(57)【要約】【課題】従来は固体電解質を焼結して製造したことを、集電と電極の機能を行うことができる金属支持体に固体電解質を高密度に薄膜でコーティングする工程を介して生産することにより、高温及び高圧でも耐久性と安定性を有し、薄膜で製造して効率が向上した熱変換発電セル及びその製造方法、これを利用した熱変換発電機を提供すること。【解決手段】熱変換発電セルにおいて、チューブ状の金属支持体と、前記金属支持体の表面に形成された固体電解質と、前記固体電解質の表面に形成された多孔性電極とを備える。【選択図】図１
2014132554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱変換発電セルにおいて、
チューブ状の金属支持体と、
前記金属支持体の表面に形成された固体電解質と、
前記固体電解質の表面に形成された多孔性電極と、を備える
ことを特徴とする金属支持型熱変換発電セル。
【請求項２】
前記金属支持体と前記固体電解質との間に多孔性電極機能層を備える
請求項１に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項３】
前記多孔性電極機能層の材質は、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、ＰｔＷ、ＲｈＷ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＲｕＯ，Ｒｕ２Ｏの少なくとも何れか一つを含む
請求項２に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項４】
前記金属支持体は、多孔性金属支持体である
請求項１または３に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項５】
前記多孔性金属支持体の材質は、モリブデン、チタニウム、タングステン、銅、ニッケル、ニッケル−鉄合金、ステンレス、鉄、青銅の少なくとも何れか一つを含む
請求項４に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項６】
前記固体電解質は、ベータアルミナ系またはＮＡＳＩＣＮ系固体電解質であり、薄膜で形成された
請求項５に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項７】
前記多孔性電極の材質は、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、ＰｔＷ、ＲｈＷ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＲｕＯ，Ｒｕ２Ｏの少なくとも何れか一つを含む
請求項６に記載の金属支持型熱変換発電セル。
【請求項８】
金属支持型単位熱変換発電機において、
請求項７の熱変換発電セルと、
ケースと、
前記ケース内部に配置する作動流体と、
前記ケース上端部に位置し、前記熱変換発電セルを通過した作動流体を捕集して凝縮する凝縮部と、
ケース下端部に位置し、作動流体に熱を伝達して蒸気に変換させ、前記熱変換発電セルで作動流体蒸気を移送する蒸発部と、
前記凝縮部と前記蒸発部との空間を連結して作動流体が移送できる循環部と、
前記蒸発部と前記熱変換発電セルとの間を接合する接合部と、を備える
ことを特徴とする単位熱変換発電機。
【請求項９】
前記単位熱変換発電機は、前記ケース下端部を加熱する熱源を備える
請求項８に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１０】
前記単位熱変換発電機の熱変換発電セルにおいて、電極と金属支持体が電気的に連結されて発電された電気を制御する発電部を備える
請求項９に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１１】
前記単位熱変換発電機の接合部は、熱変換発電セルで生成された電気が前記発電部に流れるようにするために絶縁性を有する材質からなる
請求項８ないし１０のいずれかに記載の単位熱変換発電機。
【請求項１２】
前記接合部は、絶縁性を有するアルファアルミナと、
接合性を高めるための金属管と、を使用した
請求項１１に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１３】
前記作動流体は、アルカリ金属である
請求項８に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１４】
前記アルカリ金属は、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉの少なくとも何れか一つを含む
請求項１３に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１５】
前記凝縮部は、毛細管ウィックと、
凝縮機と、を備える
