こんにちは。
大家さんのための賃貸経営マガジン「オーナーズ・スタイル」
編集長の上田です。

木曜日は「雑学いろいろコラム」です。

今週は先週木曜日の続きです。

発光ダイオードによる照明、
「ＬＥＤ照明」についてのお話の２回目です。

１９９３年、
青色で光る実用的な製品が開発されたことで、
一般的な照明にも広くもちいられるようになった
発光ダイオード。

どんな原理で、光を出すのでしょうか。

実は、
説明すると、難しくなります。

ですが、話を面白くするために、
ちょっとだけお付き合いください。

発光ダイオードの中の光る本体部分を
ＬＥＤチップといいます。

ＬＥＤチップは、半導体という物質で構成されています。

その基本構造は、

「Ｐ型半導体」というものと、
「Ｎ型半導体」というものの両方が接合された、

「ＰＮ接合」
というかたちになっています。

ＬＥＤチップは、
中身の異なる半導体同士が、
食パンでも重ね合わせるかのようにして、
くっつきあっている構造になっているわけです。

Ｐ型半導体の中には、「正孔」とよばれるものが多く存在します。

一方、
Ｎ型半導体の中には、「電子」が多く存在します。

この「ＰＮ接合」に、電圧を加えます。
（詳しくは「順方向の電圧」を加えます）

すると、「Ｐ」と「Ｎ」、
それぞれの半導体の中にある「正孔」と「電子」が、
動き出します。

動き出した「正孔」と「電子」は、
「Ｐ」と「Ｎ」双方の半導体がくっつきあっている
接合面の方向を目指して進み、
互いにぶつかり合います。

そして、結合するのです。（この現象を再結合といいます）

この再結合が起きる際、
「電子」と「正孔」からは、余分なエネルギーが放出されます。

それが、光となって、
我々の目に届くわけです。

でも、ちょっと難しいですね。

難しさの原因は、我々のような素人には、
「正孔」や「電子」
と、言われても、

それらの性質や意味が、
いまひとつ理解できないところにあります。

そこで、

電子は「電気のマイナスエネルギー」を運び、
正孔は「プラス」を運び、
互いに合体して光を出す！

細かな不正確は気にせずに、ざっと言ってしまうと、
そんなことが、
ＬＥＤチップの中で起きていると思ってください。

さて、ここから話を面白くしましょう。

この、発光ダイオード、
つまりはＬＥＤチップの正体である、
「ＰＮ接合された半導体」・・・と、いうもの。

実は、
太陽光発電につかわれる太陽電池と、
同じ構造をもつものなのです。

少し前に、このブログで、太陽光発電について
簡単な説明をした際、

太陽電池とは、
「光の力を利用して、内部に『起電力』をつくる装置です」
「起電力とは、電圧のことです」

と、述べました。（→当該記事）

このプロセスの逆を
発光ダイオードは行うのです。

つまり、
同じ「ＰＮ接合された半導体」という仕組みに対して・・・

　太陽電池・・・
　　「光を投入して、電圧を取り出す（電力をつくる）装置」

　発光ダイオード（ＬＥＤ）・・・
　　「電圧を投入して（電力を加えて）、光を取り出す装置」

と、いうことができるわけです。

となると・・・
こんな発想が湧いてきませんか？

「ＬＥＤに光を当てると、発電ができるのでは・・・！」

そのとおりです。
できるのです。

読者の皆さんの中には、
その昔「ラジオ少年」だったといわれる方も、
きっと何人かいらっしゃることでしょう。

部品として売られているＬＥＤ・発光ダイオードに、
ラジオ少年よろしく、
テスターなどの測定器をつないで、光を当ててみると・・・

当てる光の強さなどにもよりますが、
ちゃんと、「発電されている」結果が出るそうです。

（元ラジオ少年でしたらすでにご存知のことかも知れませんが）

さらには、こういうことにもなります。

「太陽電池に電圧をかけ、電流を流せば、光る！」

実際、
これを行なっても、
素材の問題など、いろいろな理由から、
結果は出ないことも多いようです。

しかし、理論的には成り立つことですので、

「光る太陽電池もある」
「光を見た！」
