專利名稱：場致發(fā)射發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了場致發(fā)射(輻射)的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
在作為取得電能的方法的發(fā)電中，除了自古以來進(jìn)行的水利發(fā) 電、風(fēng)力發(fā)電以外，還公知太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電等利用自然能量的 發(fā)電。另外還公知使用了化石燃料的火力發(fā)電、使用了原子能的原子 能發(fā)電。
在上述使用了化石燃料的發(fā)電中，作為原料的化石燃料有限，所 以存在早晚枯竭而無法應(yīng)對社會的需要這樣的問題。
另外在上述利用了太陽能或風(fēng)能等自然能量的發(fā)電中，作為所利 用的自然能量的太陽能和風(fēng)能的供給依賴于自然條件，所以存在當(dāng)人 們需要電力時(shí)無法保障一定能夠發(fā)電這樣的缺點(diǎn)。
另外在原子能發(fā)電的情況下，存在安全性的問題和設(shè)備等問題。
另一方面，本發(fā)明者提出了如下的發(fā)電方法將太陽光照射到物 質(zhì)上而變換成熱能，由此從所加熱的物質(zhì)發(fā)射熱電子，利用該熱電子 發(fā)射將熱能變換成電能(專利文獻(xiàn)1 4)。
另外在接下來的專利文獻(xiàn)5中也提出了將熱能變換成電能的裝置。
另一方面在接下來的專利文獻(xiàn)6中提出了使用了施加電場而發(fā) 射電子的場致電子發(fā)射的裝置。
專利文獻(xiàn)1:日本特許第3449623號7>才艮 專利文獻(xiàn)2:日本特開2003 - 189646號^>才艮 專利文獻(xiàn)3:日本特開2003 - 250285號7>才艮 專利文獻(xiàn)4:日本特開2004 - 140288號7>才艮專利文獻(xiàn)5:日本特開2003 - 258326號公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:日本特表平11 - 510307號公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
但是在上述專利文獻(xiàn)1 ~ 4中的任一發(fā)明中，都采用了如下方法， 向物體施加熱能，由此從加熱的物體中發(fā)射熱電子，并回收所發(fā)射的 電子而進(jìn)行發(fā)電的方法。即，是從外部提供熱能，并將其變換成電能 的方式的發(fā)電裝置，為了得到大的電能，需要投入與其相當(dāng)?shù)拇蟮臒?能。
另外在上述專利文獻(xiàn)5的發(fā)明中，公開出利用了場致發(fā)射的元件 和裝置。但是，其只不過是電能與熱能的變換裝置。另外關(guān)于發(fā)電， 停留在利用由加熱引起的熱電子發(fā)射的發(fā)電。
另外在專利文獻(xiàn)6的發(fā)明中，公開出場致電子發(fā)射材料、場致電 子發(fā)射裝置。但是在場致電子發(fā)射裝置中，示出針對電子的場致發(fā)射 利用了發(fā)射電子本身的裝置、例如放電裝置、電子槍、顯示器等，而 完全不存在用于發(fā)電這樣的技術(shù)思想。
本發(fā)明的課題在于提供一種新的發(fā)電裝置，可以根據(jù)與以往的發(fā) 電方法完全不同的新概念進(jìn)行投入能量少且效率充分高的發(fā)電，并可 以進(jìn)行清潔且無需擔(dān)心枯竭的穩(wěn)定的發(fā)電。
為了達(dá)成上述課題，本發(fā)明者重復(fù)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和研究，其結(jié) 果得知如下的技術(shù)而完成了本發(fā)明通過巧妙地利用電場對物質(zhì)作用 而從物質(zhì)的表面發(fā)射出物質(zhì)中的電子的場致發(fā)射現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)與通 過熱電子發(fā)射而進(jìn)行的發(fā)電不同的效率高的新的發(fā)電。
如果電場例如集中于自由電子多的物質(zhì)的狹窄區(qū)域，則電子從物 質(zhì)表面被發(fā)射到真空中等。該現(xiàn)象被公知為場致發(fā)射。在該情況下即 使不從外部施加熱能，也可以通過電場而發(fā)射電子。通過巧妙地收集 所發(fā)射的電子，可以向外部取出基于電子的電能。
關(guān)于向物質(zhì)施加的電場，通過提高上述電場的集中度，可以較低 地抑制所施加的正電荷的強(qiáng)度。另外被施加電場的材料通過增加自由電子并降低發(fā)射電子的發(fā) 射區(qū)域的能量壘，可以易于進(jìn)行場致發(fā)射。
另一方面，對于產(chǎn)生電場的電場發(fā)生源，只要僅向材料施加電場 而不流過電流，則理論上不會產(chǎn)生電荷的消耗即能量消耗。換言之， 只要從材料場致發(fā)射的電子不到達(dá)電場發(fā)生源而被吸收，則不會在電 場發(fā)生源中產(chǎn)生能量消耗。
如上所述在本發(fā)明中，通過高效地場致發(fā)射材料中的自由電子， 并且將該場致發(fā)射的電子恰當(dāng)?shù)厥占⒎e蓄到電場發(fā)生源以外的受 電子材料，從而完成可以實(shí)用的發(fā)電。此時(shí)向電子發(fā)射材料施加電場 的電場發(fā)生源中的能量消耗被抑制成最小限度。
本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置的第l特征在于，具備由保持有自 由電子的材料構(gòu)成的電子供給體；相對該電子供給體被設(shè)置成電氣導(dǎo) 通狀態(tài)的電子發(fā)射端口；與該電子發(fā)射端口隔著電氣絕緣場相向配 置，并用于施加電場而吸引發(fā)射電子的電子吸引發(fā)射電極；用于接收 由于該電子吸引發(fā)射電極而被發(fā)射的電子的電子接受體；以及用于防 止從上述電子發(fā)射端口發(fā)射的電子被吸收到上述電子吸引發(fā)射電極 的電子吸收防止單元，通過向上述電子吸引發(fā)射電極施加正電壓而從 上述電子發(fā)射端口場致發(fā)射電子，并不使該場致發(fā)射的電子被吸收到 上述電子吸引發(fā)射電極，而使用另外配置的上述電子接受體接收該場 致發(fā)射的電子而進(jìn)行收集。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第l特征以外，其第2 特征在于，電子發(fā)射端口由相對于電子發(fā)射的能量壘小的材料和/或形 狀構(gòu)成。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第l特征以外，其第3 特征在于，電子發(fā)射端口被構(gòu)成為在電子供給體的表面豎立設(shè)置準(zhǔn)一 維物質(zhì)以使其長度方向成為電子發(fā)射方向。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第3特征以外，其第4 特征在于，準(zhǔn)一維物質(zhì)是碳納米管。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第l特征以外，其第5特征在于，上述電氣絕緣場由絕緣空間或絕緣物質(zhì)構(gòu)成。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第l特征以外，其第6 特征在于，上述電子吸收防止單元被構(gòu)成為，將電子吸引發(fā)射電極的 材料設(shè)為準(zhǔn)二維物質(zhì)，使從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子根據(jù)量子隧道現(xiàn) 象貫穿上述電子吸引發(fā)射電極而不被上述電子吸引發(fā)射電極吸收。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第7 特征在于，電子吸收防止單元是變更從電子發(fā)射端口發(fā)射而朝向電子 吸引發(fā)射電極的電子的軌道的電子軌道變更電極。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上迷第l特征以外，其第8 特征在于，電子吸收防止單元被構(gòu)成為，通過在電子吸引發(fā)射電極之 前配置電子接受體，在電子吸引發(fā)射電極的跟前接收從電子發(fā)射端口 發(fā)射而朝向電子吸引發(fā)射電極的電子。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第9 特征在于，設(shè)置有對朝向電子接受體的電子進(jìn)行加速的加速電極。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第 10特征在于，設(shè)置有分散朝向電子接受體的電子的軌道而防止電子接 受體中的受電子位置集中的受電子位置分散單元。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第 ll特征在于，相互絕緣狀態(tài)地設(shè)置多個(gè)電子接受體，并設(shè)置有向上述 多個(gè)電子接受體分配從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子的電子分配單元。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第 12特征在于，設(shè)置有用于防止到達(dá)電子接受體的電子被二次發(fā)射的二 次發(fā)射防止單元。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第 13特征在于，構(gòu)成為電氣連接電子接受體與電子供給體并在途中配置 有電氣負(fù)載。
另外本發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置除了上述第1特征以外，其第 14特征在于，構(gòu)成為通過向電子吸引發(fā)射電極施加交流電壓，改變從 電子發(fā)射端口發(fā)射的電子的量，而進(jìn)行交流發(fā)電。根據(jù)第1方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，由于向電子吸引發(fā)射電
口之間產(chǎn)生電場，對被約束到電子發(fā)射端口的自由電子施加的庫倫力 增大，電子的運(yùn)動能量增加。由此如果電子所具有的能量超過電子發(fā) 射端口的表面的能量壘，則該電子從電子發(fā)射端口被發(fā)射到電氣絕緣 場。作為此時(shí)的條件，考慮材料或端口的形狀以盡可能降低電子發(fā)射 端口處的能量壘變得重要。另外為了將由電子吸引發(fā)射電極的電場產(chǎn) 生的庫倫力增大至電子發(fā)射所需的強(qiáng)度，并且為了將所附加的正電壓 抑制得較低，盡可能將上述電子吸引發(fā)射電極靠近電子發(fā)射端口變得 重要。
