JP2004191315A - 発電方法及び電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電気エネルギーを高効率及び廉価に生成し、提供することが可能な新規な発電方法、及びこの発電方法を利用した新規な構成の電池を提供する。
【解決手段】厚さの異なる板状の金属部材１０及び１１を交互に、それらの主面が対向するようにして配置するとともに、前記金属部材間において板状の絶縁部材をその主面が金属部材の主面の対向するようにして介在させる。そして、金属部材１０及び１１に対して、その主面に例えば略垂直となるように、放射線源から、所定強度の放射線を照射する。金属部材１０及び１１内では前記放射線との相互作用（コンプトン効果など）に基づく２次電子が発生するとともに、その一部が金属部材１０及び１１外へ放出し、金属部材１０及び１１内に電子欠損に起因した起電力が生じるようになる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー産業分野、宇宙開発産業分野、及び原子力分野などにおいて好適に用いることのできる、発電方法及び電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換しうる新たな電気エネルギー生成手段として注目を浴びている。しかしながら、太陽電池に使用される材料のほとんどはＳｉ、ＣｄＳ及びＧａＡｓなどの半導体材料に限られてしまうため、エネルギー変換効率もこれら半導体材料の純度や製造工程（薄膜化や膜同士の接合など）によって大きく変わるため、電池としての性能制御が極めて難しいという問題があった。さらに、エネルギー変換効率も未だ十分なものは得られておらず、十分な量の電力を生成するためには極めて大きな光エネルギー吸収面積を必要とする。この結果、太陽電池のコストは必然的に高くなってしまうという問題があった。
【０００３】
さらに、太陽電池として使用する場合、エネルギー源となる太陽光の強度が時間帯（昼夜）や天候によって大きく変化し、十分な電力を安定して供給することが困難であるという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気エネルギーを高効率及び廉価に生成し、提供することが可能な新規な発電方法、及びこの発電方法を利用した新規な構成の電池を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の金属固体を準備する工程と、
前記金属固体に対してエネルギー線を照射し、前記エネルギー線と前記金属固体との相互作用を通じて電気エネルギーを生成する工程と、
を具えることを特徴とする、発電方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の金属固体と、
前記金属固体に対してエネルギー線を照射し、前記エネルギー線と前記金属固体との相互作用を通じて電気エネルギーを生成させるためのエネルギー照射源と、
を具えることを特徴とする、電池に関する。
【０００７】
現在及び将来のエネルギー及び環境問題を考慮すると、ＣＯ_２、ＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘなどの有害物質を生成することのない、発電システムの開発が嘱望されている。また、コストや上述した太陽電池に関する問題点などを考慮すると、放射性廃棄物からの放射線、あるいは宇宙空間に存在する各種放射線を利用することが極めて有効である。したがって、本発明者らは、このような観点から新規な発電方法及びこの発電方法を利用した電池を開発すべく、鋭意検討を実施した結果、上述したような発電方法及び電池を開発するに至ったものである。
【０００８】
本発明の発電方法及び電池においては、例えば放射線などから構成されるエネルギー線を金属固体に照射すると、前記エネルギー線と前記金属固体との間に相互作用（コンプトン散乱など）が生じ、前記金属固体内で２次電子を生成するようになる。この２次電子は一部が前記金属固体外に放出されるため、前記金属固体内部は電子が欠損した状態になる。したがって、前記金属固体を他の金属部材や電気回路中に組み込むことによって、前記電子欠損に起因した起電力を電気エネルギーとして生成できるようになる。
【０００９】
前記電気エネルギーの生成効率は、前記金属固体を構成する材料の種類、部材数、形状や形態などを制御することによって簡易に制御することができる。したがって、本発明によれば、所望する電気エネルギーを簡易に得ることができるようになる。また、例えば放射性廃棄物を用い、前記エネルギー線を前記放射性廃棄物から放射される放射線などから構成することにより、長寿命でメンテナンスフリーの発電方法及び電池を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の電池の一例を示す構成図である。図１に示す電池においては、厚さの異なる板状の金属部材１０及び１１を交互に、それらの主面が対向するようにして配置するとともに、金属部材間において板状の絶縁部材をその主面が金属部材の主面の対向するようにして介在させている。そして、金属部材１０及び１１には導線が接続されており、金属部材１０及び１１で生成された起電力に起因して生じた電流を、電流計で測定できるように構成されている。
【００１１】
図１に示す金属部材１０及び１１に対して、その主面に対して例えば略垂直となるように、図示しない放射線源から、所定強度の放射線を図中矢印で示すように両側から照射する。すると、金属部材１０及び１１内では前記放射線との相互作用（コンプトン効果など）に基づく２次電子が発生するとともに、その一部が金属部材１０及び１１外へ放出される。したがって、金属部材１０及び１１内には電子欠損に起因した起電力が生じるようになる。また、金属部材１０及び１１は、互いに異なる厚さを有することから、内部に生じる起電力の大きさが異なるようになる。したがって、金属部材１０及び１１間には起電力差が生じるようになり、これらを導線で接続することにより、前記起電力差に起因した電流が流れるようになる。
【００１２】
なお、金属部材１０及び１１内に生じる起電力の大きさは、上述した部材の厚さのみならず、放射線を照射すべき照射面積の大きさにも依存する。また、図１に示すように、金属部材１０及び１１を複数配置した状態においては、金属部材１０及び１１の配置数や、金属部材１０及び１１の配置間隔にも依存する。さらには、金属部材１０及び１１を構成する材料の種類にも依存する。したがって、これらのパラメータを適宜制御することによって、図１に示す電池全体として最適な起電力を生じるように調節する。
【００１３】
一般に、金属部材１０及び１１に対する放射線の照射面積を大きくすることにより、各部材中に生じる起電力は増大する。また、配置数を大きくすることにより、電池全体としての起電力は増大する。
【００１４】
また、図１においては、金属部材１０及び１１間に板状の絶縁部材２０を設けているが、これによって、隣接する金属部材１０あるいは１１から放出された２次電子の影響を制御することができ、図１に示す電池の動作を良好な状態の下に実行することができる。
【００１５】
図２は、本発明の電池の他の例を示す構成図である。図２に示す電池においては、異なる厚さを有する板状の金属部材をロール状に巻回させて形成した、一対の巻回状の金属部材３０及び３１を同軸状に配置するとともに、これらの部材間においてロール状の絶縁部材４０を介在させている。金属部材３０及び３１には導線が接続されており、金属部材３０及び３１で生成された起電力に起因して生じた電流を、電流計で測定できるように構成されている。
【００１６】
図２に示す金属部材３０及び３１の側面に対して、図示しない放射線源から、所定強度の放射線を図中矢印で示すように照射する。すると、金属部材３０及び３１内では前記放射線との相互作用（コンプトン効果など）に基づく２次電子が発生するとともに、その一部が金属部材３０及び３１外へ放出される。したがって、金属部材３０及び３１内には電子欠損に起因した起電力が生じるようになる。また、金属部材３０及び３１は異なる厚さを有することから、内部に生じる起電力の大きさが異なるようになる。したがって、金属部材３０及び３１間には起電力差が生じるようになり、これらを導線で接続することにより、前記起電力差に起因した電流が流れるようになる。
【００１７】
なお、金属部材３０及び３１内に生じる起電力の大きさは、上述した部材の厚さのみならず、放射線を照射すべき照射面積の大きさにも依存する。また、図２に示すように、金属部材３０及び３１をロール状に巻回した状態においては、金属部材３０及び３１の配置数、すなわち同軸状に巻回した部材数や、金属部材３０及び３１の巻回間隔にも依存する。さらには、金属部材３０及び３１を構成する材料の種類にも依存する。したがって、これらのパラメータを適宜制御することによって、図２に示す電池全体として最適な起電力を生じるように調節する。
【００１８】
一般に、金属部材３０及び３１に対する放射線の照射面積を大きくすることにより、各部材中に生じる起電力は増大する。また、配置数を大きくすることにより、電池全体としての起電力は増大する。
【００１９】
また、図２においては、金属部材３０及び３１間に板状の絶縁部材４０を設けているが、これによって、隣接する金属部材３０あるいは３１から放出された２次電子の影響を制御することができ、図２に示す電池の動作を良好な状態の下に実行することができる。
【００２０】
図３は、図２に示す電池の変形例を示す構成図である。図３に示す電池は、金属部材３０及び３１をロール状に巻回する代わりに、渦巻き状に巻回して作製したものである。そして、渦巻き状に巻回した金属部材３０及び３１間に、同じく渦巻き状に巻回した絶縁部材を介在させたものである。この場合においても、図２に示す電池同様に、側面に放射線を照射することにより金属部材３０及び３１内に起電力を生ぜしめるとともに、それらの起電力差に起因した電流値が電流計によって計測される。
【００２１】
そして、金属部材３０及び３１の厚さ及び放射線を照射すべき照射面積、さらには金属部材３０及び３１の配置数、すなわち同軸状に巻回した部材数や、金属部材３０及び３１の巻回間隔を適宜制御することによって、図３に示す電池全体として最適な起電力を生じるようにする。
【００２２】
なお、図１〜図３に示す例においては、金属部材に照射すべきエネルギー線として放射線を用いている。この場合、前記放射線として特定の放射線源から放出されたα線、β線、γ線及びＸ線などを利用することもできるが、放射性廃棄物を利用し、そこから放射される放射線を利用することもできる。後者の場合には、放射性廃棄物を有効利用することになり、地球資源の有効利用という観点からも好ましい。また、半永久的に放射線を供給できることから、長寿命でメンテナンスフリーとすることもできる。
【００２３】
また、放射線以外のエネルギー線を用いることもできる。例えば、電子線や所定の電磁波、レーザ光などを用いることもできる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
本実施例においては、厚さ１ｍｍ、縦５ｃｍ、横１０ｃｍの板状のステンレス部材と、厚さ０．１ｍ、縦５ｃｍ、横１０ｃｍの板状のステンレス部材とを、それぞれ１２枚づつ、計２４枚並べるとともに、それらの間にコピー用紙を絶縁部材として介在させることにより、図１に示すような構成の電池を作製した。次いで、室温においてコバルト６０照射装置を用いて、前記板状のステンレス部材の主面に対して略垂直にγ線（約１．４５Ｇｙ／ｓｅｃ）を照射した。
【００２５】
このときに流れた電流値を計測したところ、約３ｎＡであった。なお、γ線を照射しない場合においては３ｐＡ以下のバックグランドレベルであった。
【００２６】
（実施例２）
本実施例においては、厚さ０．１ｍｍ、幅１０ｃｍのステンレス箔と、厚さ０．０１ｍｍ、幅１０ｃｍのステンレス箔とを用い、これらをロール状に巻回するとともに、これらの間にコピー用紙を絶縁部材として介在させることにより、図２に示すような構成の電池を作製した。次いで、室温において、コバルト６０照射装置を用い、前記ロール状に巻回したステンレス箔の側面に対してγ線（約１．４５Ｇｙ／ｓｅｃ）を照射した。このときに流れた電流値を計測したところ、約１５ｎＡであった。
【００２７】
（実施例３）
本実施例においては、厚さ０．１ｍｍ、幅１０ｃｍのステンレス箔と、厚さ０．０１ｍｍ、幅１０ｃｍのステンレス箔とを用い、これらを渦巻き状に３４周に亘って巻回するとともに、これらの間にコピー用紙を絶縁部材として介在させることにより、図３に示すような構成の電池を作製した。次いで、室温において、コバルト６０照射装置を用い、前記ロール状に巻回したステンレス箔の側面に対してγ線（約１．４５Ｇｙ／ｓｅｃ）を照射した。このときに流れた電流値を計測したところ、約１００ｎＡであった。
【００２８】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例においては、厚さの異なる２種類の金属部材を用い、これらに生じる起電力差を利用しているが、単一種類の金属部材を用い、これから直接的に起電力を得ることもできる。さらには、本発明の金属固体として板状の金属部材あるいは巻回状の金属部材などから構成したが、これら以外の、例えば粉末を固めて形成した金属固体などを用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気エネルギーを高効率及び廉価に生成し、提供することが可能な新規な発電方法、及びこの発電方法を利用した新規な構成の電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の電池の他の例を示す構成図である。
【図３】図２に示す電池の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０、１１ 板状の金属部材
２０、４０ 絶縁部材
３０、３１ 巻回状の金属部材

Claims (28)

1. 所定の金属固体を準備する工程と、
   前記金属固体に対してエネルギー線を照射し、前記エネルギー線と前記金属固体との相互作用を通じて電気エネルギーを生成する工程と、
   を具えることを特徴とする、発電方法。
2. 前記金属固体は、板状の金属部材から構成することを特徴とする、請求項１に記載の発電方法。
3. 複数の板状の金属部材を準備するとともに、これら複数の金属部材を、前記複数の金属部材の主面同士が互いに対向するようにして配置し、前記複数の金属部材の前記主面に対して前記エネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１に記載の発電方法。
