電気


パソコンの素晴らしい事は、
膨大な文字列の中から「検索」をして見つけ出す事が出来ることです。
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      ソーラー発電は元が取れない?   ▲Top

ソーラー電池などの出力の小さい電池で電力を賄おうとするのは狂気の沙汰。(パネル1平方メートルで50W弱の電力です)
電力は、必要な時に欲しいのであって、欲しくない時の電力は捨てるかバッテリーに蓄えなければなりませんがロスを伴います。
ニッケル水素電池でも100%の完全充電するために160%程の充電をしなければならず、60%のロスを生じます。
日本でもメガソーラーなどが建設されたが、ソーラー電池発電の電力量は、日本の総発電電力量のわずか1%に満たない。
発電量あたりのコスト
現在の火力発電6〜8円/kwhに比べ、再生可能エネルギーの70%を占める、ただの水を使う、水力発電でも13.6円/kwh、で建設が推進されないのに、太陽電池では49円/kwhである。
ソーラー発電は電池であり、電池で大電力を発電する事は無理なので、日本の電力を支えているのは火力発電です。
 元が取れない発電を推進し電気料金を高くして日本を滅ぼす人は犯罪者です。
日本企業の電力料金が上がると、輸出競争力が益々落ちます。
太陽光発電における売電は電力会社を大赤字にするので、売電による負担は「太陽光発電促進付加金」という名目で普通の電気利用料金に上乗せされて負担してます。
負担が増すにつれ、屋根にパネルの乗った家は白い目で見られる事に成りかねません。

元を取る前に寿命?
ソーラー・パネルの寿命が長いと言う保障はありません。
ソーラーを設置した人が語る「わが家の発電量は少ない、機械の不具合?」。
ソーラー・パネルの故障や不具合によると、5年間で発生したソーラー・パネルの交換数
210台のうち、3割を超える67台で交換が発生していました。(産総研内メガ・ソーラータウン)
ソーラーパネルは何百ものセル(電池)が直列接続されています。
直列接続された電池の一個一個には接続された電池の数だけの電流が通過せねばなりません。
そのセルの一個でも日陰になり内部抵抗が大きくなると過電流となって発熱し劣化します。
電池を複数個使用するものには「古い電池とは併用しないでください」と書かれています。
新しい電池は極板間のイオン密度が高いので電流が多く流れます。
古い電池はイオンが少なく電流が流れにくくなります。
起電力が弱く成る事はイオン密度が下がり、電流が流れにくくなります。電流が流れにくくなることは「内部抵抗 r」が大きく成った事と同じ事になるわけです。
図のように、電池の電流の流れの増減は、見かけ上の「内部抵抗 r」の増減です。
内部抵抗が違う電池を直列接続して内部抵抗の大きい電池に無理に電流を流すと発熱で破裂が起きたりします。
ソーラーパネルも鳥が糞をしたとか落ち葉が張り付いた所は日光がさえぎられ、その太陽電池は起電力が落ち内部抵抗が大きくなり過電流となって発熱し劣化するのです。
ソーラー電卓のように発熱の無い使用なら半永久ですが、発熱を伴う使用では劣化します。

火力発電より多いソーラー発電のCO2の排出
ただのエネルギーを使いながら、この発電量あたりのコストを拾い出して計算すれば解るが、ダムなどの設備や太陽電池を生産、完成するまでに沢山の化石燃料を消費して地球環境を汚染している。

本当のエコは子孫に化石燃料や資源を残してやることです。

発電のエネルギー収支
原料の採鉱・精製、設備の製造や保守などに使った総エネルギーと、その発電設備によって生産される総エネルギーとの収支は?

ソーラー付住宅の販売会社では、15年で償却と言っているが、例えば車のカタログ燃費でリッター18kmなどと成っていても実際に乗ってみると10kmそこそこしか走れない。
また、わずか数年で、故障や定格の発電量を大幅に割り込む粗悪な製品もある。
GHG排出量やエネルギー収支で、既存のどの 発電方式にも劣るソーラー発電は考えものである。
GHG(温室効果ガス排出量検証)とは、
原料の採鉱・精製、システムの製造から廃棄に至るまでの全過程における GHG の排出量を、二酸化炭素 (CO2) に換算した値で求める。


温度差発電  ウエハラサイクル 
太陽熱温水器や太陽炉で蒸気にしてスクリュー 式蒸気発電
ブラウンガス (水が燃料)  
気球・水流 発電


    パネルの発電量は、1uで50W弱     ▲Top

JIS. C 8912では、温度 25±1℃、日射照度 1000±10 W/uでのソーラーパネルの基準です。
1,000 W/uの照度でパネルの変換効率は10〜17%程度で、17%の効率の1平方メートルのパネルは、1,000 W×17%=170 Wです。
これを一旦バッテリーに溜めるところで50%落ちて85Wになりますが、これは、車でいうカタログ燃費で、まだ日照量(時間)、日射量(強さ)、温度、角度・方角、影の影響と色々のロスで実際に使用可能な電力量は50 W程です。
夏は日光は強くてもパネルの温度が上がり、パネルの効率が落ちるので温度 25±1℃という温度条件です。



    発電した電気     ▲Top

ソーラー発電や自転車の発電機で発電した電気は、電球が切れたり負荷が無いと、何も仕事をせずに消えてしまうと思っている人がいる。
右の図のように回路が開いていると電気は流れないのであって、仕事をせずに消えてしまうのでは無く発電されていないと考えるべきです。



    LED電球               ▲Top

LEDに順方向に電圧をかけると+と−がpとnの接合部で、直接光エネルギーに変換される。
白熱電球をLED電球に交換するだけで、電気代は白熱電球の約20分の1に、電球形蛍光灯の約4分の1になります。
1日12時間使用で約10年は球切れがなく、メンテナンスが楽です。

LED照明の健康被害
消費電力や電球の寿命でLED照明が液晶のバックライトにも使われますが、LEDや水銀灯の刺激の強い光は目が疲れます。
LEDの光源はpとnの小さな接合部から放たれる強烈で刺激の強い光でレーザーポインターなどと同じ発光原理です。
事務所などが省エネでLED照明にして、眼精疲労や肩こり、吐き気の原因ではと言われ始めました。

