專利名稱：太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將從太陽發(fā)射的光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
通過燃燒煤或石油等礦物燃料來獲得能量招致地球環(huán)境的惡化，并且因它們的貯藏量有限，所以難以長期使用它們。
為了解決因燃燒這樣的礦物燃料產(chǎn)生的作為地球變暖原因的二氧化碳等造成的環(huán)境問題的惡化，而且從礦物燃料枯竭問題中解放出來，開發(fā)利用從太陽發(fā)射的太陽光能的方法和裝置是人類生存的需要，如果能夠?qū)⑻柟獾哪芰扛咝实剞D(zhuǎn)換成電能，那么有可能通過太陽來穩(wěn)定地供給人類長期生存所需的能源。因此，至今進(jìn)行著各種專門開發(fā)。
這里，作為期望的將這樣的太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的方法和裝置，首先是將太陽光線具有的能量轉(zhuǎn)換成電能時(shí)的效率要高，考慮太陽光能的清潔性，不使用破壞、惡化環(huán)境的物質(zhì)。
其次，由于普及的需要，所以必須價(jià)格便宜。為了價(jià)格便宜，需要避免使用難以到手的物質(zhì)、制造成本提高的物質(zhì)，而且期望其構(gòu)造簡單。
如果構(gòu)造簡單，那么通過交換結(jié)構(gòu)部件，能夠長期使用，為了長期使用，具有耐久性、耐用年數(shù)長是重要的，并且期望維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本便宜。
而且，期望在任何場所都能夠使用、重量輕并且小型。
但是，作為至今為止的將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，一般知道主要使用半導(dǎo)體構(gòu)成的太陽電池。在這些現(xiàn)有的太陽電池中，可利用的光的波長的中心在400至450nm的藍(lán)色附近。即，現(xiàn)有的太陽電池可利用的太陽光僅是從太陽注入的光的一部分光譜，從綠色至紅色的可見光線和紅外線幾乎都不能轉(zhuǎn)換成電能。因此，通過許多研究者進(jìn)行了提高太陽電池的效率的改善，但太陽電池的效率仍在20％以下。
而且，構(gòu)成太陽電池的半導(dǎo)體，關(guān)系到制造成本，同時(shí)在制造工序中釋放惡化環(huán)境物質(zhì)也是眾所周知的。
因此，不言而喻，太陽電池的太陽光能向電能量的轉(zhuǎn)換方法和裝置應(yīng)該具備滿足上述的太陽光能向電能量的轉(zhuǎn)換方法和裝置的條件。
本發(fā)明的目的在于，通過將太陽光線的更多光譜對(duì)應(yīng)的波長能量、即現(xiàn)有的太陽電池不利用的太陽光的波長區(qū)域的能量也轉(zhuǎn)換成電能，來提供效率高、價(jià)格低、對(duì)環(huán)境沒有不良影響的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的核心在于提供一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，與僅利用太陽光的一部分光譜的太陽電池(PN結(jié)的半導(dǎo)體)的使用劃分界線，使用了電子加速電極。
這里，電子發(fā)射電極是發(fā)射熱電子的電極，通常通過在電子發(fā)射能力高的金屬(鎢、鉭、鈧、銥等)上浸漬或涂敷容易發(fā)射熱電子的物質(zhì)(氧化鋇、氧化銥、碳酸鍶鹽、銥和鈧等的化合物)來獲得，是通過使溫度上升來發(fā)射熱電子的物質(zhì)，以及碳化合物的金剛石或微碳管。通過由電子收集電極接受收集發(fā)射出的熱電子，來獲得將太陽光能通過熱電子發(fā)射轉(zhuǎn)換成電能的狀態(tài)。
有關(guān)這樣的電子發(fā)射電極，披露于1967年的美國專利USP3358178、1973年的美國專利USP3179856及1977年的美國專利USP4007393，可提高發(fā)射的熱電子的發(fā)射效率，提高耐久性。以上技術(shù)至今主要用于真空管和CRT(Cathode Ray Tube；陰極射線管)領(lǐng)域。
在固體表面施加強(qiáng)電場時(shí)，將電子封閉在固體內(nèi)的表面勢壘阻擋層變低變薄，出現(xiàn)電子通過隧道效應(yīng)發(fā)射到真空中的所謂場致發(fā)射現(xiàn)象。
特別是如果將曲率半徑小的物質(zhì)放置在電場中，那么電荷集中在曲率半徑小的尖細(xì)區(qū)域中，電子的發(fā)射變得容易。這是所謂的電荷前端集中現(xiàn)象，是放電工程學(xué)上眾所周知的現(xiàn)象。
而且，金剛石構(gòu)造(diamond structure)的物質(zhì)具有負(fù)性電子親和力(Negative Electron Affinity)，具有容易發(fā)射傳導(dǎo)電子的性質(zhì)。
作為該場致發(fā)射材料，針狀碳、微碳管(carbon nanotube)、金剛石薄膜等至今主要用于真空管、熒光顯示管和場致發(fā)射型電子源顯示器(CRT、FED、VFD等)等領(lǐng)域。
本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)造具有與真空管類似的一面，但是，真空管的功能是放大作用、整流作用和振蕩作用，而本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的功能是發(fā)電作用。即，真空管和太陽光能轉(zhuǎn)換裝置在功能上完全不同。
具體地說，本發(fā)明第1形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置在所述真空容器內(nèi)，使在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間飛翔的電子的軌道彎曲；以及電子收集電極，收集通過所述電子偏轉(zhuǎn)裝置其軌道彎曲的飛翔電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
本發(fā)明的第2形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；第一縫隙式電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；第二縫隙式型電子收集電極，配置在所述第一縫隙式電子收集電極和所述電子加速電極之間，使得電力線穿過所述電子加速電極；以及電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置在所述真空容器內(nèi)，使穿過所述第1縫隙式電子收集電極的縫隙間的飛翔電子的軌道彎曲，使該飛翔電子被所述第二縫隙式電子收集電極收集；其特征在于，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子偏轉(zhuǎn)裝置包括偏轉(zhuǎn)磁鐵或靜電偏轉(zhuǎn)電極的任何一個(gè)。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，在所述電子收集電極的表面上形成由金屬纖維、或網(wǎng)格狀或方格狀的金屬線構(gòu)成的捕獲所述分翔電子的電子捕獲部。
本發(fā)明第3形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；以及電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；其特征在于，所述電子收集電極由金屬纖維、或網(wǎng)格狀或方格狀的金屬線構(gòu)成，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
本發(fā)明第4形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括
聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；以及電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極相互電絕緣，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極含有或附著在銥、鈧、鋇、或碳中至少包含其中一個(gè)的化合物。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子收集電極由不銹鋼、鉬化合物、及鎢化合物中的任何一個(gè)構(gòu)成。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述加熱板或所述電子收集電極中，至少對(duì)一方實(shí)施黑化處理。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，形成電子再發(fā)射防止部，防止轟擊所述電子收集電極的所述飛翔電子從所述電子收集電極再發(fā)射。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，將所述電子收集電極向所述電子發(fā)射電極側(cè)彎曲，形成向所述電子發(fā)射電極側(cè)開口的凹部。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，在所述真空容器的一部分區(qū)域中，形成使通過所述聚光裝置聚焦的太陽光通過的太陽光通過窗。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，將所述加熱板通過導(dǎo)熱不良處理構(gòu)成的固定部件安裝在真空容器上。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，在所述真空容器內(nèi)配置的加熱板和電子發(fā)射電極之間，形成夾置絕緣物的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明第5形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括陰極和陽極，對(duì)置配置于真空容器內(nèi)；
電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的熱向真空中發(fā)射電子；以及電場通過性的電子收集電極，在所述真空容器內(nèi)配置于所述電子發(fā)射電極和陽極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
本發(fā)明第6形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括陰極和陽極，對(duì)置配置于真空容器內(nèi)；電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的熱向真空中發(fā)射電子；第一縫隙式電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；第二縫隙式電子收集電極，配置在所述第一縫隙式電子收集電極和所述電子加速電極之間，使得電力線通過所述電子加速電極；以及電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置于所述真空容器內(nèi)，使通過所述第一縫隙式電子收集電極的縫隙間的飛翔電子的軌道彎曲，將該飛翔電子收集于所述第二縫隙式電子收集電極；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
本發(fā)明第7形態(tài)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置包括陰極和陽極，相對(duì)配置于真空容器內(nèi)；電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的電磁波能量向真空中發(fā)射電子；電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置于所述真空容器內(nèi)，使所述電子發(fā)射電極和所述陽極之間飛翔的電子的軌道彎曲；以及電子收集電極，收集通過所述電子偏轉(zhuǎn)裝置而軌道彎曲的飛翔電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，在所述電子收集電極的陽極側(cè)配置絕緣物質(zhì)。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，在所述真空容器的一部分區(qū)域中，形成使太陽光通過的太陽光通過窗口，使太陽光照射到所述電子發(fā)射電極。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，包括收集太陽光的聚光裝置，將所述聚光裝置收集的太陽光照射到所述電子發(fā)射電極上。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述聚光裝置包括透鏡或凹面鏡的其中之一。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極是由金剛石構(gòu)成的物質(zhì)。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極使用微碳管也可以。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少一個(gè)配置了纖維狀、網(wǎng)格狀或方格狀的導(dǎo)電性部件。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子發(fā)射電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)、金剛石構(gòu)造的物質(zhì)、微碳管中的其中之一，所述電子收集電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)、金剛石構(gòu)造物質(zhì)、微碳管中的其中之一，將這些所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極進(jìn)行組合。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子收集電極由不銹鋼、鉬化合物、鎢化合物、以及碳化合物中的任何一種來組成就可以。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，所述電子偏轉(zhuǎn)裝置包括偏轉(zhuǎn)磁鐵或靜電偏轉(zhuǎn)電極的任何一個(gè)就可以。


圖1是表示本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖2是表示采用了靜電偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖3是表示采用了磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的一部分(與磁鐵的配置關(guān)系)的斜視圖。
圖4是表示采用了磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示在電子收集電極上安裝了電子再發(fā)射防止部件的情況的剖面圖。
圖6是表示使磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的電子收集電極向電子發(fā)射電極側(cè)彎曲，安裝了電子再發(fā)射防止部件狀態(tài)的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖7是表示縫隙式的電子收集電極的平面圖。
圖8是表示使用了縫隙式電子收集電極的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的圖，是垂直于縫隙式電子收集電極方向的剖面圖。
圖9是表示在電子收集電極上使用了金屬纖維示例的斜視圖。
圖10是表示在電子收集電極上使用了金屬網(wǎng)示例的斜視圖。
圖11是垂直于圖10的電子收集電極的金屬網(wǎng)方向的剖面圖。
圖12是表示未使用電子偏轉(zhuǎn)裝置的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖。
圖13是表示未使用電子偏轉(zhuǎn)裝置的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的另一實(shí)施例的剖面圖。
圖14是表示本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的太陽光通過窗口和其周邊的加熱板的固定部件等的剖面圖。
圖15是表示將絕緣物夾置在加熱板和電子發(fā)射電極之間的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖16是表示將凹面鏡用作聚光裝置的示例的圖。