請求項８に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１６】
前記循環部は、毛細管循環ウィックで構成される
請求項８に記載の単位熱変換発電機。
【請求項１７】
多数個の熱変換発電セルを含む熱変換発電機であって、
前記熱変換発電機は、
請求項７の熱変換発電セルを多数個含み、
ケースと、
前記ケース内部に配置する作動流体と、
前記ケース上端部に位置し、熱変換発電セルを通過した作動流体を捕集して凝縮する凝縮部と、
ケース下端部に位置し、作動流体に熱を伝達して蒸気に変換させ、前記熱変換発電セルで作動流体蒸気を移送する蒸発部と、
前記凝縮部と前記蒸発部との空間を連結して作動流体が移送できる循環部と、
前記蒸発部と前記熱変換発電セルとの間を接合する接合部と、
前記各熱変換発電セルにおいて、電極と金属支持体が電気的に連結されて発電した電気を制御する発電部と、
前記ケース下端部を加熱する熱源と、を備える
ことを特徴とする熱変換発電機。
【請求項１８】
請求項１の熱変換発電セルの製造方法において、
（i）金属材質でありチューブ状からなる金属支持体を製造するステップと、
（ii）前記金属支持体の表面にコーティング工程を使用して薄膜で固体電解質コーティング層を形成するステップと、
（iii）前記固体電解質コーティング層の表面に多孔性電極を形成するステップと、を含む
ことを特徴とする金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【請求項１９】
請求項２の熱変換発電セルの製造方法において、
（i）金属材質でありチューブ状からなる金属支持体を製造するステップと、
（ii）前記金属支持体の表面に多孔性電極機能層を形成するステップと、
（iii）前記多孔性電極機能層の表面にコーティング工程を使用して薄膜で固体電解質コーティング層を形成するステップと、
（iv）前記固体電解質コーティング層の表面に多孔性電極を形成するステップと、を含む
ことを特徴とする金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【請求項２０】
前記固体電解質コーティング層を形成するステップは、溶射コーティングまたはプラズマコーティングの少なくとも何れか一つを用いて薄膜でコーティング層を形成する
請求項１８または１９に記載の金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【請求項２１】
前記固体電解質は、ベータアルミナ系またはＮＡＳＩＣＮ系固体電解質を使用する
請求項２０に記載の金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【請求項２２】
前記（i）ステップにおいて、前記金属支持体は多孔性金属支持体であって、その材質は、モリブデン、チタニウム、タングステン、銅、ニッケル、ニッケル−鉄合金、ステンレス、鉄、青銅の少なくとも何れか一つを含んで構成される
請求項１８または１９に記載の金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【請求項２３】
前記多孔性電極機能層と前記多孔性電極の材質は、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、ＰｔＷ、ＲｈＷ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＲｕＯ，Ｒｕ２Ｏの少なくとも何れか一つを含む
請求項１８または１９に記載の金属支持型熱変換発電セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変換発電セルに関するものであって、従来のベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）などと同じＮａイオン伝導性セラミックをチューブの形態で焼結して製造したものを、多孔性金属でチューブを製造した後に表面にベータアルミナ固体電解質層をコーティングする方法で作った熱変換発電セル及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属熱電変換器（Ａｌｋａｌｉ  Ｍｅｔａｌ  Ｔｈｅｍａｌ  ｔｏ  Ｅｌｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、熱エネルギーから電気エネルギーを生産することが可能な熱変換電気発生装置である。イオン伝導性を有するベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）の両端に温度差を与えればセル内部に充電されているＮａの蒸気圧の差によってＮａ＋イオンになった後に中性化される過程で電気が発生する。この時、低電圧、大電流が発生するが、直列や並列に連結してモジュール化する場合、大容量発電が可能である。
