蓄電池と炊飯と下ごしらえ

ご飯をDIYの炊飯器で炊くことにした、今回は蓄電池を2台並列にして、また米を加熱する前に水に付けて芯を柔らかくすることにする。米は冷蔵庫が狭いこともあり、1合ごとに150gがパックされているコシヒカリを使うことにする。水は200㏄くらいで柔らかめに炊く。余熱と空いたスペースでレトルトカレーを温め、付け合わせには1か月くらい保存が利く青じその実の柴漬けを添える。

米のパッケージはビニールが空けやすく、米が一粒のこらずパウンドケーキの容器に入っていく、また保存期間は小分けにした袋をそのままにすると2020年の4月まである。パッケージはパウンドケーキと同じくらいの幅になっている。ちょうど中央に点線があり、両手で保冷剤を割るように開封する。この1合はお茶碗では2杯分くらいで、チャーハンや定食も慣れてくれば作ってみようと思う。まだ鍋に米を入れてぐつぐつ煮ても、やがては炊き上がる。ともかく今回は、ガスでなく電気で、それも蓄電池に貯めた容量で温めていこうと思っている。前回( 調理器具と回路:http://kururu.org/2019/09/11/%e8%aa%bf%e7%90%86%e5%99%a8%e5%85%b7%e3%81%a8%e5%9b%9e%e8%b7%af/ )は1合の米と1台の12v14Ahの蓄電池を繋げた。米は暖かかったかやや芯に硬さが残っていた。米を蒸らす過程は踏まえていたので、米を温める前に水に付ける過程を加えることで、調理の変化を見てみたい。昨今の炊飯器にも早炊きという機能以外では加熱する前にタイマーで一定時間を置くようだ。リゾットなどは生米を鍋にかけて、すこしずつ水を足していく調理法で、そういった意味合いでは飯盒炊爨でも、米を水に付ける間を含めていたほうがいいかどうかはわからない。そうこうしているうちに米を水につけて1時間くらいになった。生米は水を吸ってやや柔らかくふやけている。ここから電磁誘導モジュールで加熱していこうと思う。パスタなどの乾麺でも、タッパーなどの容器に水に付けて半日置いておくと生パスタのような食感になるという。加熱して5分くらいで水はお湯に温まってきた、すると12vの電圧を20ⅴに昇圧するモジュールのアルミニウムのヒートシンクが熱くなってきたので、USBケーブルに接続した扇風機でパウンドケーキの加熱容器に風を当てないようにして、昇圧モジュールだけを冷やすことにする。また今回は電源をON・OFFを切り替えるスイッチと、ケーブルをジョイントするコンセント型の端子を追加している。コンセント型の端子は、蓄電池の配置をそのままに充電するためと、物理的にOFFにして基盤の収納を考えてのことだった。加熱して15分くらいでお湯は沸騰して、米が炊けている。レトルトカレーの容器ををパウンドケーキの空いたスペースに入れて蒸らしながら温めることにする。

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ヒントから実現性へ

サーバー上のURLをGPSに対応させるために、urlをhttpからhttpsに換えると、GPSと連動して位置情報を取得するようになった。SSLはレンタルサーバーでオプションプランを選んでいなかったので、証明書がなく厳密にはSSLではないけれど、地図を取得するにはアドレスを変えることで、サンプルが起動することが明らかになった。とはいえ、windowsPCにデフォルトでインストールされているInternet Explolerでは、httpの状態でもGPSと連動するが、この場合wifiルーターに繋がったパソコンやノートパソコンがある位置がGPSになる。スマートフォンでGPSを取得すると、持ち歩いた位置になるので、ライフログに活用される。

