(57)【要約】【課題】極めて簡略な構造において、また低廉価の素材を用いて、有効な電力乃至は起電力を取り出すことの出来る発電デバイスを提供すること。【解決手段】３価の原子がイオンドーピングされてなる、第一の電極端子１４が取り付けられた導電性の炭化シート１０と、第二の電極端子１６が取り付けられた非導電性の炭化シート１２とを用い、それら二つの炭化シートを、かかる第二の電極端子１６が導電性炭化シート１０に接触しないようにして重ね合わせると共に、その重ね合わせ物を両側から非導電性板２２，２４にて挟圧保持せしめてなる構造とすることにより、湿気の存在下において、第一及び第二の電極端子間に電力乃至は起電力が発生し得るようにした。【選択図】図１
2012094311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３価の原子がイオンドーピングされてなる、第一の電極端子が取り付けられた導電性の炭化シートと、第二の電極端子が取り付けられた非導電性の炭化シートとを用い、それら二つの炭化シートを、該第二の電極端子が前記導電性炭化シートに接触しないようにして重ね合わせると共に、その重ね合わせ物を両側から非導電性板にて挟圧保持せしめてなる構造とすることにより、湿気の存在下において、前記第一及び第二の電極端子間に所定の電力乃至は起電力が発生し得るように構成したことを特徴とする発電デバイス。
【請求項２】
前記非導電性炭化シートに、５価の原子がイオンドーピングされている請求項１に記載の発電デバイス。
【請求項３】
前記イオンドーピングされた導電性炭化シートに対して、アニーリングが施されている請求項１又は請求項２に記載の発電デバイス。
【請求項４】
前記非導電性板が、スライドガラスである請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載の発電デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうちの何れか１項に記載の発電デバイスを用いて発電する方法にして、かかる発電デバイスを高湿度雰囲気下に晒すことにより、前記第一の電極端子と前記第二の電極端子との間に所定の電力乃至は起電力が生ぜしめられるように構成したことを特徴とする発電方法。
【請求項６】
前記発電デバイスに対して、太陽光線が照射せしめられる請求項５に記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な発電デバイス及び発電方法に係り、特に、極めて簡単な構造において有効な電力乃至は起電力を得ることの出来る発電デバイスと、それを用いた発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水力、火力、原子力、太陽熱、化学変化等によって、所定の電力乃至は起電力を得るようにした発電デバイスとして、各種のものが提案されて、実用化されている。例えば、機械力によって電力を発生する機械としては、発電機があり、また、化学変化に基づく自由エネルギの減少を電気エネルギとして外部に取り出し得る装置として、電池が知られている。更に、電池ではあっても、そのような化学変化に基づかないものとして、濃淡電池、太陽電池、原子力電池等も、よく知られている。そして、それら電池は、発電機に比べて、遙かに小型の簡便な発電デバイスとして、広く普及しているのであるが、それぞれの電池には一長一短があり、例えば、構造が複雑となったり、特別の薬品や材料を使用する必要があったり、更には、シールや取扱いが面倒である等の問題を、個々に内在している。
【０００３】
ところで、本発明者等は、市販されている各種の炭化シートについて、それを電池の一つの素材として用いることを検討している過程において、そのような炭化シートに、所定の原子がイオンドーピングされてなるものから、極めて簡単な構造において、全く予期することなく、湿気の存在下で、有効な電力乃至は起電力を取り出し得ることを見出したのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここにおいて、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その解決課題とするところは、極めて簡略な構造において、また低廉価な素材を用いて、有効な電力乃至は起電力を取り出すことの出来る発電デバイスを提供することにあり、また、他の課題とするところは、そのような発電デバイスを用いて、有利に、電力乃至は起電力を取り出すようにした発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そして、本発明にあっては、上記した課題又は明細書全体の記載や図面から把握される課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいても、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。
【０００６】
（１）  ３価の原子がイオンドーピングされてなる、第一の電極端子が取り付けられた導電性の炭化シートと、第二の電極端子が取り付けられた非導電性の炭化シートとを用い、それら二つの炭化シートを、該第二の電極端子が前記導電性炭化シートに接触しないようにして重ね合わせると共に、その重ね合わせ物を両側から非導電性板にて挟圧保持せしめてなる構造とすることにより、湿気の存在下において、前記第一及び第二の電極端子間に所定の電力乃至は起電力が発生し得るように構成したことを特徴とする発電デバイス。