アルカリ金属熱電変換器技術は、宇宙用電力源として開発がスタートした技術であって、単位面積当たり高い電力密度、高効率、安定性を保持するという長所がある。また、熱源は太陽エネルギー、化石燃料、廃熱、地熱、原子炉など多様な熱源を使用できるという長所があり、既存の発電方式とは異なり、タービンやモーターのような駆動部なしに電気を生産することができる発電セルから構成され、熱と接触される部位から直接電気を生産することができ、直列または並列でモジュール化する場合、数ｋｗから数百ｍｗ規模の大容量発電が可能である。現在、廃熱を回収する技術は、熱交換器や廃熱ボイラーを使用して熱水や燃焼用空気等の形態で回収している。アルカリ金属熱電変換器は高品質の電気を直接生産して効率を上げることができ、既存の技術を代替することができる有望な技術として台頭している。
【０００３】
アルカリ金属熱電変換器から電気を生産する過程を具体的に見てみると、Ｎａ蒸気が熱源によって高温高圧領域である蒸発器で蒸気状態に変わり、Ｎａ＋がベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔｅ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）で通過し、自由電子は陰極（ａｎｏｄｅ）から電気負荷で通過して陽極（ｃａｔｈｏｄｅ）に戻って低温低圧領域のベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）の表面から出るイオンと再結合して中性化される過程で電気を発生する。
【０００４】
電気を発生するエネルギー源または原動力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）は、熱変換発電機内部にＮａの蒸気圧が最も大きく作用し、また、作用流体の濃度差、温度差によってＮａが固体電解質を通過する過程で発生する自由電子を電極を介して集電することによって発電が可能になる。
固体電解質には、ベータアルミナとＮＡＳＩＣＮ（Ｎａ  ｓｕｐｅｒ−ｉｏｎｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を使用することができる。ベータアルミナには、ｂｅｔａ´−ａｌｕｍｉｎａとｂｅｔａ´´−ａｌｕｍｉｎａの二種類がある。ｂｅｔａ´´−ａｌｕｍｉｎａが層状構造がより一層発展しており、Ｎａ＋イオンの伝導性がはるかに良いため、一般的に使用されている。
中性のＮａ蒸気は、低圧領域の凝縮器の内表面で冷却によって凝縮され、毛細管ウィックにより蒸発器に移動して蒸発器で再び蒸気状態に変わる過程を繰り返すことになる。蒸発器の温度は９００〜１１００Ｋの範囲にあり、凝縮器の温度は５００〜６００Ｋになるのが一般的である。アルカリ金属熱電変換器の熱変換電気発生効率は４０％まで可能である。
【０００５】
関連する特許文献１は、Ａｌ（ＯＨ）３、ナトリウム含有化合物及び溶媒を含む混合物を機械的に粉砕するステップ、前記混合物を５００℃ないし９００℃で熱処理するステップ、及び前記混合物を焼結するステップを含むベータアルミナ固体電解質の製造方法に関するものであって、前記ベータアルミナ固体電解質の製造方法は、低温における焼結を可能にし、ナトリウムの揮発を抑制することにより、高密度及び低い気孔率のベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）を製造することを特徴とする。
しかし、前記方法では固体電解質の厚さを薄く形成して抵抗を減らす場合、焼結体の機械的強度が低くなって破壊の危険があり、また、製造できる固体電解質の厚さの薄膜化に限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国公開特許公報公開１０−２０１２−００６２２７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の熱変換発電セルの製造は、ベータアルミナ固体電解質（Ｂｅｔａ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｏｌｙｔｅ：ＢＡＳＥ）などのような伝導性セラミックをチューブ状に焼結して製造した後、内部及び外部にＭｏ、ＴｉＮ、ＲｕＯまたはＲｕ２Ｏのような電極を形成して単位セルを製造した後、これを再びａ−ａｌｕｍｉｎａ／ｍｅｔａｌに多重接合して製造した。固体電解質は抵抗を減らすためにその厚さを薄く形成する必要があるが、これと同時に強度及び耐久性を高めるために密度を高く製作しなければならない。そのためにベータアルミナ固体電解質の厚さを薄く形成して製造する場合、その過程で焼結体の機械的強度が低くなり、製造及び運転中に破壊の危険がある。また、現在のセラミック工程を用いる場合、固体電解質厚さの薄膜化には限界があり、チューブの外部集電は容易だがチューブ内側の電気を集電したりスタックを製造し難くくなる。またＮａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物粉末を混合し、これを焼結する固相法の場合、焼結密度が低く気孔率が大きくなるため、電気的特性が落ちる。固相法は高温合成によりＮａの揮発が多くて正確な組成を作り難いという短所があった。