海外ドラマのブレイキングバットというフィクションのドラマでは、ボルタ電池の自作をしてエンジンストールしたキャンピングカーを起動させるというストーリーがあった。そこで電池がイオン化する水溶液と、金属イオンを組み合わせてバッテリーの代わりにする。そこで知ったのは水酸化カリウムをしみ込ませたスポンジをセパレーターにして、その両脇に+極と-極の電極の金属をサンドイッチのように挟む。ドラマでは金属にボルタ電地の銅や鉛の他にブレーキパッドのグラファイトの他に、金属として水銀を使っていたが、銅と鉛と酢などの酸性の水溶液があれば電気自体は発生する。エネルギー密度を高めるのに金属端子とセパレーターが付いた電池は出力効率がいい。また水溶液を使わず、電極を金属で覆った電池を乾電池といって、単位電池として家電やウォークマンに使われてきた。携帯できる電源としては、乾電池やリチウムイオン電池が開発されてきたものの、太陽電池などの再生可能エネルギーにはいまだに水溶液を用いた鉛蓄電池が使われている。バス停の非常用電源にも鉛蓄電池が据え置かれている。モバイルバッテリーはエネルギーを持ち運んだり貯めることができるが、エネルギー密度は元の電源より分散する。原理的にはボルタ電池と共通するところがある。そのイオン化傾向の精度を同じ容量でいかに改良するかが、今年ノーベル賞にもなったリチウムイオン電池の開発のコンセプトにもなっている。

リチウムイオン電池では+極がコバルトという金属で、-極は炭素繊維になっている。コバルトは格子状の四角いアスレチックのような分子構造で、炭素はハチの巣のような6角形のハニカム構造になっており、その間をリチウムイオン電子が充電や放電の際に留まることになる。鉛蓄電池では12vの直流が出力されるが、リチウムイオン電池ではスマートフォンでも3.6vの電圧で、もし自動車に応用するとすれば、同じリチウムイオン電池のまとまりを直列にして12vに近付けてエネルギーを発揮する。もしリチウムイオン電池の電極が炭素でなく、鉛や水銀かなにかの金属だったなら、出力は2ⅴくらいで、より多くの量を同じ出力に必要としたと考えられる。エジソンは、電球のフィラメントを木綿糸から試行錯誤の末に京都の扇子の骨に使われた竹の繊維を使うことで、電子を光に換えた。電球のフィラメントは工具のドライバーの先端に使われるタングステンという硬くて熱に強い合金にとってかわったが、バッテリーは再び電極がグラファイトに戻り、なんだかテスラの整然とした合理性とエジソンの独特な感性が合わさったような要素を持っている。

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ペルチェ素子の工夫

ペルチェ素子を5vから蓄電池の12vにして動作を試してみると、温度は氷点下に達した。ブロワーファンは5vでは静かに回るが、12ⅴにするとドライヤーのように音が大きくなり風量も増してくる。アクリルの毛糸は繊維が結露の水分を受け流すために使っていたが、二重タンブラーの容器に入れることで、冷やす空気の面積を抑えられたのためにそれほど湿らなくなった。ブロワーファンには空気の流れに向きがあるので、エアコンに紙のテープを付けておくと風の流れが可視化できる。アクリルの毛糸は風が流れている時だけこいのぼりのようにたなびいている。蓄電池の場合は充電した電力がUSBの5Vに比べて高出力だけれど、数時間も長く持続しない。とはいえ、ペルチェ素子が冷蔵庫並みの潜在能力があることが明らかになった、できれば小さくても持続的に動くような容器やダクトを身近なものに置き換えて作っていこうと思う。ブロワーファンは一般的なCPUファンに比べると構造はシンプルで、農工具では脱穀に使われていた。nVidiaというプロパティを開くとグラフィックのメーカーにあるような企業がイチゴの収穫を画像認識を応用していた。農工具にも脱穀ではピクセルを穀物を粒のように振り分けて一つ一つは単純でもそれを積み重ねていくと、仕組みが成り立っていく。映像機材は、パソコンだけでなくデジタルカメラやサーモグラフィーも含まれるが、人件費に比べて高価な場合が多い、そのためかテレビ関係者は金銭にがめつくなっている印象がある。自作パソコンで売り場を歩きながら質問しようにも、カンが鈍くお金に疎そうだという印象が先行することもある。

