(57)【要約】      （修正有）【課題】既存製品のコンデンサ等を用いた小型、かつ、簡易な発電装置を提供する。【解決手段】単数又は複数個のコンデンサから成る一方のコンデンサ及び他方のコンデンサで構成するコンデンサ回路に直流電源から成る第１直流電源と第２直流電源で構成する充放電回路を接続し、当該コンデンサ回路の構成を操作スイッチで充電回路から電荷を高耐電圧のリレーを経由して両方のコンデンサに蓄積する第１形態の回路と、一方のコンデンサのみに蓄積する第２形態の回路とに切り換え可能とするとともに電荷が蓄積された当該コンデンサ回路の接続構成を直流電源で構成する切換駆動電源で駆動する切換スイッチで直列接続に切り換えて当該コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加した電荷を高耐電圧のリレーを経由して放電回路に供給することを特徴とする発電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の構成及び条件を備える発電装置。
（ａ）  単数又は複数個のコンデンサから成る一方のコンデンサと、同様に単数又は複数個のコンデンサから成る他方のコンデンサとを備え、当該一方のコンデンサと他方のコンデンサを接続した回路をコンデンサ回路とする。
（ｃ）  コンデンサ回路に設けたｘ、ｙの二方向に切換え可能な切換スイッチを備える。
（ｄ）  コンデンサ回路に設けたリレーを備える。
（ｅ）  コンデンサ回路に設けた前記一方のコンデンサ、他方のコンデンサに充電するための直流電源で構成する第１直流電源とコンデンサ回路から増加した電荷を確保するための第２直流電源を備える。
（ｆ）  コンデンサ回路に設けた前記切換スイッチおよびリレーを作動させる切換駆動電源を備える。
（ｇ）  前記一方のコンデンサ及び他方のコンデンサに対し、前記直流電源によって充電が可能であること。
（ｈ）  前記切換スイッチからの信号を前記リレーの制御信号とすること。
（ｉ）  前記切換スイッチによってｘ側に切り替えて、両方のコンデンサにリレーを経由して電荷を蓄積し、次にｙ側に切り替えて両方のコンデンサを直列接続することにより、前記コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加した電荷をリレーを経由して第２直流電源に放電させ、電気エネルギーを得ること。
【請求項２】
次の構成及び条件を備える発電装置。
（ａ）  単数又は複数個のコンデンサから成る一方のコンデンサと、同様に単数又は複数個のコンデンサから成る他方のコンデンサとを備え、当該一方のコンデンサと他方のコンデンサを接続した回路をコンデンサ回路とする。
（ｂ）  コンデンサ回路に設けた前記一方のコンデンサ、他方のコンデンサに対し、選択的に充電可能とする操作スイッチを備える。当該操作スイッチを「接」にして、前記一方及び他方の両方のコンデンサに電荷を蓄積する第１形態の回路と、当該操作スイッチを「断」にして前記一方のコンデンサのみに電荷を蓄積する第２形態の回路とに回路形態を変化させることができる。
（ｃ）  コンデンサ回路に設けたｘ、ｙの二方向に切換え可能な切換スイッチを備える。
（ｄ）  コンデンサ回路に設けたリレーを備える。
（ｅ）  コンデンサ回路に設けた前記一方のコンデンサ、他方のコンデンサに充電するための直流電源で構成する第１直流電源とコンデンサ回路から増加した電荷を確保するための第２直流電源を備える。
（ｆ）  コンデンサ回路に設けた前記切換スイッチおよびリレーを作動させる切換駆動電源を備える。
（ｇ）  前記一方のコンデンサ及び他方のコンデンサに対し、前記直流電源によって充電が可能であること。
（ｈ）  前記切換スイッチからの信号を前記リレーの制御信号とすること。
