Share withArticle by: Asst.Prof. Yod SukamongkolFaculty of Engineering, Ramkhamheang University 　　　　現在、発電所から電力を供給するために電線は欠かすことができませんが、この電線が電圧低下やショート、電線設置費用が高額であるといった電力供給問題の原因となっています。これらの問題を解決し、コスト削減、電力供給距離の延長、発電所設置制限の低減を実現するため、研究者たちはケーブルを使用せずに電力を供給する方法を開発しています。 　　　　これらの考えは近未来のことのようですが、実は19世紀初頭に電気工学の分野で有名な発明家ニコラス・テスラーが提言しており、アメリカのColorado Springs試験場で無線送電の実験も行いました。しかし、その時代には材料科学や通信手段の面で制限があり、その実験は満足の行く結果とはなりませんでした。それでも、テスラーの業績は、電動歯ブラシや携帯電話など現代の無線送電の原型として応用されています。 変電アンテナ 　　　　無線送電のもう一つの目的は、送電距離を伸ばし、継続させることです。研究者たちは変電アンテナ又はレクテナの開発に取り組んでいます。通常、アンテナは電磁波（ラジオ、テレビ、Wi-Fi）を受信し、その電磁波を光、色、音などにコーデックし電子機器に送信します。しかし、この変電アンテナは電磁波を受信後、直流（DC）に変換します。 　　　　MIT研究所やスペインのマドリード技術大学の研究者たちは、半導体装置によって交流電波を直流に変換することにより小さなアンテナで交流（AC）のWi-Fiを受信する実験を行いました。この実験によって、LED照明や電子チップなど省エネ装置に必要な40マイクロワットほどの微小電力を生み出すことができました。このアンテナは電源に繋いだり、バッテリーを消費することなく、電気機器や電子機器のための動力を生み出すことができます。 　　　　これまで変電アンテナはシリコンやガリウム砒素といった、強度が低く高コストの原料で作られてきました。しかし、最新技術によりレクテナを二硫化モリブデン（MoS2）で製造することで、極薄、曲げ加工が可能となりました。また日常的に使用するWi-Fi、ブルートゥース、4Gなど電子機器に使用される電波や高周波ギガヘルツの電波を受信することができます。実験により2.4ギガヘルツの電磁波の場合、変電アンテナの効率が31%高まることが分かりました。 　　　　レクテナは曲げることが可能なため、壁、道路、電柱、橋脚、身の周りの電子機器や小型端末などあらゆる場所で使用することができます。もう一つの利点は、バッテリー無しで電子機器を使用できることです。周囲の電磁波から電力を生み出すことができるため、バッテリーから金属が溶け出し生命の危険にさらされるというリスクを負うことなく、身体に埋め込む必要のある医療機器を安全に使用することができます。 太陽光発電アンテナ 　　　　通常のソーラーパネルを使用した太陽光発電は、電子と正孔により内蔵電位が発生し、PN接合に移動することにより発電しています。太陽光発電アンテナ又は光レクテナはそれとは異なり、光レクテナを生み出すためにナノテナと超高速ダイオードにおいてナノテクノロジーを用いなければなりません。これら2つを密着させることで、太陽光がアンテナに到達すると高周波の振動がアンテナ内に生じ、交流を直流に変換するダイオードに送られます。これによりアンテナは、太陽光から直流電流を発電することができます。実験により、アンテナとダイオードを近づければ近づけるほど直流電流の発電効率が高くなることが分かりました。現状、ソーラーパネル発電の効率が15%であるのに対して、ナノテナの発電効率は1%に留まっています。 　　　　無線送電の当初の目的から始まり、身近な電磁波から燃料費をかけずに電力を生み出すこれら2つのアンテナに到達しました。しかしながら両者とも発電効率が悪く、将来クリーンエネルギーを実用化するためには効率を高め、低コストな発電を行う研究や開発が必要です。