圖17是表示采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖18是表示在采用的場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中將絕緣物質(zhì)配置在電子收集電極上的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖19是表示采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的另一實(shí)施例的圖，是剖切真空容器來表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖20是表示在場致發(fā)射方式太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中使用的電子發(fā)射電極和電子收集電極的圖，是表示在由微碳管構(gòu)成的電極內(nèi)部配置方格狀的導(dǎo)電性材料的示例的斜視圖。
圖21是表示采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的另一實(shí)施例的圖，是垂直于縫隙式電子收集電極方向的剖面圖。
圖22是表示采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的另一實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示作為將從太陽發(fā)射的光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100的基本構(gòu)造。其中，圖1是表示基本構(gòu)造的圖，與實(shí)用的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置有小的差異，但用于說明基本的工作情況。
圖1所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100包括真空容器3、真空容器3中設(shè)置的凸透鏡20、真空容器3內(nèi)配置的加熱板5、與加熱板5緊密耦合的電子發(fā)射電極6、電子加速電極7、以及連接電子發(fā)射電極6和電子加速電極7的電子加速電源30等。電子發(fā)射電極6是發(fā)射電子的電極，一般是涂敷容易發(fā)射熱電子的物質(zhì)并通過使溫度上升來發(fā)射熱電子的電極(將1883年由愛迪生發(fā)現(xiàn)了愛迪生效應(yīng)的與陰極對(duì)應(yīng)的電極稱為電子發(fā)射電極)。電子加速電極7對(duì)電子飛翔的方向施加正電壓而配置，用于加速從電子發(fā)射電極6發(fā)射的熱電子，是對(duì)電子進(jìn)行加速的電極。此外，熱電子是以真空中電子發(fā)射能力高的物質(zhì)(鎢、鉭、氧化鋇、氧化銥、碳酸鍶鹽、銥和鈧等的化合物、以及微碳管)作為陰極并達(dá)到高溫，通過對(duì)陽極施加的電壓從陰極發(fā)射的電子。
真空容器3的內(nèi)部為真空，將電子發(fā)射電極6和電子加速電極7對(duì)置配置。
作為用于收集太陽光2的聚光裝置1(如凸透鏡或凹透鏡那樣將光收集在窄的區(qū)域)使用凸透鏡20，在其焦點(diǎn)附近配置加熱板5后，通過太陽光的照射來使加熱板5的溫度上升，并使緊密耦合的電子發(fā)射電極6的溫度上升。這里，由于真空容器3的內(nèi)部為真空，所以產(chǎn)生的熱幾乎沒有因向外部傳導(dǎo)產(chǎn)生的損失。而且，由于太陽的方向隨經(jīng)過時(shí)間而變化，所以也可以使用光傳感器(未圖示)來檢測太陽光的方向，使用驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)來使聚光裝置1朝向太陽光的方向。這樣的話，可提高將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的效率。
在電子發(fā)射電極6中浸漬高效率地發(fā)射熱電子的鋇或鈧等化合物，通過電子發(fā)射電極6的溫度上升向真空容器內(nèi)發(fā)射熱電子。特別是如果在加熱板5和電子發(fā)射電極6上涂敷黑色物質(zhì)，實(shí)施黑化處理，那么入射到黑體上的太陽光的能量保留在黑體上，向外部發(fā)射的能量最少，幾乎所有的能量都被用于加熱板5和電子發(fā)射電極6的溫度上升，使溫度上升效率高，更多地發(fā)射熱電子，提高將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率。
這里，如果將作為直流電壓發(fā)生裝置的電子加速電源30的正端子10連接到電子加速電極7，將電子加速電源的負(fù)端子11連接到電子發(fā)射電極6，那么發(fā)射出的熱電子通過電子加速電源7施加的正電壓而加速，向電子加速電極7飛翔，轟擊電子加速電極7。因此，在電子加速電極7上使電子過剩，在圖1的構(gòu)造中不能有效地取出電能。
因此，在本發(fā)明中，配置電子收集電極8來作為與電子加速電極7分離并用于收集電子的電極，通過使用電子偏轉(zhuǎn)裝置9，將朝向電子加速電極7的電子導(dǎo)向電子收集電極8的方向，從而通過將電子收集在電子收集電極8上來有效地取出電能。圖2～圖4表示該太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)造。
這里，電子收集電極8是收集電子的電極，是阻止發(fā)射的熱電子的電極。將與愛迪生效應(yīng)的陽極對(duì)應(yīng)的電極稱為電子收集電極(其中，在現(xiàn)有的真空管中，電子加速電極和電子收集電極是相同的，將其稱為陽極。但是，在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，將電子收集電極和電子加速電極分離配置)。該電子收集電極8大多使用不銹鋼、鉬和鎢等化合物來構(gòu)成，但也可以用其他導(dǎo)電性的金屬代替。特別適合采用鉬、鈦、鎢、不銹鋼等硬金屬。
電子偏轉(zhuǎn)裝置9是使真空中飛翔的電子的軌道彎曲的裝置，有靜電偏轉(zhuǎn)方式和磁場偏轉(zhuǎn)方式。靜電偏轉(zhuǎn)方式是在電子的飛翔軌道附近配置施加了正電壓的正的靜電偏轉(zhuǎn)電極和施加了負(fù)電壓的負(fù)的靜電偏轉(zhuǎn)電極，通過作用于具有電子的電荷的庫侖力來使電子的軌道彎曲的方式，而磁場偏轉(zhuǎn)方式是在電子的飛翔軌道附近配置磁鐵的N極和S極，在磁鐵形成的磁場中通過作用于飛翔電子的洛淪茲作用來使電子的軌道彎曲的方式。
圖2是使用了靜電偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置101，在太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100中配有電子收集電極8、以及作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9的靜電偏轉(zhuǎn)裝置90。靜電偏轉(zhuǎn)裝置90由靜電偏轉(zhuǎn)正電極14的正端子14a、靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15的負(fù)端子15a、以及靜電偏轉(zhuǎn)電源40等組成。
使用了圖2的靜電偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置101與圖1的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100同樣，使用凸透鏡20作為用于收集太陽光的聚光裝置1，如果在其焦點(diǎn)附近配置加熱板5，那么通過太陽光的照射使加熱板5的溫度上升，并使緊密耦合的電子發(fā)射電極6的溫度上升。通過電子發(fā)射電極6的溫度上升向真空容器3內(nèi)發(fā)射熱電子，發(fā)射的熱電子由電子加速電極7上施加的電子加速電源30的正電壓來加速，向電子加速電極7飛翔。
由于以夾置熱電子的飛翔軌道空間來配置靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的靜電偏轉(zhuǎn)正電極14、靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15，所以飛翔的熱電子通過靜電偏轉(zhuǎn)裝置90產(chǎn)生的靜電沿彎曲的軌道行進(jìn)。即，從電子發(fā)射電極6發(fā)射的熱電子被電子加速電極7加速，在初期向電子加速電極7的方向行進(jìn)，但如果熱電子在靜電偏轉(zhuǎn)正電極14的正端子14a和靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15的負(fù)端子15a之間的空間移動(dòng)，那么飛翔的熱電子從靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15的負(fù)端子15a受到排斥力，從靜電偏轉(zhuǎn)正電極14的正端子14a受到引力，沿圖2中實(shí)線所示的方向彎曲行進(jìn)。由于在彎曲的行進(jìn)方向上配置電子收集電極8，飛翔的熱電子最終到達(dá)電子收集電極8。