（ｉ）  前記切換スイッチによってｘ側に切り替えて、両方のコンデンサにリレーを経由して電荷を蓄積し、次にｙ側に切り替えて両方のコンデンサを直列接続することにより、前記コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加した電荷をリレーを経由して第２直流電源に放電させ、電気エネルギーを得ること。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の発電装置であって、直流電源で構成する充放電回路の第2直流電源の電圧を第1直流電源の電圧より高くするとともに、コンデンサ回路の一方のコンデンサの静電容量を他方のコンデンサの静電容量より多くすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電されたコンデンサの静電容量を自然エネルギー等の外部エネルギーで減少させて、外部エネルギーから電気エネルギーを得る発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサ式の発電装置等として「エネルギー変換方法」「静電気発電用電極板動装置」及び「静電気発電装置」等多くの装置が知られている( 例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献３参照 ) が、その他の関連するいずれの装置も特許文献1に記載の「エネルギー変換方法」を応用したもので、電荷を蓄積したコンデンサの静電容量を波力等の外部エネルギーで力学的に減少させることで電気エネルギーを得ていた。
コンデンサの静電容量を減少させる方法としては、電極板の有効対向面積を小さくする方法、電極板間の距離を長くする方法、電極板間の誘電体の誘電率を低くする方法及びこれらを組み合わせる方法等があり、いずれの装置も主に、電極板の有効対向面積を小さくする方法、電極板間の距離を長くする方法等を利用していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭56-141784号公報(エネルギー変換方法)
【特許文献２】特許4789093号公報(静電気発電用電極板駆動装置)
【特許文献３】特開2012-143121号公報(静電気発電装置)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献2の静電気発電用電極板駆動装置は、水力を利用して陰極電極板を回転させることを特徴としているが、次のような課題があった。
（１） 陽極電極板を絶縁体膜で被覆する特殊な処理工程が必要であるとともに、絶縁体膜が破損される等の課題があり、また、技術的、コスト的にも課題があった。
（２） 陽極電極板を電解質溶液の中に設置するとともに陰極電極板を電解質溶液の中で回転させる必要があり、装置が大型化すること及び装置の設置、運用等に課題があった。
【０００５】
特許文献3の静電気発電装置は、電荷を蓄積したコンデンサ群の接続構成を外部エネルギーで変化させてコンデンサ群の合成静電容量を減少させることを特徴としているが、次のような課題があった。
（１）一方のコンデンにのみ電荷を蓄積し、次に、電荷が蓄積されていない他方のコンデンサと直列接続としているが、両方のコンデンサを並列接続とし、両方のコンデンサに電荷を蓄積し、次に、電荷が蓄積された一方のコンデンサと他方のコンデンサを直列接続とするという、もう一つの運用形態が欠落していた。
（２）電荷を蓄積した両方のコンデンサを直列接続とした場合、コンデンサ群の端子電圧が高くなり、コンデンサ、切換スイッチ等を損傷する恐れがあった
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するために静電気発電装置等を改善したもので、自然エネルギー又は他のエネルギー等から電気エネルギーを得る発電装置に関するもので、第１発明の発電装置は、
次の構成及び条件を備えることを特徴とする。
（ａ）  単数又は複数個のコンデンサから成る一方のコンデンサと、同様に単数又は複数個のコンデンサから成る他方のコンデンサとを備え、当該一方のコンデンサと他方のコンデンサを接続した回路をコンデンサ回路とする。
（ｂ）  コンデンサ回路に設けた回路形態を変化させる操作スイッチを備える。
（ｃ）  コンデンサ回路に設けたｘ、ｙの二方向に切換え可能な切換スイッチを備える。
（ｄ）  コンデンサ回路に設けたリレーを備える。
（ｅ）  コンデンサ回路に設けた前記一方のコンデンサ、他方のコンデンサに充電するための直流電源で構成する第１直流電源とコンデンサ回路から増加した電荷を確保するための第２直流電源を備える。
（ｆ）  コンデンサ回路に設けた前記切換スイッチおよびリレーを作動させる切換駆動電源を備える。
（ｇ）  前記一方のコンデンサ及び他方のコンデンサに対し、前記直流電源によって充電が可能であること。