この他にも、ＮＡＳＩＣＮ（Ｎａ  ｓｕｐｅｒ−ｉｏｎｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に優れた陽イオン伝導で脚光を浴びており、また、高温用固体電解質物質として研究されたことがあるが、長時間高温に露出した時に結晶構造の安定性が問題になっている。
【０００８】
このような限界を克服するために、多孔性金属チューブを製造した後、表面にベータアルミナ系またはＮＡＳＩＣＮ系の固体電解質層をコーティングして薄膜で製造し、固体電解質の抵抗を減らすと同時に強度及び耐久性を同時に高めることができ、性能を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明は、多孔性金属チューブを製造した後、表面に固体電解質層をコーティング工程を用いて薄膜で製造する方法を使用し、熱変換発電セルを製造した。多孔性金属支持体上に固体電解質層を形成するために、溶射コーティング、プラズマコーティング工程を使用し、セラミック粉末を高温で溶融させた後、ノズルから噴射して多孔性金属支持体に別途の焼結工程なしに高い密度を有するように緻密にコーティングでき、金属−還元の雰囲気、セラミック−酸化の雰囲気、及び熱膨張係数の差による熱処理過程で破壊が発生しなくなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、熱変換発電セルの製作において、多孔性金属支持体上に固体電解質層を形成するためにコーティング工程を使用した。したがって、熱処理工程が必要でないため、金属支持体の多孔性構造をそのまま保持することが可能であり、従来の高温の焼結工程が不要なため、製造単価を低くすることができる。コーティング工程で溶射コーティングまたはプラズマコーティング工程を使用することができるが、固体電解質層の厚さ、組成及び密度を制御することが可能だが、厚さを薄くすると同時に密度を高くして効率を上げることが可能である。金属支持体は、内部電極に用いることが可能なため、損失なしに内部集電が可能であり、また、支持体が金属なので接合が容易という長所もある。固体電解質が金属支持体に膜の形態で形成されているため、内部圧力を高めることができる。運転圧に安定性を持ち、また、熱変換発電の運転過程で発生する熱衝撃に耐久性を有することになる。したがって、熱及び機械的衝撃に強く、熱変換発電セルの破損の危険が小さくなり、耐久性及び安定性が大きくなって、薄膜で形成し抵抗が減って効率を上げることができる。また、熱変換発電セルを使用して、モータ、エンジン、駆動部のない発電機製作が可能であり、騒音発生が少なく、軽いながらも経済性があり、高い効率を有する発電機製作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の熱変換発電セルの構成図
【図２】本発明の熱変換発電セルの断面を示す構成図
【図３】単位熱変換発電機の原理を示す構成図
【図４】熱変換発電セルの金属支持体と多孔性電極に電線を連結して発生する電気を制御する発電部の作動原理を示す構成図
【図５】熱変換発電セルと接合部の一実施例を示す構成図
【図６】熱変換発電機の一実施例を示す構成図
【図７】熱変換発電機の作動原理を示す構成図
【図８】薄膜の固体電解質コーティング層を有する金属支持型熱変換発電セルの製造方法を段階別に示すフローチャート
【図９】薄膜の固体電解質コーティング層を有する金属支持型熱変換発電セルの製造方法を段階別に示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の金属支持型熱変換発電セル及びこの製造方法、熱変換発電セルを含む熱変換発電機の一実施例を下記に添付された図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の金属支持型熱変換発電セル１００の構成図であり、図２は、金属支持型熱変換発電セル１００の断面を示す構成図である。
熱変換発電セル１００は、チューブ状の金属支持体１１０、多孔性電極機能層１２０、金属支持体の表面に形成された固体電解質１３０、固体電解質の表面に形成された多孔性電極１４０を含んで構成される。この時、多孔性電極機能層１２０を除いて熱変換発電セル１００を製造できるが、金属支持体１１０が集電及び電極機能を全て行えるためである。したがって、金属支持型熱変換発電セル１００は、チューブ状の金属支持体１１０、金属支持体の表面に形成された固体電解質１３０、固体電解質の表面に形成された多孔性電極１４０を含んで構成することができる。
【００１４】
多孔性電極機能層１２０と多孔性電極１４０の材質は、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、ＰｔＷ、ＲｈＷ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＲｕＯ，Ｒｕ２Ｏの少なくとも何れか一つを含んで構成することができ、本実施例に制限されないのは勿論である。