作為以上現(xiàn)象的結(jié)果，在電子收集電極8中與中和狀態(tài)相比，成為電子增加、電子過剩狀態(tài)，進(jìn)而成為負(fù)電位帶電，與電池的負(fù)極相同的狀態(tài)。另一方面，由于電子發(fā)射電極6發(fā)射電子，所以成為電子不足的狀態(tài)，進(jìn)而成為正電位帶電，與電池正極相同的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，電子發(fā)射電極6作為正電極，電子收集電極8作為負(fù)電極，通過在兩電極間連接負(fù)載(例如，電容器)，可以取出電，使太陽光能變換成電能。
這里，考察電子加速電極7消耗的電力。為了對(duì)電子進(jìn)行加速，需要在電子加速電極7上施加正的電壓，因而需要電子加速電源30。由于電子加速電極7僅用于加速熱電子，所以電子不轟擊電子加速電極7。即，作為用于加速電子的電源的電子加速電源30僅使洛倫茲的靜電力作用于飛翔電子，所以從電子加速電源30供給的電流幾乎為零。因此，電子加速電源30消耗的電力幾乎為零。
另外，考察靜電偏轉(zhuǎn)裝置90消耗的電力。為了進(jìn)行靜電偏轉(zhuǎn)，需要在靜電偏轉(zhuǎn)正電極14、靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15上施加電壓，因而需要靜電偏轉(zhuǎn)電源40。由于靜電偏轉(zhuǎn)正電極14、靜電偏轉(zhuǎn)負(fù)電極15用于使電子的飛翔軌道彎曲，所以電子不轟擊靜電偏轉(zhuǎn)正電極14。即，作為用于使電子的飛翔軌道彎曲的電源的靜電偏轉(zhuǎn)電源40僅使洛倫茲的靜電力作用于飛翔電子，所以從靜電偏轉(zhuǎn)電源40供給的電流幾乎為零。因此，靜電偏轉(zhuǎn)電源40消耗的電力幾乎為零。
于是，由于在電子加速電源30和靜電偏轉(zhuǎn)電源40中消耗的電力幾乎為零，所以可以說用于發(fā)電所需的消耗電力幾乎為零，將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的效率高，該太陽光能轉(zhuǎn)換裝置101的實(shí)用性高。
下面，說明使用磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置102。
圖3是使用磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，表示磁場偏轉(zhuǎn)裝置91、電子發(fā)射電極6、電子加速電極7、電子收集電極8之間的配置關(guān)系。圖4是使用磁場偏轉(zhuǎn)方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，在太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100中包括電子收集電極8、作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9的磁場偏轉(zhuǎn)裝置91。磁場偏轉(zhuǎn)裝置是所謂的磁鐵。圖4是從遠(yuǎn)望方向觀察圖3所示的從磁場偏轉(zhuǎn)裝置91的S極17側(cè)至夾置熱電子的飛翔軌道的磁場偏轉(zhuǎn)裝置91的N極16側(cè)的圖。
圖4的使用了磁場偏轉(zhuǎn)方法的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置102與圖1的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置100同樣，作為用于收集太陽光的聚光裝置1，使用凸透鏡20，在其焦點(diǎn)附近配置加熱板5后，通過太陽光的照射使加熱板5的溫度上升，使熱耦合的電子發(fā)射電極6的溫度上升。通過電子發(fā)射電極6的溫度上升，在真空容器3的內(nèi)部發(fā)射電子，發(fā)射的電子由電子加速電極7上施加的正電壓來加速，向電子加速電極7飛翔。
由于配置磁場偏轉(zhuǎn)裝置91來夾置熱電子的飛翔軌道空間，所以飛翔的熱電子在磁場產(chǎn)生的彎曲軌道上行進(jìn)。即，從電子發(fā)射電極6發(fā)射的熱電子由電子加速電極7加速，在初期向電子加速電極7的方向行進(jìn)，但在通過磁場偏轉(zhuǎn)裝置91的N極16和磁場偏轉(zhuǎn)裝置91的S極17形成的磁場時(shí)，受到洛倫茲力，向依據(jù)弗萊明左手法則(Fleming’s rule)的方向使軌道彎曲(電子飛翔軌道彎曲成圖4的虛線所示的曲線狀)。由于在彎曲的行進(jìn)方向上配置電子收集電極8，所以飛翔的熱電子最終到達(dá)電子收集電極8。
作為以上現(xiàn)象的結(jié)果，在電子收集電極8中與中和狀態(tài)相比，成為電子增加、電子過剩狀態(tài)，進(jìn)而成為負(fù)電位帶電，與電池的負(fù)極相同的狀態(tài)。另一方面，由于電子發(fā)射電極6發(fā)射電子，所以成為電子不足的狀態(tài)，進(jìn)而成為正電位帶電，與電池正極相同的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，電子發(fā)射電極6作為正電極，電子收集電極8作為負(fù)電極，通過在兩電極間連接負(fù)載(例如，電容器)，可以取出電，使太陽光能變換成電能。
這里，對(duì)于電子加速電極7消耗的電力來說，與上述那樣幾乎為零。而且，磁場偏轉(zhuǎn)裝置91是永久磁鐵，由于不需要用于進(jìn)行磁場偏轉(zhuǎn)的電源，所以消耗的電力為零。
于是，由于電子加速電源30消耗的電力幾乎為零，磁場偏轉(zhuǎn)裝置91消耗的電力為零，所以可以說幾乎沒有發(fā)電損失，將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的效率高，該太陽光能轉(zhuǎn)換裝置102的實(shí)用性高。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，靜電偏轉(zhuǎn)裝置90、磁場偏轉(zhuǎn)裝置91以外部分的構(gòu)造是靜電偏轉(zhuǎn)方式和磁場偏轉(zhuǎn)方式相同的構(gòu)造。
下面，討論電子收集電極8的熱電子的收集效率。
這里，圖2所示的電子收集電極8的表面是彎曲的凹形狀，由于該表面朝向電子發(fā)射電極6的方向，而且配置電子再發(fā)射防止部件18，所以可以防止轟擊電子收集電極8的熱電子彈回、進(jìn)行再發(fā)射并向電子加速電極7的方向移動(dòng)。
但是，在圖4所示的電子收集電極8的形狀時(shí)，存在轟擊電子收集電極8的熱電子彈回并向電子加速電極7的方向移動(dòng)的可能性。如果熱電子到達(dá)電子加速電極7，那么可以從電子收集電極8取出的電流減少，并且如果熱電子到達(dá)電子加速電極7，還需要從外部電源向電子加速電極7供給電流，消耗電力增多，將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的效率下降。
因此，安裝深圍圖5的電子收集電極8的具有略升形狀的電子再發(fā)射防止部件18。通過該電子再發(fā)射防止部件18，來阻止轟擊并彈回電子收集電極8的熱電子向電子加速電極7的方向移動(dòng)并再發(fā)射。因此，由于沒有從電子收集電極8中可以取出的電流減少的現(xiàn)象，不從外部電源向電子加速電極7供給需要以上的電流，不增加裝置本身消耗的電力，所以可提高將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的效率。
圖6表示用于防止電子再發(fā)射的另一實(shí)施例。圖6所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置103中的電子收集電極8不形成圖2所示的彎曲面，而形成向電子發(fā)射電極6側(cè)彎曲的部分。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，與圖2所示的結(jié)構(gòu)同樣，可以阻止轟擊彈回到電子收集電極8的熱電子向電子加速電極7方向移動(dòng)。而且，由于在電子收集電極8和電子加速電極7之間配置絕緣材料制作的電子再發(fā)射防止部件18，所以更有效地阻止電子從電子收集電極8向電子加速電極7的移動(dòng)。因此，由于消耗電力少，可取出的電能也增多，所以可提高將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的效率，實(shí)用性高。
