(57)【要約】【課題】        摂氏度正又は負の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法を、簡略化するために、炭素と金属、又は炭素と導電性樹脂、又は互いに組成の異なる２種類の炭素、のそれぞれの一端を負荷接続端子とした以外を接続して一体化し、これを同時同温で加熱し、又は氷点以下に同時同温で冷却して、負荷接続端子に正、又は負の起電力を生じさせる。【解決手段】    炭素と金属（試行例として、ＰＡＮ系炭素繊維と鉄）を基本的に図２の様に接続する。これを熱すると負荷接続端子ａ１（負極）とｂ１（正極）の間に正の起電力が生じて、正の電流が発生し、氷点以下に冷却すると、ａ１とｂ１の間に負の起電力が生じて、負の電流が発生する炭素発電の方法で構成した。【選択図】      図２
2006210859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素（グラファイト及びナノカーボン等の炭素同素体を含む。以下、同）と金属を正極と負極の負荷との接続端子として要する部分を残した大部分を、基本的に図２の様な形状に接続し、これを摂氏度正又は負（０℃を含む。以下同）の熱源で加熱又は冷却する事により、正（ｂ１）負（ａ１）両極の負荷接続端子間に正又は負の起電力が生じて、正又は負の電流が発生する炭素発電（正極又は負極のどちらか一方に炭素を用いる事による仮の呼称）を行なう方法。
【請求項２】
炭素と導電性樹脂を正極と負極の負荷との接続端子として要する部分を残した大部分を、基本的に図２の様な形状に接続し、これを摂氏度正又は負の熱源で加熱又は冷却する事により、正（ｂ１）負（ａ１）両極の負荷接続端子間に正又は負の起電力が生じて、正又は負の電流が発生する炭素発電を行なう方法。
【請求項３】
互いに組成の異なる２種類の炭素、例えばＰＡＮ系炭素繊維と黒鉛棒を、基本的に図２の様な形状に接続し、これを摂氏度正又は負の熱源で加熱又は冷却する事により、正（ｂ１）負（ａ１）両極の負荷接続端子間に正又は負の起電力が生じて、正又は負の電流が発生する炭素発電を行なう方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２で図２に於て、金属又は導電性樹脂の寸法を延ばして図３又は図４の様な形状にし（金属又は導電性樹脂の寸法は限定しない）、炭素と密着接続した個所を重点に摂氏度正又は負の熱源で加熱又は冷却する事により、正負両極の負荷接続端子間に起電力が生じて電流が発生する炭素発電を行なう方法。
【請求項５】
請求項３で図２に於て、例えば黒鉛棒の寸法を延ばして図３又は図４の様な形状にし（黒鉛棒の寸法は限定しない）、ＰＡＮ系炭素繊維と密着接続した個所を重点に摂氏度正又は負の熱源で加熱又は冷却する事により、正負両極の負荷接続端子間に起電力が生じて電流が発生する炭素発電の方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５の方法を原理として製作する、様々な熱源に相応の形状をした炭素発電装置。
【請求項７】
太陽熱を熱源とした請求項６の炭素発電装置と、太陽光発電装置を連動させた発電システム。
【請求項８】
摂氏度負の温度で冷却して起電力を生ずる請求項６の炭素発電装置と、太陽光発電装置を連動させた発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、炭素と金属、又は炭素と導電性樹脂、又は互いに組成の異なる２種類の炭素を接続し、これを摂氏度正又は負の同じ温度を熱源として同時に加熱又は冷却すると、炭素と金属、又は炭素と導電性樹脂、又は互いに組成の異なる２種類の炭素の間に、正又は負の起電力と、正又は負の電流が生ずる炭素発電の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  熱エネルギーを、直接電気エネルギーに変換する熱発電の方法として従来、ゼーベック効果を応用したものや、特許公開２００３−２５０２８５による熱した電子放出部材（正極）から放出された電子が一定の距離（真空或いは不活性ガスが満たされている空間）を通過して電子収集部材（負極）で収集するものが知られている。
これらは摂氏度正と正又は正と負の熱源で温度勾配をつけたり、摂氏度正の熱源で電子放出部材のみを熱するもので、正極負極２種類の物質を同温で同時に熱して発電したり、２種類の物質を氷点以下の同じ温度だけで冷却して発電する方法は知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ゼーベック効果を利用した熱発電方法では、２種類の金属間に温度勾配をつける発電素子の製作に、特許公開２００３−２５０２８５の熱発電の方法では、電子放出部材の温度上昇によって放出された電子が収集される過程で、真空或いは不活性ガス中を通過させる装置の製作に、それぞれ複雑な手間が掛かるため多くの費用を要し、又、氷点以下では作動しない。