由于上述電子吸引發(fā)射電極施加正電壓而從電子發(fā)射端口場致 發(fā)射的電子在電氣絕緣場中朝向上述電子吸引發(fā)射電極被吸引而飛 翔，但通過電子吸收防止單元，到達(dá)電子吸引發(fā)射電極而吸收的現(xiàn)象 被阻止，作為代替被電子接受體接收。由此電子發(fā)射的電子被收集到 電子接受體，電子接受體中的電子數(shù)增加。即，成為發(fā)電狀態(tài)。
當(dāng)電子接受體的狀態(tài)成為電氣中性乃至負(fù)狀態(tài)時(shí)，防止電子與原 子核的結(jié)合，而適合于進(jìn)行高效的發(fā)電。但是另一方面，隨著電子接 受體的負(fù)電荷增加，排斥力增加，而難以收容電子。為了消除該現(xiàn)象， 增大電子的飛翔速度而增加運(yùn)動能量、或?qū)㈦娮咏邮荏w的負(fù)電荷從電 子接受體的表面移動到其他位置而將表面的負(fù)電荷保持成較小變得 重要。
向上述電子吸引發(fā)射電極施加的正電荷只要場致發(fā)射的電子不 到達(dá)電子吸引發(fā)射電極，則理論上不會被消耗，所以可以充分抑制所 需的能量(附加電壓)的消耗。
如上所述根據(jù)第1方面記載的發(fā)明的場致發(fā)射裝置，可以利用電 子的場致發(fā)射現(xiàn)象，將場致發(fā)射中所需的能量的消耗抑制得較小，同 時(shí)可以將場致發(fā)射的電子收集到電子接受體，而高效地進(jìn)行發(fā)電。
另外根據(jù)第1方面記載的發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置，與附加熱能 而通過該熱能發(fā)射熱電子并供給到發(fā)電的以往的方式、即將熱能變換成電能的方式的以往的發(fā)電相比，可以充分節(jié)能地進(jìn)行發(fā)電。
而且根據(jù)第1方面記載的發(fā)明的場致發(fā)射發(fā)電裝置，可以得到運(yùn) 轉(zhuǎn)控制容易且能夠取得穩(wěn)定的電力的發(fā)電，而并非使用了太陽能等自 然能量時(shí)的不穩(wěn)定的發(fā)電。
根據(jù)笫2方面記栽的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第l方面記載 的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，通過將電子發(fā)射端口設(shè)為相對于電子發(fā)射的 能量壘小的材料和/或形狀，可以容易地進(jìn)行場致發(fā)射。
固體中的電子與原子中的電子同樣地被束縛，在通常狀態(tài)下電子 不會從固體中分離。將為了通過電場等使電子從固體中向真空中發(fā)射 而所需的最少能量稱為功函數(shù)Ew (work function)。該功函數(shù)Ew是 相對于上述固體具有的電子發(fā)射的能量壘。
作為能量壘小的材料、即功函數(shù)Ew小的材料，例如有銫(Ew =1.81ev)、釣(Ew = 3.2ev )、釷(Ew - 3.4ev )、鉬(Ew - 4.3ev )、 鵠(Ew = 4.52ev)。進(jìn)而，作為功函數(shù)Ew小的化合物的例子，有氧 化鋇(Ew - 1.6ev )、氧化鈣(Ew = 1.61ev )、氧化釷(Ew = 1.66ev )。
另外作為能量壘小的形狀、即功函數(shù)Ew小的形狀(包括晶體結(jié) 構(gòu))，例如有后述的碳納米管、碳壁、碳納米突、金剛石、BN納米 管(晶須)。
另外電子發(fā)射端口的表面層成為可以期待量子隧道現(xiàn)象的層疊 結(jié)構(gòu)的部分也設(shè)為包含于能量壘小的物質(zhì)和/或形狀。
另外根據(jù)第3方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，電子發(fā)射端口構(gòu)成為通過準(zhǔn)一維物質(zhì)豎 立設(shè)置以使該準(zhǔn)一維物質(zhì)的長度方向成為電子發(fā)射方向。
作為準(zhǔn)一維物質(zhì)，意味著關(guān)于電子的發(fā)射起到與作為一維物質(zhì)的
作用實(shí)質(zhì)上同樣的作用的物質(zhì)。作為該準(zhǔn)一維物質(zhì)，例如可以使用碳 納米管，但也可以使用被充分細(xì)致地(納米等級至微米等級)微細(xì)加 工的導(dǎo)電物質(zhì)。
在準(zhǔn)一維物質(zhì)的情況下，電子僅沿著一維方向移動，從其前端被 場致發(fā)射。通過使準(zhǔn)一維物質(zhì)的長度方向與電子發(fā)射方向一致，電子的場致發(fā)射變得容易。另外相對于電子的場致發(fā)射的準(zhǔn)一維物質(zhì)的能 量壘變低。
可以將多個(gè)準(zhǔn)一維物質(zhì)豎立設(shè)置而構(gòu)成電子發(fā)射端口 。通過豎立 設(shè)置多個(gè)而構(gòu)成，分別進(jìn)行電子的場致發(fā)射，作為整體可以高效地場 致發(fā)射多個(gè)電子。
另外根據(jù)第4方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第3方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，準(zhǔn)一維物質(zhì)是碳納米管，所以可以使得 電子的(自由)移動性充分良好。另外通過將碳納米管豎立設(shè)置成電 子發(fā)射端口以使其長度方向與電子發(fā)射方向一致，可以高效地發(fā)射電 子。
另外根據(jù)第5方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第l方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，電氣絕緣場由絕緣空間或絕緣物質(zhì)構(gòu) 成，所以在絕緣空間的情況下電子被場致發(fā)射到絕緣空間，而在絕緣 空間中飛翔。通過將該絕緣空間設(shè)為真空空間或以此為基準(zhǔn)的空間， 可以構(gòu)成真空管形成的發(fā)電裝置或發(fā)電模塊。
另外通過將絕緣物質(zhì)設(shè)為電氣絕緣場，可以容易地構(gòu)成由固體基 片組成的發(fā)電模塊。
通過集合多個(gè)上述的發(fā)電模塊，可以增大發(fā)電輸出。
另外根據(jù)第6方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，電子吸收防止單元構(gòu)成為，將電子吸引 發(fā)射電極的物質(zhì)設(shè)為準(zhǔn)二維物質(zhì)，使從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子根據(jù) 量子隧道現(xiàn)象貫穿上述電子吸引發(fā)射電極而不被上述電子吸引發(fā)射 電極吸收，所以從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子即使到達(dá)電子吸引發(fā)射電 極，也不會在該電子吸引發(fā)射電極中被原子核等約束(電子被吸收)， 而向背后貫穿，可以被電子接受體接收。因此通過在電子吸引發(fā)射電 極的背后配置電子接受體，無需另外施加某種特別的電子接收的單 元，而可以通過電子接受體可靠地接收場致發(fā)射的電子。由于無需向 電子接受體施加正電壓，所以可以抑制所接收到的電子無法用作自由 電子的現(xiàn)象，可以提高發(fā)電效率。上迷準(zhǔn)二維物質(zhì)意味著關(guān)于電子的貫穿起到與作為二維物質(zhì)的 作用實(shí)質(zhì)上同樣的作用的物質(zhì)，更具體而言意味著厚度非常薄而可以 期待電子的量子隧道現(xiàn)象的材料。為了提高量子隧道現(xiàn)象的效果，增 大飛翔的電子的速度(運(yùn)動能量)、以及減小準(zhǔn)二維物質(zhì)的厚度而降 低約束電子的概率變得重要。
另外根據(jù)第7方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第l方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，電子吸收防止單元是變更從電子發(fā)射端 口發(fā)射而朝向電子吸引發(fā)射電極的電子的軌道的電子軌道變更電極， 所以從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子不會到達(dá)電子吸引發(fā)射電極，而在途 中其飛翔軌道被變更，可以被電子接受體接收。在該裝置的情況下需
要另外設(shè)置電子軌道變更電極，但具有無需使用特別的材料、例如準(zhǔn) 二維物質(zhì)來構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極的優(yōu)點(diǎn)。另外對于電子軌道變更電 極，具有只要可以保持正電壓或負(fù)電壓，則無需使用特別的材料來構(gòu) 成這樣的優(yōu)點(diǎn)。
另外根據(jù)第8方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第l方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，電子吸收防止單元構(gòu)成為，通過在電子 吸引發(fā)射電極之前配置電子接受體，在電子吸引發(fā)射電極的跟前接收 從電子發(fā)射端口發(fā)射而朝向電子吸引發(fā)射電極的電子，所以從電子發(fā) 射端口發(fā)射的電子不會到達(dá)電子吸引發(fā)射電極，而可以在其跟前被電 子接受體接收。在該裝置的情況下雖然需要確保配置電子接受體的空 間，但只要可以確保這樣的空間，則無需另外實(shí)施其他某種特別的電 子接收的單元，而可以可靠地使用電子接受體接收場致發(fā)射的電子。
由于無需向電子接受體施加正電壓，所以可以將所接收到的電子被原 子核等吸收而無法用作自由電子的比率抑制得較小，可以提高發(fā)電效 率。
另外根據(jù)第9方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上迷第1方面 記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，設(shè)置有對朝向電子接受體的電子進(jìn)行加 速的加速電極，所以可以通過增大朝向電子接受體的電子速度而增大 運(yùn)動能量，即使在電子接受體帶電成負(fù)電壓狀態(tài)的情況下，電子也可以克服由該負(fù)電壓發(fā)生的庫倫法則的排斥作用，而提高電子到達(dá)電子 接受體的概率。即，可以提高發(fā)電效率。
另外根據(jù)第10方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方
面記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，設(shè)置有分散朝向電子接受體的電子的 軌道而防止電子接受體中的受電子位置集中的受電子位置分散單元， 所以通過該受電子位置分散單元，可以防止由于電子向電子接受體的 一部分集中碰撞而導(dǎo)致電子接受體破損的不合適情況，而增加裝置的 耐久性。