医療で瞳孔を調べる時にLEDのペンライトを使う人が増えはじめた。
眼に優しいペンライトを使って欲しいものである。
人が、刺激の強い光を避けようと眼を閉じたりそらしたりする事は、それから守るための防衛反応であって、眼に悪いから、眼を閉じようとすることは明白な事実である。
それを、眼に悪いかどうか検証されていないとか学者の弁明などで、うやむやにする必要はない。

次世代光源として注目をあびるCCFL(冷陰極蛍光ランプ)
液晶のバックライト用光源
高い演色性で眼に優しい照明用ではLEDより優位
ビーム光源としてはLEDが優位




電球型蛍光灯
スパイラルの内側になった光は70%以上は透過と言っているが、電球形蛍光灯の効率は、一般の蛍光灯に比べて半分でしかないものも有る。
それでも、電球の効率の2倍。 
 毎日長時間点灯する所は、電球より、電球型蛍光灯の方が有利です。
 電球型蛍光灯の欠点は、スイッチを入れてから本来の明るさになるまで時間がかかります。
 点灯1回につき、寿命が30分〜1時間程短くなるので、点灯と消灯が頻繁な場所には不向きです。
5分や10分なら、電気の消費より電球型蛍光灯の寿命を優先させ、消灯しないほうが得と言われましたが、最近ホームセンターなどで60wの電球型蛍光灯が300円以下の、寿命を優先させなくても良い程安い物があります。

蛍光ランプは、図のようなガラス管の内面に蛍光塗装されアルゴンガスなどと水銀が微量封入されています。
点灯方式は、バイメタル式の点灯管によるものと始動補助装置をほどこしたラピッドスタート式とかインバータ式点灯式があります。
インバータ式は20〜70kHzの高周波で即時点灯ができ、省電力・高効率・ちらつきが少ない等の特徴があります。
インバータ式蛍光灯の電磁波?



     危険な、レーザーポインター  ▲Top

レーザーポインターの本来の使い道は、差し棒に代わるもので、それがセリなどの商品を指し示したり、測量のレベル(水平器、水準器、)にと用途が広がっている。
基礎の水平を測るには、回転灯にレーザーポインターを仕組めば、一人で作業できる。

日本ではレーザーポインターの販売が制限され、市販で購入できるレーザーポインターの出力は1mW未満です。
書き込み可能なDVDドライブから取り出せるLDの出力は200mWを超えるものも有り、基礎知識と技術があれば、200mWのレーザー光源を作ることが出来ます。
光を集光すると黒い紙が焦げる程の出力で、このレーザーを利用すると、ちょっとしたレーザー兵器となる。
シー・シェパード(SS)のスティーブ・アーウィン号と、高速船アディ・ギル号は、第2昭南丸の乗組員に「肉眼に照射すれば失明する」軍事用のレーザーポインターを照射している。(SS続報)

スポーツ選手が、観客からレーザーポインターの光線を目に受け目がくらむ被害も報じられる。
運転者などに使われる犯罪も考えられるので、海外の出力の大きい海賊版のレーザーポインターの野放しは危険である。



    大容量 キャパシター  ▲Top

バッテリーに劣らぬ大容量キャパシター

蓄電池に比べ、化学反応を伴なわないは、充放電十万回以上と寿命が長く安全でしかも瞬時の充放電が得意、高エネルギー密度、使用電極が炭素と環境にも優しい夢のような電源だ。
日本語では、コンデンサーは「蓄電器」であり、バッテリーは「蓄電池」であって、容量では足元にも及ばない「器」が「池」にせまる大容量は画期的な事だ。

二次電池のように化学反応によって電気エネルギーを蓄えるのではなく、電界液を電極で挟んだ構造なので自己放電により長時間の蓄電が出来ない
二次電池と違い、充電と放電の反応が早く、内部抵抗も小さく大電流での充放電が行なえる。

キャパシターハイブリッドトラック
平成14年度 第13回 省エネ大賞 経済産業大臣賞
日産ディーゼル工業株式会社
燃費1.5倍、排出ガス半減の世界初ディーゼル・キャパシターハイブリッドトラック。
従来キャパシターの弱点であったエネルギー密度を飛躍的に高めた高性能キャパシターを自社開発。
車はエネルギー回生が重要。

エネルギー回収はキャパシターが最適
クルマの減速時に発生する回生電力エネルギーは時間がきわめて短いため、バッテリでは30%程度しか回収できません。
そこで瞬時の大電力の充放電を得意とするキャパシターを使うと、約80%と高効率にエネルギーを吸収できます。
キャパシターは、鉛バッテリーと併用だが、自己放電の多い欠点を持つキャパシターは、走行時だけ並列接続にするなどして、鉛バッテリーを放電させてしまわないようにする必要が有る。


電気自動車(EV)に僅か数分で急速充電
急速充電器は、蓄電池に夜間電力を蓄え、昼間の電力も合わせて大容量キャパシターを使って急速充電をおこなう。
キャパシターは、内部抵抗も小さく大電流での充放電が行なえるので急速充電に有利です。

蓄電容量が60Whのキャパシター
日本電子は、(価格は未定)。主な仕様は構成が「プレムリス」12個充電回路・定電圧回路組込、蓄電容量が60Wh、充電電圧が13〜18V、放電電圧が12V(一定)、サイズが310mm×128mm×194mm、重量が8kgを開発。
プレムリスPremlisRとは、独自開発したナノゲートカーボンRを正極に、黒鉛系カーボンを負極に、それぞれ採用した新しい非対称型キャパシターです。

紙にカーボンナノチューブをコーティングすると電気抵抗が1平方メートル当たり1オーム以下の電導体が出来るという。ペーパーコンデンサー

日清紡グループでは世界最高レベルの「電気二重層キャパシター」を開発しています
蓄電池と違い、百万回の充放電に対応可能で、しかも高効率。
大電力の放出や回生、頻繁な充放電が求められる用途に最適です。
任意電圧のキャパシターモジュールを製作(実績15〜750V)。
最大電流 600A (1sec.)