（２）  前記非導電性炭化シートに、５価の原子がイオンドーピングされている前記態様（１）に記載の発電デバイス。
（３）  前記イオンドーピングされた導電性炭化シートに対して、アニーリングが施されている前記態様（１）又は（２）に記載の発電デバイス。
（４）  前記非導電性板が、スライドガラスである前記態様（１）乃至（３）のうちの何れか一つに記載の発電デバイス。
（５）  前記態様（１）乃至（４）のうちの何れか一つに記載の発電デバイスを用いて発電する方法にして、かかる発電デバイスを高湿度雰囲気下に晒すことにより、前記第一の電極端子と前記第二の電極端子との間に所定の電力乃至は起電力が生ぜしめられるように構成したことを特徴とする発電方法。
（６）  前記発電デバイスに対して、太陽光線が照射せしめられる前記態様（５）に記載の発電方法。
【発明の効果】
【０００７】
このように、本発明に従う発電デバイスにあっては、入手の容易な導電性の炭化シートと非導電性の炭化シートとを用いると共に、導電性の炭化シートには、３価の原子をイオンドーピングして、組み合わせ、それを、所定の湿気の存在下に置くことにより、それら導電性の炭化シートと非導電性の炭化シートにそれぞれ取り付けた二つの電極端子間に、効果的に、電力乃至は起電力が発生せしめられ得るのである。
【０００８】
従って、かかる本発明によれば、単に、所定の導電性炭化シートと非導電性炭化シートとを重ね合わせて、積層構造とするだけで、湿気の存在下において、有効な電力乃至は起電力を容易に得ることが出来るのであり、以て、発電デバイスとして、その構造を極めて簡略化し得ると共に、低廉価な素材を使用することが出来ることによって、発電デバイスのコストも、効果的に低減せしめ得たのである。
【０００９】
なお、本発明に従う発電デバイスにおいては、湿度の存在下において、更に、太陽光線が照射せしめられるようにすることによって、その発電効率をより一層向上せしめることが出来るのであり、また、非導電性の炭化シートに対して、５価の原子をイオンドーピングすることにより、更に有効な発電が可能ならしめられ得るという特徴も発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従う発電デバイスの一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示される発電デバイスの組み付けられた状態における断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００１２】
先ず、図１に示される、本発明に従う発電デバイスの一例に係る分解斜視図において、１０は、導電性の炭化シートであり、１２は、非導電性の炭化シートである。そこにおいて、かかる導電性の炭化シートには、３価の原子、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の原子が、公知の手法に従って、イオンドーピング（イオン注入）されて、導入せしめられている。そして、このイオンドーピングされた導電性の炭化シートには、アニーリング処理が施されていることが望ましく、これによって発電効率の向上に寄与せしめ得るのである。一方、非導電性の炭化シート１２としては、一般に、５価の原子、例えば、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス等の原子が、イオンドーピング（イオン注入）されたものが、有利に用いられることとなるが、また、そのようなイオンドーピングの施されていない非導電性の炭化シートをそのまま用いることも、可能である。
【００１３】
なお、それら導電性炭化シート１０や非導電性炭化シート１２は、それぞれ、炭化の進行の程度によって、導電性又は非導電性とされたものであって、例えば、高温度炭化（１５００℃での真空炭化等）により得られる、導電性の高い炭化繊維等で構成されたシートや、低温度炭化（５００℃以下真空炭化等）によって得られる非導電性の炭化繊維で構成されたシート等の、公知の材料が用いられ、それぞれ、市販されているものの中から適宜に選択することも可能である。
【００１４】
中でも、本発明にあっては、炭素繊維シートが有利に採用され、導電性のある又は非導電性の炭素繊維からなる、通気性を有する公知のシートが、適宜に用いられ得るのであるが、特に、特開２００８−１６９４９０号公報や特開２００７−１８０００３号公報等に明らかにされている如き、炭素化布帛乃至は導電体、具体的には、セルロース系繊維の糸からなる織物や編物を原料として、これを加熱、炭素化して得られる炭素化繊維編織物が好適に用いられることとなる。
【００１５】
また、それら導電性の炭化シート１０や非導電性の炭化シート１２には、所定大きさのアルミ箔等の導電体からなる第一の電極端子１４及び第二の電極端子１６が、それぞれ、密着して取り付けられており、更に、それら第一及び第二の電極端子１４，１６に対しては、銅線等からなるリード線１８，２０が接続されて、それら第一及び第二の電極端子１４，１６間に発生せしめられる所定の電力乃至は起電力を、外部に取り出し得るようになっている。
【００１６】
さらに、導電性炭化シート１０及び非導電性炭化シート１２の外側（図において、上側と下側）には、それら二つの炭化シート１０，１２を挟むようにして、所定厚さの非導電性板２２，２４が配設されている。この非導電性板２２，２４は、電気絶縁性の材料からなる板材であって、例えば、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、ケイ酸ガラス、ケイ酸アルカリガラス、クリスタルガラス、リチウムガラス、石英ガラス、ガラスセラミック等からなるガラス板や、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂等からなるプラスチック板が、適宜に用いられることとなる。中でも、本発明にあっては、顕微鏡観察において用いられているスライドガラス（板）が、有利に用いられることとなる。