另外根據(jù)第11方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方 面記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，相互絕緣狀態(tài)地設(shè)置多個(gè)電子接受 體，并設(shè)置有向上述多個(gè)電子接受體分配從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子 的電子分配單元，所以通過該電子分配單元，從電子發(fā)射端口發(fā)射的 電子分配到多個(gè)電子接受體而被接收，所以可以減少由積蓄到電子接 受體中的電子對飛翔電子的排斥作用，可以更容易且高效地進(jìn)行各個(gè) 電子接受體中的電子接收。
在僅使用 一個(gè)電子接受體來接收全部發(fā)射電子的情況下，由于急 劇地接收多個(gè)電子，所以電子接受體的負(fù)電荷的積蓄易于激增，因此 排斥飛來電子等，而有可能產(chǎn)生電子的接收率惡化的事態(tài)。另一方面， 在使用多個(gè)電子接受體來分配電子而接收的情況下，在各個(gè)電子接受 體中，不會出現(xiàn)電子的急劇增加，所以通過使所接收到的電子向其他 位置轉(zhuǎn)移或供給到使用，可以恰當(dāng)?shù)胤乐关?fù)電荷的增加。因此可以使 用電子接受體高效地接收連續(xù)飛來的電子，而不會被負(fù)電荷排斥。
另外根據(jù)第12方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方 面記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，設(shè)置有用于防止到達(dá)電子接受體的電 子被二次發(fā)射的二次發(fā)射防止單元，所以可以可靠地約束并接收場致 發(fā)射而向電子接受體飛來的電子。因此可以提高發(fā)電效率。
另外根據(jù)第13方面記載的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方 面記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，構(gòu)成為電氣連接電子接受體與電子供 給體并在途中配置電氣負(fù)載，所以可以將通過電子接受體接收到的電子供給到電氣負(fù)載而進(jìn)行工作。經(jīng)由電氣負(fù)載的電子返回到電子供給 體。即，可以進(jìn)行電子的循環(huán)。
另外根據(jù)第14方面記栽的場致發(fā)射發(fā)電裝置，除了上述第1方 面記載的結(jié)構(gòu)的作用效果以外，構(gòu)成為通過向電子吸引發(fā)射電極施加 交流電壓，改變從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子的量，而進(jìn)行交流發(fā)電， 所以通過對向電子吸引發(fā)射電極施加的交流電壓的周期和振幅進(jìn)行 調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)期望的交流發(fā)電。
圖l是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的概略截 面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是示出向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu) 附加了加速電極的例子的概略截面結(jié)構(gòu)圖。
圖3是說明在通過碳納米管的組合構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極的情 況下電子貫穿電子吸引發(fā)射電極的狀態(tài)的圖。
圖4是示出電子發(fā)射端口以及電子吸引發(fā)射電極的具體結(jié)構(gòu)的 一個(gè)例子的圖。
圖5是說明使用碳納米管的交聯(lián)現(xiàn)象來構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極 的途中的狀態(tài)的圖。
圖6是示出通過碳納米管的交聯(lián)構(gòu)成了電子吸引發(fā)射電極的一 個(gè)具體例子的圖。
圖7是說明電子接受體的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
圖8是說明向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu) 附加了受電子位置分散單元的例子的圖。
圖9是說明向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu) 附加了電子分配單元的例子的圖。
圖IO是說明與向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的 結(jié)構(gòu)附加了電子分配單元的情況對應(yīng)地構(gòu)成的電力取出電路的具體 結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。圖11是說明向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié) 構(gòu)附加了 二次發(fā)射防止單元的 一個(gè)例子的圖。
圖12是說明向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié) 構(gòu)附加了 二次發(fā)射防止單元的另 一個(gè)例子的圖。
圖13是說明向本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié) 構(gòu)附加了 二次發(fā)射防止單元的又一個(gè)例子的圖。
圖14是示出應(yīng)用了圖12所示的二次發(fā)射防止單元的本發(fā)明的第 2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的一個(gè)例子的概略截面結(jié)構(gòu)圖。
圖15是示出應(yīng)用了圖13所示的二次發(fā)射防止單元的本發(fā)明的第 2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的另一個(gè)例子的概略截面結(jié)構(gòu)圖。
圖16是示出可以使用交流電源將場致發(fā)射的電子的方向交替變 更成相反方向的本發(fā)明的第2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的又一個(gè) 例子的概略截面結(jié)構(gòu)圖。
圖17是說明在圖16所示的裝置中交流電源處于正半周期的狀態(tài) 下的場致發(fā)射電子的移動的圖。
圖18是說明在圖16所示的裝置中交流電源處于負(fù)半周期的狀態(tài) 下的場致發(fā)射電子的移動的圖。
圖19是說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的概略 結(jié)構(gòu)圖。
圖20是說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的一個(gè) 具體例子的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖21是圖20的部分放大圖。
圖22是說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的概略 結(jié)構(gòu)圖。
圖23是說明場致發(fā)射電子的電壓的閾值的圖。
標(biāo)號說明 10真空容器 20電子供給體30電子發(fā)射端口
31準(zhǔn)一維物質(zhì)
40電子吸引發(fā)射電極
41電子吸引發(fā)射電源
42準(zhǔn)一維物質(zhì)
50電子接受體
60電力取出電路
61電氣負(fù)載
70絕緣隔離部件
80力口速電極
卯受電子位置分散單元
100電子分配單元
110 二次發(fā)射防止單元
130電子收集端口
140電子收集電極
151、 152第1電子軌道變更電極
154、 155第2電子軌道變更電極
157電子軌道變更電極
160框架
F電氣絕緣場
e電子
n原子核
s引入空間
具體實(shí)施例方式
參照圖1，對本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置進(jìn)行說明。
在第1實(shí)施方式中，被場致發(fā)射的電子e由于隧道現(xiàn)象貫穿電子 吸引發(fā)射電極40，而到達(dá)電子接受體50。圖l是場致發(fā)射發(fā)電裝置的概略截面結(jié)構(gòu)圖。
在真空容器10內(nèi)設(shè)置有電子供給體20、電子發(fā)射端口30、電子 吸引發(fā)射電極40、電子接受體50。
另外，在真空容器IO外設(shè)置有電子吸引發(fā)射電源41、電力取出 電路60。
上述真空容器10是其內(nèi)部成為真空或被充分減壓的狀態(tài)的容 器，材料的種類沒有特別限定。
上述電子供給體20由成為供給電子的源的物質(zhì)構(gòu)成，由金屬材 料、其他豐富地保持有自由電子的材料構(gòu)成。
上述電子發(fā)射端口 30發(fā)揮從此場致發(fā)射電子的功能，被設(shè)置成 與上述電子供給體20電氣導(dǎo)通的狀態(tài)。
電子發(fā)射端口 30優(yōu)選由對電子的場致發(fā)射的能量壘小的材料構(gòu) 成。另外優(yōu)選由能量壘小的形狀構(gòu)成。
上述電子吸引發(fā)射電極40是用于對上述電子發(fā)射端口 30施加電 場，而從電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射電子e的電極。該電子吸引發(fā)射 電極40通過絕緣隔離部件70，隔著電氣絕緣場F，與電子發(fā)射端口 30相向配置。
上述絕緣隔離部件70可以由絕緣物質(zhì)構(gòu)成。
在本實(shí)施方式的情況下，作為用于防止被場致發(fā)射的電子e到達(dá) 電子吸引發(fā)射電極40而被吸收的電子吸收防止單元，由準(zhǔn)二維物質(zhì) 構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極40。
上述電子接受體50用于接收被場致發(fā)射的電子，隔著電氣絕緣 場F配置在上述電子吸引發(fā)射電極40的后方。該電子接受體50可以
由金屬材料等自由電子的保持能力大的材料構(gòu)成。
上述電子吸引發(fā)射電源41發(fā)揮向上述電子吸引發(fā)射電極40施加 正電壓的功能，在本實(shí)施方式中負(fù)電極與上述電子供給體20連接， 正電極與上述電子吸引發(fā)射電極40連接。
上述電力取出電路60是用于向外部取出收集到上述電子接受體 50中的電子e的電路。構(gòu)成為電氣連接在上述電子接受體50與上述電子供給體20之間，并在其途中配置有電氣負(fù)載61。