「光ったけれども目に見えない光だった！（赤外波長となった）」

そんな声が、インターネットの中などにはいくつか
寄せられており、
中には学校の先生や大学の研究室など、
信頼できる立場からの発信も少なくないようです。

こんにちは。
大家さんのための賃貸経営マガジン「オーナーズ・スタイル」
編集長の上田です。

木曜日は「雑学いろいろコラム」です。

今日は話題の「ＬＥＤ」についてお話ししましょう。

薄型テレビのＴＶコマーシャルからは、
最近、「ＬＥＤ」が、
頻繁に聞こえてきます。

液晶画面の背面から光をあてる「バックライト」に、
ＬＥＤが使われることが多くなっているためです。

従来使われてきた蛍光管に勝るメリットが、
ＬＥＤには色々とあるからなのですが、
詳しい説明は割愛しておきます。

また、ご存知のとおり、
いま、賃貸住宅オーナーさんにもＬＥＤは注目されています。

消費電力が少なく、長寿命、
など、

多様なメリットをもつ「ＬＥＤ照明器具」を
賃貸住宅の共用部分などに導入するオーナーさんが
増えてきているようです。

さて、このＬＥＤですが、もちろん略称です。

正しくは「Light Emitting Diode」といいます。
「発光ダイオード」のことです。

と、いえば・・・
このことをすでにご存知だった方も多い一方、

「え！昔からよく耳にした
あの発光ダイオードのことだったの？」

と、あらためて驚かれる方も、
いらっしゃるかもしれません。

白熱電球や蛍光灯同様、電力によって光を放つ
発光ダイオードは、
１９７０年代にはすでに実用化されていました。

結構昔からあった、電気部品のひとつです。

しかし、
さまざまな場所で、さまざまなものを照らす
一般的な照明器具としても
普及し出したのは、
ご存知のとおり、つい最近です。

その重要なカギは、
発光ダイオードの光の色にありました。

１９９３年、
青色で光る実用的な製品が開発されるまで、
発光ダイオードでは、
一般的な照明に広くもちいることができるような、
白い光が得られなかったのです。

ところが、
「青」の開発によって、「白」を得られる道がひらけました。

青色発光ダイオードと「蛍光体」というものを
組み合わせることによって、
白い光を生み出す技術が開発されたのです。

１９９６年にはこれが照明用として実用化され、
その後、
ＬＥＤ照明において白い光を出す方式の主流となりました。

それが、
現在の急速な普及につながっています。

その後、発光ダイオードで白い光を得る別の方法も
開発されています。

「光の三原色」という言葉をご存知の方は
たくさんいらっしゃることと思います。

青色発光ダイオードの開発に続いて、
その後、
「緑」も開発されました。

これに従来からあった「赤」を加え、
「赤、青、緑」の光の三原色が揃ったのです。

この三色の光を混ぜ合わせることでも、
「白」を得られるようになったのです。

また、白だけでなく、
この方法では、
三原色それぞれの光量を調節することで、
好きな色を作り出せます。

但し、
この「三原色混合方式」、ある難しい理由が原因で、
照らされたものの色の見え方が
不自然になってしまうことがあるのです。

そのため、
一般的な照明以外の用途に用いられることが
多くなっています。

さて、今週はここまで。

来週は、発光ダイオード・ＬＥＤが、
なぜ光るのか？

その原理についてお話しします。

原理を知ると、「びっくり」。

いまをときめく、ＬＥＤと太陽光発電の意外な関連性が、
ひもとかれます。

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地震による被害にあわれた皆様、
ご家族ご親族、知人ご友人が被害にあわれた皆様へ
心よりお見舞い申し上げます。

一日も早い復興を祈っております。

オーナーズ・スタイル編集長　上田英貴

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こんにちは。
大家さんのための賃貸経営マガジン「オーナーズ・スタイル」
編集長の上田です。