Officeなどの書類作成ソフトにはここのところバージョンアップしていなかったので、定価でセキュリティソフトとライセンスを購入した。この部分は人件費に近しく、小型のノートパソコンでもデスクトップでも共通した準備になると思われる。第二新卒のころには、ケーズデンキでmacromediaのDreamweaverを買って、ホームページビルダーとして、近所のホームページを作っていたころが懐かしい。

mineCraftではボウガンを使って、砦の壁の銃眼を試しに作った。日本にある城にも急な階段や妙に屈むような茶室、壁に空いた三角の小さな穴などは、弓矢で狙いをつけるために昔の人が工夫した形だと言い伝えられていた。とはいえ、日本では武器はほとんど出回っておらず、調理も一人暮らしになるとレトルト食品で済ませることも多く、子供の頃に果物ナイフや彫刻刀さえ持つことがない。弓も弓道場でアーチェリーを細い腕と肩で狙ったくらいだった。弓の木と羽の素材はあるけれど、火打石がなく、矢を発射する仕組みはあっても弾が補給できないというジレンマがあった。弓は狩猟にも役に立つかもしれないが、遠くにあるものを狙ってスイッチを押したり、仕組みを作動させたりということにも活用できると考えた。たしかに肩が丈夫であれば、太い弦で強く飛ばすことができそうだが、その仕組みに着目して、できることを開拓していこうと思った。

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蓄電池と電気二重層キャパシタ

クランク発電機に蓄電池を繋いでいたところ、蓄電池はクランクが回って電気を送る様子を、太陽光になぞらえて設置している。太陽光は天候が良ければ間断なくエネルギーと明るさを与えるが、手動の場合は必ずしも一定ではなく、まだ電気は一般的に貯めることはできない、需要と供給のバランスによって一方的に配るものとされている。夏や冬など暖房などで消費が見込まれるときは多めに、そうでないときは電気の供給量を調整しているという。

そういった中でソーラパネルを何か持ってみると、それを貯める手段があってもどれだけ溜まったかを測る術がない。蓄電池やリチウムイオンバッテリーの場合、クランクを回すとその間は電圧が上がるが、揺り戻しが来る。なかなか電気が溜まらない。電気二重層キャパシタを試したときのことを思い出した。初めはLED4個を15分くらいケーブルやコンセント無しに点灯させるというもので、そのときなにかの番組を見ていたのか、そこからLEDの灯りは弱まっていったけれど、ほんのりとさらに15分くらい点灯し、電気がそこに存在していることが明らかになった。あるいは乾電池を節約して使って持続させるという手段もあるが、充電池に充電するためには、コンセントに数時間から半日くらい充電する必要がある。最新型のエネループの充電器で2-3時間、コンセントの交流電源に繋げていることになる。乾電池の大きさからすると電気の容量はそこまで多くはなさそうではあるが、半田ごてでも、乾電池のステンレスが放熱板の代わりになり、出力が十分でないと半田付けできない、また充電式の乾電池と通常の乾電池では後者の方が電圧はやや高い。

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修理いらずの銅板焼き

60wあれば、テレビが数時間オンになる。iPadならそれよりは省エネになるので、半日くらい。電気毛布では若干容量をオーバーする。家電売り場を練り歩いても60wの牛乳パックくらいの蓄電池では、それで何かできるには少々物足りない。また僕でも、牛乳パックくらいでお湯が沸かせればと思ったが、ニクロム線のコイルだけでも、すぐに容量が底を着いてしまって、はじめは60度くらいしか上がらなかった。A6版のニクロム線のシートは秋月電子で、仕様を食い入るように見ては、そこから70度くらいの温度を電気に替えようと試みた。そのころは半田吸い取り線でビニールを溶かさずに電気を熱に換えられたと思っていた。

