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알칼리금속을 전하운반체로 사용하는 열전발전장치(AMTEC ; Alkali Metal Thermal to Electric Converter)에 있어서, 상기 전하운반체의 이동통로가 되는 히트파이프(100)가 사행(蛇行;Serpentine)으로 형성되는 사행파이프부(1000);상기 사행파이프부(1000)의 일단(一端)에 형성되는 증발부(2000);상기 사행파이프부(1000)의 타단(他端)에 형성되는 응축부(3000);상기 사행파이프부(1000)의 증발부(2000)와 응축부(3000) 사이에 설치되는 다수의 열전발전모듈(4000)들을 포함하며, 상기 열전발전모듈(4000)은 상기 전하운반체로부터 전하를 주고받는 양극(anode)(300) 및 음극(cathode)(400)과, 상기 양극(300) 및 음극(400) 사이에 위치하며 전하운반체를 선택적으로 투과시키는 다공성전해질(500)을 포함하고,상기 사행파이프부(1000)를 구성하는 히트파이프(100)는 파이프의 내경(內徑) D가 (식 1) (식 2) (식 3) (식 1, 식 2 및 식 3에서, D는 파이프의 내경(內徑), σ는 표면장력, g는 중력가속도, ρf는 액체상태의 전하운반체의 밀도, ρg는 기체상태의 전하운반체의 밀도이다
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제 1항에 있어서, 상기 사행파이프부(1000)의 일단(一端)에 형성되는 증발부(2000)는 상기 사행파이프부(1000)의 타단(他端)에 형성되는 응축부(3000)의 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하는 열전발전장치
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제 1항에 있어서,상기 사행파이프부(1000)를 구성하는 히트파이프(100)는 단속(斷續)이 없는 폐곡선을 형성하는 것을 특징으로 하는 알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하는 열전발전장치
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제 1항에 있어서, 상기 열전발전모듈(4000)은상기 히트파이프(100)를 동축(coaxial)상에서 감싸며 형성되고 음극을 통과한 전하운반체의 이동통로가 되는 커버파이프(200);커버파이프(200)와 히트파이프(100)간의 전하운반체를 소통시키기 위하여 응축부(3000)방향 커버파이프(200) 말단에 인접한 히트파이프(100)의 벽면에 형성되는 개구부(110);를 포함하며, 상기 전하운반체와 전자를 교환하는 양극(300) 및 음극(400)과 상기 전하운반체를 선택적으로 투과시키는 다공성전해질(500)이 상기 증발부(2000)방향 커버파이프(200) 말단에 인접한 히트파이프(100)의 벽면에 형성되는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치
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제 7항에 있어서,상기 양극(300) 및 음극(400)은 PtW, RhW, TiC, TiN, SiN, RuO, Ru2O, Rh2W, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 니켈-철 합금, 스테인리스, 철(Fe), 청동 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 다공질의 멤브레인인 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치
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제 7항에 있어서,상기 알카리금속 전하운반체는 나트륨(Na), 칼륨(K), 리튬(Li) 중 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치
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제 7항에 있어서, 상기 다공성전해질(500)은 베타" 알루미나(Beta" alumina) 또는 나시콘(Na super-ionic conductor:NASICON)계의 고체전해질인 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치
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제 1항에 있어서, 상기 양극(anode)(300) 및 음극(cathode)(400)과, 상기 양극(300) 및 음극(400) 사이에 위치하며 전하운반체를 선택적으로 투과시키는 다공성전해질(500)은 각각 멤브레인으로 형성되고, 상기 양극(300) 멤브레인과 음극(400) 멤브레인 및 다공성전해질(500) 멤브레인이 적층되어 하나의 셀멤브레인(600)을 형성하는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치
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제 1항, 제 5항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 열전발전장치를 이용한 발전방법에 있어서,i) 증발부(2000)에서 전하운반체를 기체상태로 증발시켜 증기포(蒸氣泡)(700)를 형성하는 단계(s100);ii) 상기 증기포(700)와 히트파이프(100)의 사이에 액상의 전하운반체의 액체필름(liquid film)(800)이 형성되는 단계(s200);iii) 상기 증기포(蒸氣泡)(700)가 히트파이프(100) 내에서 히트파이프(100)의 길이방향으로 진동하면서 이동하는 단계(s300);iv) 상기 전하운반체 증기포(蒸氣泡)(700) 중 일부가 양극(300)을 통과하면서 전자를 내어놓는 단계(s400);v) 상기 전자를 내 놓은 전하운반체가 다공성전해질(500)을 통과하는 단계(s500);vi) 상기 다공성전해질(500)을 통과한 전하운반체가 음극(400)을 통과하면서 전자를 받는 단계(s600);vii) 상기 음극(400)을 통과한 전하운반체의 증기포(蒸氣泡)(700)가 커버파이프(200)의 통로를 통하여 응축부(3000)로 이동하는 단계(s700);viii) 상기 응축부(3000)로 이동한 전하운반체의 증기포(蒸氣泡)(700)가 응축되어 액체가 되는 단계(s800);ix) 상기 액체로 응축된 전하운반체가 히트파이프(100)의 통로를 통해 증발부(2000) 방향으로 이동하는 단계(s900);를 포함하는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 상기 증기포(蒸氣泡)(700)가 히트파이프(100) 내에서 진동하면서 이동하는 단계(s300)에서 상기 증기포(700)의 진동은 증발부(2000)에서의 전하운반체의 증발에 의한 증기포(700)의 생성과, 응축부(3000)에서의 증기포(700)의 응축으로 인한 히트파이프(100) 내의 압력차에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 상기 증발부(2000)에서 전하운반체를 기체상태로 증발시키는 단계(s100)의 증발부(2000)의 온도는 950K-1200K인 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 증발된 전하운반체 중 일부가 양극(300)을 통과하면서 전자를 내어놓는 단계(s400)에서, 상기 전하운반체는 증발부(2000)측 히트파이프(100)내의 평균압력(p1)과 증발부측 커버파이프(200) 내의 평균압력(p2)의 압력차에 의한 드라이빙포스(driving force)에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 상기 음극(400)을 통과한 전하운반체가 커버파이프(200)의 통로를 통하여 응축부(3000)로 이동하는 단계(s700)에서, 상기 전하운반체는 상기 증발부측 커버파이프(200) 내의 평균압력(p2)과 응축부측 커버파이프(200) 내의 평균압력(p3)의 압력차에 의한 드라이빙포스에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열전발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 상기 응축부(3000)로 이동한 전하운반체가 응축되어 액체가 되는 단계(s800)에서의 상기 응축부(3000)는 500-700K의 온도로 전하운반체를 응축시키는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열발전장치의 발전방법
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제 12항에 있어서, 상기 증발부(2000)측 히트파이프(100)내의 평균압력(p1)과, 증발부(2000)측 커버파이프(200) 내의 평균압력(p2)과, 응축부(3000)측 커버파이프(200) 내의 평균압력(p3)과, 응축부(3000)측 히트파이프(100)내의 평균압력(p4)은(식 4) p1 003e# p2 003e# p3 003e# p4상기 (식 4)에 따른 압력구배를 갖는 것을 특징으로 하는 알카리금속 전하운반체를 이용한 열발전장치의 발전방법
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