（ｈ）  前記切換スイッチからの信号を前記リレーの制御信号とすること。
（ｉ）  前記操作操作スイッチを「接」にして第１形態の回路にするとともに、前記切換スイッチによってｘ側に切り替えて、両方のコンデンサにリレーを経由して電荷を蓄積し、次にｙ側に切り替えて両方のコンデンサを直列接続することにより、前記コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加した電荷をリレーを経由して第２直流電源に放電させ、電気エネルギーを得ること。
【０００７】
第２発明の発電装置は、請求項１に記載の発電装置であって、前記操作スイッチを「断」にして第２形態の回路とし、前記切換スイッチによってｘ側に切り替えて、両方    のコンデンサにリレーを経由して電荷を蓄積し、次にｙ側に切り替えて両方のコンデンサを直列接続することにより、前記コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加し  た電荷をリレーを経由して第２直流電源に放電させ、電気エネルギーを得ること。
【０００８】
第３発明の発電装置は、請求項１及び請求項２に記載の発電装置であって、直流電源で構成する充放電回路の第2直流電源の電圧を第1直流電源の電圧より高くするとともに、コンデンサ回路の一方のコンデンサの静電容量を他方のコンデンサの静電容量より多くすることを特徴とする。
【０００９】
コンデンサに電荷Ｑが蓄積されているとすると、コンデンサ静電容量Ｃとコンデンサ端子電圧Ｖとの関係は    Ｑ＝ＣＶ  、  Ｖ＝Ｑ／Ｃ  であるから、電荷Ｑが一定の場合、コンデンサ静電容量Ｃが増大すれば、コンデンサ端子電圧Ｖは減少し、コンデンサ静電容量Ｃが減少すれば、コンデンサ端子電圧Ｖは増大する。
２組のコンデンサを直列接続とした場合、コンデンサの合成静電容量は減少し、コンデンサ端子電圧は高くなる。
また、コンデンサの蓄積エネルギーＷは    Ｗ＝（１／２）ＱＶ  で表され、電荷Ｑが一定の場合、コンデンサ静電容量Ｃが小さく、コンデンサ端子電圧Ｖが大きいほど蓄積エネルギーＷは大きい。
さらに、充電回路Ｖａと放電回路Ｖｂの直流電圧の最適比率は  Ｖｂ／Ｖａ＝２  とされている。
【００１０】
本発電装置を図1のように構成した場合、切換駆動電源で駆動する連動の切換スイッチがx側に切り替わるとコンデンサ回路は一方のコンデンサと他方のコンデンサが並列接続（第１形態）となり、第1直流電源の印加電圧によりコンデンサ回路の両方のコンデンサに３組の高耐電圧のリレーを経由してそれぞれ電荷が蓄積される。
この状態で切換スイッチが反対のy側に切り替わると、コンデンサ回路は一方のコンデンサと他方のコンデンサの直列接続となり、コンデンサの静電容量を減少させる方法の一つであるコンデンサの電極板間の距離を長くした場合と同じ状態となる。
二組のコンデンサCaとコンデンサCbを直列に接続した場合の合成静電容量Cabは、
Cab = ( Ca × Cb )  /  ( Ca ＋ Cb )   となり、合成静電容量Cabは減少する。
このとき、コンデンサ回路の電荷は一定であるのでコンデンサ回路の両端電圧は第2直流電源の印加電圧より高くなりコンデンサ回路の電荷は２組の高耐電圧のリレーを経由して第2直流電源側に供給される。
次に切換スイッチが再度x側に切り替わると、第1直流電源の印加電圧により同様に、コンデンサ回路の両方のコンデンサにそれぞれ電荷が蓄積される。  
上記サイクルの繰り返しにより、第2直流電源側に電気エネルギーが得られる。
【００１１】
上記第２発明によれば、前記操作スイッチを「断」にして第２形態の回路とし、前記切換スイッチによってｘ側に切り替えてコンデンサ回路の一方のコンデンサにのみ電荷を蓄積し、次にｙ側に切り替えて両方のコンデンサを直列接続とすることにより、前記コンデンサ回路の合成静電容量を減少させ、増加した電荷をリレーを経由して第２直流電源に放電させ、電気エネルギーを得ることを特徴とする。
【００１２】
上記第３発明によれば、直流電源で構成する充放電回路の第２直流電源の電圧を第１直流電源の２倍とすることで発電効率を最大とすることができる。また、コンデンサ回路の一方のコンデンサと他方のコンデンサの静電容量の構成比率を2対1とすることで、高効率、かつ、コンデンサ回路を直列接続とした場合の放電回路のコンデンサの端子電圧を低くすることができる。