従って、経済的な製作コストにより、温度勾配が不要の摂氏度正又は負の温度で起電力を生ずる発電の方法を開発する事が、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  炭素と金属又は炭素と導電性樹脂又は互いに組成の異なる２種類の炭素を接続して、これらを摂氏度正又は負の同温で同時に直接加熱又は冷却して発電する方法を、課題を解決するための手段として開発したので、その代表例として、ＰＡＮ系炭素繊維（以下、ＰＡＮ系ＣＦと略記）と鉄（以下、Ｆｅと略記）を接続した炭素発電装置（以下、カーボンセルと仮称し、ＣＣと略記）での試行を、以下に［００１６］［００１７］及び図面によって説明する。【０００５】  図１は、本発明の試行の加熱に使った熱源の縦断面図である。
２枚のセラミック板１の間２に検体となるＣＣを密着して挟み、ビーカー３に注いだ水５を熱して沸騰させる。水蒸気はビーカーの液体注ぎ口４から排出させる。水が沸騰して十数分で２の温度は約７８℃の最高温度に達するので、検体ＣＣの負荷接続端子に生ずる起電力と発生電流を測定する。
図２、図３、図４は２枚のセラミック板の間２に、検体ＣＣを挟んだ状態を示す平面図である。
図２は、ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの各５ｍｍを負荷接続端子としてセラミック板１の外に出し、図３ではＰＡＮ系ＣＦの５ｍｍとＦｅの各３０ｍｍを、図４でＰＡＮ系ＣＦの５ｍｍとＦｅの５５ｍｍを負荷接続端子としてセラミック板１の外に出してある。
但し、ＰＡＮ系ＣＦは三菱レイヨン製でエポック社発売のカーボンローディング、Ｆｅは純度９９％の板を使用した。
この様にして測定した検体ＣＣの負荷接続端子に生じた起電力と発生電流は次の通りである（数値は試行測定の代表値で決定値ではない。以下同）。
検体ＣＣの形状          起電力（ｍＶ）          電流（ｍＡ）
図２の形状              ０．５３                ０．２０
図３の形状              ０．６４                ０．２７
図４の形状              ０．７８                ０．２９
なお、ＰＡＮ系ＣＦの一端とＦｅの一端を接続した図５、図６、図７の形状での起電力と発生電流は次の通りである。
検体ＣＣの形状          起電力（ｍＶ）          電流（ｍＡ）
図５の形状              ０．６３                ０．１５
図６の形状              ０．５７                ０．１３
図７の形状              ０．３０                ０．０５
以上の試行で観察される様に、ＰＡＮ系ＣＦとＦｅが図２又は図３又は図４の形状で接続しているＣＣは、ＰＡＮ系ＣＦとＦｅが互いの一端で接続している図５又は図６又は図７の形状より、熱発電性に優れている。【０００６】  又、ドライアイス（約−７０℃）２個のブロックの間に、［０００５］の検体ＣＣを挟んで冷却すると、検体ＣＣの正極と負極が加熱した時の逆になり、次の値を示した。
検体ＣＣの形状          起電力（ｍＶ）          電流（ｍＡ）
図２の形状              ０．５７                ０．１６
図３の形状              ０．８９                ０．３１
図４の形状              １．１４                ０．４８
図５の形状              ０．８７                ０．１３
図６の形状              ０．６０                ０．１３
図７の形状              ０．５９                ０．０８
この試行で発生電流に着目し考察すると、［０００５］と同様に図２、図３、図４の形状で接続しているＣＣが、摂氏度負の熱発電性に優れている事が観察できる。【０００７】  更に、本発明試行の過程で判明した炭素と金属又は金属と導電性樹脂又は互いに組成の異なる２種類の炭素の間に存在する熱的性質に関する諸現象の概略を、次に列挙する。
１．ＰＡＮ系ＣＦの対極物質別の起電力と発生電流
ＰＡＮ系ＣＦ１束と各種検体物質を接続して、図２の様な形状で加熱した時の起電力と発生電流を測定して、下記の結果を得た。但し、熱源温度は約７８℃で、ＰＡＮ系ＣＦの負荷接続端子にテスターの負極を、検体物質の負荷接続端子にテスターの正極を接続した。導電性樹脂はタキロン社製ＴＥＮＤ−５７６３３を用いた。
検体物質                                    起電力（ｍＶ）  電流（ｍＡ）