ワニ口クリップをオリジナルで自作することにした。ワニ口クリップ自体には電流の制限はそこまで気にならないが、ワイヤーは3A以上の大電流が流れると、火花が出るか、ワイヤーが焼き切れる。コーナンのホームセンターで容量10Aの太いワイヤーを活用することにした。赤と黒の色分けで、プラス極とマイナス極が色分けできる。とはいえ、ワイヤーが太いと、作業内容が、ただ半田でゴムを溶かしてワイヤーをくっ付けるだけでも、体力を消耗する。それは、太陽電池のジョイントケーブルを半田付けするのと同じくらい疲れた。個人での前例が少ないこともあったかもしれない。

また、秋月電子のニクロム線ヒーターはA6版の文房具のようなスマートな収まりだったが、ニクロム線じたいはアルミ箔より薄く、熱にも弱い。大抵の場合は、個人の工夫が専門店より便利なものを作ることは難しいけれど。個人で繰り返し目的を反復すれば、ニッチな分野では他にないものも組み合わさってくる。

また、amazon経由で、ニクロム線のテープを試してみる。ニクロム線をコイルでなくシート状にすればと予想していたが、10円玉と同じ金属を薄く伸ばした銅テープは指で道具もなく千切れて、また繰り返し曲げたり折っても耐えられる。ニクロム線は、クロムとニッケルの合金。厚さは1mmないのにペンチで力を込めても切れない、その強度に歯が立たない。曲げると金属疲労が僅かにあり、その折り目にペンチでまた力を込めるとようやく切り離された。ところが、真っ直ぐな状態では、抵抗値が0で、12Vの電圧と電流がそのまま出てしまう。ペンチで傷がつかない頑丈な金属がまるでアーク溶接のように溶けて穴が空いた。今までの60wの蓄電池にそんな潜在エネルギーがあったことに驚いた。

ニクロム線テープは手で持てないくらい熱くなったけれど、メタルクラッド抵抗でも熱が出ている。そこに熱伝導率の高い銅板があれば、手で触って熱いくらいのなら、他の何かも温めることができるかもしれない。熱伝導率は水を1とすると銅はその約200倍。とはいえ、それで熱自体の総量が増えるわけではないと思っていた。等価交換の仕組みがあったとしても、そもそもの上限が限られているのだとすれば、それほど変化はないと予想していた。

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エネルギーと互換性のアイデア

A6版のシート型ニクロム線で、レトルトカレーを温めることがある程度、実用的になってきた。はじめは鍋で行っていたが、ジップロックのSサイズも同じくらいのサイズで、そこに麻婆豆腐などのお惣菜を入れて、レトルトパックの代わりに温めてみる、45分くらいでほんのり暖かくなって、IHヒーターなどの調理機器が用意できなくても、備蓄した食料を温めることができる。より手軽にできないかと思いながらも、スーパーマーケットやコンビニエンスストアの売り場を探してみると、普段何気無く、生活を送ろうとする中にもヒントはありそうだ。ご飯のパックがやや嵩張るのでそこにパッケージの袋と断熱材が組み合わされば、より効率てきに温まるかもしれない。今までは断熱といえばコルクを使っていたが、今回はあり合わせの材料としてクッキングシートとアルミホイルを組み合わせることにした。シート型のニクロム線とご飯のパック、レトルトカレーで挟んで、それをアルミホイルで数回巻く、これは断熱というより熱を均一にすることと、コンパクトに固定する用途がある。断熱になるのはクッキングシートで、これも数回巻く、それを元のご飯パックの3パック入りのパッケージ袋をそのまま使い、そこに当てはめる。今までに比べると元のパッケージがあれば、キッチンでなくても調理は可能になる。また60Wの小型の蓄電池に繋いでも、鰐口クリップのシガーソケットとインバーターがセットでついてくるくらいだ。まるでバケツで水をくみ置きするように、電気を汲んでくることができるようになれば省エネ活動はより具体的になる。60Wの蓄電池は初めてボルタ電池の仕組みと太陽電池のチャージコントローラーの基本的な組み合わせで用意した、黒いおよそ10cm四方の黒い箱だ。