木曜日は「雑学いろいろコラム」です。

エコキュートをご存知でしょうか。

「空気の熱でお湯を沸かす・・・という装置でしょ？」
と、すぐに答えが返ってきそうです。

テレビＣＭなどからもよくこうしたフレーズが
聞こえてきます。

そのとおり、エコキュートは、
空気の熱を利用してお湯を沸かす機械であることに
間違いありません。

では、「空気の熱を利用してお湯を沸かす」というのは、
具体的にはどんな仕組みによるものなのでしょうか。

そこには、「ヒートポンプ」という技術が隠されています。

エコキュートの正式名称を
「自然冷媒ヒートポンプ式電気給湯器」
などと、いいます。

そこで、この
「エコキュートに使われているヒートポンプ」
の仕組みについて、
今日は簡単に説明してみましょう。

その前に、

「気体には、圧縮すると温度が上がり、
膨張すると温度が下がる性質がある」

と、いうことをご存知でしょうか。

１９世紀に発見された単純な原理です。

よく知られた原理ではあるのですが、
これを応用して、
エコキュート、つまり給湯機として一般製品化することは
過去、とても難しいことでした。

これを日本が世界に先駆けて広く一般化。

技術的にも世界をリードしている分野のひとつと
されています。

では、
エコキュートに使われているヒートポンプの仕組みが
お湯を生み出す過程です。

まず、外の空気を装置の中に取り込みます。
この際、ファンを回すため、電力が使われます。

空気はある程度の熱をつねに含んでいますが、
（もちろん冬は低く、夏は高いですね）

その熱を利用して、装置の中にある「冷媒」を温めます。

冷媒は、「空気熱交換器」という装置の中を通される際、
取り込んだ空気の熱で、
まず幾分か、
温められるわけです。

次に、温められた冷媒が送られる先には、
「圧縮機」があります。

ここでおさえておきたいのですが、
この「冷媒」なるもの、気体です。

圧縮機は、気体である冷媒を
機械の力で圧縮するわけです。

そこで先ほどの「原理」を思い出してください。

すでに空気熱によってある程度温められている冷媒は、
圧縮機の中で、
ぎゅーっと圧縮されます。

そのことにより、冷媒はますます、
熱く、熱くなるのです。

このアツアツになった冷媒を
今度は「水熱交換器」という装置に導きます。

水熱交換器には水が通る管も導かれていて、
ここで、
アツアツになった冷媒の熱が水に伝わります。

水が温められます。

温められた水は当然、温水となり、
ここでめでたく、
「お湯が完成！」と、なるわけです。

さて、このあとですが、
水を温め終わった冷媒は、水に熱を「渡して」しまったため、
その温度をある程度下げています。

これを今度は「膨張弁」という装置に送ります。

ここでもやはり、先ほどの原理がはたらきます。

冷媒は、膨張弁で膨張させられることにより、
さらにその温度を下げます。

そして、ふたたび、
最初に出てきた空気熱交換器へと導かれ・・・

外から取り込まれた空気と、また出会うわけです。

閉じた空間の中でぐるぐると循環を繰り返す冷媒が、
熱くなったり、冷やされたり、
大活躍する仕組みです。

ちなみに、
圧縮機で圧縮された時点での冷媒の温度は、
水熱交換器内で隣接する水の温度を
９０度に上げられるほどの高温となっています。

ですので、
通常、これを「冷媒」とは呼びますが、
人間の視点でいう「熱さ」を蓄え、
それを水に伝えるという意味で、
「熱媒」としてみると、
以上に説明した流れがより理解しやすいでしょう。

エコキュートでは、この冷媒（熱媒）として、
いろいろな利点から、
二酸化炭素（ＣＯ２）が使われています。

ヒートポンプのシステムには、エコキュートのほかにも、
地中の熱を利用するもの、
水の熱（たとえば湖沼・川など）を
使うもの、
あるいはＣＯ２とは別の冷媒を使うものもあります。

そして、すでにお気づきの方もいらっしゃるでしょう。
冷蔵庫やエアコンも、
「冷媒に加圧・減圧をすることで熱をコントロールする
ヒートポンプの仕組み」
を利用した機械です。
実は、ヒートポンプは、
温めるよりも先に、主に冷やす手段として、
われわれの身近なものとなっていたわけです。