電気二重層コンデンサは小型大容量。
4.7F=4,700,000μF
耐圧:2.5V
容量単価:53.1円/F
サイズ:10×20mm

多様な用途への可能性
モータドライブ回生電力蓄電用途
二次電池アシスト用途
大量のエネルギーを瞬時に充/放電する用途に最適。(商用車の他、電力・鉄道・産業機器等)

キャパシターは、化学反応を伴なわないが、酸化還元反応を用いる「活性炭ーチタン酸リチウム ハイブリッドキャパシターが出現し、注目されている。



電気二重層トランジスタ

電気二重層トランジスタでは、絶縁体から金属状態までの幅広い伝導キャリア制御を実現した。
絶縁性のチタン酸ストロンチウム単結晶に電界効果のみを用いて多量の伝導キャリアを誘起し、極低温で電気抵抗がゼロとなる超伝導を示す状態へ制御することに初めて成功した。




コンデンサ
コンデンサー(蓄電器)は、電気を蓄えたり、放出したりする電子部品です。
通常使われるコンデンサーは数pF 〜 千μF 程度である。
電気二重層コンデンサーなどでは「電池」に迫る大容量な物も出現した。

コンデンサーは、電極間の電荷が流れ去らないように絶縁物が挟まれたものに蓄電するもので、絶縁物に電気は流れるのか?
変化のない直流を加え、流れたらリークしている不良品です。
図のように変化のある時に見かけ上電流が流れるに過ぎない。
なぜ、コンデンサーは電流に対して電圧の位相が90度遅れるのか?・・・を考えよう。
誘電体には、絶縁物や電解質が使われる




     ガス器具立ち消え防止装置      ▲Top

ガス器具立ち消え防止装置
熱電対式の立ち消え防止装置では、押しボタンを押しパイロットバーナーで熱電対のセンサーを加熱し温まるまで押していなくてはならない。
熱電対は2種の金属を合わせたもので、加熱されると電流を発生する。
その電流で安全ガスバルブを電磁石で引き付けガスが流れる。
熱電対が加熱されなくなと電流がストップし、安全ガスバルブはコイルバネの力で戻されガスを遮断する。

異なる材料の2本の金属線を接続して熱電対をつくり、ふたつの接点に温度差を与えると、回路に電圧が発生するゼーベック効果と呼ばれ現象がおきます。
片端を開放すれば、電位差(熱起電力)の形で検出することが可能です。
また、直流電流を流すと、ゼーベック効果の逆の現象が起きます。
片方の接点が吸熱し、もう片方の接点は加熱されます。この効果はペルチェ効果と呼ばれており、冷却装置などに利用されています。
熱電効果を利用し、冷却や発電を行うためのモジュールを、ペルチェ素子といいます。

熱電モジュール
株式会社TESニューエナジー、焚き火から40W
KELKの熱電発電モジュール、出力は24W(3A-8V)で、価格は3万円。
薪炭自動車のガス発生を応用したコンロにも成るストーブは、小枝などを詰め込み点火し「熱電対」で電気でファンを回し木炭ガスを吹き付けた強烈な燃焼をするものも有る。


フレームロッド式は炎の導電性と、炎の整流作用を利用して炎の検知を行う方式である。
熱電対式と比較し応答速度が早く自動点火のファンヒーターなどの機器にも利用されている。
燃焼の炎の状態により整流の量も変化をするので、燃焼状態を監視し完全燃焼のコントロールを行う。
また種火の、導電性や整流作用でガスバルブを開く。
炎の整流作用の極性は、2極管のプレート側が炎の上部でカソードは炎の下部にあたります。


ペルチェ効果
異なる2種類の金属、或いは半導体(n型半導体とp型半導体)を2つの点で接合したものに電流を流すと、流れた電流は片方の接点からもう片方の接点に移動するとき熱も輸送します。これによって片方の接点は冷やされ、もう一方は温められるという現象が発生します。
  実際には、ビスマスとテルルを主材料とした合金で作った半導体を使用します。
特徴は、電子式ですので、コントロールが簡単、小さく作ることが出来ます。
まだ効率が悪いのが難点。 
用途
車載  温冷蔵庫のペルチェ効果
真夏に寝室を冷房するのではなく、涼しく安眠できる寝具に応用。
車内を冷房は不経済、座席シートに座った人を涼しく出来ればよい。

ゼーベック効果
熱から熱起電力が生じる現象(ゼーベック効果)。
熱伝対は、ゼーベック効果を利用した温度センサである。




     コヒーラ検波器    ▲Top

到来した電磁波を検知する事ができるコヒーラ検波器というものが有った。
右の図のようなコヒーラ検波器に、電気火花を飛ばせ電磁波を受けさせる。
電磁波を受けた酸化アルミニウム粉間に電圧が生じると、アルミニウム中の電子が絶縁体である酸化アルミニウムの膜に飛び込み、その中の電子をはじき出す。この電子がまた別の電子をはじき出す、という現象が繰り返されることで電流が流れ続ける。
振動などで、アルミ粉の接点が一旦離れると酸化アルミニウムの絶縁状態となり電流が流れなくなる。

コヒーラ検波器は到来した電磁波を検知するが、一旦導通状態になるとそのまま導通状態を保ったままなので、直流電流が流れ放しになり、その後の電磁波の到来状態を知ることが出来なかったが、電磁石がベルをたたいて電鈴を鳴らす代わりにコヒーラ検波器をたたかせることによってこの問題を解決し、モールス符号の通信を可能にした。

日本の連合艦隊がバルチック艦隊を全滅させたが、日本の勝因には、安中電機製作所製の海軍三六式無線機の活躍があった。
三六式無線機は当時最優秀で無線電信の到達距離は 200海里 (370km) に達した。



    圧電トランス     ▲Top

圧電トランスは、巻線を用いない。
圧電トランスは圧電振動体に一次と二次の電極を設け、一次側を厚さ方向に、二次側を長さ方向に分極したものです。



一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械振動を起こし、圧電効果によりその振動に見合った高い電圧が二次側から出力されます。
電磁型の70%に 比べ、圧電トランスは95%と電力効率が高い。