【００１３】
本発電装置は、第１直流電源側から電荷を蓄積したコンデンサ回路の接続構成を変化させ、コンデンサ回路の合成静電容量を減少させることにより、第２直流電源側に電気エネルギーを得るものである。
この場合、両方のコンデンサに電荷を蓄積し、次に直列接続（第１形態）にしても、一方のコンデンサにのみ電荷を蓄積し、次に直列接続（第２形態）にしても、いづれも、第２直流電源側に電気エネルギーを得ることが可能である。
第１形態の両方のコンデンサに電荷を蓄積する場合、電気的な効率が高いという利点がある反面、直列接続とした場合にコンデンサ回路両端の電圧が高くなることから、コンデンサを損傷する恐れがある。他方、第２形態の一方のコンデンサにのみ電荷を蓄積する場合には、コンデンサ損傷の恐れを有効に回避することができる。
したがって、手動の操作スイッチを設けることで、欠落していた第１形態の運用を加えて、第１形態、第2形態の両形態で第２直流電源側に電気エネルギーを得る作動を確保するとともに、運用形態の選択を可能とした。
さらに、充放電回路に高耐電圧のリレーを設けたことにより、電荷を蓄積する場合、直列接続として放電する場合ともに高圧の電流が切換スイッチの内部を経由することはなく、高圧電流での切換スイッチの損傷等を回避することを可能とした。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、次の効果が得られる。
（１）既存製品のコンデンサ等の利用が可能となり、陽極電極板の絶縁体膜被覆処理及び陰極電極板を電解質溶液の中で回転させること等が不要となる。
（２）操作スイッチの設置により、新たにコンデンサ回路の第１形態の運用を加え、第1形態、第2形態での作動を確保するとともに、運用形態の選択を可能とした。
（３）切換スイッチの駆動は如何なるエネルギー源にも対応が可能で、極めて小さい駆動力での駆動が可能であるため、装置の簡略化、小型化及び効率化が可能である。
（４）コンデンサ回路に高耐電圧のリレーを設置したことにより、一方のコンデンサと他方のコンデンサに電荷を蓄積する場合及びコンデンサを直列接続にして増加した電荷を放電回路に供給する場合、電流が切換スイッチの内部を経由する必要がなくなる。このため、高電圧等による切換スイッチの破損等を防止でき、安定した装置の運用を確保することが可能となった。
【００１５】
本発電装置は発電に際し、化石燃料、核燃料等を一切使用しない。よって、二酸化炭素、放射性物質等の有害物質を一切排出しない極めてクリーン、安全、かつ、高効率な発電装置である。
また、太陽光発電、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発電コストさらには騒音、景観を損なう等の負の要因は皆無である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の発電装置の実施例における回路構成図である。
【図２】本発明の発電装置の他の実施例における回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の発電装置の実施例を図面 ( 図1 ) に基づいて説明する。
（１） コンデンサ1を単数又は複数個で構成して一方のコンデンサCaとし、同様にコンデンサ1を単数又は複数個で構成して他方のコンデンサCbとする。
（２） 一方のコンデンサCaと他方のコンデンサCbの回路構成をコンデンサ回路Cとし、一方のコンデンサCaと他方のコンデンサCbの静電容量の構成比率を２対１とする。
（３） コンデンサ回路Cに回路の形態を切り換えるための操作スイッチ２、連動の切換スイッチ３及び高耐電圧のリレー４を設ける。
（４） 入力端子a、入力端子a’の間に直流電源５で構成した第1直流電源６(充電電圧Va)を接続する。
（５） 出力端子b、出力端子b’の間に直流電源５で構成した電圧が第1直流電源６よりも2倍高い第2直流電源７(放電電圧Vb) を接続する。
（６） 入力端子c、入力端子c’ の間に直流電源５で構成した切換駆動電源８(駆動電圧Vc) を接続し、連動の切換スイッチ３を駆動する。
（７） コンデンサ回路Cに電源スイッチ９を設ける。
（８） コンデンサ1、直流電源５は既存製品のコンデンサ、蓄電池等のほか如何なる型式の静電蓄電器、蓄電装置の利用も可能である。