そうした中で、エコキュートを規定すれば、

　・空気熱をもとに
　・ＣＯ２冷媒サイクルによって給湯することを目的とした
　・ヒートポンプシステム

と、いうことになりそうです。

ところで、
エコキュートのこうした仕組みを知った人からは、
疑問が湧きそうです。

「エコ、エコというが、
結局、機械は電気で動いている。そこのところはどうなんだ？」

そのとおりです。
確かに、空気を取り込むファンや圧縮機を動かすため、
エコキュートには電力が使われます。

但し、注目したいのは、その効率です。

もともと空気が含んでいる自然の熱を生かす
仕組みであるため、
投入される電気エネルギー１に対して、
エコキュートが生み出すエネルギーは３以上になると
いわれています。

節電による省エネという点においては、
とても効果が高いのです。

空気の熱の助けを借りて、
消費電力を大幅に抑える。

これが、エコキュートが「エコ」である理由です。

こんにちは。
大家さんのための賃貸経営マガジン「オーナーズ・スタイル」
編集長の上田です。

木曜日は「雑学いろいろコラム」です。

時折、このブログでも、
太陽光発電の話題にふれています。

ちなみに、
一般社団法人 太陽光発電協会の先月の発表によれば、

「２０１０年の太陽電池セル・モジュールの国内総出荷は、
発電能力ベースで前年比２０５％。
２年連続で、対前年２倍増となった」

とのこと。
普及は着実に伸びているようです。

ところで、
この太陽光発電、

一般的には建物の屋根に何やら青黒い色をした
パネル（太陽電池モジュール）を載せますが、

皆さんはなぜこの仕組みを使って太陽光による発電が
できるのか、
ご存知でしょうか。

「太陽の熱が関係していそうだ」

「屋根に載せたパネルに熱を集め、
それによって何かを温め、
発電モーターをまわす仕組みになっているのでは？」

そんなイメージをお持ちの方も
いらっしゃるかもしれません。

しかし、残念ながら、違います。

太陽光発電とやや印象がかさなる「太陽熱温水器」が
ある程度人々に知られているためか、

両方の違いについて、
よく判らない方、
混乱されている方も、中にはいらっしゃるようです。

太陽光発電は、
太陽で、液体など、何かを温めて発電に利用するものでは
ありません。

太陽の光を直接的に電力に変えます。

何かを熱するのではなく、
むしろ、熱が生まれる前に電力に変えてしまおうというのが、
その目指すところです。

原理は複雑です。

ですので、
ごくごく簡単・初歩的に流れを説明すると、

まず、
太陽の光のエネルギーを「電子」に吸収させます。

電子は、
私達の身のまわりの物質の中に、
たくさん存在しています。

物質に光が当たると、その中にたくさん存在する電子が、
光のもつエネルギーを吸収します。

電子は、吸収したそのエネルギーを周りに発散します。

つまり、
エネルギーを吸収する前の
元の状態に、
戻ろうとするのです。

このとき、周りに散ったエネルギーこそが、
光による熱の正体です。

太陽の光に当たるとものが温かくなる・・・
のは、
電子が、
光から得たエネルギーをその場で
発散しているからなのです。

そこで、太陽光発電では、
光を受ける側の「物質」のつくりを工夫します。

太陽の光からエネルギーを吸収した電子を
中で選び出し、エネルギーを発散させることなく
そのまま物質の外へと押し出してやる
特別な仕組みをつくります。

押し出された「エネルギーを吸収した電子」は、
電気回路を進んで行きます。

回路の先には、

たとえば電灯があったり、
テレビがあったり、
パソコンがあったり、

要は、電気機器がつながれているとしましょう。

電子は、そこで、
蓄えていたエネルギーを発散し、
そのことによってそれぞれの機器に仕事をさせます。

そして、
また回路を伝って、
出発点であったもとの「物質」へと戻ってくるわけです。

（こうした電子の流れこそが、
すなわち電力が働いている状態であり、
「電気が通じている」と一般的に言う状態です）

そして、以上に言う、
つくりを工夫された特別な「物質」が、
いわゆる太陽電池です。

