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投資情報メールマガジン 2009/07/29号
イ意 の 近 道
−プロが導く「億」資産への近道− 週5回発行
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【ご挨拶】
将来の資産形成のために個人投資家の方にも機関投資家並以上の情報提供を
したい。また同時に、当メルマガを通じてより多くの方に自立した投資家を目
指していただきたいと考えております。各種分析やコラムを参考にして、「億」
の資産を目指し、自立した投資家への道を歩みましょう!
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−本日の目次−
(本日の担当:山本潤)
◆コラム「シリーズ 日本の技術が地球温暖化を阻止する(3)
エアコン・コンプレッサ 前編」:山本潤
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◆コラム「シリーズ 日本の技術が地球温暖化を阻止する(3)
エアコン・コンプレッサ 前編」
■エアコンの消費電力は家庭家電製品の中でもっとも大きい
家庭の電化製品の中で最も消費電力が大きいのが、エアコン。
特に夏や冬になるとその電力量はぐんと上がります。
1年間を通してみても、家庭で使われる全電力の約4分の1を占めています。
エアコンをいかに低消費電力にするかが、地球環境の保全に直結します。
アジア諸国は暑い国が多く、インドやインドネシアやバングラディッシュなど
は特に人口が多い地域です。
これからエアコンが普及することになれば、まだまだ二酸化炭素の削減は、グ
ローバルレベルでは難しいことが予想されます。
新興国に過度の経済負担をかけずに、グローバルで二酸化炭素を削減しようと
すれば、先進国でのCO2排出をドラスティックに削減しなければなりません。
エアコンの低消費電力レベルでは、世界のトップを走っています。
エアコンの心臓部は、コンプレッサと呼ばれる圧縮機です。
圧縮機は、モータやピストンシリンダなどの部品から成り立っています。
この圧縮機の電力消費がエアコンの消費電力のかなりを占めています。
圧縮機の低消費電力化に貢献した技術を紹介します。
■エアコン向けコンプレッサの開発
パナソニックの以下のURLを引用します。
http://panasonic.jp/labo/history/product/air/aircon/1992/
〜以下、パナソニックHPより引用〜
ナショナルが、初めてエアコンを発売したのは昭和33年。その後、長い歴史
の中で、室内機は年々様変わりしていきましたが、室外機は見た目では、大き
な変化がありませんでした。ところが、世の中の住環境は、西洋風のおしゃれ
な住宅ができたり、マンションで暮らす人も増えてきて、この四角くて大きな
エアコンの室外機はお世辞にも上品とはいえない。そんなとき誕生したのが、
「ちいサイズ」室外機だったのです。
ところで、室外機ってどんな役割を果たしているのか知ってますか? 室外機
の中にあるコンプレッサーは、冷媒(熱を運ぶ物質)を室内機と室外機の間で
循環させる装置で、エアコンの心臓部といわれています。車でいえばエンジン
と同じ役割ですね。この室外機が開発される2年前、コンプレッサーにもひと
つの転機が訪れました。それまで採用されていたロータリーコンプレッサーに
変わり、現在主流となっているスクロールコンプレッサーが開発されたのです。
この新しいコンプレッサーは、運転音や振動が少ない上にとてもコンパクトに
設計できたため、従来の室外機より横幅が約24cm、体積は約25%も小さ
くなりました。お庭やベランダが広く使えるようになり、しかもデザインも一
新されたので、エクステリアに気持ち良くマッチしたのです。
〜開発者コメント〜
「そもそも、どうしてこれまで室外機があんなに大きかったのか。簡単に説明
しますと、ロータリーコンプレッサーを搭載した室外機は、音や振動を吸収す
るための配管スペースが必要だったんです。ところがスクロールコンプレッサ
ーは、運転音が小さく振動も少ないため、余分な配管をひく必要がなくなり、
サイズをコンパクト化できたんです。まさに「ちいサイズ」の生みの親といっ
ても、過言ではないでしょう。まぁ、それも、いまとなっては平気な顔で言え
ますが、開発当初はそれなりの苦労がありましたよ。まず、コンプレッサーの
精度の問題ですね。大型のスクロールコンプレッサーというものがすでに存在
していたとはいえ、その原理を小さなコンプレッサーに取り入れるとなると、
より緻密に生産ラインにのせなくてはなりません。生産スピードと正確性の両
立という難問を解決するまでに2年近くかかりました。」
〜以上、パナソニックのURLより、エアコン開発者のコメントでした〜
■ここでスクロールコンプレッサについての説明です!
