JP4789093B2 - 静電気発電用電極板駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電気発電装置の主要部分である陽極電極板を、電解質溶液で満たした水槽の中に浸漬、固定するとともに、回転陰極電極板を自然エネルギー等で回転させる等でコンデンサの接続構成を変化させ、コンデンサの合成静電容量を変化させることで電気エネルギーを得るための静電気発電用電極板駆動装置に関するものである。

静電気方式の発電装置として、波力発電装置及び静電気発電用電極板駆動装置等が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）が、いづれも非特許文献１に記載の「二要素型発電機」を応用したものであり、本発明は特許文献２の静電気発電用電極板駆動装置の課題を改善した静電気発電用電極板駆動装置である。
特許第３２４７０２２号公報（波力発電装置） 特許第４１１７６１３号公報（静電気発電用電極板駆動装置） 静電気ハンドブック（ＩＳＢＮ４−２７４−０３５１０−７）オーム社

特許文献２の静電気発電用電極板駆動装置は、通常の電極板と複数枚の絶縁体膜被覆電極板から形成されるコンデンサの電極板のうち、通常の電極板を水槽に満たした電解質溶液に浸漬させてコンデンサの一方の電極（陰極電極板）とするとともに、残りの複数枚の絶縁体膜被覆電極板を他方の電極（陽極電極板）とし、電解質溶液中と空気中に渡って回転させて前記コンデンサを可変コンデンサとすることを特徴としているが、次のような問題点があった。
（１）絶縁体膜で被覆された電極板を水槽内で回転させることにより絶縁体膜を損傷し、発電不能となる等の不具合があった。また、装置全体が大型化した。
（２）多数枚の絶縁体膜被覆電極板から構成される回転陽極電極板を水槽の中で回転させるには大型の水槽が必要となり、かつ、大きな回転力源を必要とした。

前記問題点を解決するために陽極電極板を回転する方法に代え、静電気方式の発電装置の主要部分である陽極電極板は水槽の中に浸漬、固定させるとともに、陰極電極板を回転させることでコンデンサの合成静電容量を変化させることを特徴とする電極板駆動装置に関するもので、第１発明の静電気発電用電極板駆動装置は、
静電気発電装置のコンデンサを形成する複数枚の電極板のうち、複数枚の一部の電極板を均等な位相差で花弁状に回転軸に取り付けて前記コンデンサの一方の電極（回転陰極電極板）とし、充放電回路に接続を可能とする。
残りの複数枚の電極板の表面を絶縁体膜で被覆し、陽極電極板として電気的に並列に接続するとともに並列に並べて水槽に満たした電解質溶液に浸漬、固定させて前記コンデンサの他方の電極（陽極電極板群）とし、逆止ダイオードを経由して充放電回路に接続を可能とする。
前記回転陰極電極板を前記水槽の液面上部に回転可能に設置し、自然エネルギーまたは他のエネルギーの回転力源に連結して回転駆動させる等で、電解質溶液中と空中に渡って回転または上下運動をさせることで前記コンデンサの接続構成を変化させ、よって前記コンデンサの合成静電容量を変化させることを特徴とする。

静電気発電用電極板駆動装置を図１〜図３のように構成した場合、まず、陰極電極板が電解質溶液の中に入っていくと、コンデンサの構成は陰極電極板／電解質溶液／絶縁体膜／陽極電極板となり、充電回路の印加電圧により最大の電荷がコンデンサに蓄積される。この状態で陰極電極板が電解質溶液の中から出てゆくとコンデンサは陰極電極板／空気／電極板（空気コンデンサＣａ）／電解質溶液／絶縁体膜／陽極電極板（絶縁体膜被覆コンデンサＣｂ）の構成となり、空気コンデンサＣａと絶縁体膜被覆コンデンサＣｂの直列接続になる。
直列接続のコンデンサの合成静電容量ＣはＣ＝（Ｃａ×Ｃｂ）／（Ｃａ＋Ｃｂ）となり、静電容量が小さくなる。このとき電荷は一定であるので、コンデンサの両端電圧は印加電圧より高くなり、コンデンサの電荷は、放電回路側に供給される。
次に、陰極電極板が電質溶液の中に入っていくと、コンデンサの構成は陰極電極板／電解質溶液／絶縁体膜／陽極電極板となり、静電容量は元の容量となる。コンデンサの両端電圧は低くなり、充電回路の印加電圧より低くなると、充電回路の印加電圧によりコンデンサの両端に電荷が蓄積される。上記サイクルの繰り返しにより放電回路に電気エネルギーが得られる。