具体的には、半導体というものを使って、
この太陽電池をつくります。

太陽「電池」とはいいますが、
電力をつくりだせるのは、あくまで、
光を受けているときのみ。

いまお話ししたとおり、
お店で売っている単三電池、単四電池のように、
いわゆる「蓄電」をしているわけではありません。

以上、
ごくごく簡単に、言葉で図式化した、
太陽光発電の仕組みです。

ちなみに、
太陽電池の働きについては、
こんな説明をすることもできます。

「光の力を利用して、内部に『起電力』をつくる装置です」

起電力とは、電圧のことです。
電気のことについて、多少知識をお持ちの方であれば、

「なるほど。であれば、電気回路の途中に
太陽電池があれば、電力が生まれる」

と、合点がいくでしょう。

水力発電など一部を除いた、多くの発電では、
まず、何かを燃焼させるなどして、
「熱」を得ます。

それによって、蒸気をつくり、タービンを回すなどして、
熱を運動エネルギーに変えます。
さらに、
それを電力へと変換します。

一方、
太陽光発電の場合、プロセスが単純です。

太陽の光は一旦熱や運動エネルギーに変えられる
のではなく、

太陽電池の中で、
直接的に、
電力そのものに変換されているわけです。

こんにちは。
大家さんのための賃貸経営マガジン「オーナーズ・スタイル」
編集長の上田です。

木曜日は「雑学いろいろコラム」です。

先々月、１月２１日の記事にも写真を載せましたが、
お正月、新江ノ島水族館へ
行ってみました。（→当該記事）

鎌倉のすぐお隣、藤沢市の片瀬海岸、
江の島のすぐそばにある施設です。

地元相模湾の海の自然を再現した
「相模の海ゾーン」

約１５種類のクラゲが常時見られる
「クラゲファンタジーホール」

などがあって、

「館内がきれい」
「クラゲに癒される」

など、評判を呼んでいるようです。

日本は水族館大国です。
世界一数が多いと、よく言われます。

但し、実際の状況は、
最近の日本経済新聞の記事を見てみると、

「各国の有力館の関係者が参加する
国際水族館フォーラム（ＩＡＦ）で確認されている
国別トップは、日本の７０館・・・」

しかし、

「６１館の中国がこれに次ぎ、最近はさらに急増中」

とのこと。
日本は現在、すでに１位の座を明け渡している可能性も
高そうです。
（→当該記事）

動物園に比べ、水族館は、
機械設備、建物の建設などに多額の資金が必要な上、
その運営にも、
高度な技術が求められます。

いま、ギネスブックが認定する世界一の大水槽と
いわれるものは、
中東・ドバイの水族館にあるそうですが、

（アメリカ・ジョージア州の施設のものが世界一との話も
ありますが、測定の基準が違うのでしょうか？）

数の中国、
大きさのドバイ・・・と、

新興国がお金の面でも技術の面でも、
どんどん力をつけていることが、
こんなところからもよくわかります。

但し、
この「世界一」のドバイの大水槽ですが、
つくったのは日本企業です。

香川県にある「日プラ」という、
資本金８千万円、
従業員数７５名（０８年の資料）の中小企業です。

ジンベエザメが泳ぐことで有名な、
日本一の大水槽、
「沖縄美ら海（ちゅらうみ）水族館」の「黒潮の海」を
手がけたのもこの会社。

水槽用大型アクリルパネルにおいて、
世界のトップシェアを握っているそうです。

ところが、去年２月のことです。

ドバイから、とんでもないニュースが飛び込みました。

水族館の水槽が破裂して、
人への被害はなかったものの、
周辺のショッピングモールが水浸しになったというのです。

しかし・・・、

実は、事故を起こしたのは、
「日プラ」の巨大な水槽パネルではなく、
別のメーカーが納めていた小型のものでした。

世界５０カ国にわたって水族館の水槽を手がけているという
「日プラ」ですが、

こうした事故は、
これまで一度も起こしたことがないのだそうです。

 

多くの人を癒している（？）新江ノ島水族館のクラゲ。

イルカのショーも盛り上がっていました。

新江ノ島水族館の後ろ側の風景。
湘南の海、富士山、伊豆の山々、
そして江の島がここからよく見えます。