在本實(shí)施方式中，上述電氣絕緣場F由絕緣空間構(gòu)成，該絕緣 空間由真空或被充分減壓的空間構(gòu)成。
在上述第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置中，通過施加基于電子 吸引發(fā)射電極40的正的電壓，從電子發(fā)射端口 30向電氣絕緣場F場 致發(fā)射在真空容器10中配置的電子供給體20中存在的電子e。
向電氣絕緣場F場致發(fā)射的電子e根據(jù)量子隧道現(xiàn)象貫穿由厚度 非常薄的準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā)射電極40。即，防止被場致發(fā) 射的電子e被電子吸引發(fā)射電極40吸收。
貫穿電子吸引發(fā)射電極40的電子e到達(dá)電子接受體50而被碰 撞、吸收。
在吸收了電子e的電子接受體50與上迷電子供給體20之間，連 接有電力取出電路60，電子e從吸收了電子e的電子接受體50被反 饋到電子供給體20。此時(shí)，電子e在電氣負(fù)載61中移動，從而流過 電流i。即，所發(fā)電的電作為電能而被供給到電氣負(fù)載61，利用能量 而進(jìn)行工作。
圖2示出向圖1所示的結(jié)構(gòu)附加了加速電極80的場致發(fā)射發(fā)電裝置。
加速電極80是用于使朝向電子接受體50的場致發(fā)射電子加速的 電極。加速電極80通過絕緣隔離部件71隔著電氣絕緣場F設(shè)置在上 述電子吸引發(fā)射電極40的后方。
對加速電極80設(shè)置有施加正電壓的加速電源81。該加速電源81 在該例子中與上述電子吸引發(fā)射電源41串聯(lián)結(jié)合，對加速電極80施 加比電子吸引發(fā)射電極40還高的正電壓。
加速電源81由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成。
圖2的其他結(jié)構(gòu)、功能與圖1所述的結(jié)構(gòu)、功能相同，所以對具 有相同結(jié)構(gòu)、功能的部件、要素附加相同標(biāo)號，而省略說明。
在本第2實(shí)施方式的裝置中，從電子供給體20的電子發(fā)射端口 30被場致發(fā)射且貫穿由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā)射電極40的電子e通過被施加了正電壓的加速電極80所具有的電荷的庫侖力被進(jìn) 一步加速。然后可以根據(jù)量子隧道現(xiàn)象貫穿作為準(zhǔn)二維物質(zhì)的電子吸 引發(fā)射電極40，具有更高的運(yùn)動能量而到達(dá)電子接受體50。在該情 況下，如果電子e所具有的運(yùn)動能量高，則可以克服由積蓄在電子接 受體50中的負(fù)電荷引起的依據(jù)庫侖法則的排斥力而到達(dá)電子接受體 50的可能性變高，電子接受體50中的電子e的收集效率變高。即， 發(fā)電效率變高。
圖3示出當(dāng)將作為準(zhǔn)一維物質(zhì)的碳納米管大致平行地排列而構(gòu) 成電子吸引發(fā)射電極40中使用的準(zhǔn)二維物質(zhì)時(shí)，被場致發(fā)射的電子e 靠近電子吸引發(fā)射電極40的情況。
碳納米管是碳的6員環(huán)等結(jié)合而構(gòu)成的。在電子e沿著電子軌道 orb靠近由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā)射電極40的情況下，電子e 由于具有運(yùn)動能量，所以根據(jù)隧道現(xiàn)象穿透非常薄的物質(zhì)。即，即使 電子e靠近準(zhǔn)二維物質(zhì)中的原子核n，由于飛翔電子e具有速度，所 以被原子核n捕獲的概率低，大部分的電子穿透的可能性高，所以根 據(jù)隧道現(xiàn)象電子e幾乎不被準(zhǔn)二維物質(zhì)吸收而繼續(xù)飛翔的概率高。
圖4是示出電子發(fā)射端口 30以及電子吸引發(fā)射電極40的結(jié)構(gòu)例 子的圖。
在該例子中，由準(zhǔn)一維物質(zhì)31構(gòu)成電子發(fā)射端口 30，并豎立設(shè) 置成準(zhǔn)一維物質(zhì)31的長度方向相對電子供給體20的表面垂直(成為 電子發(fā)射方向)。準(zhǔn)一維物質(zhì)31可以豎立設(shè)置多個(gè)。通過設(shè)置多個(gè)， 可以迅速地發(fā)射多個(gè)場致發(fā)射電子e 。
另外在該例子中，通過隔著一定間隔大致平行地配置多個(gè)準(zhǔn)一維 物質(zhì)42，并將端部通過基板43—體化而構(gòu)成準(zhǔn)二維物質(zhì)，設(shè)為電子 吸引發(fā)射電極40。在基板43與電子供給體20之間連接有電子吸引發(fā) 射電源41,向電子吸引發(fā)射電極40施加正電壓。
從由準(zhǔn)一維物質(zhì)31構(gòu)成的電子發(fā)射端口 30向電氣絕緣場F場 致發(fā)射的電子e朝向電子吸引發(fā)射電極40飛翔，但根據(jù)隧道現(xiàn)象擠 過電子吸引發(fā)射電極40的準(zhǔn)一維物質(zhì)42的間隙。由此可以幾乎完全防止場致發(fā)射電子e被電子吸引發(fā)射電極40吸收的現(xiàn)象。
另外也可以網(wǎng)眼狀地配置準(zhǔn)一維物質(zhì)，而代替大致平行地配置上 述第1準(zhǔn)一維物質(zhì)42，從而構(gòu)成準(zhǔn)二維物質(zhì)。
作為準(zhǔn)一維物質(zhì)31、 42，可以使用碳納米管。
參照圖5、圖6，對通過碳納米管的交聯(lián)而構(gòu)成電子吸引發(fā)射電 極40的例子進(jìn)行說明。
作為與電子供給體20隔著絕緣隔離部件70配置的電子吸引發(fā)射 電極40,將其一對基體44相互相向配置。該基體44具體而言設(shè)為鐵、 鈷、鎳等催化物質(zhì)，通過在絕緣隔離部件70的上面層疊而成為與電 子供給體20電氣非導(dǎo)通狀態(tài)。
通過將氣氛設(shè)定成650'C附近，同時(shí)作為氣體適當(dāng)?shù)毓┙o甲烷、 乙炔等碳類氣體，并適當(dāng)?shù)鼐S持條件，從而在上述基體44上生長碳 納米管或與其類似的準(zhǔn)一維物質(zhì)，在基體44、 44之間生長交聯(lián)體45。 各個(gè)碳納米管是準(zhǔn)一維物質(zhì)，但通過多個(gè)碳納米管在一對基體44之 間構(gòu)成交聯(lián)體45，而構(gòu)成由準(zhǔn)二維物質(zhì)組成的電子吸引發(fā)射電極40。
在電子供給體20與上述基體44之間連接有電子吸引發(fā)射電源 41，并通過電子吸引發(fā)射電源41向基體44施加正電壓，從而通過交 聯(lián)體45內(nèi)的正電荷從電子發(fā)射端口 30 (對多個(gè)準(zhǔn)一維物質(zhì)進(jìn)行豎立 設(shè)置而構(gòu)成)內(nèi)的電子e在庫侖力的作用下被吸引、而被場致發(fā)射。
場致發(fā)射的電子e朝向電子吸引發(fā)射電極40飛翔，但根據(jù)隧道 現(xiàn)象而擠過準(zhǔn)二維物質(zhì)的交聯(lián)體45,朝向電子接受體50。
參照圖7，對電子接受體50的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子進(jìn)行說明。
在該例子中，電子接受體50由正電荷部件51、絕緣部件52、導(dǎo) 電部件53和受電部件54構(gòu)成。
在通過未圖示的電源被施加正電荷的正電荷部件51的前面隔著 絕緣部件52的層而層疊有導(dǎo)電部件53的層，在該導(dǎo)電部件53上以 排列多個(gè)的狀態(tài)配設(shè)有受電部件54。上述導(dǎo)電部件53可以設(shè)為導(dǎo)電 性透明膜(ITO)。
從電子供給體20的電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射、而根據(jù)隧道現(xiàn)象貫穿由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā)射電極40的電子e被電子接受 體50的正電荷部件51吸引，而靠近受電部件54,被其吸收。未吸收 的電子e被導(dǎo)電部件53吸收。此時(shí)，由絕緣部件52阻止電子向正電 荷部件51與導(dǎo)電部件53之間移動。由此，最終向受電部件54移動。 其結(jié)果，電子e作為負(fù)電荷而被積蓄到受電部件54。使該積蓄的電子 e通過電力取出電路60 (參照圖1、圖2)的電氣負(fù)載61，而可用作 電能。
參照圖8，對向第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)附加了 受電子位置分散單元卯的例子進(jìn)行說明。
受電位置分散單元卯通過對收集場致發(fā)射的電子e的電子接受 體50,分散朝向電子接受體50的電子e的軌道orb，而在電子接受 體50中防止受電子位置集中的現(xiàn)象。
受電子位置分散單元90被配置于電子接受體50的跟前，而周期 或隨機(jī)地變更朝向電子接受體50的電子e的軌道。
在圖8中，將電子接受體50從圖1和圖2所示的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90 度而示出。但是，這僅為了易于說明其結(jié)構(gòu)而旋轉(zhuǎn)示出。
受電子位置分散單元90由水平方向的2個(gè)偏轉(zhuǎn)板92、 92、垂直 方向的2個(gè)偏轉(zhuǎn)板94、 94、水平方向的掃描電子電路91和垂直方向 的掃描電子電路93構(gòu)成，水平方向的2個(gè)偏轉(zhuǎn)板92、 92通過水平方 向的掃描電子電路91而被施加沿著水平方向掃描的電信號，垂直方 向的2個(gè)偏轉(zhuǎn)板94、 94通過垂直方向的掃描電子電路93被施加沿著 垂直方向掃描的電信號。根據(jù)通過水平方向的掃描信號而發(fā)生的水平 方向的電場變化，電子e的軌道orb在水平方向上彎曲。另外根據(jù)通 過垂直方向的掃描信號而發(fā)生的垂直方向的電場變化，電子e的軌道 orb在垂直方向上彎曲。通過水平方向掃描和垂直方向掃描的組合， 電子e的軌道orb被周期或隨機(jī)地變更，其結(jié)果電子e在電子接受體 50的寬范圍內(nèi)分散而被受電。由此，由于可以防止電子e在電子接受 體50的窄范圍內(nèi)集中受電而產(chǎn)生的電子接受體50的破損、破壞，可 以增加耐久性。參照圖9，對向第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)附加了 電子分配單元100的例子進(jìn)行說明。
考察在真空中飛翔的電子e的電荷是-q庫侖、其速度是v、電 子e靠近電子接受體50的情況。如果積蓄到電子接受體50的電荷是 -Q庫侖，則引起與兩個(gè)電荷之積qxQ成比例的庫侖排斥力。在電 子e的速度v大的情況下，電子e有可能克服庫侖排斥力而向電子接 受體50碰撞。但是在速度v小的情況下，由于庫侖力排斥力的作用， 電子e無法到達(dá)電子接受體50。因此向電子接受體50積蓄的負(fù)電荷 的量被限定，由于庫侖排斥力未碰撞的電子被所施加的電源的正極吸 收等，從而電能的發(fā)生效率降低。因此使電子接受體50吸收在真空 中飛翔的所有電子e變得重要。