下面，說明將電子收集電極8配置在電子發(fā)射電極6和電子加速電極7之間的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置。
圖7是表示在電子發(fā)射電極6和電子加速電極7之間配置的縫隙式電子收集電極8的圖。
圖8是將兩片所述縫隙式電子收集電極8配置在電子發(fā)射電極6和電子加速電極7之間的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置104。這里，在兩片縫隙式電子收集電極8中，將電子發(fā)射電極6側(cè)的電子收集電極作為第1縫隙式電子收集電極8，將電子加速電極7側(cè)的電子收集電極作為第2縫隙式電子收集電極8。
該所述兩片縫隙式電子收集電極8彼此的縫隙位置重合并對(duì)置配置，使電力線可穿過該縫隙間。于是，由于縫隙式電子收集電極8不妨礙電子發(fā)射電極6和電子加速電極7之間產(chǎn)生的電力線，所以與至今的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置同樣，熱電子從電子發(fā)射電極6向電子加速電極7飛翔。
上述兩片縫隙式電子收集電極8的縫隙，其寬度或大小是相同的，因而不僅其縫隙位置完全重合，而且在該縫隙的寬度或大小有所不同，即使該縫隙位置不完全重合，但只要按不妨礙電力線來配置就可以。
在飛翔的熱電子中，轟擊第1縫隙式電子收集電極8的熱電子被其吸收。穿過第1縫隙式電子收集電極8的熱電子通過作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9的靜電偏轉(zhuǎn)裝置90，該飛翔電子軌道向靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的正極側(cè)14彎曲，飛翔的熱電子轟擊第2縫隙式電子收集電極8，在那里被吸收。
作為以上現(xiàn)象的結(jié)果，在電子收集電極8中與中和狀態(tài)相比，成為電子增加、電子過剩狀態(tài)，進(jìn)而成為負(fù)電位帶電，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的負(fù)電極。另一方面，由于電子發(fā)射電極6發(fā)射電子，所以成為電子不足的狀態(tài)，進(jìn)而成為正電位帶電，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的正電極。在該狀態(tài)下，以電子發(fā)射電極6作為正端子，以電子收集電極8作為負(fù)端子，通過在兩端子之間連接負(fù)載(例如，電容器)，可取出電，使太陽光能轉(zhuǎn)換成電能。
根據(jù)這樣結(jié)構(gòu)的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置104，與上述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置101相比，由于飛翔熱電子的偏轉(zhuǎn)量很少即可，所以靜電偏轉(zhuǎn)裝置90或靜電偏轉(zhuǎn)電源40所需的負(fù)載更小。
這里，作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9，舉例說明了靜電偏轉(zhuǎn)裝置90，但也可以使用磁場偏轉(zhuǎn)裝置91來代替靜電偏轉(zhuǎn)裝置90。
下面，作為防止電子再發(fā)射的方法，以下示出使電子收集電極8的形態(tài)變形的實(shí)施例。
以往，電子收集電極8使用金屬板狀電極，但在這樣的剛體表面上，在飛翔的熱電子轟擊電極時(shí)引起彈回，以往通過形成將電極彎曲成鉤狀的構(gòu)造，或安裝由絕緣材料制作的電子再發(fā)射防止部件18，將再發(fā)射電子防止到最小限度。
這里，通過使用將用于電極的金屬材料原封不動(dòng)地形成纖維狀的金屬纖維50，或重疊網(wǎng)孔狀地配置金屬線的金屬網(wǎng)60的構(gòu)造的電極，也可以將再發(fā)射電子防止到最小限度(圖9、圖10)。
即，如果將電子收集電極8用金屬纖維50或網(wǎng)孔狀配置金屬線的金屬網(wǎng)60來構(gòu)成，那么從電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔的熱電子轟擊電子收集電極8時(shí)，在金屬纖維或網(wǎng)孔狀配置金屬線的金屬網(wǎng)的周邊有空間，飛翔的熱電子進(jìn)入該空間，并且在電極內(nèi)部轟擊電極。因此，即使引起彈回，由于電極內(nèi)部空間中在各方向上配置構(gòu)成電極的金屬，所以在飛出到外部以前轟擊接近的金屬，最終被電子收集電極8捕獲。在電極內(nèi)部飛翔的熱電子轟擊電極金屬，趕出二次電子，但在這種情況下，二次電子在向外部飛出以前轟擊接近金屬，由電子收集電極8收集(圖11是垂直于圖10所示的電子收集電極8的金屬網(wǎng)方向的剖面圖，示意表示電極內(nèi)部的熱電子的運(yùn)動(dòng))。
即，一次就侵入到電極內(nèi)部的飛翔的熱電子從電極脫離的概率變低。就是說，真空中飛翔的熱電子幾乎都被由金屬纖維或網(wǎng)孔狀配置的金屬線的金屬網(wǎng)構(gòu)成的電極捕獲。因此，如果使用金屬纖維來制作電子收集電極8，那么與用剛體表面的金屬來構(gòu)成相比，可提高捕獲飛翔的熱電子的概率。如果飛翔的熱電子的捕獲概率增加，那么可提高將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的效率。
而且，如果使用將這種網(wǎng)孔狀或格柵狀配置的金屬線的金屬網(wǎng)重疊構(gòu)造的電子收集電極8，那么可以形成圖12所示的不需要電子偏轉(zhuǎn)裝置9的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置105。
在圖12所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置105中，電子收集電極8是捆束金屬網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使用從電極表面到里面有間隙和空間。
即，即使將電子加速電極7配置在電子收集電極8的里面和背部，由于穿過電子收集電極8的間隙和空間的電場起作用，所以可獲得加速效果。因此，從電子發(fā)射電極6發(fā)射、加速的熱電子不偏轉(zhuǎn)地到達(dá)電子收集電極8。
圖13是表示不需要電子偏轉(zhuǎn)裝置9的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的另一實(shí)施形態(tài)106的圖。在圖13所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置106中，電子收集電極8有環(huán)形狀的圓盤形狀部8a，在其中心孔中，圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70從其圓錐前端朝向電子發(fā)射電極6來配置。在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70的表面上有用構(gòu)成電子收集電極8的一部分的網(wǎng)孔狀、格柵狀、或螺旋狀的金屬線形成的線狀部8b。在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70的下部配置電子加速電極7。通過電子加速電極7被圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70覆蓋而不吸收熱電子。圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70例如是SiO2這樣的硬的物質(zhì)。
通過該電子加速電極7，在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70的電子加速電極7附近的部分收集負(fù)電荷，在遠(yuǎn)的部分收集正電荷。由于正電荷產(chǎn)生的電力線到達(dá)電子發(fā)射電極6，所以構(gòu)成電場，使熱電子被加速。加速的熱電子不但被電子收集電極8b吸收，而且擊中彈回在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70中，或保留在圓錐形成的絕緣性物質(zhì)70附近。彈回的熱電子被周邊的電子收集電極8的環(huán)狀的圓盤形狀部8a吸收。另一方面，在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70附近保留的熱電子在電場的影響下進(jìn)行移動(dòng)而在圓錐形狀的絕緣物質(zhì)70的表面上滑動(dòng)，被電子收集電極8的線狀部8b或圓盤形狀部8a吸收。