用途
ノートパソコンや液晶テレビの液晶バックライト用インバータ、空気清浄機、プリンタ、複写機、ファクシミリ、イオン発生器、オゾン発生器などの高圧用電源。

特長
高効率、難燃性、低背、磁束漏れ無し、高信頼性、出力電流の自己限流機能、高調波ノイズ少



    光量を抵抗値に変換するCdSセル   ▲Top

光量を抵抗値に変換するCdSセル
CdSセルは硫化カドミウムの光の吸収特性を利用した化合物半導体です。
光量を抵抗値に変換する光導電素子として幅広く応用されています。
光が素子の伝導帯に飛び込むと自由電子によって電気抵抗が小さくなる。

通常の光センサ素子としては、このCdSセルが最もポピュラーに活用されています。
街路灯の自動点灯やカメラの光検出や露出計などに応用されています。




    ボタン電池の種類   ▲Top

良く使われるボタン電池の種類は、
アルカリ電池 ‐ 記号LR、公称電圧1.5V(安価)
空気亜鉛電池 ‐ 記号PR、公称電圧1.4V(容量が大きい、補聴器など)
酸化銀電池 ‐ 記号SR、公称電圧1.55V(電圧が安定、時計など)

コイン電池のLR1120などの6桁は次のように表わされる。
最初の1文字が電池の種類、材質
2文字目が電池の形状(R=円筒型、F=角型)
次の2桁の数字が電池の直径
最後の2桁の数字が電池の厚さ


寸法(mm) IEC 日本 東芝 パナ 三洋
7.9×3.6 LR41 LR41
11.6×2.1 LR55 LR1120
11.6×3.1 LR54 LR1130
11.6×4.2 LR43 LR43
11.6×5.4 LR44 LR44


キッチンタイマーの電池が切れたのでボタン電池を買いに行ったら、何と電池も付いたキッチンタイマーが100円、おまけにストップォッチの機能もある。
ご飯一杯よりも安く作る、驚きの価格です。
戦後日本も、円とは360度の事だろう、では1ドルは360円と一方的に決められたとかで、安い工賃で物を作り輸出して・・・


     単極モーター ▲Top

下の図のように、磁石に木ビスなどをつけ、電池にぶら下げ、
木ビスの磁石に近い部分に電気を接触させると左手の法則の力を得て木ビスと磁石が回ります。
電線と磁石の間の力なので、電線を固定せず電線を回す構造にも出来ます。
単極モーターを逆に発電機とすると、自転車の発電機のようなものになります。


電池の両側に図のように磁石を取り付け
アルミホイルの上に乗せるとリニアモーターのように転がります。

磁石・電池・磁石・アルミホイルと電流が流れ、アルミホイルが電線の替わりをしています。

ファラデーの単極発電

磁石を固定し、金属円盤を回すと、起電力が生じます。
磁石と金属円盤を合わせて両方回しても、起電力が生じます。

金属円盤を固定して、磁石だけを回すと、起電力は生じない。
逆に、電流を流すと単極モーターになります。

下図のモーターに比べ、沢山の電力を消費する単極モーターは余り使われません。

         

クーロン力。
クーロンの法則は、荷電粒子間の引き合うまたは反発する力は電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例するという法則。
電線のクーロン力と磁力は同一現象
クーロン力と磁力は同じ電磁気力で、別々の現象のように見えますが根源は同じで、左図のように磁力と電流は角度が違う。






     スイッチド リラクタンス モーター ▲Top

スイッチドリラクタンスモーターの構造はステッピングモータ同様にコイルの磁力による。
回転子の発熱問題もないが、その実現には高度な電流制御が要求されたが、電流制御技術の発達で実用化された。
SRモーターの回転子は珪素鋼板などで出来、永久磁石や巻線がなく、モータの構造が機械的に堅牢なため高速回転に強い。

SRモーターの欠点は、半径方向の吸引力も大きいので低速回転で振動と騒音の問題を持っている事である。
永久磁石を使わないのでレアアース資源の問題でも注目される。



    ゲルマニュウムラジオと同調回路  ▲Top

ゲルマニュウム
ゲルマニウムダイオードはシリコンダイオードよりも 感度が良く微弱な電波でも検波できる特性があります。(ゲルマは0.1V程度、シリコンは0.7V程度)

皆さんは、電池の要らない鉱石ラジオをご存知ですか?
無線パーツ屋さんで、ゲルマニュウムダイオードとクリスタルイヤホン(マグネチックイヤホンは駄目)を手に入れて、一端をつないで、電波を拾っていそうなアルミ建材とか金属に接触させるとイヤホンからラジオらしい音声が聞こえます。
これを可変コイルや、可変コンデンサーで同調をとりラジオ局に選局できれば鉱石ラジオです。
同調回路
アンテナとアースに流れる電流は、コンデンサとコイルの共振周波数では、右の図のようにインピーダンス(抵抗)がピーク(最大)となり、電流はコンデンサとコイル側では無く、ダイオード・イヤホン側に流れます。
これにより、共振した周波数が選択されイヤホンを鳴らした事に成ります。

たかが鉱石ラジオでも、机上で電子工学を知っていたり、自動車の構造を知り尽くしていても、練習なくして運転となると出来ないと同じように、実際ににやってみることで得るものがある。

コンデンサ
交流は電流の向きが交互に切り替わり、極板間が充電・放電を繰り返すので電流が流れた事に成るだけで、コンデンサの絶縁物である誘電体に電流が流れるわけでは有りません。


ローパスフィルター
低周波分は通過する。


ハイパスフィルター
高周波分は通過する。



CやLの交流抵抗(インピーダンス)は周波数により変わります。
コンデンサのインピーダンス(Ω)目安
50Hz 1kHz 100k 1MHz 100M
10pF 318M 15.9M 159k 15.9k 159Ω
0.1μF 31.8k 1.59k 15.9Ω 1.59Ω
100μF 31.8Ω 1.59Ω
コイルのインピーダンス(Ω)目安
50Hz 1kHz 100k 1MHz 100M
1μH 0.628 6.28 628Ω
100μH 6.28 628Ω 62.8k
1mH 0.314 6.28Ω 628Ω 6.28k 628k
1H 314Ω 6.28k 628k 6.28M 628M