Share withArticle by: Natthawut Ruengtrakoom, Ph.D.Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineer, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang 建築物内のエネルギー消費の割合を考えると、エネルギー消費の大部分を占めているのは空調システムの運転(Air Conditioning System)に使用されるエネルギーであることが分かりました。いわゆるエネルギーコストは、私達が生活をする環境の空気質を改善し、適切な温度、湿度、気流、清浄度の環境を提供し、私たちの快適な空気環境のために使用されているのです。 大型空調システムは外気(Outside Air)と室内からの還気(Return Air)を混合させ、その空気を冷却し室内へ供給され、私たちが住んでいる室内空気の清浄度を保ってくれます。ただし、混合された外気または新しい空気は、冷却コイルへの冷却負荷(Cooling Load)の一部になります。室内に供給する前に、これらの空気の温度と湿度を下げるための調整が必要。特に、除湿管理は空調システム内の冷却コイルの大きな負担です。したがって、空調システムの全体に係るエネルギー消費量を軽減するためにこの空気の湿度を下げる方法を見つけることは技術者にとってチャレンジな課題となるでしょう。この記事では、省エネ空調システムである外気改善プロセス(Outdoor Air Handling Method)の一部をご紹介したいと思います。すなわちこれは室内に支給される前に外気の湿度（除湿プロセス）を減した上で供給するような省エネ設計商品です。 大型空調システムで使用される外気除湿プロセスの基本については、化学的除湿プロセス(Chemical dehumidification process)および機械的除湿プロセス(Mechanical dehumidification process)という大きく2つの方法に分けられます。ひとつは、「化学的除湿」方式は、除湿剤が中心に使用されます。使用される除湿剤はLi-Br水溶液などの液体状態(Liquid desiccant)、あるいは、活性アルミナ. シリカゲルおよび合成ゼオライトなどの固体の状態(Solid desiccant) を用いられます。化学的除湿プロセスは、機械的除湿プロセスの使用よりもエアコンシステムの効率（成績係数）をますます高効率に冷却することができます。 ただし、設置性及び初期投資の観点から見れば、機械的除湿プロセスを活用する空調システムの方は、最も有効であるため、システム全体の冷却効率を向上する用の機械的除湿方式へ依然として研究および開発の可能性があります。 直接膨張空調装置 (DX system) は、システム性能が向上し続けている、とても興味深い機械的な除湿システムです。図１：DXシステムの基本サイクルを示します。1台の蒸発器を活用のみで外気の温度及び湿度は軽減されます。除湿プロセスでは、外気の温度を凝縮点（露点温度）に到達するまで下げる必要があります。この時点での温度は、室内への供給される空気(Supply Air)の設計度よりも低くなります。したがって、再生用コイルを使用し給気の温度を上げる必要があります。除湿ローターの再生用熱源には圧縮機(Compressor)から出てくる高温スチームなどの排熱から利用されたのです。図２：図1に表示のように、中国からの研究グループ＊が一般的なDXシステム性能を改善モデルとして作成したDXシステムのサイクルをを示します。この除湿システムに追加されているのは2台の蒸発器(Two-stage direct expansion dehumidification)を活用により除湿が行われます。 また、排気コイルも設置され、大気中に放出され排気となる前に冷却効率を向上させる為圧縮機からの冷媒蒸気と室内から吸引された還気との熱交換を行います。室内へ供給する前に外気の改善については、蒸発器の役割は、高温部（HTS）と低温部（LTS）の2つの部分に分けられます。外気は最初にHTS側を通過して一部の温度と湿度を下げます。除湿プロセス（Deep dehumidification）は、従来のDXシステムと同様にLTS側の蒸発器で温度や湿度を抑えれられます。LTS側を通過した空気は、再生用コイルを強制的に通過させ、体感温度(Sensible temperature)を設計値まで上げた上で、室内の空気へ低湿度かつ冷めたい空気を送風します。 研究の結果では、二段直接膨張除湿システムにより従来のDXシステムと比較して、冷却効率（COP）を26％向上させることができることが分かりました。 このように、機械的な除湿システムはまださらなる発展の可能性があります。そして私達が設置製及び初期投資費用を見れば、機械的な除湿システムは、大型の室内空気システムで利用するのが有効だと考えられます。