圖14是表示在真空容器3中設(shè)置太陽光通過窗口4的情況、以及將加熱板5和電子發(fā)射電極6安裝在真空容器3中的狀態(tài)的圖。
在圖14的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置(局部圖)中，在真空容器3的一部分區(qū)域中設(shè)置用透光性的透明物質(zhì)制造的太陽光通過窗口4。太陽光通過太陽光通過窗口4照射到加熱板5上(虛線的箭頭表示太陽光)。于是，在設(shè)置了太陽光通過窗口4的情況下，因設(shè)置凸透鏡那樣的聚光裝置1，使對(duì)加熱板5進(jìn)行加熱的效率下降，但在需要提高效率的情況下，也可以在真空容器3的外部設(shè)置聚光裝置1，將該聚光裝置聚光的太陽光通過太陽光通過窗口4，照射到加熱板5上。
在圖14的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置(局部圖)中，使用固定部件19將加熱板5和電子發(fā)射電極6安裝在真空容器3中。固定部件19使用云母或陶瓷等不良導(dǎo)熱體的材料來制造。由于固定部件19是不良導(dǎo)熱體，所以加熱板5被加熱、溫度上升所獲得熱量通過固定部件19傳導(dǎo)給真空容器3的熱量是微量的，所以幾乎不損失熱量，高效率地進(jìn)行熱電子發(fā)射。
圖15是加熱板5和電子發(fā)射電極6的耦合形態(tài)的另一實(shí)施例。
以往，加熱板5和電子發(fā)射電極6直接進(jìn)行熱耦合，但這里形成在加熱板5和電子發(fā)射電極6之間插入絕緣物71的形態(tài)。其作用在于，與以往同樣，將加熱板5加熱，使上升的溫度通過絕緣物71傳送到電子發(fā)射電極6。電子發(fā)射電極6的溫度上升后，容易放出熱電子，而且由于絕緣物71的負(fù)電荷在電子發(fā)射電極6的附近，所以通過相同符號(hào)電荷的排斥作用，熱電子被發(fā)射到真空中。
作為絕緣物71，有使用金剛石構(gòu)造的物質(zhì)、微碳管、其他碳化合物等的方法。作為絕緣物71，特別是如果使用金剛石構(gòu)造的物質(zhì)，那么金剛石構(gòu)造的導(dǎo)熱率比其他物質(zhì)好，同時(shí)滿足絕緣性和導(dǎo)熱性，所以可將熱良好地傳導(dǎo)給電子發(fā)射電極6，并且通過良好的絕緣性來隔斷其他的電子供給，所以成為電子不足狀態(tài)。因此，增強(qiáng)作為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的正電極的作用，提高太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的能量轉(zhuǎn)換效率。
這里，由于加熱板5和電子發(fā)射電極6被絕緣，所以不從電子加速電極30向電子發(fā)射電極6供給電子。即，不但消耗電力為最小限度即可，而且電子發(fā)射電極6確定電子不足而成為正的狀態(tài)，在效果上具有與電池的正電極相同的作用(雖未圖示，但電子收集電極8具有與電池的負(fù)電極相同的作用)。
圖16表示作為聚光裝置1使用凹面鏡21的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置(局部圖)的實(shí)施例。在圖16中虛線所示的太陽光通過凹面鏡21反射聚集在加熱板5上，使加熱板5的溫度上升。如果將加熱板5配置在凹面鏡21的焦點(diǎn)附近，那么可實(shí)現(xiàn)高效率的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置。
圖17表示采用場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107。
圖17所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107包括真空容器3；設(shè)置于真空容器3中的太陽光通過窗口4；在真空容器3內(nèi)對(duì)置配置的陰極11a和陽極10a；在陰極11a和陽極10a之間配置的電子發(fā)射電極6；在所述電子發(fā)射電極6和陽極10a之間配置的電子收集電極8；以及連接著陰極11a和陽極10a的電場發(fā)生電源31等。
這里，將直流電壓發(fā)生裝置的電場發(fā)生裝置31的負(fù)端子11連接到陰極11a，將電場發(fā)生電源31的正端子連接到陽極10a，如果在陰極11a和陽極10a上施加電壓，那么產(chǎn)生圖15的虛線所示的電力線那樣的電場。這里，采用該場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107中使用的電子發(fā)射電極6和電子收集電極8是由碳元素構(gòu)成的物質(zhì)、例如微碳管，由于該微碳管以碳作為主要成分，所以具有半絕緣性，電場貫通這些電極，從陽極10a到達(dá)陰極11a。
如果將該電子發(fā)射電極6置于電場中，那么由于微碳管是直徑小的細(xì)物質(zhì)，所以通過電荷的前端集中現(xiàn)象，微碳管內(nèi)的電子因庫侖力集中到離正電位最近的區(qū)域。這里，在微碳管上施加的電場比電子發(fā)射閾值大的情況下，將集中在微碳管的曲率半徑小的前端部的一部分電子發(fā)射到空間。特別是該微碳管是直徑幾納米的非常細(xì)的管狀物質(zhì)，即使弱電場也可引起電子的發(fā)射。發(fā)射到空間的電子被電場加速，向正端子側(cè)即陽極10a飛翔。飛翔電子朝向陽極10a，但不存在轟擊電子收集電極8以外的飛翔路徑。轟擊電子收集電極8的電子有被電子收集電極8吸收的情況，以及從電子收集電極8反射而繼續(xù)飛翔的情況。但是，飛翔的方向因電場而必然朝向電子收集電極8，最終幾乎所有的電子被電子收集電極8吸收。
因此，在電子收集電極8中電子過剩，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107的負(fù)端子。另一方面，電子發(fā)射電極6由于發(fā)射電子而電子不足，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107的正電極。在太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107的負(fù)電極和正電極之間電連接作為電負(fù)載的電阻等時(shí)，被電子收集電極8吸收的、過剩的電子經(jīng)由負(fù)載電阻進(jìn)行移動(dòng)，返回到電子不足的電子發(fā)射電極6。通過該電子的循環(huán)現(xiàn)象，能夠利用電能。
這里，在電子從電子發(fā)射電極6發(fā)射到空間成為飛翔電子時(shí)，電子需要具有超過構(gòu)成屬于電子的物質(zhì)的能隙的能量。即，電子發(fā)射電極6對(duì)發(fā)射的電子必須提供從其物質(zhì)飛翔到空間的能量。即，如果將電子發(fā)射到空間，那么電子發(fā)射電極6失去減少提供給電子的能量。例如，通過電子發(fā)射電極6失去很少的能量，電子發(fā)射電極6的溫度就下降。因此，如果不補(bǔ)償該失去的能量，那么不能將電子持續(xù)地發(fā)射到空間。通過用太陽光的能量來補(bǔ)償該失去的能量，從而形成從電子發(fā)射電極6持續(xù)發(fā)射電子的結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行持續(xù)發(fā)電的裝置是采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置107。
圖18是采用場致發(fā)射方式的另一太陽光能轉(zhuǎn)換裝置108。在圖18所示的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置108中，在電子收集電極8的陽極10a側(cè)配置絕緣物質(zhì)70，通過該絕緣物質(zhì)70，可以阻止通過電子收集電極8、并且向陽極10a移動(dòng)的電子。即，如果通過電子收集電極8的電子數(shù)目增加，那么由于該通過的電子成為能量的損失部分，所以使能量的轉(zhuǎn)換效率下降。但是，通過配置絕緣物質(zhì)70，由于通過電子收集電極8的電子轟擊絕緣物質(zhì)70，可以到達(dá)陽極10a，所以最終飛翔電子幾乎都被電子收集電極8吸收。于是，通過配置絕緣物質(zhì)70，可提高總的能量轉(zhuǎn)換效率。
圖19是采用場致發(fā)射方式的另一太陽光能轉(zhuǎn)換裝置109，為了將太陽光能更高效率地供給電子發(fā)射電極6，配有凸透鏡20。
圖20表示在使用了微碳管51的電極的內(nèi)部配置了導(dǎo)電性的格柵61的電極80。