電子分配單元100配置在電子接受體50的跟前，對貫穿電子吸 引發(fā)射電極40而朝向電子接受體50的電子e進(jìn)行分配。即，構(gòu)成為 在電子吸引發(fā)射電極40與電子接受體50之間的電氣絕緣場F (參照 圖1、圖2)，相向配置一對分配電極101、 102， 4吏電子e通過該電 極IOI、 102之間。對上述一對分配電極IOI、 102連接交流電源103， 在向一個(gè)分配電極，101 (102)施加正電壓的情況下，向另一個(gè)分配 電極102 (101)施加負(fù)電壓。
在設(shè)置上述電子分配單元100的情況下，作為上述電子接受體 50的結(jié)構(gòu)，設(shè)置多個(gè)用于接收所分配的電子的電子接受體50。即在 圖9中，電子接受體50被設(shè)為通過絕緣部件55相互絕緣的狀態(tài)，而 配置第1電子接受體56和第2電子接受體57。
在以上那樣的結(jié)構(gòu)中，如果接通上述交流電源103，則以一定的 周期向一對分配電極101、 102施加正電位和負(fù)電位。
當(dāng)前，在圖中，在向左側(cè)的分配電極101施加正電位，并向右側(cè) 的分配電極102施加負(fù)電位的期間，飛翔電子e的軌道向正電位的方 向(向左)彎曲，向左側(cè)的第1電子接受體56碰撞、吸收。另外， 在向右側(cè)的分配電極102施加正電位，并向左側(cè)的分配電極101施加 負(fù)電位的期間，飛翔電子e的軌道向右彎曲，向右側(cè)的第2電子接受體57碰撞、吸收。這樣，電子以一定的周期向左右側(cè)的第1電子接 受體56和第2電子接受體57分配而被收集。
通過由一對電子接受體56、 57交替地收集電子e,在第1電子 接受體56和第2電子接受體57中，分別在不收容電子e的期間，所 滯留的電子e向外部流出而供給電力，并減少電子接受體56、 57內(nèi) 的電子e量而可以準(zhǔn)備接下來的周期中的電子接收。
參照圖10，對取出通過分配單元100向上述第1電子接受體56 以及第2電子接受體57分配而積蓄電子e，從而供給電力的電力取出 電路60的一個(gè)具體例進(jìn)行說明。
在電力取出電路60中，設(shè)置變壓器62，將其一次繞組63的一 端63a連接到第1電子接受體56,將一次繞組63的另一端63b連接 到第2電子接受體57。另外，構(gòu)成為在一次繞組63的中央部設(shè)置中 間端子63c，將該中間端子63c連接到電子供給體20。變壓器62的二 次繞組64的兩端64a、 64b之間輸出電壓。由此通過在該兩端64a、 64b之間連接電氣負(fù)載65，可以對電氣負(fù)載供給電力而工作。
在通過上述電子分配單元100向左側(cè)的分配電極101施加正電位 的期間，電子被第1電子接受體56收容而被積蓄。積蓄到第1電子 接受體56的電子e從其一端63a流向電力取出電路60的一次繞組63， 通過中間端子63c向電子供給體20移動(循環(huán))。此時(shí)，在變壓器 62的二次繞組64中發(fā)生磁通，而發(fā)生電壓。通常在二次繞組64側(cè)連 接有電氣負(fù)載65，所以電流流向電氣負(fù)載65而發(fā)生反電動勢，由于 該反電動勢，從第1電子接受體56通過一次繞組63向電子供給體20 移動的電子的量被限制。因此直到積蓄到第1電子接受體56的電子e 被充分放電為止需要時(shí)間。
另一方面，如果由于上述交流電源103的電壓以規(guī)定的周期變 化，而上述電子分配單元100的左側(cè)的分配電極101成為負(fù)電位，且 右側(cè)的分配電極102成為正電位，則飛翔電子e被第2電子接受體57 收容而被積蓄。積蓄到第2電子接受體57的電子e從其另一端63b 流向電力取出電路60的一次繞組63，通過中間端子63c向電子供給體20移動(循環(huán))。此時(shí)，在變壓器62的二次繞組64中發(fā)生與上 次相反的磁通，而發(fā)生正負(fù)相逆的電壓。即，流過電氣負(fù)栽65的電 流的方向與上次相反。電流流向二次線圏64的電氣負(fù)載65而發(fā)生反 電動勢，由于該反電動勢，從第2電子接受體57通過一次繞組63而 向電子供給體20移動的電子的量被限制。因此直到積蓄到第2電子 接受體57的電子e被充分放電為止需要時(shí)間。
另一方面，在該期間，由于不存在到達(dá)上述第1電子接受體56 的電子e，所以積蓄到第1電子接受體56的幾乎全部電子e經(jīng)由變壓 器62的一次繞組63而反饋到電子供給體20。即，在該期間積蓄到第 1電子接受體56的電子e幾乎全部被放電。由此第1電子接受體56 在該期間調(diào)整下一個(gè)周期中的電子e的收容狀態(tài)。
在第2電子接受體57的情況下也經(jīng)由同樣的經(jīng)過，通過電子的 收容和放電調(diào)整收容狀態(tài)。
另外在上述電力取出電路60的二次繞組64側(cè)發(fā)生交流電壓。
如上所述，通過電子分配單元100，向二個(gè)電子接受體、即第1 電子接受體56和第2電子接受體57交替分配而接受場致發(fā)射電子e， 從而可以防止大量的電子e積蓄到電子接受體，由此可以避免妨礙進(jìn) 一步接受電子e這樣的不合理情況，可以良好且高效地收容場致發(fā)射 電子e，并且將電子e反饋到電子供給體20。
因此可以防止由于作為本發(fā)明的發(fā)電裝置中的最大問題點(diǎn)的電 荷積蓄現(xiàn)象而引起的電能發(fā)生效率降低，可以提供高效率的發(fā)電裝 置。
參照圖11，對向第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)附加 了用于防止到達(dá)電子接受體的電子被二次發(fā)射的二次發(fā)射防止單元 110的一個(gè)例子進(jìn)行說明。
在該例子中，包圍電子接受體50的前面50a、即接收飛翔來的 電子e的面50a的周圍而設(shè)置由絕緣部件構(gòu)成的絕緣周壁111，在絕 緣周壁111的開口部配置門部件112。在門部件112的中央附近設(shè)置 有電子輸入口 113。另外電子接受體50的前面50a成為中央部高且周圍低的傾斜面。
而且設(shè)置電源114，向被絕緣周壁111隔離的上述門部件112施 加負(fù)電壓，向上述電子接受體50施加正電壓。
通過了門部件112的電子輸入口 113的電子e向電子接受體50 的表面50a碰撞。所碰撞的電子e或二次飛出的電子e進(jìn)入彎曲的電 子軌道ord，最終被電子接受體50吸收。在門部件112與電子接受體 50之間發(fā)生的電場成為使飛翔電子e向電子接受體50靠近的力而動 作，所以通過門部件112的電子輸入口 113的所有電子e;故吸收到電 子接受體50。
被吸收到電子接受體50的電子e經(jīng)由電力取出電路60反饋到電 子供給體20，并被途中的電氣負(fù)載61利用。
另外在使對上述電子接受體50施加的正電壓變低或接近零時(shí)， 所收集到的電子的利用效率變高。
參照圖12，對向第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)附加 了用于防止到達(dá)電子接受體50的電子被二次發(fā)射的二次發(fā)射防止單 元110的另一個(gè)例子進(jìn)行說明。
在該例子中，在電子接受體50的前面隔著準(zhǔn)二維絕緣物質(zhì)115 層疊準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116。而且，構(gòu)成為設(shè)置電源117a，向由準(zhǔn)二維 絕緣物質(zhì)115隔離的上述準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116施加負(fù)電壓，向上述電 子接受體50施加正電壓。
朝向電子接受體50的飛翔電子e如果向準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116碰 撞，則根據(jù)隧道現(xiàn)象穿透準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116，進(jìn)而根據(jù)隧道現(xiàn)象還 穿透準(zhǔn)二維絕緣物質(zhì)115，向電子接受體50碰撞而被吸收。
向電子接受體50碰撞的電子e的速度降低，并且受到由于積蓄 到準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116中的負(fù)電荷而引起的庫侖力，所以可以防止從 電子接受體50再次通過準(zhǔn)二維絕緣物質(zhì)115或準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116 向外部飛出的現(xiàn)象。即，防止到達(dá)電子接受體50的電子e被二次發(fā) 射的現(xiàn)象。
參照圖13，對向第1實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)附加了用于防止到達(dá)電子接受體50的電子被二次發(fā)射的二次發(fā)射防止單 元110的又一個(gè)例子進(jìn)行說明。
在該例子中，構(gòu)成為在電子接受體50的背面隔著絕緣部件118 配置導(dǎo)電物質(zhì)119，向該導(dǎo)電物質(zhì)119施加來自電源117b的正電壓。
由于積蓄到導(dǎo)電物質(zhì)119的正電荷，在電子接受體50的上述導(dǎo) 電物質(zhì)119側(cè)的表面(背面)感應(yīng)出負(fù)電荷，在電子接受體50的前 面(接收電子e的面)感應(yīng)出正電荷。
由于在上述電子接受體50的前面感應(yīng)出的正電荷，飛翔電子e 被吸引，而可靠地到達(dá)電子接受體50的前面。到達(dá)電子接受體50而 被收集的電子e經(jīng)由電力取出電路60,而可以用作電能。
參照圖14,對應(yīng)用了圖12所示的二次發(fā)射防止單元的本發(fā)明的 第2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置進(jìn)行說明。
在本第2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置中，作為防止所場致發(fā)射 的電子e被吸收到電子吸引發(fā)射電極40的電子吸收防止單元，將電 子吸引發(fā)射電極40設(shè)為準(zhǔn)二維物質(zhì)，由此在電子根據(jù)隧道現(xiàn)象通過 電子吸引發(fā)射電極40的點(diǎn)上，與上述第l實(shí)施方式相同。
另一方面，在第l實(shí)施方式中，將電子供給體20與電子吸引發(fā) 射電極40之間的電氣絕緣場F設(shè)為絕緣空間，相對于此，在本第2 實(shí)施方式中，在由絕緣物質(zhì)的層構(gòu)成電子供給體20與電子吸引發(fā)射 電極40之間的電氣絕緣場F的點(diǎn)上不同。實(shí)際上由準(zhǔn)二維絕緣物層 構(gòu)成電氣絕緣場F，從電子供給體20場致發(fā)射的電子e根據(jù)隧道現(xiàn)象 貫穿由準(zhǔn)二維的絕緣物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣場F。