    逆起電力               ▲Top

コイルの逆起電力(自己誘導作用)
身近な物では、車の点火プラグの高電圧を発生させるイグニッションコイルが有ります。
高電圧発生の原理
コイルに電流が流れ始め、それに伴いコイルに発生する磁束が増加します。
この時、磁束の変化を妨げる方向、電流の流れと逆方向に起電力が発生します。
コイルの電流を遮断すると、コイルに発生した磁束が急速に減少し電流を流そうとする方向に起電力を発生します。
この時、電流の変化が大きいほど、大きな起電力が発生します。
車の点火装置では、電流を遮断した時の起電力を利用しています。
コイルの種類や、電圧の加え方にもよりますが、加えた電圧の5〜10倍程度の逆の電圧を発生します。




     蛍光と夜光      ▲Top

夜光塗料には、紫外線、放射線を当てている時だけ発光するものと、光や放射線で励起して数時間残光するものがある。
夜光・蛍光・蓄光・残光・燐光など呼び方はあいまいである。
蛍光灯にも、ホタルックなどの蛍光菅は突然の停電でも、消灯しても60分程残光する。

蓄光
暗闇で発光していると、次第に暗くなってくる性質を持っていますが、励起すると再び光りだします。
グリーンは初期輝度が高く、ブルーは残光時間が長い特徴があります。
励起させる為には、7度以下では光を蓄える時間が長くかかります。
低温では、輝度は落ちますが、残光時間は長くなります。
残光時間を永くするために、放射性元素で蓄光材を励起する・・・
ルビーは、暗い場所に保管していると、くすんだ色に変わってしうが、それを日に当たるところに出して、日陰で見ると輝きがよみがえる、燐光という現象だと云われます。
植物の花びらでも光を発していると感じる事があります。
蛍石も、紫外線(日光)や熱に反応して発光します。
熱するとしばらくの間蛍光を続けます、しかし強く熱すると破裂する恐れが有ります。
光などのエネルギーを吸収してより高い軌道に移った電子は、最終的に光として放出し安定状態に戻る現象ですが、複雑な段階を経るため発光の時間に違いがあります。

夜光は、暗闇での表示、誘導、通路、階段のステップ材など暗闇の中で光り、踏み外し事故を抑制などにも使われます。


「蛍石」(CaF2)と言えば、日本が誇る、フッ化水素酸の製造に成功した、森田化学工業があります。
リチウムイオン電池の電解質に六フッ化リン酸リチウム(LPF)が使われており、森田化学工業など日系企業3社が世界需要のほとんどを供給しています。
半導体、液晶、リチウムイオン電池向けなど高機能フッ素化合物を製造


ルミネッセンス
ルミネッセンス(luminescence)とは物質が電磁波や熱、摩擦などによりエネルギーを受け取って励起され、その受け取ったエネルギーを特定波長の光として放出する発光現象を指す。



    「NAS(ナス)電池」  ▲Top

新エネルギーブームで世界が注目
夜間電力など大電力向け
ナトリウム(Na)と硫黄(S)の反応を利用して作るので、「NAS(ナス)電池」と呼ばれる特殊な蓄電池。
世界でも日本ガイシだけが事業化し、02年から製造、販売を行っている。

最大の技術的障壁は、電極材料のナトリウムと硫黄を分離するセラミック管の製造だ。
日本ガイシは、碍子で培ったセラミック技術を生かしこの壁を突破した。



  沖ノ鳥島の経済水域を水没させてはならない ▲Top

某国では、沖ノ鳥島は島では無く岩であるとして、経済水域を認めない動きも有る
沖ノ鳥島を中心とする半径200海里、約40万km2の経済水域を守る為、有望な沖ノ鳥島を水没させてはならない。
海洋エネルギー、自然エネルギーなどから、大量のエネルギーを取り出せば、海水からも資源を得られ、他国に依存しなくて自給率を高めることができます。
とくに、 沖ノ鳥島、南鳥島周辺で有望と言われる、マンガン・コバルトを、浮体式発電機で得られた電力で生産をする。

浮体式発電機では、浮体自体が波の上下動に連動して浮沈すると効率が悪いが、沖ノ鳥島の広い大陸棚で浮体を固定すれば効率の良い発電が出来ます。

気球・水流 発電

風力発電と浮体式波力発電を比較すると、面積あたりのエネルギー密度が浮体式の方が800倍も高いそうです。
浮沈による空気の吸・排を同一方向にタービンを回転させ、発電機のフライホィール効果に工夫を加え出力の変動を安定させます。

海洋牧場
これからは、沖ノ鳥島などの外海で浮き島を作り、ウエハラサイクル(温度差発電)、風力発電等と、太陽熱、日光で多量の植物プランクトンが生じさせる。
生物を養う栄養が豊富な深層海水を塩水濃度をコントロールする事で上昇させ好漁場にする。
島には、浅瀬の藻場で卵、幼魚の成長と共に餌さとなる藻類、プランクトンなど人工的環境を持った浮き島で育成する。

好漁場
海水は−1.8℃で凍りはじめる。氷は水の結晶で純粋に成ろうとして、塩分をはじくので氷の近くの海水は塩分濃度が高く比重も高くなる。
重くなった海水は、下降し押しのけられた深海の海水が浮上してくる。
深海の水には、生物を養う栄養が豊富に含まれているので日光を浴びると多量の植物プランクトンやアミ類が大発生し漁場となる。
また、深海の流れが島や陸にあたる湧昇域は好漁場となる。
水の比重は4℃のときが一番高いという性質により、氷は浮く。




      ウエハラサイクル 発電 ▲Top

アンモニア/水の混合媒体の
ヒートポンプサイクルを用いた発電方式
左図の原理を発展させたサイクル。
佐賀大学上原グループがアンモニア/水の混合媒体を冷媒に用いた「ウエハラサイクル」を発明、熱交換器の性能の飛躍的な向上とあいまって、実用的なレベルの効率を持つ発電プラントが実現可能となりました。