渦巻き型のスクロールを2つ合わせて冷媒を圧縮します。ひとつを固定し、
もうひとつのスクロールを偏心して旋回させます。冷媒ガスはスクロールの外
側から吸い込まれて回転しながら徐々に内側に向かって圧縮されていきます。
19世紀には考案されていたが、機械技術が追い付かず、1980年代になっ
て、日本で世界で初めて実用化された。吸い込み弁が不要でシンプルな構造。
吸入→圧縮→吐出が連続して行われるため、トルクの変動が少なく、レシプロ
コンプレッサの4−5気筒に相当。回転の偏心量が少なく、高速回転が可能な
ことからインバーターとの組み合せが採用されています。
(図解ヒートポンプ 田中俊六監修 オーム社出版p105より)
ウィキペディアにもスクロールコンプレッサの説明があります。
ウィキベディアには「世界で日立が世界で最初にスクロールコンプレッサの実
用化に成功した」と記述があります。
大型スクロール圧縮機は存在していたものの、小型のものは、まだ世にない状
態でした。
「回転の偏心量が少ない」スクロール型は、回しやすく、振動も小さくなりま
す。
振動が小さいために、防音部材が不要になり、その分、小型化ができます。
また、「高速回転が可能になった」とありますが、設計上は可能であっても、
実物でそれを可能にするためには、量産性を伴った機械加工の精度が求められ
ます。
前述のとおり、「生産スピードと正確性を両立するのに2年もかかった」とパ
ナソニックの開発者は述べています。
小型で高性能のコンプレッサとインバータ制御を組み合わせて、インバータ制
御のエアコンが初めて登場します。
これが、消費電力を決定的に抑えることに成功したのです。なぜならば、制御
により、必要でないときは、モータの回転を抑え、電力消費を抑えることが可
能だからです。
■インバーターエアコン
ウィキペディアにはインバータエアコンについて、以下の記述があります。
「インバータエアコンは1981年に当時の東京芝浦電気(現・東芝)が世界
で初めて発売した。当初は、圧縮機には誘導電動機を用いていたが、1990
年代に高効率なブラシレスDCモータが開発されて以来、現在では、日本で発
売される家庭用エアコンに搭載される圧縮機用・ファン用のモータは、ほぼ全
てがブラシレスDCモータになっている。 日本ではインバータエアコンが主
流であるが、世界的に見れば一定速である非インバータエアコンがまだまだ主
流である。」
日本の省エネ技術であるインバータエアコンは、世界では少数派だ、というの
です。
日本は積極的に、世界に向けて、省エネ家電のアピールをすべきでしょう。
世界への拡販の努力をすれば、必ず、世の中から受け入れられるはずだからで
す。
インバータエアコンが登場して、すでに30年近くになります。
しかし、まだまだ省エネ化の途上です。
半導体素子の開発などで、これからは、インバータの電力効率もまだまだ画期
的に向上させることが可能です。
特に新しい取組であるSiCやGaNを使用したトランジスタを用いたインバ
ータを導入すれば、まだまだエアコンの消費電力は抑えることができるでしょ
う。
インバータとは、交流を制御する部品で、モータを制御するための部品です。
インバータは交流モータには必須の部品です。モータ生産では、日本は他国を
圧倒しています。
そのモータを制御するインバータ技術も日本が先頭を走っています。
そのインバータを制御するためのプログラムが格納されているのが、マイコン
と呼ばれる半導体で、このマイコンも日本が世界をリードしています。
要するに、モータ・インバータ・マイコンというパワー系の電子回路は、日本
のお家芸です。
その強さが、日本の家電業界、自動車業界、工作機械やロボット業界を支えて
います。
(すべてモータとそれを制御する技術がキーポイントとなる産業です)
■コンプレッサー向けモータの将来の展開
本田幸雄氏が著した「松下の省エネモータ開発物語」をここで紹介します。
07年9月にオーム社から出版された良書です。
本田さんは松下のモータ開発の第一人者で、2層IPMSMというモータを開
発したチーム責任者のひとりです。これは永久磁石を1層ではなく2層にして
ロータ内部に埋め込むという画期的なモータでした。
その開発については、次回、詳しくお伝えしますが、今回は、コンプレッサと
モータとの観点で、面白い発想を紹介します。
同書p155には、こんな記述があります。