通過由絕緣物質(zhì)而不是空間構(gòu)成電氣絕緣場F，可以容易地構(gòu)成 由固體基片組成的發(fā)電裝置或其模塊。通過集合多個(gè)發(fā)電模塊，可以 增大發(fā)電輸出。
在電子供給體20的與上述電氣絕緣場F對置的表面上，雖然未 圖示，構(gòu)成由準(zhǔn)一維物質(zhì)組成的電子發(fā)射端口 30，使電子e易于被場 致發(fā)射。在該情況下，可以構(gòu)成為在電子供給體20的上面的中央?yún)^(qū) 域通過物力上或化學(xué)方法豎立設(shè)置準(zhǔn)一維物質(zhì)而構(gòu)成電子發(fā)射端口30，在電子供給體20的上面的外圍電氣絕緣場F直接層疊在電子供 給體20上而被一體化。
向上述電子吸引發(fā)射電極40與電子供給體20之間附加由電子吸 引發(fā)射電源41引起的電壓。
在電子吸引發(fā)射電極40的背后，通過二氧化硅等絕緣隔離部件 72的層疊而構(gòu)成電氣絕緣場F以作為真空空間(減壓空間)，隔著該 電氣絕緣場F以及絕緣隔離部件72，設(shè)置有二次發(fā)射防止單元110 (115、 116、 117a)，進(jìn)而在其背后配置有電子接受體50。
上述二維發(fā)射防止單元110如已經(jīng)在圖12中說明的那樣構(gòu)成為， 準(zhǔn)二維絕緣物質(zhì)115層疊在電子接受體50上，進(jìn)而在其上層疊準(zhǔn)二 維導(dǎo)電物質(zhì)116。而且通過電源117a，準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116成為負(fù)電 壓，電子接受體50成為正電壓。
由上述絕緣隔離部件72、電子吸引發(fā)射電極40和準(zhǔn)二維導(dǎo)電物 質(zhì)116圍成的真空的電氣絕緣場F成為從外部完全隔離的空間。即該 圖14所示的裝置可以構(gòu)成為無需由真空容器10包圍周圍的固體裝 置。
通過由電子吸引發(fā)射電極41形成的電場，電子e從電子供給體 20經(jīng)由電子發(fā)射端口 30被場致發(fā)射。被場致發(fā)射的電子e根據(jù)隧道 現(xiàn)象而通過由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣場F，根據(jù)隧道現(xiàn)象還通過 由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā)射電極40，進(jìn)入到由絕緣隔離部件 72圍成的真空的電氣絕緣場F。進(jìn)而在電氣絕緣場F中飛翔而到達(dá)準(zhǔn) 二維導(dǎo)電物質(zhì)116，但由于準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116的厚度極其薄，所以 根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過該準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)。進(jìn)而根據(jù)隧道現(xiàn)象還通過準(zhǔn) 二維絕緣物質(zhì)11S，到達(dá)電子接受體50而被吸收。臨時(shí)到達(dá)電子接受 體50的電子e通過準(zhǔn)二維導(dǎo)電物質(zhì)116的負(fù)電位，防止再次二次發(fā) 射的現(xiàn)象。
在被吸收到電子接受體50的電子e中依然存在電荷，所以可以 使用電力取出電路60向外部取出電子e，經(jīng)由電氣負(fù)載61而用作電 能。參照圖15，對應(yīng)用了圖13所示的二維發(fā)射防止單元的本發(fā)明的 第2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的另一個(gè)例子進(jìn)行說明。
該圖15所示的裝置是用圖13所示的相應(yīng)部分代替圖14所示的 二維發(fā)射單元110 (115、 116、 117a)而得到的裝置。
在本裝置中，與圖14所示的裝置的情況同樣地，由絕緣物質(zhì)的 層構(gòu)成電子供給體20與電子吸引發(fā)射電極40之間的電氣絕緣場F。 即設(shè)置電子供給體20、電子發(fā)射端口 30 (未圖示)、由準(zhǔn)二維絕緣 物質(zhì)的層構(gòu)成的電氣絕緣場F、電子吸引發(fā)射電極40、電子吸引發(fā)射 電源41的結(jié)構(gòu)與圖14所示的結(jié)構(gòu)相同。
在電子吸引發(fā)射電極40的背后，通過二氧化硅等絕緣隔離部件 73的層疊而構(gòu)成電氣絕緣場F以作為真空空間(減壓空間)，隔著該 電氣絕緣場F以及絕緣隔離部件73設(shè)置有電子接受體50。進(jìn)而在電 子接受體50的背后設(shè)置有二次發(fā)射防止單元110 (118、 119、 117b )。
上述二維發(fā)射防止單元110如已經(jīng)在圖13中說明的那樣構(gòu)成為， 在電子接受體50的背面隔著絕緣物質(zhì)118以及由該絕緣物質(zhì)118圍 成的真空的電氣絕緣場F配置有導(dǎo)電物質(zhì)119，并向該導(dǎo)電物質(zhì)119 施加由電源117b引起的正電壓。電源117b的負(fù)電極與電子吸引發(fā)射 電源41的正電極連接，在中間位置與電子吸引發(fā)射電極40連接。
通過積蓄在導(dǎo)電物質(zhì)119中的正電荷，在電子接受體50的上述 導(dǎo)電物質(zhì)119側(cè)的表面(背面)感應(yīng)出負(fù)電荷，在電子接受體50的 前面(接收電子e的面)感應(yīng)出正電荷。由于在該電子接受體50的 前面感應(yīng)出的正電荷，在電氣絕緣場F飛翔的電子e被吸引，而可靠 地到達(dá)電子接受體50的前面。到達(dá)電子接受體50而被收集的電子e 經(jīng)由電力取出電路60,而可以用作電能。
由上述絕緣隔離部件73、電子吸引發(fā)射電極40和電子接受體50 圍成的真空的電氣絕緣場F、由上述絕緣物質(zhì)118、電子接受體50、 導(dǎo)電物質(zhì)119圍成的真空的電氣絕緣場F成為從外部完全隔離的空 間。即在該圖15所示的裝置的情況下，也與上述圖14所示的裝置同 樣地，可以構(gòu)成為無需由真空容器10包圍周圍的固體裝置。參照圖16,對可以使用交流電源將場致發(fā)射的電子e的方向交 替地變更成相反反向的本發(fā)明的第2實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的 又一個(gè)例子進(jìn)行說明。
具備電子供給體20和由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電氣吸引發(fā)射電極 40，在該電子供給體20與電氣吸引發(fā)射電極40之間層疊有由準(zhǔn)二維 絕緣物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣場F。在上述電子供給體20的與上述電氣絕 緣場F對置的表面上，雖然未圖示，構(gòu)成將多個(gè)準(zhǔn)一維物質(zhì)沿著電子 發(fā)射方向豎立設(shè)置而成的電子發(fā)射端口 30，使電子e易于場致發(fā)射。 電子供給體20、電子發(fā)射端口30、電氣吸引發(fā)射電極40的結(jié)構(gòu)與圖 14、圖15所示的裝置相同。
在電子接受體50的前面隔著由準(zhǔn)二維絕緣物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣 場F而層疊有由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子收集電極140。在上述電子接 受體50的與上述電氣絕緣場F對置的表面上，雖然未圖示，構(gòu)成由 準(zhǔn)一維物質(zhì)組成的電子收集端口 130，使電子e易于接收。
可以使該電子收集端口 130的生成或結(jié)構(gòu)與已敘述的電子發(fā)射 端口 30的生成或結(jié)構(gòu)相同。
上述電子吸引發(fā)射電極40與電子收集電極140隔著絕緣隔離部 件74相互結(jié)合，在其之間存在由絕緣隔離部件74所圍成的真空或減 壓空間構(gòu)成的電氣絕緣場F。
在上述電子供給體20與電子吸引發(fā)射電極40之間連接有用于電 子吸引發(fā)射以及電子收集的交流電源121，在上述電子接受體50與電 子收集電極140之間也連接有用于電子吸引發(fā)射以及收集的交流電源 122。
交流電源121和交流電源122構(gòu)成為周期同步，在電子吸引發(fā)射 電極40是正電位的期間，電子收集電極140成為負(fù)電位，在電子吸 引發(fā)射電極40是負(fù)電位的期間，電子收集電極140成為正電位。
在以上的結(jié)構(gòu)的裝置中，電子供給體20與電子吸引發(fā)射電極40 之間的電氣絕緣場F以及電子接受體50與電子收集電極140之間的 電氣絕緣場F都由絕緣物質(zhì)構(gòu)成，并且由絕緣隔離部件74所圍成的真空或減壓空間構(gòu)成的電氣絕緣場F也可以在固體內(nèi)構(gòu)成，其結(jié)果， 無需設(shè)置真空容器10等箱體，而可以構(gòu)成固體的發(fā)電裝置、固體的 發(fā)電模塊、發(fā)電元件。
下面，參照圖17、圖18對作為交流電源121、 122交替地施加 了具有脈沖狀波形的正負(fù)電壓時(shí)的狀況進(jìn)行說明。
首先在交流電源121、 122在正的半期，向電子吸引發(fā)射電極40 以及電子接受體50施加正電壓并向電子供給體20以及電子收集電極 140施加負(fù)電壓的情況下，成為圖17所示的狀態(tài)。
即在該情況下，由于電子吸引發(fā)射電極40的正電荷，電子e從 電子供給體20經(jīng)由電子發(fā)射端口 30向電氣絕緣場F被場致發(fā)射。電 氣絕緣場F由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成，所以電子e根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過電氣 絕緣場F。進(jìn)而還根據(jù)隧道現(xiàn)象通過由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子吸引發(fā) 射電極40,進(jìn)入到由二氧化硅構(gòu)成的絕緣隔離部件74所圍成的真空 或減壓空間構(gòu)成的電氣絕緣場F。此時(shí)，向電子接受體50施加正電位， 向電子收集電極140施加負(fù)電位。進(jìn)入到上述電氣絕緣場F而飛翔的 電子e到達(dá)電子收集電極140,但由于電子收集電極140由準(zhǔn)二維物 質(zhì)構(gòu)成，所以根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過。進(jìn)而還根據(jù)隧道現(xiàn)象通過由準(zhǔn)二 維物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣場F，經(jīng)由電子收集端口 130到達(dá)電子接受體 50。想要從電子接受體50 二次發(fā)射的電子e被處于負(fù)電位的電子收 集電極140抑制。