鉄
（１０ｍｍ巾×１０５ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）  ０．４４        ０．１１
銅
（１０ｍｍ巾×１０５ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）  ０．３６        ０．０９
亜鉛
（５ｍｍ巾×１０５ｍｍ長×１ｍｍ厚）        ０．３３        ０．０５
アルミニウム
（２．５φ×１０５ｍｍ長）                  ０．２７        ０．０５
マグネシウム
（１．６φ×１０５ｍｍ長）                  ０．１９        ０．０３
真鍮
（１．６φ×１０５ｍｍ長）                  ０．２０        ０．０４
導電性樹脂
（３４ｍｍ巾×８０ｍｍ長×３ｍｍ厚）        ０．２７        ０．０３
黒鉛
（５φ×１０５ｍｍ長）                      ０．３０        ０．００３
上記の数値を参考にして、本発明の試行と記述をＰＡＮ系ＣＦとＦｅの組合せにして進めた。
２．ＣＣの正極と負極の温度による変換
図２の形状のＣＣを０℃の中に置く。テスターの負極をＣＣのａ１に正極をｂ１に接続すると、
起電力は−０．１６ｍＶ    発生電流は−０．０４ｍＡ
を示した。
熱源温度を上げて２３℃〜２５℃の時、
起電力は±０．００ｍＶ    発生電流は±０．００ｍＡ
を示した。
以後、熱源の温度上昇に伴って、ＣＣの起電力及び発生電流は正の数値を示し、［０００５］の様な結果が観察された。
３．ＣＣのピッチ系ＣＦによる極性
図２のＣＣで、ＰＡＮ系ＣＦに代えてピッチ系ＣＦ（三菱化学産資社のＫ６３７６Ｕを使用）を用いると、次の様な現象が示された。
ドライアイス中での起電力と発生電流    ０．３５ｍＶ    ０．１１ｍＡ
０℃での起電力と発生電流              ０．１５ｍＶ    ０．０３ｍＡ
約７８℃での起電力と発生電流        −０．３３ｍＶ  −０．１３ｍＡ
【発明の効果】
【０００８】  太陽光発電パネルの温度は太陽熱の影響を受けて、外気温より２０℃〜３０℃高い事が知られている。
ＣＣは基本的には平面構造で、かつ温度勾配をつける必要が無いので、太陽光と共に放射されてくる太陽熱を吸収して電流を発生させる事ができる。
このＣＣによって発生する電流と、太陽光発電パネルに発生する電流を合成する事によって、太陽エネルギーを効率よく利用できるので、これこそ太陽電池と呼称するにふさわしいと考える。
そして又、ＣＣは氷点以下の低温でも発電する事が証明されたので、雪原及び寒冷地などでのＣＣによる冷却発電と太陽光発電を連結合成した発電システムを作る事ができる。【０００９】  ＣＣは、炭素と金属又は炭素と導電性樹脂又は互いに組成の異なる２種類の炭素を接続するだけで任意の形状に加工できるので、太陽熱以外の例えば次の様な摂氏度正又は負の熱源に適した発電装置を製作する事ができる。
（１）発電所で発生する廃熱。
（２）製鉄で発生する熱又は冷却水の熱。
（３）温泉熱又は地下熱。
（４）熱帯地方の地上熱。
（５）暖房装置又は冷却装置で発生する廃熱。
（６）日常生ずる熱、例えば調理器具の熱源や風呂の熱源の熱。
（７）極地又は宇宙空間での氷点以下の温度。
（８）体温。【００１０】  ナノカーボンは大量の電流を通し、大量の電子を放出するので、ナノカーボンの使用によってＣＣの性能が向上する事は明らかで、粉状の炭素が導電性物質又は導電性接着剤によって加工されたものであっても、これにより本発明は限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  多岐に亘る用途が考えられる本発明は、用途に合わせた形状のＣＣを作らねばならないので、実施例によってその一端を示す。
【実施例】
【００１２】
【実施例１】
【００１３】  図４形状のＣＣ２個を並列又は直列に接続して加熱した場合と、図４形状のＣＣ４個を直列に接続して加熱した場合の、起電力と発生電流を測った（加熱温度は約７８℃）。
検体ＣＣ              起電力（ｍＶ）            電流（ｍＡ）
２個並列                ０．６１                  ０．３５
２個直列                １．１８                  ０．４１
４個直列                ２．０７                  ０．５５
【実施例２】
【００１４】  ＰＡＮ系ＣＦ（１５５ｍｍ長×５束）とＦｅ（２０ｍｍ巾×２００ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）を図３形状の様なＣＣを２個用意。１個を熱した場合と、２個を直列に接続して熱した場合の、起電力と発生電流の計測値は下記の通りである（加熱温度は約１２０℃）。