現在ではより出力を生活家電に合わせるために、ひと回り大きい版を電気の貯蓄に使っているものの、小さな蓄電池のデザインもシンプルで、原動機付き自転車のバッテリーに換装されて、ヘッドライトやメーター表示などに活用しているという。僕のシーソースイッチにはON・OFFの表記があるくらいだが、バイクや自動車になると、シートのアイコンに暖房の波線を表すピクトグラムがそこに記されていることもある。化石燃料を消費する車は、エコロジーと逆の立場にあるかもしれないが、蓄電池の配線や雨風を防ぐようなノウハウはむしろ限られたドライブシートの中に実用的な工夫が秘められていることもある。

とはいえ、Googleの元社員がモバイルバッテリーのメーカーとして作ったAnkerと12v100wでご飯一合が炊ける車載用の炊飯器との組み合わせがマッシュアップで引き合いに出されたり、電気自動車のテスラが、実は乾電池を数千本組み合わせたパーツを動力源にしていたりなど、それが一部にすぎなかったとしても、その仕組みを知ることが基礎と応用をつなぐ可能性を担保する。蓄電池単体でも直流の12Vから5Vに降圧すれば、スマートフォンなどのモバイル機器の充電にも活用できる。生産者から消費者に届けられる過程で、プロダクトは固定化した内装と役割を持つけれど、それをより実用的に活用できるノウハウを見つけていきたい。

また、蓄電池は小型でも数キロあって重く、それ自体が重りになることもあるけれど、そこにスーパーマーケットのレジ袋を被せたままにしておいたために、台風や大雨が来ても濡れずにすんだ、ところが雨よけになる部分がレジ袋しかなかったので、食器用のメタルラックの細身のステンレスを骨格に、ビニールシートの透明な外装をつけて頑丈にすることにした。バス停や、街灯の蓄電池は、ベンチの下に格納されているという。

また、道端でレンガやアスファルトの隙間に生えている草もいいけれど、アロエやセダムが自生しているように調和している様子をみると、それを人工的に再現することが難しく、それぞれにおかれた状況の中で、そこにしか無いような順応の過程が見られる。セダムなどのグランドカバーに使われる多肉植物は、水を葉っぱに蓄える仕組みになっていて、雨が多く降る中でも、そこまで世話をしなくてもツタを張って棲息する。公園にはスペアミントも花たちに混じって植えられており、道に地下茎を伸ばしていた。花にはミツバチや蝶が蜜を吸いにホバリング飛行をしている。子供の頃に広場や街角でボールを転がしていたとき、オオスカシバという蝶に似た蛾やセセリが集まっていたやや枝葉が硬く、花が小ぶりの植木は、調べてみるとアベリアというようだ。団地や公園の生垣によくあったけれど、その成り立ちを辿ってみたくなった。

また、amazonなどのネットショッピングでも、その地域にゆかりが無かったとしても、店舗を運営しなくても、その分野で有用なパーツを専門に扱っている店もある、例えばホットカーペットは工夫して、最新の省エネタイプに絞る方法もあるが、温めるニクロム線の部分をゴムマットにして、そこからあり合わせの毛布をかぶせるなどをすれば、洗濯しても毛玉がつかず、効率的に暖が取れるアイデアになるかもしれない。

早朝の変化

先週のうちに太陽電池を部屋に取り込んで、5Vを14Vに昇圧するモジュールを取り付けようとするけれど、室内のスポットライトから10V前後の電圧を取り出すけれど、ソーラーチャージコントローラーに接続すると電源がつかない、それでもインターネットで調べると昇圧モジュールの時計回しに回し続けると電圧が上がるという説を片隅に置いていた。

