなど発電方式においては電
力１ｋＷあたり工０〜２０ｋｇの発電装置重量であるこ
とと比較してもその効果の大きいことがわかる。
用いた、３０〜４０％の高い変換効率を１し電力１ｋＷ
あたり５ｋｇ程度（発電装置だけの重量）の発電装置が
実現できる。これらの性能は、従来） の直接発電
方式の変換効率がｌＯ％程度であり、ランキン、プレイ
トン、スターリングサイクルなど発電方式においては電
力１ｋＷあたり工０〜２０ｋｇの発電装置重量であるこ
とと比較してもその効果の大きいことがわかる。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明においては以下のような効
果がある。
果がある。
■発電装置全体を筒状の小要素とすることにより、熱授
受の際の熱抵抗が改善され、また、装置の直列、並列接
続が可能となり、さらに装置全体の信頼性を向上させる
ことができる。
受の際の熱抵抗が改善され、また、装置の直列、並列接
続が可能となり、さらに装置全体の信頼性を向上させる
ことができる。
■固体電解質を筒状とすることにより、筒状の本体と適
合し易くなるので構造的強度が大きくなり、このため固
体電解質の薄肉化が可能となり、さらに性能が上昇する
。また、筒状固体電解質の内側面に正極ＴＬ電極膜作製
することにより、放射に起因する熱損失を抑え発電効率
を向上させることかできる。
合し易くなるので構造的強度が大きくなり、このため固
体電解質の薄肉化が可能となり、さらに性能が上昇する
。また、筒状固体電解質の内側面に正極ＴＬ電極膜作製
することにより、放射に起因する熱損失を抑え発電効率
を向上させることかできる。
■作動媒体の表面張力を利用する装置構造とすることに
より、無重力環境においても凝縮液相の移動が可能であ
り、したがフて作動媒体の循環が可能となる。
より、無重力環境においても凝縮液相の移動が可能であ
り、したがフて作動媒体の循環が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す図、
第２図および第３図は従来の宇宙用発電装置を示す図で
ある。 １・・・固体電解質、 ２Ａ、 ２Ｂ・・・クイック、 ３・・・正極電極膜、 ４．５・・・電極リード、 ６・・・作動媒体流路、 ７・・・凝縮面、 ８・・・ポンプ、 ９・・・容器。 従来の宇督用ギ電装置を示す図 第２図 ３１ 固イ４Ｓ電Ｍ−１匍 従Ｘ０宇宙用尤仁装置を示す図 第３図
ある。 １・・・固体電解質、 ２Ａ、 ２Ｂ・・・クイック、 ３・・・正極電極膜、 ４．５・・・電極リード、 ６・・・作動媒体流路、 ７・・・凝縮面、 ８・・・ポンプ、 ９・・・容器。 従来の宇督用ギ電装置を示す図 第２図 ３１ 固イ４Ｓ電Ｍ−１匍 従Ｘ０宇宙用尤仁装置を示す図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 中空筒状の固体電解質と、該固体電解質の内壁に沿って
設けられた正極電極膜と、前記固体電解質の一方の面か
ら前記正極電極膜方向に通過して発電に関与する作動媒
体と、 前記通過した後に蒸発した作動媒体を回収するための互
いに曲率が異なる少なくとも２個の中空筒からなる凝縮
手段と、 前記固体電解質と前記凝縮手段とを収める筒状容器と を具えたことを特徴とする宇宙用発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62250289A JPH0634602B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 宇宙用固体電解質型熱電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62250289A JPH0634602B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 宇宙用固体電解質型熱電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0197181A true JPH0197181A (ja) | 1989-04-14 |
| JPH0634602B2 JPH0634602B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=17205692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62250289A Expired - Lifetime JPH0634602B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 宇宙用固体電解質型熱電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634602B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5534042A (en) * | 1994-04-04 | 1996-07-09 | Kabushiki Kaisha Environmental Engineering Laboratory | Method and apparatus for composting organic matters having high water content |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55117475A (en) * | 1979-02-28 | 1980-09-09 | Ford Motor Co | Device for generating thermoelectric energy of alkaline metal |
| JPS60249878A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-10 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | 熱電変換装置 |
-
1987
- 1987-10-02 JP JP62250289A patent/JPH0634602B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55117475A (en) * | 1979-02-28 | 1980-09-09 | Ford Motor Co | Device for generating thermoelectric energy of alkaline metal |
| JPS60249878A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-10 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | 熱電変換装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5534042A (en) * | 1994-04-04 | 1996-07-09 | Kabushiki Kaisha Environmental Engineering Laboratory | Method and apparatus for composting organic matters having high water content |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0634602B2 (ja) | 1994-05-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |