WO2007116524A1 - 電界放出発電装置 - Google Patents

Abstract

　従来の発電方法とは異なる新しい概念に基づき、投入エネルギーが少なく、発電効率が良く、クリーンで、枯渇する心配のない、安定した発電を可能とする。 　自由電子を保有する電子供給体２０と、電子供給体２０に電気導通状態に設けられる電子放出ポート３０と、電子放出ポート３０に電気絶縁場Ｆを介して対向配置されると共に電界を付加して電子を吸引放出させる電子引出電極４０と、電子引出電極４０によって放出された電子を受け取る電子受容体５０と、電子放出ポート３０からの放出電子が電子引出電極４０に吸収されるのを防止する電子吸収防止手段とを備え、電子引出電極４０に正電圧を加えることで電子放出ポート３０から電子を電界放出させ、この放出電子を、電子受容体５０で受け取らせて集める構成とした。

Description

明 細 書

電界放出発電装置

技術分野

[0001] 本発明は電界放出 (放射)を利用した発電装置に関する。

背景技術

[0002] 電気エネルギーを得る方法としての発電には、古くから行われている水力発電、風 力発電の他、太陽光発電、潮力発電等の自然エネルギーを利用する発電が知られ ている。また化石燃料を用いた火力発電や、原子力を用いた原子力発電が知られて いる。

前記化石燃料を用いた発電においては、原料となる化石燃料が有限であることから 、何れ枯渴し、社会のニーズに応えられなくなるという問題をかかえている。

また前記太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電においては、利用する 自然エネルギーである太陽光や風力の供給は自然条件に依存するので、我々が電 力を必要とする際に必ず発電が行われる保障がないという欠点がある。

また原子力発電の場合は、安全性の問題や設備等の問題がある。

[0003] 一方、本発明者は、太陽光を物質に受光させて熱エネルギーに変換し、これによつ て加熱された物質から熱電子を放出させ、この熱電子放出を利用して熱エネルギー を電気エネルギーに変換することによる発電方法を提供した (特許文献 1〜4)。 また熱エネルギーを電気エネルギーに変換する装置としては、次の特許文献 5も提 供されている。

一方、電界を加えて電子を放出させる電界電子放出を用いた装置として、次の特 許文献 6が提供されている。

特許文献 1：特許第 3449623号公報

特許文献 2 :特開 2003— 189646号公報

特許文献 3：特開 2003 - 250285号公報

特許文献 4:特開 2004— 140288号公報

特許文献 5：特開 2003 - 258326号公報 特許文献 6：特表平 11— 510307号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところが上記特許文献 1〜4の発明は、何れも熱エネルギーを物体に与え、これに よって加熱された物体中から熱電子を放出させ、放出された電子を回収して発電を 行う方法を採用したものである。即ち外部力も熱エネルギーを与えて、これを電気工 ネルギ一に変換する方式の発電装置であり、大きな電気エネルギーを得るためには 、それ相当の大きな熱エネルギーの投入を必要とする。

また上記特許文献 5の発明には、電界放出を利用した素子や装置が開示されてい る。しかし、あくまでも電気エネルギーと熱エネルギーとの変換装置である。また発電 に関しては、加熱による熱電子放出を利用した発電にとどまるものである。

また特許文献 6の発明には、電界電子放出材料、電界電子放出装置が開示されて いる。し力 電界電子放出装置において示されたものは、電子の電界放出を放電装 置、電子ガン、ディスプレイ等、何れも放出電子そのものを利用した装置であり、発電 に利用すると 、つた技術思想が全く存在しな 、ものである。

[0005] そこで本発明は従来における発電方法とは全く異なる新しい概念に基づき、投入 エネルギーが少なぐ且つ十分に効率のよい発電を得ることができると共に、クリーン で、枯渴する心配のない、安定した発電が可能な新たな発電装置の提供を課題とす る。

課題を解決するための手段

[0006] 上記課題を達成するため、本発明者は種々の実験と検討を重ねた結果、電界が物 質に作用することで物質中の電子が物質の表面力 放出される電界放出現象をうま く利用することで、熱電子放出による発電とは異なる、より効率のよい新たな発電が可 能であることを知得し、本発明を完成した。

電界が、例えば自由電子が多い物質の狭い領域に集中すると、物質表面から電子 が真空中等に放出される。この現象は電界放出として知られている。この場合は外部 力 熱エネルギーをカ卩えなくとも、電界によって電子が放出される。放出された電子 をうまく収集することにより、電子による電気エネルギーを外部に取り出すことができる 物質にカ卩える電界については、前記電界の集中度を高くすることで、加える正電荷 の強さを低く抑えることができる。

また電界を加えられる材料は、自由電子が多ぐ電子を放出する放出領域のエネ ルギー障壁を低くすることで、電界放出を行いやすくすることができる。

一方、電界を発生させる電界の発生源については、電界を材料に及ぼすだけで電 流が流れない限り、電荷の消耗、即ちエネルギー消費は理論的には生じない。別の 言い方をすれば、材料力 電界放出された電子が電界発生源に到達して吸収され な ヽ限りにお!ヽて、電界発生源でのエネルギー消費は生じな ヽ。

以上のようにして本発明では、材料中の自由電子を効率よく電界放出させ、且つこ の電界放出させた電子を電界発生源以外の受電子材料に適切に収集して蓄積する ことで、実用可能な発電を完成させている。このとき電子放出材料に電界を加える電 界発生源でのエネルギー消費は最小限に抑えられる。

本発明の電界放出発電装置は、自由電子を保有する材料からなる電子供給体と、 該電子供給体に対して電気導通状態に設けられた電子放出ポートと、該電子放出ポ ートに電気絶縁場を介して対向配置されると共に電界を付加して電子を吸引放出さ せるための電子引出電極と、該電子引出電極によって放出された電子を受け取るた めの電子受容体と、前記電子放出ポートから放出された電子が前記電子引出電極 に吸収されるのを防止するための電子吸収防止手段とを備え、前記電子引出電極に 正電圧を加えることで前記電子放出ポートから電子を電界放出させると共に、この電 界放出した電子を、前記電子引出電極に吸収させることなぐ別に配置した前記電 子受容体で受け取らせて集める構成としたことを第 1の特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子放出ポートは

、電子放出に対するエネルギー障壁の小さ!ヽ材料及び Z若しくは形状で構成されて

V、ることを第 2の特徴として 、る。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子放出ポートは 、電子供給体の表面に準 1次元物質をその長手方向が電子放出方向となるように立 設して構成されて 、ることを第 3の特徴として 、る。 また本発明の電界放出発電装置は、上記第 3の特徴に加えて、準 1次元物質は、 カーボン ·ナノチューブであることを第 4の特徴として 、る。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電気絶縁場は、絶 縁空間若しくは絶縁物質により構成されることを第 5の特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子吸収防止手段 は、電子引出電極の材料を準 2次元物質とし、電子放出ポートから放出された電子 が量子トンネル現象によって前記電子引出電極に吸収されることなく貫通されるよう にして構成してあることを第 6の特徴として 、る。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子吸収防止手段 は、電子放出ポートから放出されて電子引出電極に向力う電子の軌道を変更する電 子軌道変更電極であることを第 7の特徴として 、る。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子吸収防止手段 は、電子受容体を電子引出電極の前に配置することで、電子放出ポートから放出さ れ電子引出電極に向力う電子を電子引出電極の手前で受け取るように構成してある ことを第 8の特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体に向か う電子を加速する加速電極を設けたことを第 9に特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体に向か う電子の軌道を分散させて電子受容体での受電子位置が集中するのを防止する受 電子位置分散手段を設けたことを第 10の特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体は複数 個を相互に絶縁状態にして設け、電子放出ポートから放出された電子を前記複数個 の電子受容体に振り分ける電子振り分け手段を設けたことを第 11の特徴としている。 また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体に到達 した電子が 2次放出するのを防止するための 2次放出防止手段を設けたことを第 12 の特徴としている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体と電子 供給体とを電気接続し途中に電気的負荷を配する構成としたことを第 13の特徴とし ている。

また本発明の電界放出発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子引出電極に交 流電圧を加えることで、電子放出ポートから放出される電子の量を変化させて、交流 発電させる構成としたことを第 14の特徴として 、る。

発明の効果

請求項 1に記載の電界放出発電装置によれば、電子引出電極に正電圧が加えら れることで該電子引出電極と電子供給体の電子放出ポートとの間に電界が生じ、電 子放出ポートに拘束されている自由電子に加わるクーロン力が増大し、電子の運動 エネルギーが上昇する。これによつて電子のもつエネルギーが電子放出ポートの表 面のエネルギー障壁を超えると、その電子は電子放出ポートから電気絶縁場に放出 される。このときの条件としては、電子放出ポートにおけるエネルギー障壁ができるだ け低くなるように、材料やポートの形状を考慮することが重要となる。また電子引出電 極による電界で生じるクーロン力を電子放出に必要な強さにまで増大させるために、 且つ付加される正電圧を低く抑えるために、前記電子引出電極をできるだけ電子放 出ポートに近接させることが重要である。

前記電子引出電極による正電圧付カ卩によって電子放出ポートから電界放出された 電子は、電気絶縁場を前記電子引出電極に向けて吸引されて飛翔するが、電子吸 収防止手段によって、電子引出電極に到達して吸収されるのが阻止され、代わって 電子受容体に受け取られる。これによつて電子放出された電子は電子受容体に集め られ、電子受容体における電子数が増大する。即ち、発電状態となる。

電子受容体の状態は、電気的に中性乃至マイナス状態にするのが、電子と原子核 との結合を防ぎ、効率のよい発電を行うのに好ましい。しかしその一方、電子受容体 のマイナス電荷が増大するに従って反発力が増し、電子の受け入れが難しくなる。こ れを解消するには、電子の飛翔速度を増大させて運動エネルギーを増加させること、 或いは電子受容体のマイナス電荷を電子受容体の表面力 他の位置に移動させて 表面のマイナス電荷を小さく保持することが重要となる。

前記電子引出電極に加えられる正電荷は、電界放出して電子が電子引出電極に 到達しない限りにおいて、理論上において消費されることがないので、必要なェネル ギー (付加電圧)の消費を十分に抑制することが可能である。

以上より請求項 1に記載の発明の電界放出発電によれば、電子の電界放出現象を 利用して、電界放出に必要なエネルギーの消費を少なく抑制しながら、電界放出し た電子を電子受容体に収集し、効率よく発電を行うことが可能となる。

また請求項 1に記載の発明の電界放出発電装置によれば、熱エネルギーを付加し

、この熱エネルギーによって熱電子を放出させて発電に供する従来の方式、即ち熱 エネルギーを電気工ネルギ一に変換させる方式の従来の発電に比較して、十分に 省エネルギーでの発電が可能である。

し力も請求項 1に記載の発明の電界放出発電装置によれば、太陽光などの自然ェ ネルギーを用いた場合の不安定な発電ではなぐ運転制御が容易で且つ安定した 電力の取得が可能な発電を得ることができる。

また請求項 2に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子放出ポートを電子放出に対するエネルギー障壁の小さ 、材料及び Z若しくは形状とすることで、電界放出を容易にすることができる。

固体中の電子は原子中の電子と同様に束縛されており、通常の状態では固体中か ら電子が分離されることはない。電界などにより固体中力 電子を真空中に放出させ るために必要な最少のエネルギーを仕事関数 E (work function)と呼ぶ。この仕

W

事関数 E 1S 前記固体が有する電子放出に対するエネルギー障壁である。

W

エネルギー障壁の小さい材料、即ち仕事関数 E の小さい材料としては、例えば原

W

子の例としてセシウム（E = 1. 81ev)、カルシウム（E = 3. 2ev)、トリウム（E = 3.

W W W

4ev)、モリブデン（E =4. 3ev)、タングステン（E =4. 52ev)カある。更に、仕事

W W

関数 E の小さい化合物の例としては、酸化バリウム (E = 1. 6ev)、酸ィ匕カルシウム

W W

(E = 1· 61ev)、酸化トリウム（E = 1. 66ev)がある。

W W

またエネルギー障壁の小さい形状、即ち仕事関数 E の小さい形状 (結晶構造を含

W

む）としては、例えば後述するカーボン 'ナノチューブ、カーボン 'ウォール、カーボン

'ナノホーン、ダイヤモンド、 BNナノチューブ（ゥイス力）がある。

なお電子放出ポートの表面層が量子トンネル現象の期待される積層構造になされ たものも、エネルギー障壁の小さい物質及び Z若しくは形状に含むものとする。 [0010] また請求項 3に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子放出ポートは準 1次元物質により、その準 1次元物質の 長手方向が電子放出方向になるように立設して構成される。

準 1次元物質とは、電子の放出に関して 1次元物質としての作用と実質的に同様の 作用をなす物質を意味する。この準 1次元物質としては、例えばカーボン 'ナノチュー ブを用いることができる力 十分に細く（ナノオーダ乃至ミクロンオーダ)微細加工され た導電物質を用いることが可能である。

準 1次元物質の場合には、電子は 1次元方向にのみ移動し、その先端から電界放 出される。準 1次元物質の長手方向を電子放出方向と一致させることで、電子の電界 放出が容易となる。また電子の電界放出に対する準 1次元物質によるエネルギー障 壁が低くなると考えられる。

準 1次元物質は多数本を電子放出ポートに立設して構成することができる。多数本 を立設構成することで、その各々力 電子の電界放出がなされ、全体として多数の電 子を効率よく電界放出させることができる。

[0011] また請求項 4に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 3に記載の構成に よる作用効果に加えて、準 1次元物質がカーボン 'ナノチューブであることにより、電 子の（自由）移動性を十分に良好にすることができる。またカーボン 'ナノチューブを その長手方向を電子放出方向に一致するようにして電子放出ポートに立設すること で、効率のよい電子放出を可能とすることができる。

[0012] また請求項 5に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電気絶縁場が絶縁空間若しくは絶縁物質により構成される ことにより、絶縁空間の場合には電子は絶縁空間に電界放出され、絶縁空間を飛翔 する。この絶縁空間を真空空間或いはそれに準ずる空間とすることで、真空管的な 発電装置或いは発電モジュールを構成することが可能となる。

また絶縁物質を電気絶縁場とすることで、固体チップからなる発電モジュールを容 易に構成することができる。

前記の発電モジュールを多数個集合させることで、発電出力を増大させることが可 能である。 [0013] また請求項 6に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子吸収防止手段は、電子引出電極の物質を準 2次元物 質とし、電子放出ポートから放出された電子が量子トンネル現象によって前記電子引 出電極に吸収されることなく貫通されるようにして構成してあるので、電子放出ポート 力 放出された電子は、電子引出電極に達しても、該電子引出電極において原子核 等に拘束される (電子が吸収される)ことなぐ背後に貫通して、電子受容体に受け取 られることができる。従って電子受容体を電子引出電極の背後に配置することで、何 ら特別な電子受け取りの手段を別に施すことなぐ電界放出された電子を確実に電 子受容体で受け取ることができる。電子受容体には正電圧を加える必要がな 、ので 、受け取られた電子が自由電子として利用できなくなるのを抑制することができ、発電 効率を上げることができる。

前記準 2次元物質とは、電子の貫通に関して 2次元物質としての作用と実質的に同 様の作用をなす物質を意味し、より具体的には厚みが非常に薄くて電子の量子トン ネル現象が期待できる材料を意味する。量子トンネル現象の効果を上げるには、飛 翔する電子の速度 (運動エネルギー）を増大すること、及び準 2次元物質の厚みを薄 くして電子を拘束する確率を低下することが重要となる。

[0014] また請求項 7に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子吸収防止手段は、電子放出ポートから放出されて電子 引出電極に向かう電子の軌道を変更する電子軌道変更電極であるので、電子放出 ポートから放出された電子は、電子引出電極に達することなぐその途中で飛翔軌道 を変更され、電子受容体に受け取られることができる。この装置の場合は電子軌道変 更電極が別に必要となるが、電子引出電極を準 2次元物質で構成する等の特別な 材料にする必要がなくなるメリットがある。また電子軌道変更電極についても、正電圧 や負電圧を保持できるものであれば、特別な材料で構成する必要がな 、と 、うメリット がある。

[0015] また請求項 8に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子吸収防止手段は、電子受容体を電子引出電極の前に 配置することで、電子放出ポートから放出され電子引出電極に向力う電子を電子引 出電極の手前で受け取るように構成してあるので、電子放出ポートから放出された電 子は、電子引出電極に達することなぐその手前で電子受容体に受け取られることが できる。この装置の場合は電子受容体を配置するスペースを確保する必要があるが 、そのようなスペースが確保できれば、他に何ら特別な電子受け取りの手段を施すこ となぐ電界放出された電子を確実に電子受容体で受け取ることができる。電子受容 体には正電圧をカ卩える必要がないので、受け取られた電子が原子核等に吸収されて 自由電子として利用できなくなる割合を少なく抑制することができ、発電効率を上げ ることがでさる。

[0016] また請求項 9に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成に よる作用効果に加えて、電子受容体に向かう電子を加速する加速電極を設けたので 、電子受容体に向力う電子速度の増大による運動エネルギーの増大を図ることがで き、電子受容体が負電圧状態に帯電している場合においても、該負電圧によって発 生するクーロンの法則の反発作用に電子が打ち勝って、電子が電子受容体に到達 する確率を上げることができる。即ち、発電効率を向上させることができる。

[0017] また請求項 10に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成 による作用効果に加えて、電子受容体に向力 電子の軌道を分散させて電子受容体 での受電子位置が集中するのを防止する受電子位置分散手段を設けたので、該受 電子位置分散手段により、電子が電子受容体の一部に集中的して衝突することによ つて電子受容体の破損を招くような不都合を防止し、装置の耐久性を増すことができ る。

[0018] また請求項 11に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成 による作用効果に加えて、電子受容体は複数個を相互に絶縁状態にして設け、電子 放出ポートから放出された電子を前記複数個の電子受容体に振り分ける電子振り分 け手段を設けたので、該電子振り分け手段により、電子放出ポートから放出された電 子が複数の電子受容体に振り分けられて受け取られるので、電子受容体に蓄積する 電子による飛翔電子への反発作用を少なくすることができ、個々の電子受容体での 電子受け取りをより容易に効率よく行うことができる。

1つの電子受容体のみで全ての放出電子を受け取る場合には、多数の電子を急激 に受け取ることで電子受容体の負電荷の蓄積が急増しやすぐよって飛来電子を反 発する等、電子の受け取り率が悪くなる事態が生じ得る。一方、複数の電子受容体を 用いて電子を振り分けて受け取る場合には、個々の電子受容体においては、電子の 増加が急激には行われないことから、受け取った電子を他の場所に移行させ或いは 使用に供することで、負電荷の増加を適当に防止することが可能となる。従って引き 続き飛来する電子を、負電荷によって反発させることなぐ電子受容体で効率よく受 け取ることができる。

[0019] また請求項 12に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成 による作用効果に加えて、電子受容体に到達した電子が 2次放出するのを防止する ための 2次放出防止手段を設けたので、電界放出された電子受容体に飛来した電子 を確実に拘束して受け取ることができる。よって発電効率を上げることができる。

[0020] また請求項 13に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成 による作用効果に加えて、電子受容体と電子供給体とを電気接続し途中に負荷を配 する構成としたので、電子受容体で受け取った電子を電気的負荷に供給して仕事を 行わせることができる。電気的負荷を経た電子は電子供給体に戻る。即ち、電子の 循環を行うことができる。

[0021] また請求項 14に記載の電界放出発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成 による作用効果に加えて、電子引出電極に交流電圧を加えることで、電子放出ポー トから放出される電子の量を変化させて、交流発電させる構成としたので、電子引出 電極に加える交流電圧の周期と振幅を調整することで、所望の交流を発電すること が可能となる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明は第 1の実施形態に係る電界放出発電装置を示す概略断面構成図で ある。

[図 2]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に加速電極を付加し た例を示す概略断面構成図である。

[図 3]電子引出電極をカーボン 'ナノチューブの組み合わせで構成した場合に、電子 引出電極を電子が貫通する状態を説明する図である。 [図 4]電子放出ポート及び電子引出電極の具体的構成の 1例を示す図である。 圆 5]電子引出電極をカーボン 'ナノチューブの架橋現象を用いて構成する途中の状 態を説明する図である。

圆 6]電子引出電極をカーボン 'ナノチューブの架橋によって構成した具体的 1例を 示す図である。

圆 7]電子受容体の具体的構成の 1例を説明する図である。

圆 8]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に受電子位置分散 手段を付加した例を説明する図である。

圆 9]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に電子振り分け手段 を付加した例を説明する図である。

圆 10]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に、電子振り分け 手段を付加した場合に対応して構成される電力取出回路の具体的構成の 1例を説 明する図である。

圆 11]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に 2次放出防止手 段を付加した 1例を説明する図である。

圆 12]本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に 2次放出防止手 段を付加した他の 1例を説明する図である。

圆 13]図 13は第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に 2次放出防止手段 を付加した更に他の 1例を説明する図である。

圆 14]図 12に示す 2次放出防止手段を適用した本発明の第 2の実施形態に係る電 界放出発電装置の 1例を示す概略断面構成図である。

圆 15]図 13に示す 2次放出防止手段を適用した本発明の第 2の実施形態に係る電 界放出発電装置の他の例を示す概略断面構成図である。

[図 16]交流電源を用いて電界放出される電子の方向を交互に反対方向に変更する ことできるようにした本発明の第 2実施形態に係る電界放出発電装置の更に他の例 を示す概略奪面構成図である。

[図 17]図 16に示す装置において、交流電源が正の半サイクルにある状態での電界 放出電子の動きを説明する図である。 [図 18]図 16に示す装置において、交流電源が負の半サイクルにある状態での電界 放出電子の動きを説明する図である。

圆 19]本発明の第 3の実施形態に係る電界放出発電装置を説明する概略構成図で ある。

圆 20]本発明の第 3の実施形態に係る電界放出発電装置の具体的な 1例を説明す る断面構成図である。

[図 21]図 20の一部拡大図である。

圆 22]本発明の第 4の実施形態に係る電界放出発電装置を説明する概略構成図で ある。

圆 23]電子を電界放出する電圧の閾値を説明する図である。

符号の説明

10 真空容器

20 電子供給体

30 電子放出ポート

31 準 1次元物質

40 電子引出電極

41 電子引出電源

42 準 1次元物質

50 電子受容体

60 電子取出回路

61 電気的負荷

70 絶縁隔離部材

80 加速電極

90 受電子位置分散手段

100 電子振り分け手段

110 2次放出防止手段

130 電子収集ポート

140 電子収集電極 151、 152 第 1の電子軌道変更電極

154、 155 第 2の電子軌道変更電極

157 電子軌道変更電極

160 フレーム

F 電気絶縁場

e 電^"

n 原子核

s 引き込み空間

発明を実施するための最良の形態

[0024] 図 1を参照して、本発明の第 1の実施形態に係る電界放出発電装置を説明する。

第 1の実施形態では、電界放出された電子 eは電子引出電極 40をトンネル現象に より貫通し、電子受容体 50に達する。

[0025] 図 1は電界放出発電装置の概略断面構成図である。

真空容器 10内に電子供給体 20、電子放出ポート 30、電子引出電極 40、電子受 容体 50が設けられている。

また真空容器 10外に電子引出電源 41、電力取出回路 60が設けられている。

[0026] 前記真空容器 10はその内部を真空乃至十分に減圧された状態にする容器で、材 料の種類は特に限定されるものではな 、。

前記電子供給体 20は、電子を供給する源となる物質で構成され、金属材料、その 他の自由電子を豊富に保有する材料で構成される。

前記電子放出ポート 30は、電子をそこ力も電界放出する機能を果たすもので、前 記電子供給体 20と電気的に導通状態に設けられる。

電子放出ポート 30は、電子の電界放出に対するエネルギー障壁の小さい材料で 構成することが好まし 、。またエネルギー障壁の小さ 、形状で構成することが好まし い。

前記電子引出電極 40は、前記電子放出ポート 30に対して電界を付加し、電子放 出ポート 30から電子 eを電界放出させるための電極である。この電子引出電極 40は 絶縁隔離部材 70により、電気絶縁場 Fを介して、電子放出ポート 30と対向配置され ている。

前記絶縁隔部材 70は、絶縁物質で構成することができる。

本実施形態の場合、電界放出された電子 eが電子引出電極 40に到達して吸収さ れるのを防止するための電子吸収防止手段として、電子引出電極 40を準 2次元物質 で構成している。

前記電子受容体 50は、電界放出された電子を受け取るためのもので、前記電子引 出電極 40の後方に電気絶縁場 Fを介して配置されて ヽる。この電子受容体 50は金 属材料等の自由電子の保有能力が大きい材料で構成することができる。

前記電子引出電源 41は、前記電子引出電極 40に正電圧を加える機能を果たすも ので、本実施形態では前記電子供給体 20に負電極、前記電子引出電極 40に正電 極が加わるように接続して 、る。

前記電力取出回路 60は、前記電子受容体 50に集められた電子 eを外部に取り出 すための回路である。前記電子受容体 50と前記電子供給体 20との間で電気接続さ れており、その途中に電気的負荷 61が配された構成になされて!、る。

前記電気絶縁場 Fは、本実施形態では真空若しくは十分な減圧された空間力ゝらな る絶縁空間で構成して 、る。

上記第 1の実施形態に係る電界放出発電装置では、真空容器 10中に配置した電 子供給体 20の中に存在する電子 eが、電子引出電極 40による正の電圧を付加され ることによって、電子放出ポート 30から電気絶縁場 Fに電界放出される。

電気絶縁場 Fに電界放出された電子 eは、厚さが非常に薄い準 2次元物質力 なる 電子引出電極 40を、量子トンネル現象によって貫通する。即ち、電界放出された電 子 eは電子引出電極 40によって吸収されるのが防止される。

電子引出電極 40を貫通した電子 eは、電子受容体 50に達して衝突、吸収される。 電子 eが吸収された電子受容体 50と前記電子供給体 20との間には、電力取出回 路 60が接続されており、電子 eを吸収した電子受容体 50から電子供給体 20に電子 e 力 Sフィードバックされる。その際、電子 _eが電気的負荷 61の中を移動することにより、 電流 iが流れる。即ち、発電された電気が電気エネルギーとして電気的負荷 61に供 給され、エネルギーが利用され、仕事を行う。 [0028] 図 2は図 1に示す構成に加速電極 80を付加構成した電界放出発電装置を示す。 加速電極 80は、電子受容体 50に向力う電界放出電子を加速させるための電極で ある。加速電極 80は、絶縁隔離部材 71により、前記電子引出電極 40の後方に電気 絶縁場 Fを介して設けられる。

加速電極 80に対しては正電圧を加える加速電源 81が設けられる。この加速電源 8

1は、この例では前記電子引出電源 41と直列に結合されており、加速電極 80に対し て電子引出電極 40よりも高 、正電圧が加わるようにして 、る。

加速電源 81は、準 2次元物質で構成している。

図 2の他の構成、機能は図 1に示す構成、機能と同じであるので、同じ構成、機能 を有する部材、要素には同じ符号を付して、説明を省略する。

この第 2の実施形態の装置では、電子供給体 20の電子放出ポート 30から電界放 出され且つ準 2次元物質力 なる電子引出電極 40を貫通した電子 eは、正電圧が加 えられた加速電極 80の持つ電荷のクーロン力によって更に加速される。そして準 2次 元物質である電子引出電極 40を量子トンネル現象によって貫通し、より高い運動ェ ネルギーをもって電子受容体 50に到達することができる。この場合、電子 eのもつ運 動エネルギーが高いと、電子受容体 50に蓄積された負電荷によるクーロンの法則に 従う反発力に打ち勝って電子受容体 50に到達できる可能性が高まり、電子受容体 5 0での電子 eの収集効率がよくなる。即ち、発電効率がよくなる。

[0029] 図 3は電子引出電極 40に用いられる準 2次元物質を、準 1次元物質であるカーボ ン ·ナノチューブを略平行に並べて構成した場合にぉ 、て、電界放出された電子 eが 電子引出電極 40に接近する場合を示す。

カーボン 'ナノチューブは炭素の 6員環などが結合して構成される。電子 eが準 2次 元物質からなる電子引出電極 40に電子軌道 orbに沿って接近する場合、電子 eは運 動エネルギーをもっているので、非常に薄い物質中をトンネル現象により突き抜ける

。即ち、準 2次元物質の中の原子核 nに電子 eが接近しても、飛翔電子 eは速度を持 つているので、原子核 nに捕獲される確率は低ぐ大部分の電子は突き抜ける可能性 が高いので、トンネル現象により電子 eが準 2次元物質に殆ど吸収されずに飛翔を続 行する確率が高い。 [0030] 図 4は電子放出ポート 30及び電子引出電極 40の構成例を示す図である。

この例では、電子放出ポート 30を準 1次元物質 31により構成し、電子供給体 20の 表面に対して準 1次元物質 31の長手方向が垂直になるようにして (電子放出方向と なるようにして)立設する。準 1次元物質 31は複数を立設することができる。複数とす ることで、多数の電界放出電子 eの放出を速やかに行うことができる。

またこの例では、複数個の準 1次元物質 42を略平行に間隔をもって配し、端部を基 板 43で一体ィ匕することで準 2次元物質を構成し、電子引出電極 40としている。基板 4 3と電子供給体 20との間に電子引出電源 41が接続され、電子引出電極 40に正電圧 が加えられる。

準 1次元物質 31よりなる電子放出ポート 30から電気絶縁場 Fに電界放出された電 子 eは、電子引出電極 40に向力つて飛翔する力 電子引出電極 40の準 1次元物質 4 2の隙間をトンネル現象によりすり抜ける。これによつて電界放出電子 eが電子引出電 極 40に吸収されるのを殆ど防止することができる。

なお前記準 1次元物質 42を略平行に配する代わりに、準 1次元物資を網目状に配 して、準 2次元物質を構成するようにしてもよい。

準 1次元物質 31、 42としてはカーボン 'ナノチューブを用いることができる。

[0031] 図 5、図 6を参照して、電子引出電極 40をカーボン 'ナノチューブの架橋によって構 成する例を説明する。

電子供給体 20と絶縁隔離部材 70を介して配置される電子引出電極 40として、そ の基体 44を 1対、相互に対向させて配置する。この基体 44は、具体的には鉄、コバ ルト、ニッケル等の触媒物質とし、絶縁隔離部材 70の上面に積層することで電子供 給体 20とは電気的に非導通状態とする。

雰囲気を 650°C付近に設定すると共に、気体としてメタン、アセチレン等の炭素系 ガスを適切に供給し、条件を適切に維持することで、前記基体 44上にカーボン 'ナノ チューブ、若しくはこれに類する準 1次元物質を成長させ、基体 44、 44間に架橋体 4 5を生成させる。個々のカーボン 'ナノチューブは準 1次元物質である力 多数のカー ボン'ナノチューブが 1対の基体 44間に架橋体 45を構成することで、準 2次元物質か らなる電子引出電極 40を構成する。 電子供給体 20と前記基体 44との間に電子引出電源 41が接続され、電子引出電 源 41により基体 44に正電圧が加えられることで、架橋体 45内の正電荷により電子放 出ポート 30 (複数の準 1次物質を立設構成）内の電子 eがクーロン力により引き寄せら れ、電界放出される。

電界放出された電子 eは電子引出電極 4に向けて飛翔する力 準 2次元物質の架 橋体 45をトンネル現象によりすり抜け、電子受容体 50に向かう。

[0032] 図 7を参照して、電子受容体 50の具体的構成の 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50は、正電荷部材 51と絶縁部材 52と導電部材 53と受電 部材 54とからなる。

図示しない電源により正電荷をカ卩えられる正電荷部材 51の前面に絶縁部材 52の 層を介して導電部材 53の層が積層され、この導電部材 53に受電部材 54が多数整 列した状態に配設されている。前記導電部材 53は導電性透明膜 (ITO)とすることが できる。

電子供給体 20の電子放出ポート 30から電界放出され、準 2次元物質からなる電子 引出電極 40をトンネル現象によって貫通した電子 eは、電子受容体 50の正電荷部 材 51により引かれ、受電部材 54に接近し、それに吸収される。吸収されな力つた電 子 eは導電部材 53に吸収される。このとき、正電荷部材 51と導電部材 53との間は絶 縁部材 52により電子の移動が阻止されている。よって最終的には、受電部材 54に移 動する。その結果として、受電部材 54には電子 eが負電荷として蓄積される。この蓄 積された電子 eは、電力取出回路 60 (図 1、図 2参照）の電気的負荷 61を通過させる ことにより電気エネルギーとして利用可能となる。

[0033] 図 8を参照して、第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に受電子位置分 散手段 90を付加した例を説明する。

受電位置分散手段 90は、電界放出された電子 eを収集する電子受容体 50に対し て、電子受容体 50に向力う電子 eの軌道 orbを分散させることで、電子受容体 50で の受電子位置が集中するのを防止するためのものである。

受電子位置分散手段 90は、電子受容体 50の手前に配置され、電子受容体 50に 向力う電子 eの軌道を周期的に或いはランダムに変更する。 図 8では、電子受容体 50を、図 1や図 2に示す状態から 90度回転させて示している 。し力しながら、これは説明がしゃすいように回転して示しているだけである。

受電子位置分散手段 90は、水平方向の 2枚の偏向板 92、 92と垂直方向の 2枚の 偏向板 94、 94と水平方向の走査電子回路 91と垂直方向の走査電子回路 93によつ て構成され、水平方向の 2枚の偏向板 92、 92は水平方向の走査電子回路 91によつ て水平方向にスキャンする電気信号が加えられ、垂直方向の 2枚の偏向板 94、 94は 垂直方向の走査電子回路 93によって垂直方向にスキャンする電気信号が加えられ る。水平方向の走査信号により発生する水平方向の電界の変化によって、電子 eの 軌道 orbは水平方向に曲げられる。また垂直方向の走査信号により発生する垂直方 向の電界の変化によって、電子 eの軌道 orbは垂直方向に曲げられる。水平方向走 查と垂直方向走査の組み合わせによって、電子 eの軌道 orbは周期的に或いはラン ダムに変更され、結果として電子 eは電子受容体 50の広い範囲に分散して受電され る。これによつて、電子 eが電子受容体 50の狭い範囲に集中して受電されることによ つて生じる電子受容体 50の破損、破壊が防止され、耐久性を増すことができる。 図 9を参照して、第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に電子振り分け 手段 100を付加した例を説明する。

真空中を飛翔する電子 eの電荷が qクーロンであり、その速度が Vであり、電子 eが 電子受容体 50に接近する場合を考察する。電子受容体 50に蓄えられた電荷が Q クーロンであれば、両者の電荷の積 q X Qに比例するクーロンの反発力が働く。電子 eの速度 Vが大き!/、場合には、電子 eはクーロンの反発力に打ち勝って電子受容体 5 0に衝突することは可能である。し力し速度 Vが小さい場合には、クーロン力の反発力 の作用により電子 eは電子受容体 50に到達することが不可能となる。従って電子受 容体 50に蓄積される負電荷の量が限定され、クーロンの反発力により衝突しなかつ た電子は加えた電源の正極に吸収される等、電気エネルギーの発生効率が低下す る。従って真空中を飛翔する電子 eの全てを電子受容体 50に吸収させることが重要と なる。

電子振り分け手段 100は、電子受容体 50の手前に配置し、電子引出電極 40を貫 通して電子受容体 50に向力 電子 eを振り分けるものである。即ち、電子引出電極 4 0と電子受容体 50との間の電気絶縁場 F (図 1、図 2を参照）に、 1対の振り分け電極 101、 102を対向させて配し、その電極 101、 102間を電子 eが通過するように構成 する。前記 1対の振り分け電極 101、 102に対しては交流電源 103を接続し、片方の 振り分け電極 101 (102)に正電圧が加わる場合には、他方の振り分け電極 102 (10 1)には負電圧が加わるようにする。

前記電子振り分け手段 100を設ける場合には、前記電子受容体 50の構成として、 振り分けられた電子を受け取る複数個の電子受容体 50を設ける。即ち図 9において 、電子受容体 50は、絶縁部材 55により相互に絶縁した状態にして、第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とを配置する。

[0035] 以上のような構成において、前記交流電源 103をオンすると、 1対の振り分け電極 1 01、 102には一定の周期で正電位と負電位とが加えられる。

今、図面上、左の振り分け電極 101に正電位、右の振り分け電極 102に負電位が 加えられている期間には、飛翔電子 eは正電位の方向（左方向）に軌道を曲げられ、 左の第 1電子受容体 56に衝突、吸収される。また右の振り分け電極 102に正電位、 左の振り分け電極 101に負電位が加えられて 、る期間には、飛翔電子 eは右方向に 軌道を曲げられ、右の第 2電子受容体 57に衝突、吸収される。このようにして、一定 の周期で左右の第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とに電子が振り分けられて 収集される。

電子 eの収集が 1対の電子受容体 56、 57により交互に行われることで、第 1電子受 容体 56と第 2電子受容体 57のそれぞれでは、電子 eの受容が行われていない期間 においては、溜まっている電子 eを外部に流出させて電力に供すると共に、電子受容 体 56、 57内の電子 e量を減じて次の周期での電子受け取りの準備とすることができる

[0036] 図 10を参照して、振り分け手段 100により前記第 1電子受容体 56及び第 2電子受 容体 57に振り分けられて蓄積された電子 eを取り出し、電力供給に供する電力取出 回路 60の具体例の 1つを説明する。

電力取出回路 60には、変圧器 62を設け、その 1次卷線 63の一端 63aを第 1電子 受容体 56に接続し、 1次卷線 63の他端 63bを第 2電子受容体 57に接続する。また 1 次卷線 63の中央部に中間端子 63cを設け、この中間端子 63cを電子供給体 20に接 続するように構成する。変圧器 62の 2次卷線 64の両端 64a、 64b間に電圧が出力さ れる。よってこの両端 64a、 64b間に電気的負荷 65を接続することで、電気的負荷に 対して電力を供給して仕事をさせることができる。

前記電子振り分け手段 100により左の振り分け電極 101に正電位が加えられてい る期間は、電子は第 1電子受容体 56に受け入れられて蓄積される。第 1電子受容体 56に蓄積された電子 eは、電力取出回路 60の 1次卷線 63へその一端 63aから流れ てゆき、中間端子 63cを通って電子供給体 20へ移動する (循環する)。この際、変圧 器 62の 2次卷線 64には磁束が発生し、電圧が発生する。通常は 2次卷線 64側に電 気的負荷 65が接続されるので、電気的負荷 65に電流が流れることによって逆起電 力が発生し、この逆起電力によって、第 1電子受容体 56から 1次卷線 63を通って電 子供給体 20に移動する電子の量が制限される。このため第 1電子受容体 56に蓄積 された電子 eが十分に放電されるまでには時間を必要とする。

一方、所定のサイクルで前記交流電源 103の電圧が変化することで、前記電子振り 分け手段 100の左の振り分け電極 101が負電位となり、右の振り分け電極 102が正 電位となると、飛翔電子 eは第 2電子受容体 57に受け入れられて蓄積される。第 2電 子受容体 57に蓄積された電子 eは、電力取出回路 60の 1次卷線 63へその他端 63b 力も流れてゆき、中間端子 63cを通って電子供給体 20へ移動する（循環する）。この 際、変圧器 62の 2次卷線 64には、前回とは逆の磁束が発生し、正負が逆の電圧が 発生する。即ち、電気的負荷 65に流れる電流が前回とは逆方向となる。 2次卷線 64 の電気的負荷 65に電流が流れることによって逆起電力が発生し、この逆起電力によ つて、第 2電子受容体 57から 1次卷線 63を通って電子供給体 20に移動する電子の 量が制限される。このため第 2電子受容体 57に蓄積された電子 eが十分に放電され るまでには時間を必要とする。

他方、この期間では、前記第 1電子受容体 56に到達する電子 eは存在しないので、 第 1電子受容体 56に蓄えられた電子 eの殆ど全ては変圧器 62の 1次卷線 63を経由 して電子供給体 20に帰還する。即ち、この期間に第 1電子受容体 56に蓄えられた電 子 eは殆ど放電される。よって第 1電子受容体 56は、この期間に次の周期における電 子 eの受け入れ態勢が整う。

第 2電子受容体 57の場合も同様な経過を経て、電子の受け入れと放電による受け 入れ態勢の整えが行われる。

なお前記電力取出回路 60の 2次卷線 64側では交流電圧が発電される。

[0038] 以上のように、電子振り分け手段 100により、電界放出電子 eを、 2つの電子受容体 、即ち第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とに交互に振り分けて受容させること で、電子受容体に大量の電子 eが蓄積されることが防止でき、よって更なる電子 eの 受容が妨げられるといった不都合を回避することができ、良好に効率よく電界放出電 子 eを受け入れて、且つ電子供給体 20に帰還させることが可能となる。

従って本発明の発電装置における最大の問題点である電荷の蓄積現象による電 気エネルギー発生の効率の低下を阻止することが可能となり、高効率の発電装置を 提供することができる。

[0039] 図 11を参照して、第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に、電子受容 体に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110を付 カロした 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50の前面 50a、即ち飛翔してくる電子 eを受け取る面 50a の周囲を囲むようにして絶縁部材カもなる絶縁周壁 111を設け、絶縁周壁 111の開 口部にゲート部材 112を配置する。ゲート部材 112の中央付近には電子受入口 113 を設けて 、る。また電子受容体 50の前面 50aは中央部が高く周縁が低くなるような傾 斜面にする。

そして電源 114を設けて、絶縁周壁 111で隔離された前記ゲート部材 112に負電 圧、前記電子受容体 50に正電圧がそれぞれ加わるようにする。

ゲート部材 112の電子受入口 113を通過した電子 eは、電子受容体 50の表面 50a に衝突する。衝突した電子 e或いは 2次的に飛び出した電子 eは曲がった電子軌道 o rbに進み、最終的には電子受容体 50に吸収される。ゲート部材 112と電子受容体 5 0との間に発生する電界は、飛翔電子 eを電子受容体 50に接近させる力となって働く ので、ゲート部材 112の電子受入口 113を通過した電子 eの全てが電子受容体 50に 吸収される。 電子受容体 50に吸収された電子 eは、電力取出回路 60を経て電子供給体 20に帰 還すると共に、途中の電気的負荷 61で利用される。

なお前記電子受容体 50に加わる正電圧は低く或いはゼロに近い方力 収集した 電子の利用効率がよくなる。

[0040] 図 12を参照して、第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に、電子受容 体 50に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110を 付加した他の 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50の前面に準 2次元絶縁物質 115を介して準 2次元導電 物質 116を積層している。そして、電源 117aを設けて、準 2次元絶縁物質 115で隔 離された前記準 2次元導電物質 116に負電圧、前記電子受容体 50に正電圧がそれ ぞれ加わるように構成して ヽる。

電子受容体 50に向かう飛翔電子 eは、準 2次元導電物質 116に衝突すると、準 2次 元導電物質 116中をトンネル現象により通り抜け、更に準 2次元絶縁物質 115もトン ネル現象により通り抜けて、電子受容体 50に衝突し、吸収される。

電子受容体 50に衝突した電子 eは速度が低下し、また準 2次元導電物質 116に蓄 えられた負電荷によるクーロン力を受けるので、電子受容体 50から再び準 2次元絶 縁物質 115や準 2次元導電物質 116を通過して外部に飛び出ることが防止される。 即ち、電子受容体 50に到達した電子 eが 2次放出されるのが防止される。

[0041] 図 13を参照して、第 1の実施形態に係る電界放出発電装置の構成に、電子受容 体 50に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110を 付加した更に他の 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50の背面に絶縁部材 118を介して導電物質 119を配置 し、この導電物質 119に電源 117bからの正電圧が加わるように構成して!/、る。

導電物質 119に蓄えられた正電荷によって、電子受容体 50の前記導電物質 119 側の表面 (背面）に負電荷が誘導され、電子受容体 50の前面 (電子 eを受け取る面） に正電荷が誘導される。

前記電子受容体 50の前面に誘導された正電荷によって、飛翔電子 eが引き寄せら れ、電子受容体 50の前面に確実に到達する。電子受容体 50に到達して収集された 電子 eは、電力取出回路 60を経て、電気エネルギーとして利用することができる。

[0042] 図 14を参照して、図 12に示す 2次放出防止手段を適用した本発明の第 2の実施 形態に係る電界放出発電装置を説明する。

この第 2の実施形態に係る電界放出発電装置では、電界放出された電子 eが電子 引出電極 40に吸収されるのを防止する電子吸収防止手段として、電子引出電極 40 を準 2次元物質とし、これによつて電子が電子引出電極 40をトンネル現象により通過 するようにした点において、上記第 1の実施形態と共通する。

その一方、第 1の実施形態では、電子供給体 20と電子引出電極 40との間の電気 絶縁場 Fを絶縁空間としたのに対し、この第 2の実施形態では電子供給体 20と電子 引出電極 40との間の電気絶縁場 Fを、絶縁物質の層で構成した点において異なる。 実際には電気絶縁場 Fを準 2次元絶縁物質層で構成し、電子供給体 20から電界放 出された電子 eがトンネル現象により準 2次元の絶縁物質カゝらなる電気絶縁場 Fを貫 通するようにしている。

電気絶縁場 Fを空間ではなく絶縁物質で構成することで、固体チップからなる発電 装置やそのモジュールを容易に構成することが可能になる。発電モジュールを多数 個集合させることで、発電出力を増大させることが可能となる。

[0043] 電子供給体 20の前記電気絶縁場 Fに面する表面には、図示していないが、準 1次 元物質力 なる電子放出ポート 30を構成し、電子 eが電界放出しやす 、ようにして 、 る。この場合、電子供給体 20の上面の中央領域に準 1次元物質が物理的或いは化 学的に立設されて電子放出ポート 30が構成され、電子供給体 20の上面の周辺では 電気絶縁場 Fが電子供給体 20上に直接的に積層されて一体化された構成とするこ とがでさる。

前記電子引出電極 40と電子供給体 20との間には電子引出電源 41による電圧が 付加される。

電子引出電極 40の背後は、 2酸ィ匕シリコン等の絶縁隔離部材 72の積層により電気 絶縁場 Fが真空空間 (減圧空間）として構成され、この電気絶縁場 F及び絶縁隔離部 材 72を介して、 2次放出防止手段 110 (115、 116、 117a、）が設けられ、更にその 背後に電子受容体 50が配置されて 、る。 前記 2次放出防止手段 110は、既に図 12で説明したように、準 2次元絶縁物質 11 5が電子受容体 50に積層され、更にその上に準 2次元導電物質 116が積層される形 で構成されている。そして電源 117aにより準 2次元導電物質 116が負電圧、電子受 容体 50が正電圧になるようになされて 、る。

前記絶縁隔離部材 72と電子引出電極 40と準 2次元導電物質 116で囲まれた真空 の電気絶縁場 Fは、外部力も完全に隔離された空間とされている。即ちこの図 14に 示す装置は、周囲を真空容器 10で囲む必要のない固体装置として構成することが できる。

[0044] 電子引出電極 41によって形成される電界によって、電子 eが電子供給体 20から電 子放出ポート 30を経て電界放出される。電界放出された電子 eは準 2次元物質から なる電気絶縁場 Fをトンネル現象で通過し、準 2次元物質からなる電子引出電極 40 もトンネル現象で通過し、絶縁隔離部材 72で囲まれた真空の電気絶縁場 Fに入る。 更に電気絶縁場 Fを飛翔して準 2次元導電物質 116に到達するが、準 2次元導電物 質 116は厚さが極めて薄いので、これをトンネル現象で通過する。更に準 2次元絶縁 部室 115もトンネル現象で通過して、電子受容体 50に到達し、吸収される。電子受 容体 50にー且到達した電子 eは準 2次元導電物質 115の負電位によって、再び 2次 放出されるのが防止される。

電子受容体 50に吸収された電子 eには依然として電荷が存在するので、電子 eを 電気取出回路 60を用いて外部に取り出し、電気的負荷 61を介して電気エネルギー として利用することが可能となる。

[0045] 図 15を参照して、図 13に示す 2次放出防止手段を適用した本発明の第 2の実施 形態に係る電界放出発電装置の他の例を説明する。

この図 15に示す装置は、図 14に示す 2次放出手段 110 (115、 116、 117a)を図 1 3に示すものに代えている。

本装置では、図 14に示す装置の場合と同様に、電子供給体 20と電子引出電極 40 との間の電気絶縁場 Fを、絶縁物質の層で構成している。即ち電子供給体 20、電子 放出ポート 30 (図示せず)、準 2次元絶縁物質の層で構成した電気絶縁場 F、電子 引出電極 40、電子引出電源 41を設ける構成は、図 14に示す構成と同じである。 [0046] 電子引出電極 40の背後は、 2酸ィ匕シリコン等の絶縁隔離部材 73の積層により電気 絶縁場 Fが真空空間 (減圧空間）として構成され、この電気絶縁場 F及び絶縁隔離部 材 73を介して電子受容体 50が配置されている。更に電子受容体 50の背後に 2次放 出防止手段 110 (118、 119、 117b)が設けられている。

前記 2次放出防止手段 110は、既に図 13において説明したように、電子受容体 50 の背面に絶縁物質 118及び該絶縁物質 118で囲まれた真空の電気絶縁場 Fを介し て導電物質 119が配置され、この導電物質 119に電源 117bによる正電圧が加わる ように構成して 、る。電源 117bの負電極は電子引出電源 41の正電極と接続され、 中間位置で電子引出電極 40に接続されている。

導電物質 119に蓄えられた正電荷によって、電子受容体 50の前記導電物質 119 側の表面 (背面）に負電荷が誘導され、電子受容体 50の前面 (電子 eを受け取る面） に正電荷が誘導される。この電子受容体 50の前面に誘導された正電荷によって、電 気絶縁場 Fを飛翔する電子 eが引き寄せられ、電子受容体 50の前面に確実に到達 する。電子受容体 50に到達して収集された電子 eは、電力取出回路 60を経て、電気 エネルギーとして利用することができる。

前記絶縁隔離部材 73と電子引出電極 40と電子受容体 50とで囲まれた真空の電 気絶縁場 F、前記絶縁物質 118と電子受容体 50と導電物質 119とで囲まれた真空 の電気絶縁場 Fは、外部力も完全に隔離された空間とされている。即ち、この図 15に 示す装置の場合も上記図 14に示す装置と同様に、周囲を真空容器 10で囲む必要 のな 、固体装置として構成することができる。

[0047] 図 16を参照して、交流電源を用いて、電界放出される電子 eの方向を交互に反対 方向に変更することできるようにした本発明の第 2の実施形態に係る電界放出発電 装置の更に他の 1例を説明する。

電子供給体 20と準 2次元物質からなる電気引出電極 40を備え、該電子供給体 20 と電気引出電極 40との間に準 2次元絶縁物質カゝらなる電気絶縁場 Fが積層されてい る。前記電子供給体 20の前記電気絶縁場 Fに面する表面には、図示していないが、 多数の準 1次元物質を電子放出方向に立設してなる電子放出ポート 30を構成し、電 子 eが電界放出しやすいようにしている。電子供給体 20、電子放出ポート 30、電気 引出電極 40の構成は図 14、図 15に示す装置と同じである。

電子受容体 50の前面には準 2次元絶縁物質カゝらなる電気絶縁場 Fを介して準 2次 元物質からなる電子収集電極 140が積層されて 、る。前記電子受容体 50の前記電 気絶縁場 Fに面する表面には、図示していないが、準 1次元物質からなる電子収集 ポート 130を構成して、電子 eを受け取りやすくしている。

この電子収集ポート 130の生成或いは構成は、既述した電子放出ポート 30の生成 或いは構成と同様にすることができる。

[0048] 前記電子引出電極 40と電子収集電極 140とは絶縁隔離部材 74を介して相互に接 合され、その間に絶縁隔離部材 74で囲まれた真空若しくは減圧空間力 なる電気絶 縁場 Fを介在させている。

[0049] 前記電子供給体 20と電子引出電極 40との間には電子引出及び電子収集のため の交流電源 121が接続され、前記電子受容体 50と電子収集電極 140との間にも電 子引出及び収集のための交流電源 122が接続されている。

交流電源 121と交流電源 122は周期を同期させており、電子引出電極 40が正電 位の期間は電子収集電極 140が負電位となり、電子引出電極 40が負電位の期間は 電子収集電極 140が正電位となるように構成して 、る。

以上の構成に係る装置では、電子供給体 20と電子引出電極 40との間の電気絶縁 場 F及び電子受容体 50と電子収集電極 140との間の電気絶縁場 Fが何れも絶縁物 質で構成され、且つ絶縁隔離部材 74で囲まれた真空若しくは減圧空間力もなる電 気絶縁場 Fも固体内に構成することが可能であるから、結局のところ、真空容器 10等 のケースを必要とすることなぐ固体の発電装置や固体の発電モジュール、発電素子 を構成することができる。

[0050] 今、交流電源 121、 122として、パルス状波形をもつ正負の電圧を交互に加えた場 合の状況を、図 17、図 18を参照して説明する。

[0051] 先ず交流電源 121、 122が、正の半期として、電子引出電極 40及び電子受容体 5 0に正電圧、電子供給体 20及び電子収集電極 140に負電圧が加えられて ヽる場合 は、図 17に示す状態となる。

即ちこの場合には、電子引出電極 40の正電荷によって、電子供給体 20から電子 放出ポート 30を経て電子 eが電気絶縁場 Fに電界放出される。電気絶縁場 Fは準 2 次元物質カゝらなるので、電子 eはトンネル現象により電気絶縁場 Fを通過する。更に 準 2次元物質力 なる電子引出電極 40もトンネル効果で通過し、 2酸化シリコンから なる絶縁隔離部材 74で囲まれた真空若しくは減圧空間からなる電気絶縁場 Fに入る 。このとき、電子受容体 50には正電位力 電子収集電極 140には負電位が加えられ て ヽる。前記電気絶縁場 Fに入って飛翔する電子 eは電子収集電極 140に到達する 1S 電子収集電極 140が準 2次元物力もなるので、トンネル現象により通過する。更 に準 2次元絶縁物質カゝらなる電気絶縁場 Fもトンネル現象により通過し、電子収集ポ ート 130を介して電子受容体 50に到達する。電子受容体 50から 2次放出しょうとする 電子 eは、負電位にある電子収集電極 140によって抑制される。

電子受容体 50に収集された電子 eは、電力取出回路 60に移動されることで、電気 的負荷 61にて電気エネルギーとして利用される。

次に交流電源 121、 122が、負の半期として、電子収集電極 140及び電子供給体 20に正電圧、電子受容体 50と電子引出電極 40に負電圧が加えられている場合は、 図 18に示す状態となる。

即ちこの半期においては、前記電子受容体 50が電子供給体となり、前記電子収集 電極 140が電子引出電極となる。また前記電子受容体 50の表面に構成される電子 収集ポート 130は電子放出ポートとなる。そして前記電子供給体 20は電子受容体と なり、前記電子引出電極 40は電子収集電極となる。また前記電子供給体 20の表面 に構成された電子放出ポート 30は電子収集ポートとなる。

電子収集電極 140にカ卩えられた正電圧によって、電子受容体 50から電子収集ポ ート 130を経て電子 eが電気絶縁場 Fに電界放出される。電気絶縁場 Fは準 2次元物 質からなるので、電子 eはトンネル現象により電気絶縁場 Fを通過する。更に準 2次元 物質力もなる電子収集電極 140もトンネル効果で通過し、 2酸ィ匕シリコン力もなる絶縁 隔離部材 74で囲まれた真空若しくは減圧空間からなる電気絶縁場 Fに入る。このと き、電子供給体 20には正電位力 電子引出電極 40には負電位が加えられている。 前記電気絶縁場 Fに入って飛翔する電子 eは電子引出電極 40に到達するが、電子 引出電極 40が準 2次元物力もなるので、トンネル現象により通過する。更に準 2次元 絶縁物質からなる電気絶縁場 Fもトンネル現象により通過し、電子放出ポート 30を介 して電子供給体 20に到達する。電子供給体 20から 2次放出しょうとする電子 eは負 電位にある電子引出電極 40によって抑制される。

電子供給体 20に収集された電子 eは、電力取出回路 60に移動されることで、電気 的負荷 61にて電気エネルギーとして利用される。

[0053] 上記のようにして、交流電源 121、 122の正の半周期では、電子供給体 20内の電 子 eが電界放出されて、電子受容体 50に達し、電力取出回路 60には電流 iが下から 上 (電子供給体 20側から電子受容体 50側）に流れる。また交流電源 121、 122の負 の半周期では、電子受容体 50内の電子 eが電界放出されて、電子供給体 20に達し 、電力取出回路 60には電流 iが上から下 (電子受容体 50側から電子供給体 20側）に 流れる。即ち、電力取出回路 60の電気的負荷 61には、交流の電流 iが流れる。 前記電気的負荷 61として変圧器等を用いて、電圧と電流を調整し、家庭用電源、 或いは工場用電源として利用することが可能となる。

上記した本発明では、太陽光等を利用する場合と異なり、雨天でも夜間でも何時で も発電して、これを利用することができる。また熱源等も必要としないので、熱サイクル による劣化も問題とならない。勿論、静止装置である。よって本発明の装置は、耐久 性、実用性、利便性等においてもまた従来の発電装置にはない優れた面を有してい る。

[0054] 図 19を参照して、本発明の第 3の実施形態に係る電界放出発電装置を説明する。

この第 3の実施形態は、電子供給体 20の電子放出ポート 30から電子引出電極 40 により電界放出された電子 eが、電子引出電極 40に吸収されるのを防止する電子吸 収防止手段として、電子引出電極 40に向かって飛翔する電子 eの軌道を変更する電 子軌道変更電極を設けた点に特徴がある。

即ち、上記の第 1、第 2の実施形態では、電界放出した電子 eが電子引出電極 40 に吸収されるのを防止するため、電子引出電極 40を準 2次元物質で構成し、これに よって電子 eがトンネル現象によって電子引出電極 40を通過するようにしていた。し かし本第 3の実施形態では、電子吸収防止手段として電子軌道変更電極を用いてい る。 本第 3の実施形態では、電子引出電極 40は、飛翔電子 eが貫通する必要がないの で、準 2次元物質とする必要はない。

[0055] 真空乃至減圧された空間からなる電気絶縁場 Fに、電子供給体 20が配置されてい る。この電子供給体 20に対して電子引出電極 40が対向して配置されている。電子引 出電極 40と電子供給体 20には電子引出電源 41が、電子引出電極 40が正電圧で 電子供給体 20が負電圧になるように加えられて ヽる。

前記電子供給体 20と電子引出電極 40との間隙に対して直角な側方位置に、第 1 の電子軌道変更電極 151、 152が電源 153と共に配置されている。また別に第 2の 電子軌道変更電極 154、 155が電源 156と共に配置され、飛翔電子 eを電子受容体 50に導くようにしている。

電界放出電子 eは図に示す電子軌道 orbを経て電子受容体 50に到達される。

[0056] 前記電子供給体 20は、既述の実施形態においても説明したが、金属材料やその 他の自由電子を豊富に保有する材料で構成される。

前記電子供給体 20の電気引出電極 40に対向する面には、図 19には図示しない 力 電子放出ポート 30が設けられている。また電子放出ポート 30は、電子をそこから 電界放出する機能を果たすもので、前記電子供給体 20と電気的に導通状態に設け られる。電子放出ポート 30は、電子の電界放出に対するエネルギー障壁の小さい材 料で構成することが好まし 、。またエネルギー障壁の小さ 、形状で構成することが好 ましい。電子放出ポート 30はカーボン 'ナノチューブ等の準 1次元物質を複数本、電 子供給体 20の表面に立設して構成することができる。

前記電子引出電極 40は、前記電子放出ポート 30に対して電界を付加し、電子放 出ポート 30から電子 eを電界放出させるための電極である。

この実施形態の場合は、電子引出電極 40を準 2次元物質で構成する必要がない。 よって電子引出電極 40の設備が容易に提供できる。

前記電子受容体 50は、電界放出された電子を受け取るためのもので、金属材料等 の自由電子の保有能力が大きい材料で構成することができる。電子受容体 50の構 成としては、上記図 7で説明した符号 51〜54からなる構成とすることができる。また 電子受容体 50には、図 8で説明した受電子位置分散手段 90、図 9で説明した電子 振り分け手段 100、図 11〜図 13で説明した 2次放出防止手段 110を付設してもよい

[0057] 電子引出電極 40に正電圧が加えられることで、電子供給体 20から電子放出ポート 30を経て電子 eが電界放出され、電子引出電極 40に向かう。このとき、電子供給体 2 0と電子引出電極 40との間隙を電子 eが飛翔する際に、第 1の電子軌道変更電極 15 1、 152からのクーロン力を受けて、電子 eが正電圧の加わった第 1の電子軌道変更 電極 151に向けて軌道を変更する。これによつて電界放出電子 eが電子引出電極 40 に吸収されるのが防止される。

前記正電圧の加わった第 1の電子軌道変更電極 151に向けて向カゝぅ軌道の両側 方に第 2の電子軌道変更電極 154、 155が配置されている。この第 2の電子軌道変 更電極 154、 155によって、飛翔電子 eの軌道は更に変更され、電子軌道変更電極 151にも衝突することなく電子受容体 50に衝突し、吸収される。

なお前記第 1の電子軌道変更電極 151、 152と第 2の電子軌道変更電極 154、 15 5は、必ずしも 2対を設ける必要はない。要するに、電子引出電極 40に向力う電子 e を、電子引出電極 40から電子受容体 50に軌道変更させる手段として 1乃至複数の 電子軌道変更電極を配置すればょ ヽ。

[0058] 電子 eを収集した電子受容体 50は負電荷にチャージされるので、電力取出回路 60 により外部に取り出して、電気エネルギーとして利用できる。

[0059] 図 20、図 21を参照して、第 3の実施形態に係る電界放出発電装置の具体的な 1例 を説明する。

真空容器 10の中に電気絶縁物質力もなるフレーム 160が設備され、該フレーム 16 0に電子供給体 20が取り付けられている。またこの電子供給体 20に対向して電子引 出電極 40がフレーム 160に取り付けられている。電子引出電源 41により電子引出電 極 40に正電圧、電子供給体 20に負電圧が加えられている。図示しないが、前記電 子供給体 20には準 1次元物質力もなる電子放出ポート 30が構成されている。

電子引出電極 40により電子供給体 20から電子放出ポート 30を介して電子 eが電 界放出される。

[0060] 前記電子供給体 20と電子引出電極 40の間隙の側方に対向して、電子軌道変更 電極 157がフレーム 160に取り付けられている。電子軌道変更電極 157と電子供給 体 20とは電源 158によって、電子軌道変更電極 157が正電圧、電子供給体 20が負 電圧になるように電圧が加えられて!/、る。

電子供給体 20から真空中に電界放出された電子 eは、電子軌道変更電極 157に より軌道を変更され、矢印の方向に飛行して、一対のゲート部材 171、 172で構成さ れた開口 173から引き込み空間 Sに入る。引き込み空間 Sの奥には電子受容体 50が フレーム 160に取り付けられて!/、る。