（９） 操作スイッチ２を「接」とし、第１形態の回路にする。次に、電源スイツチ９を「接」とする。
（10） 切換スイッチ３がx側に切り替わると、切換スイッチ３からの制御信号により３組のリレー４a、４b、４cが作動してコンデンサ回路Cの一方のコンデンサCaと他方のコンデンサCbを並列に接続し、両方のコンデンサ陽極側Ca+及びCb+を第1直流電源６の入力端子a に接続するとともに、両方のコンデンサ陰極側Ca−及びCb−を入力端子a’に接続して充電回路を形成する。
（11） この時、第1直流電源６の印加電圧によりコンデンサ回路Cの両方のコンデンサCaとCbにそれぞれ３組のリレー４a、４b、４cを経由して電荷が蓄積される。
（12） 次に、切換スイッチ３がy側に切り替わると、切換スイッチ３からの制御信号により２組のリレー４d、４eが作動して電荷が蓄積されたコンデンサ回路Cの両方のコンデンサCaとCbを直列に接続して他方のコンデンサ陽極Cb＋側を第2直流電源７の出力端子bに接続するとともに、一方のコンデンサ陰極Ca−側を出力端子b’に接続して放電回路を形成する。
（13） コンデンサ回路Cの一方のコンデンサCaと他方のコンデンサCbを直列に接続した場合、コンデンサ回路Cの合成静電容量Cabは減少する。
このとき、コンデンサ回路Cの電荷は一定であるので両端電圧は第2直流電源７の印加電圧より高くなり、コンデンサ回路Ｃの電荷は２組のリレー４d、４eを経由して第2直流電源７側に供給され、電気エネルギーが得られる。
（14） この為、コンデンサ回路Cに電荷を蓄積する場合、また、放電回路に電荷を供給する場合ともに切換スイッチ３の内部を蓄積、供給の電流が流れることはない。
（15） 切換スイッチ３はコンデンサ回路Cの充電、放電に必要十分な時間を経過してから切り換える。切換スイッチ３はソリッドステートリレー等の利用も可能である。
（16） 放電回路に逆止ダイオード10、第2直流電源７への放電電流を制限するために抵抗器11及び過充電防止のために過充電防止装置12を設ける。
（17） 負荷13は出力端子b、b’間に接続する。
（18） 図２に示すように、第２直流電源７から第１直流電源６及び切換駆動電源８に電力の一部を供給することも可能である。
以上から構成される発電装置。
【００１８】
操作スイッチ２を「断」とし、第２形態の回路にしても同様に第2直流電源７側に電気エネルギーが得られる。
【００１９】
以上、本発明の課題を解決するための手段及び実施例を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。例えば、コンデンサ容量、コンデンサ容量の構成    比率、接続構成の形態、電荷を蓄積する方法や電源の構成、電圧の構成比率等については状況に応じて適宜選択されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の発電装置によって発電効率の向上、小型化及び分散化等が可能になるとともに自動車等の移動体への搭載も可能になる。他の各種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がある。
【符号の説明】
【００２１】
1  コンデンサ
2  操作スイッチ
・  切換スイッチ
4  リレー (4ａ、4ｂ、4ｃ、4ｄ、4ｅ) 
5  直流電源    
6  第１直流電源
7  第２直流電源   
8  切換駆動電源  
9  電源スイッチ    
10  逆止ダイオード
11  抵抗器        
12  過充電防止装置  
13 負荷
a、a’  入力端子      
b、b’  出力端子     
c、 c’  入力端子
C    コンデンサ回路
Ca   一方のコンデンサ  
Ca＋  一方のコンデンサ陽極  
Ca−  一方のコンデンサ陰極
Cb    他方のコンデンサ  
Cb＋  他方のコンデンサ陽極  
Cb−  他方のコンデンサ陰極
Va    充電電圧          
Vb    放電電圧               
Vc    駆動電圧
x    切換スイッチ x側  
y    切換スイッチ y側
【図１】
2018153018.tif 000003
【図２】
2018153018.tif 000004