熱変換発電セル１００において金属支持体１１０は、多孔性金属支持体を使用することになる。多孔性金属支持体の材質は、モリブデン、チタニウム、タングステン、銅、ニッケル、ニッケル−鉄合金、ステンレス、鉄、青銅の少なくとも何れか一つを含んで構成されるものを使用することができ、望ましくは、融点が高く高温の環境で使用するのに適合したモリブデンを使用することができるが、本実施例に制限されないのは勿論である。
【００１５】
従来は、金属支持体１１０を使用せず、固体電解質を焼結する方法を使用したため、固体電解質の厚さを減らすことになれば、耐久性及び安定性が減少することになるという問題点があった。金属支持体１１０を製造した後に固体電解質層を形成するため、固体電解質１３０を薄膜で形成することができる。固体電解質１３０を薄膜で形成することになれば、抵抗を減らすことができ、結果的に効率が向上することになる。また、金属支持体を使用することになることで耐久性及び安定性が向上することになり、全体的に性能が向上することになる。
【００１６】
固体電解質１３０は、ベータアルミナ系またはＮＡＳＩＣＮ系の固体電解質を使用することができる。ベータアルミナには、ｂｅｔａ´−ａｌｕｍｉｎａとｂｅｔａ´´−ａｌｕｍｉｎａの二種類がある。ｂｅｔａ´´−ａｌｕｍｉｎａが層状構造がより一層発展しており、伝導性がはるかに良いため、一般的に使用されている。最近は、ベータアルミナに特定成分を添加して固体電解質に使用することに対する研究が進められており、ベータアルミナそれ自体だけでなく、特定成分が添加されたベータアルミナ系の固体電解質を使用している。ＮＡＳＩＣＮは、優れた陽イオン伝導性で高温用固体電解質物質として研究されている。
【００１７】
図３は、金属支持型熱変換発電セルを含む単位熱変換発電機の原理を示す構成図である。
単位熱変換発電機２００は、熱変換発電セル１００、ケース２１０、ケース内部に配置して熱変換発電セルを通過する過程で電気を発生させる作動流体、ケース上端部に位置して前記熱変換発電セルを通過した作動流体を捕集して凝縮する凝縮部２２０、ケース下端部に位置して作動流体に熱を伝達して蒸気に変換させ、前記熱変換発電セルで作動流体蒸気を移送する蒸発部２４０、前記凝縮部２２０と蒸発部２４０の空間を連結して作動流体を移送することができる循環部２３０、前記蒸発部２４０と熱変換発電セル１００との間を接合する接合部２５０から構成される。
【００１８】
熱変換発電機２００は、ケース２１０の下段部を加熱する熱源をさらに含むが、熱源から熱が伝えられて熱変換発電機２００内で電気エネルギーを生産することができる。この時、図４に示されているように、熱変換発電機２００の熱変換発電セル１００で電極１４０と金属支持体１１０が電気的に連結された発電部（３１０）が発電した電気を制御することになる。蒸発部２４０と熱変換発電セル１００との間を接合する接合部２５０は、絶縁性を有する材質になっていて、熱変換発電セル１００で生成された自由電気は発電部３１０に流れることになる。この時、図５に示されているように、接合部は絶縁性を有するアルファアルミナ２５１と接合性を高めるための金属管２５２を含んで構成することができるが、本実施例に制限されないのは勿論である。
【００１９】
作動流体はアルカリ金属を使用することになるが、この時、アルカリ金属はＮａ、Ｋ、Ｌｉの少なくとも何れか一つを含めることができるが、本実施例に制限されないのは勿論である。Ｎａが作動流体である場合、蒸発部の温度が１１００Ｋ、凝縮部の温度が６５０Ｋに達して溶融点がさらに低いＫの場合は、駆動温度をそれぞれ１２０Ｋほどに低くすることができるという長所がある。それゆえに、熱力学的な理論効率は、Ｋを作動流体で使用する場合がさらに高くなるが、実際の適用上の問題で一般的にＮａを作動流体で利用することになる。
凝縮部２２０は、凝縮器２２１と毛細管ウィック２２２で構成され、凝縮部２２０で凝縮された作動流体は循環部２３０の毛細管循環ウィック２３１に沿って蒸発部２４０に移動することになり、作動流体が循環をすることになる。
【００２０】
図６は、熱変換発電セル１００が多数個含まれている熱変換発電機３００を示す構成図である。
熱変換発電機３００は、多数個の熱変換発電セル１００、ケース２１０、作動流体、ケース２１０上段部に位置してそれぞれの熱変換発電セル１００を通過した作動流体を捕集して凝縮する凝縮部２２０、ケース２１０下端部に位置して作動流体に熱を伝達して蒸気に変換させ、それぞれの熱変換発電セル１００で作動流体の蒸気を移送する蒸発部２４０、凝縮部２２０と蒸発部２４０の空間を連結して作動流体を移送することができる循環部２３０、前記蒸発部２４０とそれぞれの熱変換発電セル１００との間を接合する接合部２５０、そしてそれぞれの熱変換発電セル１００で電極１４０と金属支持体１１０が電気的に連結されて発電した電気を制御する発電部３１０、そしてケース下端部を加熱する熱源を含んで構成される。
【００２１】
図７は、熱変換発電機３００の作動原理を示す構成図である。