温海水温度28℃、冷海水温度4℃の場合
発電に必要な動力を除いた利用可能な電力、 約80〜85%。

この発電は、海水以外でも、地熱・廃熱など温度差をエネルギー源にしたものの効率を上げる優れたもので有る。

沖ノ鳥島周辺は、海面と海水中の温度差が、年間を通じて20度程あり、温度差発電にふさわしい。
波力発電




     気球発電・浮体水流発電 ▲Top

安い電力料金は、いかにコストをかけずに発電するかによる。
設備の製造やそれに必要な原料の採鉱・精製、保守などに使った総エネルギーと環境を壊さずに発電することが大切です。

気球発電
気球のような構造で、風力の強まる上空にまで上げて発電することで、より大きな風力を得ることが出来る。
羽が付いた気球はヘリウムガスで膨らませ空中に浮いて、風力により回転し発電する。
気球とケーブルを留める軸受け部分に発電機が取り付かられている。

浮体水流発電
川や海の水は、たえず流れている、このただのエネルギーでコストをかけず発電することは素晴らしいことである。
川・潮流など水の流れる所には、図の気球発電と同じように羽を付け水中に浮かせる浮体水流発電、これはダムなども要らない、数量しだいで大きな発電が得られる。 台風・大洪水の時は、非難させるか、それに堪えられる壊れにくいタイヤのような構造が良い。

    構造上の利点
    設備費が安い。 
    短時間で設置出来る。
    移動、再設置が簡易。
    素早く電力を確保出来る。

電圧、周波数などの質が悪くても、電気分解が出来れば水を燃料に替えられる電力は、水流発電や深夜電力(余剰電力)は、「OHMASA-GAS」(オーマサ ガス)(水が燃料)を作り、化石燃料の代替燃料として車・家庭などの燃料とする。

日本テクノ株式会社
HHO燃焼システム




  気球アンテナ ▲Top
 
 気球アンテナ

アマチュア無線など、臨時的な風船アンテナは有る。
日本の技術を結集すれば、TV塔に代わる本格的な気球によるアンテナは出来ると思われる。
気球であれば、TV塔の数十倍の高さで、広域にカバーできる。
台風にも耐えられる丈夫なワイヤー、ガス補充のホース、光ケーブルや電線。
気球は、台風の影響の少ない高度に上げると良い。
スカイツリーにかけた、費用は勿体無い。
地上デジタル放送VS衛星デジタル


気球アンテナの電力は気球 発電もある。  
高さによる気温
空気の高さによる気温を平均すると0.6℃/100mである。
乾燥している空気が上昇するときの気温は、平均すると1.0℃/100mである。
水蒸気が飽和に達した空気が上昇するときは、平均すると0.5℃/100mである。
雲が下降するときは、蒸発するときに気化熱を奪うので、0.5℃/100mである。


高さ80〜800kmの範囲は熱圏と呼ばれる。
熱圏において希薄に存在する酸素分子や窒素分子の重力による分離が起こる。分子量の大きな分子が下に集まるため、80-100 kmでは窒素・170 kmより上では酸素が多い。
電離層 100−300km
ジェット気流が吹く成層圏10〜15km以上、
ジェット機に乗ればわかるように、成層圏は雲の上で常に晴天で有る。
高度20km付近では浮力が地上の1/14程になる。
直径2mの気球は30km上空に達し約5倍の直径まで膨張したと云われる。
20km付近の気流は安定しているが10〜15kmでは最大風速40〜60m/sが生じる事が有る。
-70℃の低温と、太陽光の直射による温度上昇が有る。
地上より、赤外線と紫外線が強い。光で、水の分解 光触媒用酸化チタン
雲の高度・対流圏
巻雲   5−13km
巻積   5−13km
巻層   5−13km
高層   2−7km
乱層   2−7km
層積   0−2km
積雲   0−2km




デジカメでアルカリ電池の寿命が短い ▲Top

   
  


上の図のように、終止電圧0.8V迄使えれば、アルカリ電池の寿命は長いが、デジカメは1.1V以下になると動作しなくなるカメラが多く、アルカリ電池はデジカメには向いていない。

アルカリ電池に比べ内部抵抗が小さいニッケル水素電池は放電特性が大電流時にも1.1V以下にダウンしにくいため7倍近くも長く使える。

簡単に購入出来る、単三の電池が使えるデジカメを最近は見かけなく成ってしまった。
寒冷地での電池は、体温で暖め冷えすぎないようにしないと働きが悪い。
一般の化学反応速度は、温度が10℃上昇すると2倍になるという関係に有ります。

アルカリ電池
ホームセンターや100円ショップで売られているアルカリ電池は、中国製よりインドネシア製 FDK OEMの電池が良い。電気店で売られている、日本ブランド(中国製)は値段は高いがインドネシア製 FDK OEMに劣る。

電池の内部抵抗
自動車のバッテリーの電圧をテスターで測るとあるのにセルモーターが回らないのは劣化により電池の内部抵抗が大きくなったためである。
電池には内部抵抗があって、マンガン電池などのように内部抵抗が大きいと電圧や電流が制限されてしまうのです。
電動ドリルなどには、大電流特性(負荷特性)の二次電池が必要。
これを、マンガン電池などの大電流が出ないものに変えると力不足なドリルに成ってしまう。
優れた大電流特性(負荷特性)
ニッケル水素電池は、ニカド電池に比べて、倍以上の容量があるが、
自然放電が大きい。
ニッケル水素電池でも100%の完全充電するために160%程の充電をしなければならず、60%のロスを生じます。
電池の内部抵抗 (概略値)
マンガン乾電池〜0.5Ω
ニッカド充電池〜0.005Ω
鉛蓄電池〜0.01Ω
 E = ( R + r ) I  
例えば、15Vで1.0Ωの負荷では15(V)=15(A)1.0(Ω)なので15A流れなければならない。なのに10Aしか流れないとすると15(V)=10(A)1.5(Ω)で0.5Ωの内部抵抗があることになる。