4. 前記複数の金属部材の間に絶縁部材を介在させることを特徴とする、請求項３に記載の発電方法。
5. 前記複数の金属部材の配置数を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項３又は４に記載の発電方法。
6. 前記複数の金属部材の配置間隔を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一に記載の発電方法。
7. 前記金属部材に対する前記エネルギー線の照射面積を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一に記載の発電方法。
8. 前記金属部材の厚さを制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一に記載の発電方法。
9. 前記金属固体は、巻回状の金属部材から構成することを特徴とする、請求項１に記載の発電方法。
10. 複数の巻回状の金属部材を準備するとともに、これら複数の金属部材を同軸状に巻回し、前記複数の金属部材の側面に対して前記エネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１に記載の発電方法。
11. 前記複数の金属部材の間に絶縁部材を介在させることを特徴とする、請求項１０に記載の発電方法。
12. 前記複数の金属部材の巻回数を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の発電方法。
13. 前記複数の金属部材の巻回間隔を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の発電方法。
14. 前記金属部材に対する前記エネルギー線の照射面積を制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一に記載の発電方法。
15. 前記金属部材の厚さを制御することによって、前記電気エネルギーの生成効率を調節することを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一に記載の発電方法。
16. 前記金属固体はステンレスから構成することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一に記載の発電方法。
17. 前記エネルギー線は放射線であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一に記載の発電方法。
18. 前記放射線は放射性廃棄物から放射されたものであることを特徴とする、請求項１７に記載の発電方法。
19. 所定の金属固体と、
    前記金属固体に対してエネルギー線を照射し、前記エネルギー線と前記金属固体との相互作用を通じて電気エネルギーを生成させるためのエネルギー照射源と、
    を具えることを特徴とする、電池。
20. 前記金属固体は、板状の金属部材から構成することを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
21. 複数の板状の金属部材を準備するとともに、これら複数の金属部材を、前記複数の金属部材の主面同士が互いに対向するようにして配置し、前記複数の金属部材の前記主面に対して前記エネルギー線を照射するように前記エネルギー照射源を配置したことを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
22. 前記複数の金属部材の間に絶縁部材を介在させたことを特徴とする、請求項２１に記載の電池。
23. 前記金属固体は、巻回状の金属部材から構成することを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
24. 複数の巻回状の金属部材を準備するとともに、これら複数の金属部材を同軸状に巻回し、前記複数の金属部材の側面に対して前記エネルギー線を照射するように前記エネルギー照射源を配置したことを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
25. 前記複数の金属部材の間に絶縁部材を介在させたことを特徴とする、請求項２４に記載の電池。
26. 前記金属固体はステンレスから構成したことを特徴とする、請求項１９〜２５のいずれか一に記載の電池。
27. 前記エネルギー照射源は放射線源であることを特徴とする、請求項１９〜２６のいずれか一に記載の電池。
28. 前記放射線源は放射性廃棄物を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の電池。

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