以上のように、第１発明によれば、絶縁体膜で被覆処理された陽極電極板群を水槽の電解質溶液に浸漬、固定させるとともに、陰極電極板を自然エネルギーまたは他のエネルギーで水槽の中で回転等させることにより、次の効果が得られる。
（１）陰極電極板を回転または上下させることでコンデンサの接続を切り換えることに より、コンデンサの合成静電容量を最大と最小に変化させるとともに陽極電極板は回転駆動させないため、電極板及び電極板の絶縁体膜等の破損は発生しない。
（２）陽極電極板群を回転させる必要がないことから、各陽極電極板の面積を最大にすることが可能であるとともに間隔を最小限にすること等で大容量化が可能である。
（３）陰極電極板を回転、上下させるための駆動力は大型の陽極電極板を回転させる場合に比較して、極めて小さい駆動力での回転駆動等が可能である。

本発明の静電気発電用電極板駆動装置は、太陽光、風力発電等の特徴である発電出力の不安定や広大な用地及び高いコストさらに騒音、景観を損なう等の負の要因は皆無である。また、本装置は構造が単純で製造、設置が容易であり、安価で故障等が少なく、保守性、稼働率が高いため発電コストが低く、総合的な運用効率が極めて高い。

本発明の実施例を図面（図１〜図４）に基づいて説明する。

以下、第１発明の静電気発電用電極板駆動装置について説明する。
（１）複数枚の通常の電極板１と表面を絶縁体膜２で被覆処理された複数枚の絶縁体膜被覆電極板１’から形成されるコンデンサＣの各電極板のうち、複数枚の一部の電極板１（２〜３枚または１枚でもよい）を均等な位相差で花弁状に回転軸３に取り付けて陰極電極板４として前記コンデンサＣの一方の電極（回転陰極電極板５）とし、スリップリング６を経由して入力端子ａ’及び出力端子ｂ’に接続する。
（２）入力端子ａ’で第１直流電源Ｖａ（充電回路７）の負極に、また、出力端子ｂ’で第２直流電源Ｖａ（放電回路８）の負極にそれぞれ接続を可能とする。
（３）残りの電極板であって、この表面を比誘電率が電解質溶液９の成分の比誘電率より大きい絶縁体膜２で、かつ、μｍオーダの厚さに被覆処理された絶縁体膜被覆電極板１’をコンデンサＣの他方の電極（陽極電極板１０）とする。
（４）複数枚の陽極電極板１０を電気的に並列に接続し、スペーサ１１で挟んで並列に並べて陽極電極板群１２とし、水槽１３に満たした電解質溶液９に浸漬、固定させる。
（５）陽極電極板群１２を逆止ダイオードＤａ１４を経由（入力端子ａ側にアノード、陽極電極板群１２側にカソードを接続）して入力端子ａに接続するとともに、逆止ダイオードＤｂ１５を経由（陽極電極板群１２側にアノード、出力端子ｂ側にカソードを接続）して出力端子ｂに接続する。
（６）入力端子ａで第１直流電源Ｖａ（充電回路７）の正極に、また、出力端子ｂで第２直流電源Ｖｂ（放電回路８）の正極にそれぞれ接続を可能とする。
（７）負荷１６は、出力端子ｂ、ｂ’間に接続を可能とする。
（８）各陰極電極板４を電解質溶液９中と空気中に渡って回転させるために、回転陰極電極板５を水槽１３上部に水平に、かつ、回転軸３の下方に位置する陰極電極板４が電解質溶液９に全没する付近に回転可能な状態で設置する。回転陰極電極板５が３枚の陰極電極４で構成される場合、２枚の電極板１が同時に電解質溶液９に接しない位置に設置する。（１枚の電極板１を上下させることでもよい。）
（９）１枚の電極板１の下部の一部分を電解質溶液９に浸漬させるとともに、上部分は回転陰極電極板５と平行になるようにして水槽１３に固定させる。
（１０）回転軸３に自然エネルギー又は他のエネルギーの回転力源と連結するため、水力を利用する等の回転機構１７を取り付ける。
以上から構成される静電気発電用電極板駆動装置。