被收集到電子接受體150的電子e通過向電力取出電路60移動， 由電氣負(fù)載61用作電能。
接下來在交流電源121、 122在負(fù)的半期，向電子收集電極140 以及電子供給體20施加正電壓并向電子接受體50和電子吸引發(fā)射電 極40施加負(fù)電壓的情況下，成為圖18所示的狀態(tài)。
即在該半期中，上述電子接受體50成為電子供給體，上述電子 收集電極140成為電子吸引發(fā)射電極。另外在上述電子接受體50的 表面構(gòu)成的電子收集端口 130成為電子發(fā)射端口。而且上迷電子供給 體20成為電子接受體，上述電子吸引發(fā)射電極40成為電子收集電極。另外在上述電子供給體20的表面構(gòu)成的電子發(fā)射端口 30成為電子收
口 o
通過對電子收集電極140施加的正電壓，電子e從電子接受體 50經(jīng)由電子收集端口 130向電氣絕緣場F被場致發(fā)射。電氣絕緣場F 由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成，所以電子e根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過電氣絕緣場F。 進(jìn)而還根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成的電子收集電極140， 進(jìn)入到由二氧化硅構(gòu)成的絕緣隔離部件74所圍成的真空或減壓空間 構(gòu)成的電氣絕緣場F。此時(shí)，向電子供給體20施加正電位，向電子吸 引發(fā)射電極40施加負(fù)電位。進(jìn)入到上述電氣絕緣場F而飛翔的電子e 到達(dá)電子吸引發(fā)射電極40，但由于電子吸引發(fā)射電極40由準(zhǔn)二維物 質(zhì)構(gòu)成，所以根據(jù)隧道現(xiàn)象而通過。進(jìn)而還根據(jù)隧道現(xiàn)象通過由準(zhǔn)二 維物質(zhì)構(gòu)成的電氣絕緣場F,經(jīng)由電子發(fā)射端口 30到達(dá)電子供給體 20。想要從電子供給體20 二次發(fā)射的電子e被處于負(fù)電位的電子吸 引發(fā)射電極40抑制。
被收集到電子供給體20的電子e通過向電力取出電路60移動， 而由電氣負(fù)載61用作電能。
如上所述，在交流電源121、 122的正的半周期中，電子供給體 20內(nèi)的電子e被場致發(fā)射，而到達(dá)電子接受體50,在電力取出電路 60中電流i從下向上(從電子供給體20側(cè)向電子接受體50側(cè))流過。 另外在交流電源121、 122的負(fù)的半周期中，電子接受體50內(nèi)的電子 e被場致發(fā)射，而到達(dá)電子供給體20，在電力取出電路60中電流i 從上向下(從電子接受體50側(cè)向電子供給體20側(cè))流過。即，交流 電流i流入電力取出電路60的電氣負(fù)載61。
作為上述電氣負(fù)載61使用變壓器等，調(diào)整電壓和電流，而可以 用作家庭用電源或工場用電源。
在上述的本發(fā)明中，與利用太陽能等的情況不同，即使在雨天、 夜間、不論在何時(shí)都可以進(jìn)行發(fā)電來利用。另外由于還無需熱源等， 所以也不會由于熱循環(huán)而引起劣化。當(dāng)然，是靜止裝置。因此本發(fā)明 的裝置在耐久性、實(shí)用性、便利性上也具有以往的發(fā)電裝置沒有的良好的一面。
使用圖19,對本發(fā)明的第3實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置進(jìn)行說明。
本第3實(shí)施方式的特征在于，作為防止從電子供給體20的電子 發(fā)射端口 30通過電子吸引發(fā)射電極40被場致發(fā)射的電子e被吸收到 電子吸引發(fā)射電極40的電子吸收防止單元，其特征在于，設(shè)置變更 朝向電子吸引發(fā)射電極40飛翔的電子e的軌道的電子軌道變更電極。
即，在上述的第1、第2實(shí)施方式中，為了防止場致發(fā)射的電子 e被吸收到電子吸引發(fā)射電極40，由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成電子吸引發(fā)射電 極40，由此使電子e根據(jù)隧道現(xiàn)象通過電子吸引發(fā)射電極40。但是 在本3實(shí)施方式中，作為電子吸收防止單元使用電子軌道變更電極。
在本第3實(shí)施方式中，由于無需使飛翔電子e貫穿，所以無需將 電子吸引發(fā)射電極40設(shè)為準(zhǔn)二維物質(zhì)。
在由真空或被減壓的空間構(gòu)成的電氣絕緣場F中，配置有電子 供給體20。相對該電子供給體20相向配置有電子吸引發(fā)射電極40。 電子吸引發(fā)射電源41向電子引出電極40和電子供給體20施加電壓， 使電子吸引發(fā)射電極40成為正電壓，電子供給體20成為負(fù)電壓。
在相對上述電子供給體20和電子吸引發(fā)射電極40的間隙成直角 的側(cè)面位置，與電源153 —起配置有第1電子軌道變更電極151、152。 另外與電源156—起配置有第2電子軌道變更電極154、 155，使得向 電子接受體50引導(dǎo)飛翔電子e。
場致發(fā)射電子e經(jīng)由圖示的電子軌道orb到達(dá)電子接受體50。
如在已敘述的實(shí)施方式中說明的那樣，上述電子供給體20由金 屬材料或其他豐富地保持有自由電子的材料構(gòu)成。
在上述電子供給體20的與電氣吸引發(fā)射電極40對置的面上，雖 然在圖19中未圖示，設(shè)置有電子發(fā)射端口 30。另外電子發(fā)射端口 30 發(fā)揮將電子從此處場致發(fā)射的功能，被設(shè)置成與上述電子供給體20
電氣導(dǎo)通的狀態(tài)。電子發(fā)射端口 30優(yōu)選由針對電子的場致發(fā)射的能 量壘小的材料構(gòu)成。另外優(yōu)選由能量壘小的形狀構(gòu)成。可以在電子供給體20的表面豎立設(shè)置多個(gè)碳納米管等準(zhǔn)一維物質(zhì)而構(gòu)成電子發(fā)射 端口 30。
上述電子吸引發(fā)射電極40是用于對上述電子發(fā)射端口 30施加電 場，而從電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射電子e的電極。
在本實(shí)施方式的情況下，無需由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成電子吸引發(fā)射電 極40。因此可以容易地提供電子吸引發(fā)射電極40的設(shè)備。
上述電子接受體50用于接收場致發(fā)射的電子，可以由金屬材料 等自由電子的保持能力大的材料構(gòu)成。作為電子接受體50的結(jié)構(gòu)， 可以設(shè)為由在上迷圖7中說明的標(biāo)號51~54構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。另外在電 子接受體50中，也可以附設(shè)有在圖8中說明的受電子位置分散單元 90、在圖9中說明的電子分配單元100、在圖11 ~圖13中說明的二 次發(fā)射防止單元110。
通過對電子吸引發(fā)射電極40施加正電壓，從電子供給體20經(jīng)由 電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射電子e，而朝向電子吸引發(fā)射電極40。此 時(shí)，當(dāng)電子e在電子供給體20與電子吸引發(fā)射電極40的間隙飛翔時(shí)， 受到來自第1電子軌道變更電極151、 152的庫侖力，電子e的軌道 朝向施加了正電壓的第1電子軌道變更電極151變更。由此防止場致 發(fā)射電子e被吸收到電子吸引發(fā)射電極40的現(xiàn)象。
在朝向上述施加了正電壓的第1電子軌道變更電極151的軌道的 兩側(cè)配置有第2電子軌道變更電極154、 155。通過該第2電子軌道變 更電極154、 155,飛翔電子e的軌道被進(jìn)一步變更，向電子接受體 50石並撞而纟皮吸收，而不向電子軌道變更電極151碰撞。
另外對于上述第1電子軌道變更電極151、 152和第2電子軌道 變更電極154、 155，不一定設(shè)置兩對。根據(jù)需要，作為將朝向電子吸 引發(fā)射電極40的電子e的軌道從電子吸引發(fā)射電極40變更到電子接 受體50的單元，設(shè)置一個(gè)至多個(gè)電子軌道變更電極即可。
由于收集到電子e的電子接受體50帶負(fù)電荷，所以通過電力取 出電路60向外部取出，而可以用作電能。
參照該圖20、圖21，對第3實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝置的具體的一個(gè)例子進(jìn)行說明。
在真空容器10中配置有由電氣絕緣物質(zhì)構(gòu)成的框架160，在該 框架160上安裝有電子供給體20。另外與該電子供給體20對置地在 框架160上安裝有電子吸引發(fā)射電極40。由電子吸引發(fā)射電源41對 電子吸引發(fā)射電極40施加正電壓，對電子供給體20施加負(fù)電壓。雖 未圖示，在上述電子供給體20上構(gòu)成有由準(zhǔn)一維物質(zhì)組成的電子發(fā) 射端口 30。
通過電子吸引發(fā)射電極40，從電子供給體20經(jīng)由電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射電子e。
與上述電子供給體20與電子吸引發(fā)射電極40的間隙的側(cè)面對置 地在框架160上安裝有電子軌道變更電極157。由電源158對電子軌 道變更電極157和電子供給體20施加電壓，以對電子軌道變更電極 157施加正電壓，對電子供給體20施加負(fù)電壓。
從電子供給體20向真空中場致發(fā)射的電子e的軌道通過電子軌 道變更電極157而被變更，沿著箭頭的方向飛行，從由一對門部件171、 172構(gòu)成的開口 173進(jìn)入到引入空間S。在引入空間S的內(nèi)部，在框 架160上安裝有電子接受體50。
上述門部件171、 172 #皮安裝到框架160上，而通過電源174、 175施加負(fù)電壓。另外由電源174、 175向上述電子接受體50施加正 電壓。
進(jìn)入到上述引入空間S中的電子e被吸引而到達(dá)具有正電荷的電 子接受體50，另一方面被門部件171、 172排斥，而無法從開口 173 出去。
收集到電子接受體50中的電子e被電力取出電路60(參照第1、 第2實(shí)施方式)取出，而流過電氣負(fù)載61，從而被用作電能。
參照圖22、圖23，對本發(fā)明的第4實(shí)施方式的場致發(fā)射發(fā)電裝 置進(jìn)行說明。