    数秒から数十秒のタイマー回路  ▲Top

   数秒から数十秒のタイマー回路

 今、C 1はR 1で放電されている。入力接点ONはベースに瞬間的に信号が入っても、入りっ放しでもベース電流が流れれば、リレーのコイルに働いてR 1に入っている接点はベース側に保持される。(タイマーSWも連動)
この時のC 1コンデンサーの容量がベース電流でチャージされエミッターのリレーを何秒間保持できるかでタイマー時間が決まる。
R 1はC 1の放電用の抵抗である。
R 2は過大なベース電流を流さない保護用と時定数に関わる。使用部品で変るが、私の場合、電源電圧24V、R1,R2共に50KΩ、C1、20μF程度で、電気錠を7秒間開錠に使っている。
玄関扉ブザーなどの鳴動時間タイマーにも使える。
電気錠なら、トランジスターを省く事も出来るが、これは入力接点を水に着けただけで働く程感度が良い。

リードスイッチ
右の図のようなガラスに不活性ガスなどを封入して、磁力で作用するスイッチで、接点は、埃、錆びなどの影響を受けないので信頼性が高い。

リードスイッチでリレーを作る
ここに使った


上のタイマーのようにタイマーと入力側の二組の接点がいる場合はリードスイッチ二本にエナメル線を巻くか、リードスイッチの撒き線を直列または並列に使う。



   電気メッキで金型               ▲Top

メッキが出来るように、カーボン・金属導電粉体を塗り柄を紋様を写しとる。
蓄音機は、回転するロウの円盤に、音声振動を針に伝えてロウ盤に溝を彫り付けます。
このロウの円盤に金粉を塗り電気鍍金をして金型を作り、レコード盤をプレスする。
現在でも、車のハンドルの皮柄なども同じ方法で分厚くメッキしたものを金型に埋め込み作っている。



    感熱スイッチ            ▲Top

炊飯器の感熱スイッチ
炊飯によりご飯の水分が少なくなると鍋底の温度は100℃を超え、感温フェライトと磁石に吸着力が無くなりバネの力でOFFに成ります。



感温リードスイッチ
感温リードスイッチには、温度上昇で接点が閉じるタイプと開くタイプがあります。




    リチウムイオン電池を上手に使う           ▲Top

リチウムイオン電池
バッテリーは消耗品です。
充電式電池を上手に使うには、満充電から終止電圧の間で使用して、「過放電」「過充電」を避け、充電回数も減らす事です。

「終止電圧」というのは、リチウムイオン電池の場合は、3.7ボルトが3ボルトに下がった時の事でこれを「過放電」と呼ばれるまで使用すると、電池が復帰出来なくなります。
「メモリー効果が少ない」と云われるリチウムイオン電池でも、浅い充電を繰り返す充電回数でも寿命をちじめます。
少なくとも、50% 以下になってから充電し、80% 以上から再充電するのはやめたほうが良い。
ノートパソコンなどに入れぱなしで、充電を繰り返す事は、満充電状態からさらに充電する事にもなり電池に優しくない使い方で寿命をちじめます。
電池の温度による劣化も有ります。

保存
「過放電」や「過充電」の電池を放置するとダメになり電源も入らなくなります。
満充電から20〜30%まで使用してから保存し3〜6ヶ月に一度くらいに点検する。
メーカーもノートパソコンの電池などを満充電では無く浅い充電で出荷していると聞きます。

ニッカドやニッケル水素電池
ニッカドやニッケル水素電池を継ぎ足し充電を繰り返すと容量を小さく記憶してしまう、メモリー効果を起こします。
こうなった電池は使い切り充電を2〜3回繰り返せば有る程度復帰しますが、完全には戻りません。
ニッカドやニッケル水素電池の「終止電圧」は1ボルトです。

サルフェーション
鉛電池では、過放電するとサルフェーションと呼ばれ負極板表面に(白色硫酸鉛化)が起き性能を著しく悪化させます。
ニッケル水素電池でも、自己放電により電池の内部電極表面に電流が流れを悪くする膜が出来ると言われます。


       


   原子力電池               ▲Top

 原子力電池  
放射線を半導体のpn接合などに照射して直接起電力を得るものとゼーベック効果によるものとある。
ゼーベック効果、二種類の異なった金属の両端を接続し、一方の接続点を加熱すると、他方の接続点との間に温度差を生じ二つの金属の間を電流が流れる。
原子力電池はプルトニウム238やストロンチウム90、セシウム137等の放射線から熱を得ている。

放射性物質の半減期の長いものを使えば電池自命を100年にする事も可能である。

ゼーベック効果
2つの異なる金属をつなげて、両方の接点に温度差を与えると、金属の間に電圧が発生し、電流が流れます。その結果、熱から直接発電することになります。

熱電対(ねつでんつい)
異なる材料の2本の金属線接点を加熱すると「熱起電力」が起きます。
この現象を利用した温度検出端を熱電対といいます。

太陽光発電もpn接合に太陽光を照射して起電力を得る


       


    充電池&燃料電池               ▲Top

産業技術総合研究所

充電池としても燃料電池としても機能する新構造の「金属リチウム−空気電池」を開発した。
充電池として
電池外部の空気を利用出来るため、リチウムイオン電池と比べ充放電容量を大幅に向上した。

燃料電池として
この、リチウム−空気電池は、水素を必要としない。
自動車用のスタンドで、正極の水性電解液を入れ換え、負極の金属リチウムをカセットなどで補給できるようにすると、自動車は充電の待ち時間なく走行することが可能となる。
金属リチウム30kgはガソリン40リットル相当のエネルギーを持つ。

15kgの充電地2個として、家で充電、車に乗せ替えと交互とか、長距離は2個乗せるなども


放電時
負極での反応:Li → Li+ + e-

正極での反応:
空気中の酸素と水が反応して水酸イオン(OH-)が生じる。正極の水性電解液においてリチウムイオン(Li+)と出会って水溶性の水酸化リチウム(LiOH)となる。

充電時
負極での反応:Li+ + e- → Li
電子が供給され、リチウムイオン(Li+)は正極の水性電解液から固体電解質を通り抜けて負極表面に達し、そこで金属リチウムの析出反応が起こる。

正極での反応:水酸化リチウム2(LiOH)が水と酸素を発生。

リチウムは金属のうち最大のイオン化傾向を持ち、非常に低い電位を持つ為、これを負極として用いると、正極との電位差が開き、高い電圧が得られる。また、その原子の大きさが小さいため、容量が非常に大きく放電末期まで電圧降下、自己放電が少なく、寿命が長い。