本発明は以上のような構造で、これを使用する場合は、本静電気発電用電極板駆動装置の入力端子ａ、ａ’間に蓄電池または電気二重層キャパシタ等から構成される第１直流電源（充電回路）を連接して直流電圧を印加するとともに、出力端子ｂ、ｂ’間には同様に第２直流電源（放電回路）を連接し、第１直流電源の直流電圧より高い直流電圧を印加して静電気発電装置を構成する。また、負荷は出力端子ｂ、ｂ’間に連接する。回転陰極電極板の回転軸を回転機構で水力等の自然エネルギー又は他のエネルギーの回転動力源と連接して回転陰極電極板を水槽の中で電解質溶液中から空気中に渡って回転等させることでコンデンサの接続を切り換えることにより、コンデンサの合成静電容量を最大と最小に変化させることで、静電気発電装置から安定、かつ、高効率の発電出力を得ることができる。

産業上の利用の可能性

本静電気発電用電極板駆動装置は、発電にあたって核燃料、石油等化石燃料を一切消費せず、有害な排出物を一切出さない極めてクリーン、安全な静電気発電の主要装置であり、その駆動回転力源は風力、波力、水力等すべての自然エネルギー又はその他のエネルギーに対応、利用することができる。
化石燃料等の資源のないわが国にあって、比較的小さな水力等のエネルギーで安定な出力を得ることのできる本装置は、他のエネルギーを利用した発電装置とともに産業上の利用の可能性は極めて高いものである。

本発明実施例１の静電気発電用電極板駆動装置の正面図である。 本発明実施例１の静電気発電用電極板駆動装置の側面図である。 本発明実施例１の静電気発電用電極板駆動装置の基本回路図である。 本発明実施例１の静電気発電用電極板駆動装置の陽極電極板の断面図である。

１ 電極板 １’ 絶縁体膜被覆電極板 ２ 絶縁体膜
３ 回転軸 ４ 陰極電極板 ５ 回転陰極電極板
６ スリップリング ７ 充電回路 ８ 放電回路
９ 電解質溶液 １０ 陽極電極板 １１ スペーサ
１２ 陽極電極板群 １３ 水槽 １４ 逆止ダイオードＤａ
１５ 逆止ダイオードＤｂ １６ 負荷 １７ 回転機構
ａ、ａ’ 入力端子 ｂ、ｂ’ 出力端子 Ｃ コンデンサ
Ｃａ 空気コンデンサ Ｃｂ 絶縁体膜被覆コンデンサ
Ｖａ 第１直流電源 Ｖｂ 第２直流電源

Claims (1)

1. 静電気発電装置のコンデンサを形成する複数枚の電極板のうち、複数枚の一部の電極板を均等な位相差で花弁状に回転軸に取り付けて前記コンデンサの一方の電極（回転陰極電極板）とし、充放電回路に接続を可能とする。
   残りの複数枚の電極板の表面を絶縁体膜で被覆し、陽極電極板として電気的に並列に接続するとともに並列に並べて水槽に満たした電解質溶液に浸漬、固定させて前記コンデンサの他方の電極（陽極電極板群）とし、逆止ダイオードを経由して充放電回路に接続を可能とする。
   前記回転陰極電極板を前記水槽の液面上部に回転可能に設置し、自然エネルギーまたは他のエネルギーの回転力源に連結して回転駆動させ、電解質溶液中と空中に渡って回転させることで前記コンデンサの接続構成を変化させ、よって前記コンデンサの合成静電容量を変化させることを特徴とする。
   以上から構成される静電気発電用電極板駆動装置。

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