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公開番号2025060344
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023179892
出願日2023-09-30
発明の名称高電荷低電位電荷搬送体
出願人個人
代理人
主分類H02N 1/08 20060101AFI20250403BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】課題は、帯電した電荷搬送体を低電位の充電源から高電位の回収源に搬送する際に該電荷搬送体を押し戻す方向に作用する後退静電力を小さくして該電荷搬送体の搬送に要する推力を小さくすることと、搬送中の電荷搬送体の電位を低く抑えることである。
【解決手段】電荷搬送体の電荷保持層71の近傍に電位制御層73を設け、充電源と電荷保持層の間の電位にすることで、該電荷搬送体に加わる静電力を小さくし、かつその電位を低くして達成した。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
誘電性支持体の表面に導電性の電荷保持層を有する電荷搬送体の近傍に導電性の電位制御層を有することを特徴とする静電発電機。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層を、電荷搬送体の誘電性支持体中に置くこと。
【請求項３】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層に、該電荷搬送体の充電源（例えば充電エレクトレット）の電位と、電荷保有層の電位の中間の電位を与えること。
【請求項４】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層を接地すること。
【請求項５】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層の厚さを薄くすること。
【請求項６】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層の厚さを０．１ｍｍ以下とすること。
【請求項７】
請求項１の電荷搬送体において、電位制御層の幅を電荷保持層の１．５割以上とすること。
【請求項８】
請求項１の電荷搬送体において、電荷保持層の厚さを薄くすること。
【請求項９】
請求項１の電荷搬送体において、電荷保持層の厚さを０．０５ｍｍ以下とすること。
【請求項１０】
請求項１の電荷搬送体において、電荷保持層と電位制御層間の間隔を薄くすること。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電発電機において電荷搬送体を低電位から高電位に搬送する推力を大幅に低減し且つ搬送できる電荷量を大幅に増やすことができる電荷搬送体の新規な構成に関するものである。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
地球の温暖化と、環境問題を解決するために、二酸化炭素を発生しない発電方法がいろいろと実施されている。例えば、原子力発電、太陽光発電、風力発電等である。しかしながら、これらは、安全性、安定性、コスト、及び耐久性、並びに小型化等の観点で難がある。他方、静電発電機は、製造、使用、及び廃棄を通じて危険性はなく、又、天候、発電時刻に左右されず、発電量は常時安定である。更に、小型化も容易なため、蓄電器や送電線も不要で、低コストでできる電源である。
【０００３】
かかる静電発電機は、低電位の電荷充電電極（以下充電電極という）で、電荷を電荷搬送体に注入し、電界においてこれに作用する静電力に逆らって、該電荷搬送体を高電位の電荷回収電極（以下回収電極という）まで搬送し持ち上げ、そこで、搬送した電荷を回収するものである。現在もっとも有名で普及している静電発電機は、バンデグラフ型静電発電機である。その構成を図１に示す。
電荷搬送体となる絶縁性ベルト６に、その最下点で、高圧電源１により高電位が付与されたコロナ放電電極２により正電荷が帯電される。絶縁性ベルト６は図示されない電気モータにより時計回りに回転され、正帯電部は上方の高圧電極４内に入る。そこで、正電荷除去用放電電極３との間にコロナ放電が発生し、搬送された正電荷は高圧電極４に回収される。高圧電極の電位は例えば１００万ボルトと、下部で絶縁性ベルト６に帯電された電荷の電位よりはるかに高いので、発電されたことになる。その出力は、電位差（１００万ボルト）と搬送された電荷量の積である。電位差は非常に大きいが、搬送される電荷量は非常に小さく、その出力は、電気モータの消費エネルギーより小さい。ゆえに、システム全体からみると、これは高電圧発生器ではあるが発電機とは言えない。最下点でのコロナ放電電圧をより高くして搬送電荷量を増大することは可能だが、搬送中その電荷の電位が高くなりその周囲の電界の強度がコロナ放電開始電界を越えるとその時点でコロナ放電が発生し搬送中の電荷は無くなるので搬送電荷量は増やせない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１５０７８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
静電気ハンドブック静電気学会１９９８年版Ｐ．９６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電荷搬送体を充電源で帯電させ、該電荷搬送体を回収源まで搬送しそこで電荷を回収する静電発電機において、該帯電した電荷搬送体に作用する強い後退静電力を弱めて該電荷搬送体の搬送に必要な推力を減少させ、かつ搬送中の電荷搬送体の電位を弱めて搬送可能な電荷量を増大させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記発明が解決しようとする課題を、電荷搬送体の近傍に電位制御層を設けこれを接地することで、達成した。
【発明の効果】
【０００８】
帯電した電荷搬送体の近傍に電位制御層を設け、これを接地することで、ここに電荷搬送体の帯電電荷と異極性の電荷を静電誘導することで、該帯電電荷と、充電源または回収源との間に発生する静電力を遮断することで、該帯電電荷搬送体に作用する静電力を小さくして、その推力を低下させることができた。また接地した電位制御層を設けることにより搬送中の電荷搬送体の電位を低電位に維持することで搬送可能な電荷量を大幅に増やすことができた。
この結果、今までは、電源として使用できなかった静電発電機が使用できるようになり、再生エネルギーとして、環境問題の解決に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、バンデグラフ型静電発電機を説明する模式図である。
図２は、バンデグラフと同原理の簡易構成の静電発電機を説明する模式図である。
図３は、電荷搬送体に作用する静電力の方向と概略の大きさを示す模式図である。
図４は、帯電した電荷搬送体が充電エレクトレットから回収電極に移動する間に受ける静電力を示すグラフである。
図５は、帯電した電荷搬送体が充電エレクトレットから回収電極に移動する間の電荷搬送体の電位を示すグラフである。
図６は、本発明の電荷搬送体の構成を示す正面略図である。
図７は、電位制御層の有無による搬送中の電荷搬送体に作用する静電力の違いを示すグラフである。
図８は、電位制御層の有無による搬送中の電荷搬送体の電位の違いを示すグラフである。
図９は、電荷保持層と電位制御層の間隔と電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１０は、電位制御層の厚さと電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１１は、電位制御層の幅と電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１２は、電位制御層の電位と電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１３は、電荷保持層を含む支持体の厚さと電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１４は、電荷保持層の膜厚と電荷搬送体に作用する静電力の関係を示すグラフである。
図１５は、電荷搬送体円板平面図である。
図１６は、充電回収円板平面図である。
図１７は、電荷搬送体円板を挟む２枚の充電回収円板で構成される静電発電機１セットの鳥観図である。
図１８は、１セットを多段に重ねた静電発電機の立面図である。
【００１０】
静電発電機の電荷搬送体の推力を低下させるためには、まず現状の静電発電機で、低電位から高電位まで該電荷搬送体に作用する静電力を知る必要がある。また、搬送中の電荷搬送体の電位を低電位にするためにはこの間の電荷搬送体の電位を知る必要がある。もちろん、空気抵抗力や機械的な摩擦もあるが、それらは静電力に比較すると小さいので省略する。該静電力および電位は二次元差分法によりシミュレーションできる。ただし、バンデグラフ発電機の形状は複雑なので、物理的内容が同じで、もっとシンプルの構成としてシミュレーションを実施した。その静電発電機の構成を図２に示す。また、コロナ放電のシミュレーションは大変複雑になるので、充電はエレクトレットによる静電誘導に、回収は疑似ファラディーゲージに変更した。
（【００１１】以降は省略されています）

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