【００１７】
そして、そのような３価の原子がイオンドーピングされてなる、第一の電極端子１４が取り付けられた導電性の炭化シート１０と、第二の電極端子１６が取り付けられた非導電性の炭化シート１２とが、かかる第二の電極端子１６が導電性の炭化シート１０に接触しないようにして、重ね合わされ（積層され）、更に、その重ね合わせ物（積層物）が、両側から、非導電性板２２，２４にて挟圧保持せしめられるようにすることにより、図２に示される断面形態から明らかな如く、一体的な組付体として、本発明に従う発電デバイスが構成されるのである。
【００１８】
ところで、このような構成の発電デバイスにあっては、それが、所定の湿気の存在下に置かれると、その理由は未だ明らかではないが、第一の電極端子１４と第二の電極端子１６との間に、所定の電力乃至は起電力が生じて、それら電極端子１４，１６に接続されたリード線１８，２０を通じて、外部に効果的に取り出すことが出来ることとなるのである。ここで、そのような湿気の存在下は、一般に、高湿度雰囲気下により有利に実現され、通常、相対湿度が５０％以上、好ましくは７０％以上の雰囲気下において、有利に発電が行なわれることとなる。
【００１９】
また、そのような構成の発電デバイスにおける発電効率は、かかる発電デバイスに対して適当な光線、特に太陽光線を照射せしめることによって、効果的に増大させることが可能であり、これによって、本発明に従う発電デバイスの特徴を、より一層有利に発揮させることが出来ることとなる。
【００２０】
さらに、そのような発電デバイスの発電環境としては、大気下において発電が行なわれることとなる他、真空中（但し、湿気は存在せしめられている）において、更にはアルゴン、窒素等の不活性ガス中（湿気も共存させられている）においても、発電は可能であり、また、環境温度としては、有利には、比較的高温度が採用され、例えば、３０℃〜１００℃程度の温度下において、有利に発電が行なわれることとなる。
【００２１】
このように、本発明に従う発電デバイスにあっては、適当な湿度（湿気）の存在下において、所定の電力乃至は起電力を発生せしめ得るものであって、夜間でも発電が可能となるものであり、また、太陽光等の光線の照射によって、更に発電効果を増大せしめ得る特徴を有しているところから、温泉地発電や高湿度環境下の地下発電、熱帯雨林地帯での発電、更には海上発電や湖上発電等に適用が可能となるものであって、新規な発電システムとして、大いに期待し得るものである。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明に従う発電デバイスの幾つかの発電例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような発電例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことが、理解されるべきである。
【００２３】
先ず、図面に示される発電デバイスを得るために、導電性の炭化シート（１０）及び非導電性の炭化シート（１２）として、それぞれ、２０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの導電性及び非導電性の炭素繊維シートを用い、そのうちの導電性の炭素繊維シートには、ホウ素がイオンドーピングされた後、１０００℃以上の熱処理によるアニーリングが施されたものとする一方、非導電性の炭素繊維シートには、リンがイオンドーピングされたものとされた。
【００２４】
また、それら炭素繊維シートに対して取り付けられる第一及び第二の電極端子（１４，１６）として、１０ｍｍ×７ｍｍのサイズで厚さが１０〜２０μｍのアルミ箔を用い、更に、リード線（１８，２０）としては、樹脂被覆銅線を用いた。そして、それら炭素繊維シート（１０，１２）を挟圧保持する２枚の非導電性板（２２，２４）としては、２６ｍｍ×７６ｍｍのサイズの厚さが０．９〜１．２ｍｍのスライドガラスを用いた。
【００２５】
そして、かくの如き構成からなる発電デバイスを、下記表１に示される各種発電環境下において、その発電量（起電力）を調査し、２つの電極端子（１４，１６）間に生じた電圧（端子間電圧）と、それら端子間を流れる電流（短絡電流）を調べて、その結果を、下記表１に併せ示した。
【００２６】
【表１】
2012094311.tif 000003
【００２７】
かかる表１の結果から明らかなように、充分な湿気の存在下において、発電デバイスの２つの電極端子（１４，１６）間には、有効な電流が流れ、目的とする発電が行なわれ得ることとなることが認められ、更に、その発電効率は、太陽光線が照射されることによって、著しく増大せしめられ得ることが認められるのである。また、その発電効率は、相対湿度が上昇することにより向上することも、認められるのである。
【符号の説明】
【００２８】
１０    導電性炭化シート                １２    非導電性炭化シート
１４    第一の電極端子                  １６    第二の電極端子
１８，２０  リード線                    ２２，２４  非導電性板
【図１】
2012094311.tif 000004
【図２】
2012094311.tif 000005