本第4實(shí)施方式的特征在于，作為防止從電子供給體20的電子 發(fā)射端口 30通過電子吸引發(fā)射電極40場致發(fā)射的電子e被電子吸引發(fā)射電極40吸收的電子吸收防止單元，在電子吸引發(fā)射電極40的跟 前配置電子接受體50，從而在電子吸引發(fā)射電極40的跟前接收朝向 電子吸引發(fā)射電極40飛翔的電子e。
即，在上述的第1、笫2實(shí)施方式中，為了防止場致發(fā)射的電子 e被電子吸引發(fā)射電極40吸收，由準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極 40，并且在第3實(shí)施方式中使用了電子軌道變更電極。但是在本第4 實(shí)施方式中，作為電子吸收防止單元在電子吸引發(fā)射電極40之前配 置電子接受體50。
在本第4實(shí)施方式中，由于無需使飛翔電子e貫穿，所以無需由 準(zhǔn)二維物質(zhì)構(gòu)成電子吸引發(fā)射電極40。
在圖22中，相對電子供給體20電氣導(dǎo)通狀態(tài)地配置有電子發(fā)射 端口 30。相對電子發(fā)射端口 30,相向配置有電子接受體50,并在該 電子接受體50的背后配置有電子吸引發(fā)射電極40。上述電子供給體 20、電子發(fā)射端口 30、電子吸引發(fā)射電極40和電子接受體50被設(shè)置 在未圖示的真空容器(參照圖1的真空容器10)內(nèi)，氣氛成為由真空 或減壓狀態(tài)的空間構(gòu)成的電氣絕緣場F。
在上述電子吸引發(fā)射電極40與電子供給體20之間，通過電子吸 引發(fā)射電源41，對電子吸引發(fā)射電極40施加正電壓。另外在上述電 子接受體50與電子供給體20之間配設(shè)有電力取出電路60，并在途中 設(shè)置有電氣負(fù)載61。
如已經(jīng)在圖1所示的裝置的說明中所述，上述電子供給體20由 成為供給電子的源的物質(zhì)構(gòu)成，由金屬材料或其他豐富地保持有自由 電子的材料構(gòu)成。另外，上述電子發(fā)射端口 30發(fā)揮將電子從此處場 致發(fā)射的功能，被設(shè)置成與上述電子供給體20電氣導(dǎo)通的狀態(tài)。電 子發(fā)射端口 30優(yōu)選由針對電子的場致發(fā)射的能量壘小的材料構(gòu)成。 另外優(yōu)選由能量壘小的形狀構(gòu)成。通過在電子供給體20的表面生長 碳納米管等準(zhǔn)一維物質(zhì)等，而在電子供給體20的表面豎立設(shè)置多個(gè) 準(zhǔn)一維物質(zhì)，從而構(gòu)成該電子發(fā)射端口 30。
上述電子吸引發(fā)射電極40是用于對上述電子發(fā)射端口 30施加電場，而從電子發(fā)射端口 30場致發(fā)射電子e的電極。
上述電子接受體50設(shè)為圓錐形狀，將該圓錐形狀的前端側(cè)配置 在電子發(fā)射端口 30側(cè)，將圓錐形狀的后端側(cè)的背面配置在上述電子 吸引發(fā)射電極40側(cè)。該電子接受體50可以由金屬材料等自由電子的 保持能力大的材料構(gòu)成。
通過被施加正電壓的電子吸引發(fā)射電極40，從電子供給體20經(jīng) 由電子發(fā)射端口30，場致發(fā)射電子e。該場致發(fā)射電子e向電子接受 體50碰撞而被吸收。在吸收到電子e的電子接受體50中電子e作為 負(fù)電荷被積蓄。所積蓄的電子e經(jīng)由電力取出電路60、電氣負(fù)栽61 而反饋到電子供給體20,從而可以用作電能。
在圖23中示出電子被場致發(fā)射時(shí)的電壓與電流的關(guān)系。在該圖 中記載有2種場致發(fā)射特性。將電子開始放射(場致發(fā)射)的電壓稱 為閾值電壓。在被施加高于閾值電壓Va的電壓時(shí)，開始流過基于場 致發(fā)射的電流I的情況下，將其稱為低的閾值電壓Va。在被施加高于 閾值電壓Vb的電壓時(shí)，開始流過基于場致發(fā)射的電流I的情況下， 將其稱為高的閾值電壓Vb。在圖22中，圓錐形狀的電子接受體50 位于電子吸引發(fā)射電極40與電子發(fā)射端口 30之間。由于電場被施加 到電子吸引發(fā)射電極40與電子供給體20，所以在電子吸引發(fā)射電極 40與電子接受體50之間存在電場。進(jìn)而還存在于電子接受體50與電 子發(fā)射端口 30之間。
在本實(shí)施方式的情況下，電子吸引發(fā)射電極40與電子接受體50 相互對置的面幾乎是平面，所以不會發(fā)生電場的集中現(xiàn)象，所以不易 引起電子e的場致發(fā)射。即，該區(qū)域中的電子的場致發(fā)射特性在圖23 中成為高的閾值電壓Vb，電子e幾乎不會從電子接受體50向電子吸 引發(fā)射電極40移動。但是，電子接受體50與電子發(fā)射端口 30相互 以較細(xì)地突出的方式對置。由于兩者的距離也較短，所以發(fā)生電場的 集中現(xiàn)象，在該情況下通過低的閾值電壓Va，從電子發(fā)射端口30場 致發(fā)射電子e。因此，場致發(fā)射電子e被積蓄到電子接受體50。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性利用了電子的場致發(fā)射的本發(fā)明的裝置可以代替以往的火力發(fā) 電、水利發(fā)電、原子能發(fā)電、使用了太陽能等自然能量的發(fā)電，或者 作為應(yīng)新附加的發(fā)電單元，可以低成本地提供投入能量少、清潔、穩(wěn) 定的電能，產(chǎn)業(yè)上的可利用性非常大。
權(quán)利要求
1. 一種場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，具備由保持有自由電子的材料構(gòu)成的電子供給體；相對該電子供給體被設(shè)置成電氣導(dǎo)通狀態(tài)的電子發(fā)射端口；與該電子發(fā)射端口隔著電氣絕緣場相向配置，并用于施加電場而吸引發(fā)射電子的電子吸引發(fā)射電極；用于接收由于該電子吸引發(fā)射電極而被發(fā)射的電子的電子接受體；以及用于防止從上述電子發(fā)射端口發(fā)射的電子被吸收到上述電子吸引發(fā)射電極的電子吸收防止單元，通過向上述電子吸引發(fā)射電極施加正電壓而從上述電子發(fā)射端口場致發(fā)射電子，并不使該場致發(fā)射的電子被吸收到上述電子吸引發(fā)射電極，而使用另外配置的上述電子接受體接收該場致發(fā)射的電子而進(jìn)行收集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，電 子發(fā)射端口由相對于電子發(fā)射的能量壘小的材料和/或形狀構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，電 子發(fā)射端口被構(gòu)成為在電子供給體的表面豎立設(shè)置準(zhǔn)一維物質(zhì)以使 其長度方向成為電子發(fā)射方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，準(zhǔn) 一維物質(zhì)是碳納米管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，上 述電氣絕緣場由絕緣空間或絕緣物質(zhì)構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，電 子吸收防止單元被構(gòu)成為，將電子吸引發(fā)射電極的材料設(shè)為準(zhǔn)二維物 質(zhì)，使從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子根據(jù)量子隧道現(xiàn)象貫穿上述電子吸 引發(fā)射電極而不被上述電子吸引發(fā)射電極吸收。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，電子吸收防止單元是變更從電子發(fā)射端口發(fā)射而朝向電子吸引發(fā)射電 極的電子的軌道的電子軌道變更電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，電 子吸收防止單元被構(gòu)成為，通過在電子吸引發(fā)射電極之前配置電子接 受體，在電子吸引發(fā)射電極的跟前接收從電子發(fā)射端口發(fā)射而朝向電 子吸引發(fā)射電極的電子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè) 置有對朝向電子接受體的電子進(jìn)行加速的加速電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè) 置有分散朝向電子接受體的電子的軌道而防止電子接受體中的受電 子位置集中的受電子位置分散單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，相 互絕緣狀態(tài)地設(shè)置多個(gè)電子接受體，并設(shè)置有向上述多個(gè)電子接受體 分配從電子發(fā)射端口發(fā)射的電子的電子分配單元。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè) 置有用于防止到達(dá)電子接受體的電子被二次發(fā)射的二次發(fā)射防止單 元。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的場致發(fā)射發(fā)電裝置，其特征在于，構(gòu) 成為電氣連接電子接受體與電子供給體并在途中配置有電氣負(fù)載。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的場致泉射發(fā)電裝置，其特征在于，構(gòu) 成為通過向電子吸引發(fā)射電極施加交流電壓，改變從電子發(fā)射端口發(fā) 射的電子的量，而進(jìn)行交流發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場致發(fā)射發(fā)電裝置，可以根據(jù)與以往的發(fā)電方法不同的新概念，實(shí)現(xiàn)投入能量少、發(fā)電效率良好、清潔、且無需擔(dān)心枯竭的穩(wěn)定的發(fā)電。具備保持有自由電子的電子供給體(20)；相對電子供給體(20)被設(shè)置成電氣導(dǎo)通狀態(tài)的電子發(fā)射端口(30)；與電子發(fā)射端口(30)隔著電氣絕緣場(F)相向配置，并施加電場而吸引發(fā)射電子的電子吸引發(fā)射電極(40)；接收由于電子吸引發(fā)射電極(40)而被發(fā)射的電子的電子接受體(50)；以及防止來自電子發(fā)射端口(30)的發(fā)射電子被吸收到電子吸引發(fā)射電極(40)的電子吸收防止單元，通過向電子吸引發(fā)射電極(40)施加正電壓而從電子發(fā)射端口(30)場致發(fā)射電子，使用電子接受體(50)接收該發(fā)射電子而進(jìn)行收集。
文檔編號H02N11/00GK101416378SQ20068005419
公開日2009年4月22日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者赤松則男 申請人:赤松則男