由于碳材料對(duì)于指定方向的導(dǎo)電率不好，所以從太陽光能轉(zhuǎn)換裝置提取過多的電流時(shí)，電阻提高，發(fā)熱量增大。因此，為了高效率地提取電，在電極80(電子發(fā)射電極6和電子收集電極8)的內(nèi)部配置導(dǎo)電性的格柵61。這里，由于導(dǎo)電性物質(zhì)為格柵形狀，所以不妨礙電場。
圖21是在采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中包括電子偏轉(zhuǎn)裝置9的靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110。
電子收集電極8和靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的結(jié)構(gòu)與圖8的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置104相同，在從電子發(fā)射電極6向陽極側(cè)飛翔的電子中，轟擊第1縫隙式電子收集電極8的電子被其吸收。穿過第1縫隙式電子收集電極8的電子通過作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9的靜電偏轉(zhuǎn)裝置90，其飛翔電子軌道向正極側(cè)彎曲，飛翔的電子轟擊第2縫隙式電子收集電極8，在那里被吸收。
因此，在電子收集電極8中電子過剩，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的負(fù)電極。另一方面，電子發(fā)射電極6由于發(fā)射電子而電子不足，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的正電極。在太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的負(fù)電極和正電極之間電連接電氣負(fù)載的電阻時(shí)，被電子收集電極8吸收的、過剩的電子經(jīng)由負(fù)載電阻進(jìn)行移動(dòng)，返回到電子不足的電子發(fā)射電極6。通過該電子的循環(huán)現(xiàn)象，能夠利用電能。
圖22是在采用了場致發(fā)射方式的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中包括電子偏轉(zhuǎn)裝置9的靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置111。
在這樣構(gòu)成的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的電子發(fā)射電極6中采用吸收電磁波能量來發(fā)射電子的微碳管這樣的物質(zhì)。
即，通過太陽光等的電磁波照射，電子發(fā)射電極6發(fā)射電子，發(fā)射的電子通過陰極-陽極間的電場作用向陽極飛翔。該飛翔電子軌道通過靜電偏轉(zhuǎn)裝置90向正極側(cè)彎曲，飛翔電子轟擊電子收集電極8，在那里被吸收。
因此，在電子收集電極8中電子過剩，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的負(fù)電極。另一方面，電子發(fā)射電極6由于發(fā)射電子而電子不足，成為太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的正電極。在太陽光能轉(zhuǎn)換裝置110的負(fù)電極和正電極之間電連接電氣負(fù)載的電阻時(shí)，被電子收集電極8吸收的、過剩的電子經(jīng)由負(fù)載電阻進(jìn)行移動(dòng)，返回到電子不足的電子發(fā)射電極6。通過該電子的循環(huán)現(xiàn)象，能夠利用電能。
在圖22的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置111的結(jié)構(gòu)中，從陽極10a側(cè)進(jìn)行太陽光的照射，但也可以將太陽光通過窗口4配置在陰極11a側(cè)，從陰極11a側(cè)進(jìn)行太陽光的照射。
在圖21、圖22中，作為電子偏轉(zhuǎn)裝置9，舉例說明了靜電偏轉(zhuǎn)裝置90，但也可以是使用磁場偏轉(zhuǎn)裝置91來代替靜電偏轉(zhuǎn)裝置90的結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置可以將太陽光的寬范圍內(nèi)的光譜所對(duì)應(yīng)的光能轉(zhuǎn)換成電能，所以轉(zhuǎn)換效率高。
而且，由于不使用特殊的材料(取得困難的物質(zhì)或制造成本高的物質(zhì))，構(gòu)造簡單，所以其制造成本低，具有普及性。
本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中使用的真空容器用玻璃或不銹鋼板來制造，由于幾乎沒有劣化部，所以具有耐久性，使用年數(shù)長。此外，由于這些使用材質(zhì)不成為破壞環(huán)境的主要因素，所以即使大量地用于太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，在環(huán)境上也沒有問題。
在本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置中，由于在玻璃的容器內(nèi)配置電極，所以其劣化幾乎沒有，維護(hù)費(fèi)用也很少，可以長期使用。
而且，由于本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置可以進(jìn)行輕量化、小型化，所以在任何場所都能設(shè)置。
根據(jù)以上效果，可以說本發(fā)明的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)用性非常高。
權(quán)利要求
1.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置在所述真空容器內(nèi)，使在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間飛翔的電子的軌道彎曲；以及電子收集電極，收集通過所述電子偏轉(zhuǎn)裝置其軌道彎曲的飛翔電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
2.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；第一縫隙式電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；第二縫隙式型電子收集電極，配置在所述第一縫隙式電子收集電極和所述電子加速電極之間，使得電力線穿過所述電子加速電極；以及電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置在所述真空容器內(nèi)，使穿過所述第1縫隙式電子收集電極的縫隙間的飛翔電子的軌道彎曲，使該飛翔電子被所述第二縫隙式電子收集電極收集；其特征在于，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
3.如權(quán)利要求1或2所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述電子偏轉(zhuǎn)裝置包括偏轉(zhuǎn)磁鐵或靜電偏轉(zhuǎn)電極的任何一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1～3任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其中，在所述電子收集電極的表面上形成由金屬纖維、或網(wǎng)格狀或方格狀的金屬線構(gòu)成的捕獲所述分翔電子的電子捕獲部。
5.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；以及電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；其特征在于，所述電子收集電極由金屬纖維、或網(wǎng)格狀或方格狀的金屬線構(gòu)成，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