朝5時頃になって、自然と目が覚めた。このところ太陽電池を取り入れてからなぜか日の出に興味を持って目が覚める。5Vを14Vに昇圧するモジュールを取り付けようとするものの、自然光でも効果が上がらない。あるいはバッテリーのようにあらかじめ電気量に余裕のある機器と組み合わせたり、キャパシタを使って一時的に電気を貯める仕組みと合わせて使うと効果があるのかもしれない。ソーラーチャージコントローラーは雷菱というメーカーが本体の消費電力が2mA、Phocosというメーカーが4mAになっている。前者はLEDが充電中に点滅するので、同じLEDを使っていても消費電力が節約される。また、蓄電池に充電する場合の電圧は前者が14V、後者が17Vだけれど、早朝や曇りの時に後者は12Vでも充電がわずかに可能になった。メーカーの推奨によると、異なるメーカーの太陽電池を同系等の配線で使うことは推奨されていないものの、それぞれに逆流防止ダイオードがついているので、直列で電圧が変化するとソーラーチャージコントローラーの許容量をオーバーしてしまうけれど、並列ならそれぞれの逆流防止ダイオードの長所を活かして、電流を増やすことができる。

電球のフィラメントをシャープペンシルでその性質を推し量る試みは、ヨドバシカメラが開店する10時くらいになって、2Bの0.7mmのシャープペンシルの芯で試すことにした、またワニ口クリップも5Aの電流に耐える丈夫なもので試してみる、早速家に帰ってみると、新しいワニ口クリップと0.5mmから0.7mmの太い芯に換えても、点灯して30秒くらいで比較的丈夫なスピーカーワイヤーがドロドロに溶けてしまった。昨夜に急いで作ったあり合わせの機器で、1分持ったことが最長記録になってしまった。またそれ以前に、竹炭のフィラメントとワニ口クリップと1Aの整流ダイオードで試した時の反応は再現されなかった。それでもシャープペンシル の芯なら確実に反応する。そこで整流ダイオードを1A,2A,3Aに替えてみるものの、バッテリーの蓄電池からは最大の5Aが出て、整流ダイオードが割れてしまう。他の事例では単一電池を6つ直列に繋いでいる。単一電池一つあたりは1.5V,6Ahで、6つ直列にすると9V、6Ah、凡そ54W、持っている小型の蓄電池は12V、5Ahで60W、必要な電力量はほぼ同じだ。それでも、電線が溶けてしまうので、アルミホイルをその都度ワニ口クリップに繋いで、再現してみることにした。反応は安全になったものの、点灯して30秒くらいで消えてしまう、あるいはシャープペンシルの芯が細いほうがいいのかもしれないと試行錯誤を重ねる。すると何度目かの折に数本の折れた芯の中から一般だけ光は霞んでいるけれど1分くらい反応が持続したフィラメントがあり、それをスマートフォンのカメラで繊維がささくれる様子を記録して、白熱電球のイメージを保存しようと思った。

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蓄電池の接続とニクロム線の持続

12Vで14Ahの電池が届いたので、並列に接続を試みる。大きさは、6Ahの電池と並べて2つ半くらいで、端子はF2端子を2本束ねて半田付けした。電圧は今までと一定でアンペア数が増えている。F2端子をヒューズと各+-で3箇所を2セット半田付けする。プラモデル用のペンチの圧着では若干接続が弱く、半田付けが適切なようだ。2対目から慣れてきて、比較的半田が無駄なくくっ付いた。ベランダの電球は明るくて日が沈んでも文字が読めるくらいだ。気掛かりだったDROKの電池メーターは、2台並列した分の数値になっている。また12Vを5Vに調整する基盤も無事に動いている。

そこで、かねてからのニクロム線でお湯を沸かして見ることにした。150W相当の早速ニクロム線と繋げるとアンペア数が大きいのか焼き切れてしまった。6Ahの蓄電池一台だけのときは、150W相当の電線しか使えなかった。300W相当の電線にすると、蓄電池一台の時は高温を発するもののバッテリーがすぐに空になってしまった、それでも2台並列にすると繋ぐたびに150Wの電線が焼き切れるので、仕方なく300W相当の電熱線を繋げることにした。ニクロム線は太くて短いほどに熱量が上がる。300Wでもある程度長いまま使えば熱は暖かい程度だけれど、電力消費も抑えられる。とはいえまずはお湯を沸かすことを目的にしているので、バネ部分を5cmくらいにして、それで10Aのダイオードを安全のため+極に接続する、ダイオードは1Aのように割れることなく電気を供給している、それでもやや熱を持っているので濡れたティッシュや冷えピタシートを細切りにして冷やすことにした。温めるお湯は200mlで少し多めで試して見るものの、中に入れる試験管と太いニクロム線では相性が悪く、ニクロム線同士がくっついて焼き切れてしまう、そこでとりあえずは水に直接ニクロム線を付けてその状態で熱量だけをまずは計測することにした、5cmのニクロム線だけれど、前と違ってバネの辺りに熱でモヤが出ている。手で触った感じも熱量はやや確保されているようだ。温度計で測って見ると55度くらいからバネの辺りから小さな空気の泡が出てそこから温度が上がっている。温度計の最大温度は70度だけれど、68度くらいでビーカーが手で持てないくらい熱い。もしお湯がニクロム線のさびがない状態なら、簡単なインスタント食品を温められるくらいのお湯が沸かせそうだ。あるいは狭い試験管にニクロム線を押し込めるのではなく、2つのガラス容器を組み合わせれば、水が冷却効果を持っているのでそこまで断熱材も必要ないかもしれない。しかしながら断熱用のガラス繊維を持っているのでせめて使ってようと思って、バネを試験管に収めてみると、まるでストーブのようにバネの部分が赤くなっている。温度も70度前後をキープしている。そうしているとバッテリーが出力が上がり、ニクロム線がフィラメントのように光って、それから出力が落ち着いた。熱量は十分にあるけれどそれをどのように配分するかをまた考える必要がありそうだ。ニクロム線は太さの規格が300W相当になっているが、実際に供給される電力は12V*20Ahでおよそ240Wくらい、IHクッキングヒーターの弱火にあたる。おそらくインバーターがあっても、1000W相当の強火にするとより多くの電力量が必要になるけれど、それでも數十分でお湯を沸かすことができるようだ。ニクロム線に繋いでいるとバッテリーの出力が一時的に10%前後まで下がるけれど、それから30分くらいは出力を維持しているようだ。

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コントローラーと蓄電池の並列を計画

ソーラーチャージコントローラーを秋月電子で買った時は、特にそこまで想定いなかったが、Phocos社のCM04をソーラパネルに接続すると、半日陰のベランダでも十分な接続が確保されている。要因はコントローラーの自体の消費電力が4mAと低く、液晶画面やUSBポートを有する他のコントローラーに比べて微弱な電流でも貯蓄できる点が挙げられる。またコントローラーにはLEDが一つだけしか付いておらず、コンパクトでシンプルな繋ぎ方ができる。コントローラーが蓄電池に送れる最大電流は4A。実際の太陽電池では最大でも0.7Aくらいで、曇りの時や日陰の時は、数十mAだった。パソコンに普段繋がれている、iPhone用のUSBケーブルの電気は5V1A、急速充電のポートでは2A、最新のスマートフォンでは大容量の3Aがあるが、ソーラーパネルでそれを実現しようとするとベランダが埋まってしまうくらいの面積になりそうだ。とはいえ、もし、ソーラーパネルや、蓄電池を1つずつ増設すると、いろいろなトラブルを予防するような対策が必要になる。自動車やバイクの動力はガソリンだけれど、その予備電源では鉛蓄電池がよく使われているという、その電池の電力で社内の夜間のヘッドライトやエアコンや、シガーソケット、ラジカセなどが動いている。また、秋葉原の実店舗でもUSBでどうにかできるようなパーツは少なく、電圧が5Vから12Vに上がると実生活に役立ちそうなデバイスに接続できるバリエーションも増えてくるかもしれない。
あるとき、コントローラーに自作で丸型端子を着けてバッテリーに接続すると、丸型端子が僅かに擦れたタイミングで、バッテリーの短絡が起こり、コントローラーと蓄電池は無事だったけれど、ワニ口クリップのケーブルが焼けこげてしまった。雨よけに使っていたビニール袋にも引火して、鋏で燃えた部分を切り離そうとすると、ハサミを持つ手もビリビリと痺れてきた。そこで対策としては燃えずに電気も通さないガラス繊維の非常用毛布でバッテリーを包むことにした。また、端子が擦れないように端子の接続部分が丈夫なプラスチックで覆われた防水用のソーラー端子で接続部分を保護した。原因はたまに回路の+-をつなぎ間違えることからくる逆接かと思って、整流用のダイオードを繋いでいた。実際にはバッテリーに何も機器を繋がないで導線だけを繋ぐことで電流が大きく流れる現象のようで、それはヒューズをつけることでケーブルが損傷したときに大電流が流れたら代わりに、ヒューズが切れることで、周りの機器が損傷することを避けるという工夫のようだ。あるいはより太く丈夫なケーブルと端子にしようと思ったが、電流を20A以上にすると半径数センチくらいの太さのケーブルになり、加工が難しくなる。それでも細いケーブルでは大量の電流が流れるとショートしてしまう。
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電気とジュール熱のエネルギー交換を試してみる