熱源から熱変換発電機３００に熱が伝達されると、作動流体が熱変換発電機３００の内部を循環することになる。具体的に、熱源のエネルギーによって、作動流体の蒸気圧が上昇し、熱変換発電セル１００の内部と外部で作動流体の濃度差、温度差が発生することになるが、これを推進力で作動流体がそれぞれの熱変換発電セル１００の固体電解質１３０を通過する過程で電気が発生することになる。熱変換発電セル１００を通過した作動流体は、凝縮部２２０で凝縮されて循環部２３０の毛細管循環ウィック２３１を介して蒸発部２４０に移動し、再び蒸発部２４０からそれぞれの熱変換発電セル１００に作動流体の蒸気が移動しながら循環することになる。
【００２２】
図８は、電極機能層１２０を含まない熱変換発電セル１００の製造方法を段階別に示したフローチャートである。
金属材質でありチューブ状になった金属支持体を製造するステップ、金属支持体の表面にコーティング工程を使用して薄膜で固体電解質コーティング層を形成するステップ、固体電解質コーティング層の表面に多孔性電極を形成するステップで熱変換発電セル１００を製造することができる。
【００２３】
図９は、電極機能層１２０を含む熱変換発電セル１００の製造方法を段階別に示したフローチャートである。
金属材質でチューブ状になった金属支持体を製造するステップ、金属支持体の表面に多孔性電極機能層を形成するステップ、多孔性電極機能層の表面にコーティング工程を使用して薄膜で固体電解質コーティング層を形成するステップ、固体電解質コーティング層の表面に多孔性電極を形成するステップで電極機能層１２０を含む熱変換発電セル１００を製造することができる。
【００２４】
この時、固体電解質コーティング層を形成するステップは、溶射コーティングまたはプラズマコーティングの少なくとも何れか一つを用いて薄膜でコーティング層を形成でき、望ましくは、薄膜でコーティングするために溶射コーティングを使用した方が良いが、本実施例に制限されないのは勿論である。固体電解質は、ベータアルミナ系またはＮＡＳＩＣＮ系固体電解質を使用でき、望ましくは、ベータ´´アルミナ（ｂｅｔａ´´−ａｌｕｍｉｎａ）系固体電解質を使用した方が良いが、本実施例に制限されるのではないことは勿論である。
【００２５】
金属支持体は多孔性金属支持体であって、その材質はモリブデン、チタニウム、タングステン、銅、ニッケル、ニッケル−鉄合金、ステンレス、鉄、青銅の少なくとも何れか一つを含んで構成されるものとしてチューブ状で製造でき、望ましくは、溶融点が高いので高温で安定性が保持され、価格面で経済性があるモリブデンを使用することができるが、本実施例に制限されないのは勿論である。
前記多孔性電極機能層と前記多孔性電極の材質は、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、ＰｔＷ、ＲｈＷ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＲｕＯ，Ｒｕ２Ｏの少なくとも何れか一つを含んで構成することができるが、本実施例に制限されないのは勿論である。
【００２６】
本発明を添付された図面と共に説明したが、これは本発明の要旨を含む多様な実施形態の中の一つの実施例に過ぎず、当業者が容易に実施することができるようにするところにその目的があるので、本発明は、前記説明された実施例にのみ限定されるのではない。本発明の保護範囲は、請求の範囲によって解釈され、本発明の趣旨を外れない範囲内での変更、置換、代替などによりそれと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれる。また、図面の一部の構成は、構成をより明確に説明するためのもので、実際よりも誇張されたり縮小されて提供されたものである。
【符号の説明】
【００２７】
１００      熱変換発電セル
１１０      金属支持体
１２０      多孔性電極機能層
１３０      固体電解質
１４０      多孔性電極
２００      単位熱変換発電機
２１０      ケース
２２０      凝縮部
２２１      凝縮器
２２２      毛細管ウィック
２３０      循環部
２３１      毛細管循環ウィック
２４０      蒸発部
２５０      接合部
２５１      アルファアルミナ
２５２      金属管
３００      熱変換発電機
３１０      発電部
【図１】
2014132554.tif 000003
【図２】
2014132554.tif 000004
【図３】
2014132554.tif 000005
【図４】
2014132554.tif 000006
【図５】
2014132554.tif 000007
【図６】
2014132554.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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