「自動車のエンジンはレシプロ形が主流でロータリーは主流ではないが、エン
ジンと同じような働きをしているエアコンのコンプレッサはレシプロ形の冷媒
圧縮メカでも回転モータを利用して往復運動に変えている。ロータリ形も名前
はロータリだがモータの回転力を往復運動に変えている。スクロール形はモー
タの回転をスクロール機構で圧縮しているが圧縮損失が大きい。コンプレッサ
はレシプロ形が一番効率が良い。それならモータも回転形ではなくリニア駆動
にして直接レシプロ駆動する方が理にかなっているのではないか」
「なぜモータの世界では回転形が主流なのか。回転形モータは、いったん回転
すると慣性が働き電気を切ってもモータはまわり続ける。モータは慣性が大き
い高速回転域の方が効率が良くなることを示唆してる。反対に低速回転域では
高効率にするのは難しい。ここでエアコンの運転を考えると、運転時間の大半
を占めるのはモータが低速回転で冷暖房する通常モード。通常モードは、モー
タの回転数が低く、慣性が小さく、効率を向上させるのは難しくなる。これま
で使われてきた冷媒フロンは少ない圧縮で性能を確保できた〜しかし、地球環
境保全のために〜CO2などの自然冷媒を採用しようという動きが始まってい
た。しかし、(冷媒としての)CO2は従来冷媒の3倍もの圧縮比が必要とな
り、特に低速回転域では大トルクが必要で電流を多く流す必要があるため、回
転形では効率を高くすることが非常に困難であるという状況がわかってきた」
とあります。
(※引用部で同書の記述そのままでないところがあります。丁寧語を断定調に
したり、紙面の関係上、原文にはある文書を省略したりしました。気になる方
は同書をご参照ください)
「冷媒をフロンから自然冷媒に変更しなければならないこと(フロン規制)で、
コンプレッサは3倍もの圧縮比を必要とした」とあります。
高い圧縮比は、常識的に、出力の大きなモータを必要として、コンプレッサは
より大型となってしまえば、消費電力はむしろ増えてしまいます。
それを、前よりも小型化にしたというのですから、この逆境を乗り越えた日本
の技術者たちの努力・能力は、世界に誇るべきものです。
これまで、冷蔵庫やエアコンを取り上げ、そのキーデバイスであるコンプレッ
サを取り上げました。
コンプレッサでは、レシプロやスクロールなど、難しい話が中心になって恐縮
です。
しかし、単純に考えて円筒に空気を閉じ込めそれを押し出すことで空気を圧縮
するシリンダーの往復運動がもっとも理にかなったやり方であることは、素人
のわたしにも理解できます。
そのシリンダーを駆動するために、回転式モータを使用しながら、回転運動を
往復運動に機械をつかって変換すれば、機械的な損失が発生するというのです。
エアコンのスクロール形もずっと将来はレシプロ形になるかもしれません。
また、回転モータによるレシプロ形も、リニアモータの導入が将来あり得るか
もしれません。
今後の家電メーカのモータ開発の課題は、リニアかもしれないと、本田幸雄さ
んは同書で示唆しているのです。
開発をしても、しても、さらによいもの、さらに省エネなものに挑戦していく、
そんな技術者魂を、わたしは心強いと思うのです。
(すでに半導体製造装置や工作機械にはリニアモータが実用化されています。
また、次世代新幹線も超電導のリニアモータを利用する予定です。)
モータと発電機の原理は同じです。本田さんたちが目指したリニアモータの開
発は、結果的に、夢の発電機の開発へとつながりました。
小型のヒートポンプとしてシリンダータイプのスターリング発電機(モータ→
発電機)をコージェネシステムとしてマンションに設置すれば、省エネ効果は
膨大なものになります。
■エコの細道 − パナソニック内のベンチャー企業 スターリング発電機
パナソニックのサイトに、「エコの細道」という特集があります。
以下のURLです。
http://panasonic.co.jp/ism/eco/engine/index.html
パナソニックの奈良工場ではスターリングエンジンの実証が始まっているよう
です。
300−400度の排ガスを利用するため、工場や船舶をターゲットにスター
リング発電が実用化段階に入りました。
将来、もっと低い熱で、発電できれば、きっと家庭用にも利用できるでしょう。
本当に楽しみな製品です。
本田さんとともに、松下でエアコンコンプレッサモータを開発した赤澤さんが