6.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括聚光裝置，收集太陽光；加熱板，配置在真空容器內(nèi)，被所述聚光裝置收集的太陽光照射；電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)與所述加熱板進(jìn)行熱耦合配置，通過其溫度與所述加熱板的溫度一起上升，向真空中發(fā)射電子；電子加速電極，在所述真空容器內(nèi)與所述電子發(fā)射電極對(duì)置配置；電子加速電源，將負(fù)端子連接到所述電子發(fā)射電極，將正端子連接到所述電子加速電極；以及電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極相互電絕緣，通過以所述電子收集電極為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
7.如權(quán)利要求1～6的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極含有或附著在銥、鈧、鋇、或碳中至少包含其中一個(gè)的化合物。
8.如權(quán)利要求1～7的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子收集電極由不銹鋼、鉬化合物、及鎢化合物中的任何一個(gè)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1～8的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述加熱板或所述電子收集電極中，至少對(duì)一方實(shí)施黑化處理。
10.如權(quán)利要求1～9的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，形成電子再發(fā)射防止部，防止轟擊所述電子收集電極的所述飛翔電子從所述電子收集電極再發(fā)射。
11.如權(quán)利要求1～10的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，將所述電子收集電極向所述電子發(fā)射電極側(cè)彎曲，形成向所述電子發(fā)射電極側(cè)開口的凹部。
12.如權(quán)利要求1～11的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述真空容器的一部分區(qū)域中，形成使通過所述聚光裝置聚焦的太陽光通過的太陽光通過窗。
13.如權(quán)利要求1～12的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，將所述加熱板通過導(dǎo)熱不良處理構(gòu)成的固定部件安裝在真空容器上。
14.如權(quán)利要求1～13的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述真空容器內(nèi)配置的加熱板和電子發(fā)射電極之間，形成夾置絕緣物的結(jié)構(gòu)。
15.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括陰極和陽極，對(duì)置配置于真空容器內(nèi)；電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的熱向真空中發(fā)射電子；以及電場通過性的電子收集電極，在所述真空容器內(nèi)配置于所述電子發(fā)射電極和陽極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
16.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括陰極和陽極，對(duì)置配置于真空容器內(nèi)；電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的熱向真空中發(fā)射電子；第一縫隙式電子收集電極，設(shè)置在所述電子發(fā)射電極和所述電子加速電極之間，收集從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的飛翔電子；第二縫隙式電子收集電極，配置在所述第一縫隙式電子收集電極和所述電子加速電極之間，使得電力線通過所述電子加速電極；以及電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置于所述真空容器內(nèi)，使通過所述第一縫隙式電子收集電極的縫隙間的飛翔電子的軌道彎曲，將該飛翔電子收集于所述第二縫隙式電子收集電極；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
17.一種太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，包括陰極和陽極，相對(duì)配置于真空容器內(nèi)；電場發(fā)生電源，負(fù)極端子連接到所述陰極，正極端子連接到所述陽極，在所述陰極和所述陽極之間產(chǎn)生電場；電場通過性的電子發(fā)射電極，在所述真空容器內(nèi)配置于陰極和陽極之間，通過太陽光的電磁波能量向真空中發(fā)射電子；電子偏轉(zhuǎn)裝置，配置于所述真空容器內(nèi)，使所述電子發(fā)射電極和所述陽極之間飛翔的電子的軌道彎曲；以及電子收集電極，收集通過所述電子偏轉(zhuǎn)裝置而軌道彎曲的飛翔電子；其特征在于，通過以所述電子收集電極作為負(fù)電極，以所述電子發(fā)射電極作為正電極，來使所述電子發(fā)射電極的電子移動(dòng)而產(chǎn)生電。
18.如權(quán)利要求15～17的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述電子收集電極的陽極側(cè)配置絕緣物質(zhì)。
19.如權(quán)利要求15～18的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述真空容器的一部分區(qū)域中，形成使太陽光通過的太陽光通過窗口，使太陽光照射到所述電子發(fā)射電極。
20.如權(quán)利要求15～19的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括收集太陽光的聚光裝置，將所述聚光裝置收集的太陽光照射到所述電子發(fā)射電極上。
21.如權(quán)利要求1～14和20的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述聚光裝置包括透鏡或凹面鏡的其中之一。
22.如權(quán)利要求15～21的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)。
23.如權(quán)利要求15～22的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極是由金剛石構(gòu)成的物質(zhì)。
24.如權(quán)利要求15～22的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少所述電子發(fā)射電極使用微碳管。
25.如權(quán)利要求22～24的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極中至少一個(gè)配置了纖維狀、網(wǎng)格狀或方格狀的導(dǎo)電性部件。
26.如權(quán)利要求15～21的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)、金剛石構(gòu)造的物質(zhì)、微碳管中的其中之一，所述電子收集電極是由碳構(gòu)成的物質(zhì)、金剛石構(gòu)造物質(zhì)、微碳管中的其中之一，將這些所述電子發(fā)射電極和所述電子收集電極進(jìn)行組合。
27.如權(quán)利要求16～25的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子收集電極由不銹鋼、鉬化合物、鎢化合物、以及碳化合物中的任何一種來組成。
28.如權(quán)利要求16～27的任何一項(xiàng)所述的太陽光能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電子偏轉(zhuǎn)裝置包括偏轉(zhuǎn)磁鐵或靜電偏轉(zhuǎn)電極的任何一個(gè)。
全文摘要
在真空容器的內(nèi)部分別配置電子發(fā)射電極和電子收集電極,通過將從所述電子發(fā)射電極發(fā)射的電子高效率地收集在電子收集電極上,而將太陽光的寬區(qū)域光譜的太陽能轉(zhuǎn)換成電能。
文檔編號(hào)H02N6/00GK1386317SQ01802319
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月7日
發(fā)明者赤松則男 申請(qǐng)人:赤松則男