前記ゲート咅材 171、 172はフレーム 160に取り付けられ、電源 174、 175によって 負電圧が加えられている。また前記電子受容体 50には電源 174、 175によって正電 圧が加えられている。

[0061] 前記引き込み空間 Sに入った電子 eは、正電荷を有する電子受容体 50に引かれて 到達する一方、ゲート部材 172、 173に反発され、開口 173からでることができなくな る。

電子受容体 50に収集された電子 eは電力取出回路 60 (第 1、第 2実施形態を参照 )によって取り出され、電気的負荷 61に流れることで電気エネルギーとして利用され る。

[0062] 図 22、 23を参照して、本発明の第 4の実施形態に係る電界放出発電装置を説明 する。

この第 4の実施形態は、電子供給体 20の電子放出ポート 30から電子引出電極 40 により電界放出された電子 eが、電子引出電極 40に吸収されるのを防止する電子吸 収防止手段として、電子受容体 50を電子引出電極 40の手前に配置することで、電 子引出電極 40に向力つて飛翔する電子 eを電子引出電極 40の手前で受け取るよう にした点に特徴がある。

即ち、上記の第 1、第 2の実施形態では、電界放出した電子 eが電子引出電極 40 に吸収されるのを防止するため、電子引出電極 40を準 2次元物質で構成し、また第 3の実施形態では電子軌道変更電極を用いた。しかし本第 4の実施形態では、電子 吸収防止手段として電子引出電極 40の前に電子受容体 50を配置している。

本第 4の実施形態では、電子引出電極 40は、飛翔電子 eが貫通する必要がないの で、準 2次元物質で構成する必要はない。

[0063] 図 22において、電子供給体 20に電子放出ポート 30が電気導通状態に配置されて いる。電子放出ポート 30に対して、電子受容体 50を対向させて配置させており、そ の電子受容体 50の背後に電子引出電極 40が配置されている。前記電子供給体 20 、電子放出ポート 30、電子引出電極 40、電子受容体 50は、図示しない真空容器（ 図 1の真空容器 10参照）内に設備され、雰囲気が真空乃至減圧状態の空間からな る電気絶縁場 Fとされて ヽる。

前記電子引出電極 40と電子供給体 20との間は電子引出電源 41によって、電子引 出電極 40に正電圧が加わるようになされて 、る。また前記電子受容体 50と電子供給 体 20との間に電力取出回路 60が配設され、電気的負荷 61が途中に設けられている

[0064] 既に図 1に示す装置の説明の際に説明したが、前記電子供給体 20は、電子を供 給する源となる物質で構成され、金属材料やその他の自由電子を豊富に保有する材 料で構成される。また前記電子放出ポート 30は、電子をそこから電界放出する機能 を果たすもので、前記電子供給体 20と電気的に導通状態に設けられる。電子放出ポ ート 30は、電子の電界放出に対するエネルギー障壁の小さい材料で構成することが 好ましい。またエネルギー障壁の小さい形状で構成することが好ましい。この電子放 出ポート 30は、カーボン'ナノチューブ等の準 1次元物質を電子供給体 20の表面に 成長させるなどして、多数の準 1次元物質が電子供給体 20の表面に立設した状態に 構成する。

前記電子引出電極 40は、前記電子放出ポート 30に対して電界を付加し、電子放 出ポート 30から電子 eを電界放出させるための電極である。

前記電子受容体 50は円錐形状とし、その円錐形状の先端側を電子放出ポート 30 側に、円錐形状の後端側の背面を前記電子引出電極 40側にして配置している。こ の電子受容体 50は金属材料等の自由電子の保有能力が大きい材料で構成すること ができる。

[0065] 正電圧が加えられた電子引出電極 40によって、電子供給体 20から電子放出ポー ト 30を経て、電子 eが電界放出される。この電界放出電子 eは電子受容体 50に衝突 し、吸収される。電子 eを吸収した電子受容体 50には電子 eが負電荷として蓄積され る。蓄積された電子 eは電力取出回路 60を、電気的負荷 61を介して電子供給体 20 にフィード ·ノ ックすることにより、電気エネルギーとして利用可能となる。

[0066] 図 23には、電子 eが電界放出される場合の電圧と電流の関係が示されている。この 図には 2種類の電界放出特性が記載されている。電子がェミッション (電界放出）を開 始する電圧を閾値電圧と呼ぶ。閾値電圧 Vaより高い電圧が加えられると、電界放出 による電流 Iが流れ始める場合には、これを低い閾値電圧 Vaと呼ぶ。閾値電圧 Vbよ りも高い電圧が加えられると、電界放出による電流 Iが流れ始める場合には、これを高 い閾値電圧 Vbと呼ぶ。図 22において、円錐形状の電子受容体 50は電子引出電極 40と電子放出ポート 30との間に位置する。電界が電子引出電極 40と電子供給体 20 とに加えられているので、電子引出電極 40と電子受容体 50との間に電界が存在す る。更に電子受容体 50と電子放出ポート 30との間にも存在する。

本実施形態の場合、電子引出電極 40と電子受容体 50とが向き合う面は互いに殆 ど平面であり、電界の集中現象が発生しないので、電子 eの電界放出は起こりにくい 。即ち、その領域における電子の電界放出特性は図 23において高い閾値電圧 Vbと なり、電子受容体 50から電子引出電極 40に電子 eが移動することは殆どない。ところ 力 電子受容体 50と電子放出ポート 30は互いに細く尖って向き合い。両者の距離も 短いので、電界の集中現象が発生し、この場合には低い閾値電圧 Vaによって電子 放出ポート 30から電子 eが電界放出される。従って、電界放出電子 eは電子受容体 5 0に蓄えられることになる。

産業上の利用可能性

[0067] 電子の電界放出を利用した本発明の装置は、従来の火力発電、水力発電、原子 力発電、太陽光等の自然エネルギーを用いた発電に代わり、或いは新たに加わるベ き発電手段として、投入エネルギーが少なぐクリーンで、安定した電気エネルギーを 低コストで供給することが可能であり、産業上の利用可能性が非常に大きいものであ る。

Claims

請求の範囲

[1] 自由電子を保有する材料からなる電子供給体と、該電子供給体に対して電気導通 状態に設けられた電子放出ポートと、該電子放出ポートに電気絶縁場を介して対向 配置されると共に電界を付加して電子を吸引放出させるための電子引出電極と、該 電子引出電極によって放出された電子を受け取るための電子受容体と、前記電子放 出ポートから放出された電子が前記電子引出電極に吸収されるのを防止するための 電子吸収防止手段とを備え、前記電子引出電極に正電圧を加えることで前記電子 放出ポートから電子を電界放出させると共に、この電界放出した電子を、前記電子引 出電極に吸収させることなぐ別に配置した前記電子受容体で受け取らせて集める 構成としたことを特徴とする電界放出発電装置。

[2] 請求項 1において、電子放出ポートは、電子放出に対するエネルギー障壁の小さ Vヽ材料及び Z若しくは形状で構成されて ヽることを特徴とする電界放出発電装置。

[3] 請求項 1において、電子放出ポートは、電子供給体の表面に準 1次元物質をその 長手方向が電子放出方向となるように立設して構成されていることを特徴とする電界 放出発電装置。

[4] 請求項 3において、準 1次元物質は、カーボン 'ナノチューブであることを特徴とす る電界放出発電装置。

[5] 請求項 1において、電気絶縁場は、絶縁空間若しくは絶縁物質により構成されるこ とを特徴とする電界放出発電装置。

[6] 請求項 1において、電子吸収防止手段は、電子引出電極の材料を準 2次元物質と し、電子放出ポートから放出された電子が量子トンネル現象によって前記電子引出 電極に吸収されることなく貫通されるようにして構成してあることを特徴とする電界放 出発電装置。

[7] 請求項 1において、電子吸収防止手段は、電子放出ポートから放出されて電子引 出電極に向かう電子の軌道を変更する電子軌道変更電極であることを特徴とする電 界放出発電装置。

[8] 請求項 1において、電子吸収防止手段は、電子受容体を電子引出電極の前に配 置することで、電子放出ポートから放出され電子引出電極に向力 電子を電子引出 電極の手前で受け取るように構成してあることを特徴とする電界放出発電装置。

[9] 請求項 1において、電子受容体に向かう電子を加速する加速電極を設けたことを特 徴とする電界放出発電装置。

[10] 請求項 1において、電子受容体に向力う電子の軌道を分散させて電子受容体での 受電子位置が集中するのを防止する受電子位置分散手段を設けたことを特徴とする 電界放出発電装置。

[11] 請求項 1において、電子受容体は複数個を相互に絶縁状態にして設け、電子放出 ポートから放出された電子を前記複数個の電子受容体に振り分ける電子振り分け手 段を設けたことを特徴とする電界放出発電装置。

[12] 請求項 1にお 、て、電子受容体に到達した電子が 2次放出するのを防止するため の 2次放出防止手段を設けたことを特徴とする電界放出発電装置

[13] 請求項 1において、電子受容体と電子供給体とを電気接続し途中に電気的負荷を 配する構成としたことを特徴とする電界放出発電装置。

[14] 請求項 1において、電子引出電極に交流電圧を加えることで、電子放出ポートから 放出される電子の量を変化させて、交流発電させる構成としたことを特徴とする電界 放出発電装置。