JPH0494067A - 温度差電池 - 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 本発明は新規な温度差電池、さらに詳しくは、小さな温
度差で大きな定常起電力を得ることのできる温度差電池
に関するものである。

従来の技術 電気化学的な方法による熱電変換は、その熱起電力が半
導体熱電素子と同程度かそれ以上であることから注目さ
れ、これまで種々の形式のものが開発されてきた。しか
しながら、熱効率の点で、寅用的なものは５００〜１０
００°Ｃといった高温を対象とするナトリウム熱電変換
器（ＡＭＴＥＣ）のみであるのが実情である。

室温ないし２００’Ｃ程度の熱エネルギーは、各種の廃
熱、地熱、海洋温度差など広く、かつ多量に存在するが
現時点ではその一部が利用されているにすぎない。この
ような温度域を対象とする熱電変換素子としては、温度
差電池が有効であることが知られている。この温度差電
池は、電極に対して可逆的な電荷移動反応するイオンを
含む電解質溶液中に、同種の電極２個を設けて、これに
温度差を与えることにより、両電極間に電位差、すなわ
ち熱起電力を発生させるものである。

このような温度差電池としては、これまで、構造が単純
で比較的起電力の高いレドックス型温度差電池、ＳＰＥ
膜を用いた内部抵抗の小さな温度差電池、電極へのイン
ターカレーション反応を利用した温度差電池、銅−硫酸
銅温度差電池などが提案されている。しかしながら、こ
れらの温度差電池においては、出力密度はＩＷ／ｃ＋ｘ
”程度であるものの、熱起電力がせいぜい１　＋ｌｌＶ
／　°Ｃ程度と小さく、実用的な端子電圧にするには、
複数個の温度差電池を熱的に並列に、電気的には直列に
して積層化する必要があるが、この場合繁雑さを免れな
いし、また温度差電池の種類によっては、積層化が極め
て困難な場合もある。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような事情のもとで、積層化することな
く、単独でも大きな定常起電力が得られる温度差電池全
提供することを目的としてなされたものである。

課題を解決するだめの手段 本発明者は、大きな定常起電力が得られる温度差電池を
開発すべく鋭意研究を重ねた結果、高濃度の電解質溶液
と平衡にある気相中の溶媒の平衡蒸気圧が希薄電解質溶
液の平衡蒸気圧より低いことに着目し、イオン透過膜を
介して接している温度の異なる電解質溶液のそれぞれの
気相部を連通させることによって、溶媒が蒸気として高
温側の溶液から低温側の溶液に移動して、２つの溶液間
で温度と濃度の両方が異なる定常状態が形成され、温度
差による起電力と濃度差による起電力が重なって、小さ
な温度差で大きな定常起電力が得られることを見い出し
、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、イオン透過膜を介して接している
温度の異なる２個の電解質溶液それぞれに、溶液中のイ
オンと電荷移動反応しうる電極を配置した温度差電池に
おいて、それぞれの電解質溶液の気相部を連通させ、溶
媒が蒸気として高温側の溶液から低温側の溶液へ移動し
うる構造としたことを特徴とする温度差電池を提供する
ものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の温度差電池において用いられる電解質溶液にお
ける電解質については特に制限はなく、従来温度差電池
に慣用されているものを用いることができるが、溶媒に
溶解した際の平衡蒸気圧の低下度が大きいものが大きな
温度差を与えうる上、気相部での溶媒移動も速くなるの
で好ましい。この平衡蒸気圧の低下度が小さいと大きな
温度差では高温側の溶媒が蒸発しすぎるため、小さな温
度差しか与えられない。さらに、この電解質は、それを
構成するイオンが電極と電荷移動反応をする必要がある
。このような電解質としては、例えば臭化リチウムや塩
化リチウムなどのハロゲン化アルカリが好適である。ま
た、このような電解質を溶解する溶媒としては、水が一
般的である。

本発明の、温度差電池において、温度の異なる電解質溶
液を隔離するための膜は、イオン透過性を有し、かつ２
つの溶液が混合しないようなものであることが必要であ
り、このような膜としては、例えば隔膜、多孔質膜、イ
オン交換膜が適している。該イオン交換膜としては、電
極反応が陰イオンに対して可逆な場合は陽イオン交換膜
が、一方陽イオンに対して可逆な場合は陰イオン交換膜
が、大きな起電力を与えるので好適である。

本発明の温度差電池において用いられる電極は、電解質
溶液中のイオンと電荷移動反応しうるものであることか
必要であり、このようなものとしては、電解質溶液が臭
化リチウム溶液の場合は、通常臭素イオンと電荷移動反
応しうる銀臭化銀電極などか用いられ、また塩化リチウ
ム溶液の場合は、通常銀塩化銀電極などが用いられる。