検体ＣＣ              起電力（ｍＶ）            電流（ｍＡ）
１個                    ０．９８                  ０．４４
２個直列                １．８５                  ０．６７
又、上記の検体ＣＣを、それぞれドライアイスのブロック２個の間に挟んで冷却し、起電力と発生電流を測った（冷却温度は約−７０℃）。
検体ＣＣ              起電力（ｍＶ）            電流（ｍＡ）
１個                    ０．９６                  ０．４５
２個直列                １．８９                  ０．８２
但し、［０００６］で明らかにした様に、摂氏度負の温度であるので、正極と負極を加熱時と入れ替えた。
【実施例３】
【００１５】  図４形状のＣＣ２個を直列に接続して冷却した場合と、図４形状のＣＣ４個を直列に接続して冷却した場合の、起電力と発生電流を測った。検体ＣＣはドライアイスのブロック２個の間に挟んで冷却（冷却温度は約−７０℃）。正極と負極は加熱時と入れ替える。
検体ＣＣ              起電力（ｍＶ）            電流（ｍＡ）
２個直列                ２．２４                  ０．７０
４個直列                ４．３１                  １．２２
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の試行に用いたＣＣを熱する熱源の縦断面図である。
【図２】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【図３】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【図４】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【図５】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【図６】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【図７】ＰＡＮ系ＣＦとＦｅの構成を変えた形状のＣＣを、熱源の上に置いた状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１７】１    セラミック板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍ厚）
２    ＣＣを挟む空間
３    ２００ｍｌ用ビーカー
４    ビーカーの液体注ぎ口
５    水
６    ＰＡＮ系ＣＦ（１０５ｍｍ長×３束）
７    Ｆｅ（１５ｍｍ巾×１０５ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ１  ６の負荷接続端子
ｂ１  ７の負荷接続端子
８    ＰＡＮ系ＣＦ（１０５ｍｍ長×３束）
９    Ｆｅ（１５ｍｍ巾×１３０ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ２  ８の負荷接続端子
ｂ２  ９の負荷接続端子
１０  ＰＡＮ系ＣＦ（１０５ｍｍ長×３束）
１１  Ｆｅ（１５ｍｍ巾×１５５ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ３  １０の負荷接続端子
ｂ３  １１の負荷接続端子
１２  ＰＡＮ系ＣＦ（６０ｍｍ長×３束）
１３  Ｆｅ（１５ｍｍ巾×６０ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ４  １２の負荷接続端子
ｂ４  １３の負荷接続端子
１４  ＰＡＮ系ＣＦ（３５ｍｍ長×３束）
１５  Ｆｅ（１５ｍｍ巾×１０５ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ５  １４の負荷接続端子
ｂ５  １５の負荷接続端子
１６  ＰＡＮ系ＣＦ（１１０ｍｍ長×３束）
１７  Ｆｅ（１５ｍｍ巾×１００ｍｍ長×０．１ｍｍ厚）
ａ６  １６の負荷接続端子
ｂ６  １７の負荷接続端子
【図１】
2006210859.tif 000003
【図２】
2006210859.tif 000004
【図３】
2006210859.tif 000005
【図４】
2006210859.tif 000006
【図５】
2006210859.tif 000007
【図６】
2006210859.tif 000008
【図７】
2006210859.tif 000009