太陽電池からニクロム線でその電気を熱に変えてお湯を沸かしてみようと思ったものの、前に+極と−極が擦れただけでワイヤーが焦げてしまったので、整流ダイオードを使っていた。その整流ダイオードは初めは1000V1Aのタイプのパーツを使っていた、その場合300W相当の太さのニクロム線は繋いだ途端にバッテリーの容量が上がってしまって、整流ダイオードが破損した。熱は大きくでたのは一瞬だけだった。そこで150W相当の一回り細いニクロム線に変えてみた。すると水とニクロム線の間に細かな泡が出て、熱が出てきた。15分くらいで水は40度くらいのお湯になり、湯気が出てきた。ところがお湯は45度くらいで上がり止まり、それから30−40分くらい熱を維持していた。
整流ダイオードの容量は12Vに対して1000Vあるので、電圧は維持されるが、電流が5Aに対して1Aなので、その辺りでパンクするか、十分な電気が送れないかという組み合わせの問題があった。そこで整流ダイオードを50V10Aの容量に変えて、再度試してみることにした。50V10Aの整流ダイオードは、パーツが単四電池くらいの太さで、アンペア数が違うと電流が変わる事がパーツから伺える、昨日バッテリーを60%くらいまで使っていたけれど、日中の日光で80%くらいまで回復していた。そこで整流ダイオードで、150W相当のニクロム線をコップ一杯くらいの水を温めてみる、温度は気温と同じ28度から59度まで上がった。指でお湯や容器を触ると熱く、ニクロム線からは小さな泡が出ている。お湯は30分くらいその温度になっており、ニクロム線から茶色い錆が出ることもあり、水とニクロム線が直接触れないようにするか、またはガラスやサランラップで温めるものを分けるなどの工夫が必要になる。これから温度をあげるとすると、ニクロム線が短くて太いほどジュール熱が高くなる性質に沿って、バネの部分を短くして電池でいう並列にしてみると熱せられる温度が短時間になり、またお湯の温度も沸点に近づく事が予想される。お湯が沸騰させられれば、調理ができる。単にカップラーメンのお湯を用意するだけでなく、お湯は料理のいろいろなことに応用できる。また太陽電池が蓄電池に貯めたエネルギーをなにか体感できるものに置き換えようと考えたからだった。しかしんながら、60W以上の熱を発するような家電は、12Vのバッテリーでは難しいかもしれない。とはいえ、12V5Aなら自動車というより原付自転車に載せるくらいの小型のタイプだ、そこに12V-5Vに変換するとスマートフォンなどが充電でき、その上でキャンプに必要な生活用品を動かす事ができれば、ただ目的地に行くだけでなくそこで時給自足できる手段を加える事ができる。
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