次に、本発明の温度差電池を添付図面に従って説明する
と、図は本発明の温度差電池の１例の構成を示す説明図
であって、電解質溶液室１と２とは膜３によって隔離さ
れるとともに、電解質溶液の溶媒が、蒸気として気相部
４を通って、高温側溶液から低温側溶液へ移動しうる構
造となっている。また、電解質溶液室ｌ及び２には、そ
れぞれ電極５及び６が設けられており、さらにこれらの
電極は電圧計７に接続されている。

まず、電解質溶液室ｌ及び２に、それぞれ所要量の電解
質溶液を入れたのち、所望に応じ、溶媒蒸気の移動を促
進するために排気する。ここで、室ｌの電解質溶液の温
度が室２の電解質溶液の温度より高い場合、室ｌの溶媒
蒸気圧が室２の溶媒蒸気圧より高くなるので、溶媒蒸気
が気相部４を通って室ｌから室２に移動するため、室ｌ
の電解質溶液の濃度が高くなり、かつその平衡蒸気圧が
低くなるとともに、室２の電解質溶液の濃度が低くなり
、かつその平衡蒸気圧が高くなる。その結果、室１と室
２との蒸気圧が等しくなるので、溶媒蒸気の移動が止ま
り、定常状態となり、最終的には温度が異なり、かつ電
解質濃度も異なる濃淡電池が形成される。したがって、
温度差による起電力のみでなく、濃度差による起電力が
重なって、従来の温度差電池に比べてはるかに大きな定
常起電力が得られる。

発明の効果 本発明によると、イオンを透過しうる膜を介して接して
いる温度の異なる電解質溶液の気相部を連通させること
によって、溶媒が蒸気として高温側の溶液から低温側の
溶液に移動して、２つの溶液間で温度と濃度の両方が異
なる定常状態が形成され、温度差による起電力と濃度差
による起電力が重なって、小さな温度差で大きな定常起
電力が得られる温度差電池を得ることができる。

本発明の温度差電池は、例えば熱電変換や温度差発電の
素子などとして好適に用いられる。

実施例 次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。

実施例１ 図に示す構造の温度差電池を用いて実施した。

電解質溶液室ｌ及び２に、それぞれ濃度１０ｍ（ｍ＝ｍ
ｏｌ／ｋｇ水）の臭化リチウム水溶液を３５９ずつ入れ
たのち、排気し、室ｌの温度を３１°Ｃ１室２の温度を
１９℃にセットした。なお、電極５及び６には、それぞ
れ銀臭化銀電極を用い、室ｌと２とを仕切る膜としてカ
チオン交換膜を用いた。

これによって、水が蒸気として、気相部４を通って、室
１から室２に移動し、約７ｇの水が移動した時点で、室
１の臭化リチウム水溶液濃度が１６ｍ、室２の臭化リチ
ウム水溶液の濃度が７ｍとなって、室ｌと室２との蒸気
圧が等しくなり、蒸気の移動が止まり定常状態となった
。この際、電極５及び６間の電位差は、電圧計７による
測定で３０ｍＶであり、熱起電力は２．５ｍＶ／’Ｃで
、従来の温度差電池の２倍以上の熱起電力が得られた。

実施例２ 実施例１において、かつ室ｌ及び室２の温度をそれぞれ
６０℃及び１５℃とした以外は実施例１と同様に実施し
た。

その結果、定常状態における室１及び室２の臭化リチウ
ム水溶液の濃度は、それぞれ２０Ｔｎ及び０．１ｍとな
り、この際電極間の電位差は３９０＋＋＋Ｖで、９ｍＶ
１００の熱起電力が得られた。

実施例３ 実施例１において、濃度１０＋＋＋の臭化リチウム水溶
液の代りに濃度１０＋＋＋の塩化リチウム水溶液を、銀
臭化銀電極の代りに銀塩化銀電極を用い、かつ室１及び
室２の温度をそれぞれ３８℃及び１９℃にセットしたこ
と以外は、実施例１と同様に実施した。

その結果、定常状態における電極間の電位差は３２＋ａ
Ｖで、１．５＋ｌＶ／℃の熱起電力が得られた。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の温度差電池の１例の構造を示す説明図であ
って、図中符号１及び２は電解質溶液室、３は膜、４は
溶媒蒸気が移動する気相部、５及び６は電極、７は電圧
計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　イオン透過膜を介して接している温度の異なる２個
   の電解質溶液それぞれに、溶液中のイオンと電荷移動反
   応しうる電極を配置した温度差電池において、それぞれ
   の電解質溶液の気相部を連通させ、溶媒が蒸気として高
   温側溶液から低温側溶液へ移動しうる構造としたことを
   特徴とする温度差電池。