社内ベンチャーとして、e=Stirを設立。
そのホームページはパナソニック内に設置されています。
最近のニュースでは、
こんな記事をみかけました。
「パナソニックの社内ベンチャーのeスターは、工場から出る排熱を利用して
発電する「排熱回収スターリングエンジンの実証実験を、パナソニックホーム
アプライアンス社の奈良工場で開始した。
スターリングエンジンは、外部熱源との温度差を利用して内部の気体を膨張・
収縮させて駆動力を得ることができる。摂氏1,000度以上の燃焼ガスの熱
を直接利用した実用例はあるが、約300度から500度の工場排熱では実用
化が困難とされていた。
eスターは2005年から海上技術安全研究所と共同でヘリウムガスを作動
ガスに使用し、乾燥炉、溶融炉、熱処理炉、発電設備、ボイラ、原動機などか
ら出る300度から650度の排熱を利用して15%の発電効率を実現した。
今回の実証実験では、奈良工場の高圧空気供給設備内の排気ガスの屋外煙道
にスターリングエンジンを装着し、約300度から500度の排熱の一部を利
用して500Wの発電を行う。
実証実験に利用する排熱回収スターリングエンジンの主な仕様は、β形エン
ジン形式で、ビストン径は100mm、ストロークは(DP)32mm、(P
P)28mm、ピストン駆動はスコッチヨーク機構、発電機形式はSPM発電
機、定格回転数は1000rpm。重量は160kg、サイズは幅30x奥行
81x高さ90cmとなっている。
eスターは今年度中に、実用化を前提として約5kWから10kWの発電が
できるエンジンを開発し、生産現場におけるCO2排出量の削減に貢献できる
エンジンとして2011年度の商品化を目指している。」
(デザインニュースジャパン、09年7月2日より)
eスターは、本田さん同様に、松下のコンプレッサ開発の担当だった赤澤さん
が設立した社内ベンチャーです。
赤澤さんは、奥さんに内緒で独立を決めたため、「後で妻に正座させられた」
そうです。安定した生活を捨て、「低炭素社会を実現する」という社是を掲げ
ました。
「日本全国の工場すべてにスターリングエンジンをつけるとすると、17万セ
ットの設置が可能です。1セットに500w蓄電できるスターリングエンジン
を6台つけるとして14万2千トンのCO2が計算上は年間削減できることに
なります。
潜在的にはそれぐらいの効果が期待できるわけです」(赤澤社長)
http://wiredvision.jp/blog/soregen/200712/200712281100.html
工場で使用した熱を捨て去るぐらいだったら、それを使って発電してしまおう、
という発想です。
日本の工場向けだけでもスターリング発電機は20万セット近い需要がある、
と赤澤社長は考えています。
また、船舶は、港につけている間も、エンジンをかけっぱなしにしていること
から、エンジンから熱を排出しっぱなしになっています。
スターリング発電機を船舶に設置すれば、このような無駄な熱を発電に使用す
ることができます。
すでに船舶をつかった実証研究が2005年から着々と進められています。
スターリング発電機では、回転式モータによる機構が不要なため、ピストン運
動を回転運動に変える機構ロスがなく、小型化が可能高効率なコンプレッサの
開発が、夢の発電機の開発に結びつき、地球環境の保全に貢献しようとしてい
ます。
スターリング発電機は、「熱」さえあれば、どこでも発電できます。
こうした発電機を砂漠に設置し、灼熱の太陽の下、それをレンズで集光し、そ
の熱を利用すれば、人類が必要する電力をすべて太陽光でまかなうことさえ可
能です。
今回の総選挙で民主党政権になれば、なおさら、低炭素社会へのわが日本丸は
舵をきられることになるでしょう。
日本の省エネ技術を世界に拡販することが、地球環境を守ることになるとわた
しは信じています。
太陽光発電では、日本の地位低下は著しいのですが、スターリング発電機では、
日本のお家芸である機械加工技術や磁石開発力が発揮できます。
投資家のはしくれとしては、燃料電池、太陽電池、リチウム2次電池などと同
様に、今後は、スターリング発電機の行く末も見守りたいと考えています。
山本 潤
ファンドマネージャー
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