海水中には2300億トンのリチウムが溶けている。海水リチウムを抽出するプラントが日本を中心に稼動しており、リチウムの資源問題解決が待たれる。




    イオン交換膜電気透析法   ▲Top

イオン交換体は基本的に水溶液中でイオン化している物資を抽出、分離、回収、濃縮、精製、除去、電解、加水分解するために利用されます。

右図のように、交換膜で仕切り電気を加えると、濃い所、うすい所が出来るので、濃縮・除去・分離が出来ます。
硬水成分(カルシウム、マグネシウム)の除去による軟水化水処理があります。

日本の製塩法は1972年には塩田法からイオン交換膜電気透析法に全面的に転換され、現在に至っています。

工業廃液やゴミ焼却灰処理水からの酸や有用成分の回収を行うといったことで利用されます。

燃料電池は陽イオン交換膜を通して水素と酸素が反応して水ができるときのエネルギーを電気として取り出すものです。

製薬・医療・精密洗浄・食品・飲料水・超純水製造。

有用物質の回収,再利用

廃水中の有害物等の分離,除去




     導体と絶縁体   ▲Top

通常原子が単独で存在する場合は、電子は原子核の近くに束縛されています。
ところが原子同士が集まると、核から核へ移ることのできる電子が生じます。
導体
核に束縛されず、電子が結晶内を自由に動き回れる結晶は電気伝導体であるといえます。
絶縁体
結晶内で電子が束縛され動き回ることが出来ない結晶を絶縁体といいます。

電子は一般的にクーロン斥力によってお互いになるべく距離を置こうとします。
その結果、電子は結晶内を一様に分布しようとします。
この事により、電子数の多い部分が一箇所に集まることはなく、電子数の多い核と少ない核が規則的に並んだ状態をとることになります。
これによって電荷整列が形成されます。

結晶に非整数個の電子が存在する場合、電子を半分に割ることはできないので、電子の多い核と少ない核が生じてしまいます。
このような現象を電荷分離と呼びます。



    帯電防止               ▲Top

帯電防止は、界面活性剤スプレーを吹きかけ電気が流れやすい状態にして中和する方法、湿度を上げて中和する方法があります。
スプレー効果は時間とともに薄れます。
繊維などは、金属やカーボン繊維を織り込むことで、静電気を流して中和します。

除電器
空気イオンを利用して静電気を中和する除電器。
除電器は空気の分子をイオン化して静電気を中和する。
コロナ放電式の除電器では、放電した電子は空気の分子とぶつかって、空気イオンを生成します。
軟X線除電器は、微弱な軟X線を使って、空気イオンを発生させます。




    ヒートポンプエアコン                  ▲Top

そもそも、室温が20℃もあれば暖房の必要ない、エアコン暖房の弱点は、寒ければ寒いほど吸熱が悪く暖房能力が落ちることです。
通常、エアコンのカタログの暖房能力は、外気温7℃/室温20℃のときの暖房能力です。

外気温3℃/室温5℃などと温度が下がると吸熱が減る。
外気温が高ければ熱エネルギーが豊富なので吸熱がよいので暖房能力はあがる。
電気を電熱線などの電熱にすると、1kwhでは860Kcalしか出ません。
ヒートポンプは断熱圧縮で圧縮エネルギーを熱エネルギーにかえるので、条件がよければ電熱の6倍もの熱が出ます。
室外機に霜が付くと霜取りをしないと、空気から熱をくみ上げる事が出来なく成ります。
この霜取りをしなければならない温度でのエアコン暖房は、暖房効率が著しく落ちます。

空冷式エアコン電気代(30円/1Kw)で暖房の外気温が7℃以上の場合、灯油18リットルの価格が1,000円以上なら、石油ファンヒーターよりエアコンがお得です。
(石油ファンヒーターの中には石油ガス化のために常時何百ワットもの電気を消費する機種も有り、電気を必要としない石油ストーブの方が省エネである)


これは私が昭和42年頃に電気メーカーに、これで深夜電力を使えば更に安く湯を沸かせると提案した。私の提案が取り入れられたかどうかは解らないが、数社からヒートポンプによる湯を沸かすものが販売された。
当時は1馬力の暖房エアコンでも30万円近くもしたので普及する事無く終了となったが、現在はエコキュートとしてよみがえっている。

当時は、不具合や改良点を聞いて廻る社員が良く訪れ、品質改良に懸命になった。
メーカーが、売りやすいか、直しやすいか、使いやすいかをスローガンにした、夢多き良き時代であった。

ウエハラサイクル




    吸収式冷凍機       ▲Top

右の図は、蒸発器で冷却される
吸収式冷凍機のサイクル。
吸収式冷凍機は、@冷媒を低温低圧の蒸発器で凝縮器の水を蒸発させ、蒸発冷媒はA吸収器で再生機からの吸収液に吸収させ冷やして冷媒を吸収した吸収液はB再生器で加熱され冷媒を蒸発分離し再び吸収器に戻す。蒸発分離した冷媒は、C凝縮器で冷却して液化し、再び蒸発器で蒸発をくりかえす。
病院・学校・スーパーショーケースと空調・ビル丸ごと冷房など、冷凍トンと言う単位の大型冷房で省エネを発揮する。
ヒートポンプとしての利用も可能である。



     エアコンの室内形状 ▲Top

人の頭より上を冷暖房することは、エネルギーの無駄使い。

エアコンのスイッチを入れてから、短時間で冷暖房するには、冷房時は低い方から吸い込み、暖房時は天井付近から吸い込みが有利です。


クーラーの吹き出し口の高さは床から140cm程が、扇風機効果も有って室温度以上に涼しい。
吹き出し温度は、天井付近の暑い空気を吸い込んだ場合と下の方の低い温度を吸い込んだ場合では差ができます。
このことは、小さな冷房能力で早く冷やすためには、重要なことです。

極端な話、寝室の冷房などは横たわった高さまで冷やせば良いのでもっと低い取り付け高さで良い。




     AVアンプとプリメインアンプ ▲Top

5.1chのAVアンプは聴き疲れる、30年前のプリメインアンプの方が艶があり効きやすい。
こう成ったら、両方をミックスして聴こう。