電球は100年もの間使われてきたが、イノベーションの光は決して消えない

電球は100年もの間使われてきたが、イノベーションの光は決して消えない

夜のサイクルは照明の必然性を示していますが、夜を征服することは終わりのない技術革命となる運命にあります。イノベーションの光が支配する「電球」の1世紀にわたる進化は、中国の「明るさ」の大幅な増加を目撃しました。

電球が中国を照らす

(画像出典: image.so.com)

「燃える」タングステンフィラメントが中国の「明るさ」を変える

白熱電球は廃止されましたが、中国人の記憶の中には今も生き続けています。太陽の光の心地よさを思わせる梨型の白熱電球のイメージは、何世代にもわたる中国の人々を温かく包み込んできました。

白熱電球は熱放射の原理に基づいて作られた電気光源であり、電流によってフィラメントを加熱することで光を発します。フィラメントが赤熱した状態で動作するため、白熱電球と呼ばれます。

しかし、「タングステンフィラメント文明」が中国に利益をもたらす道は平坦ではない。 1882年2月、イギリス人は上海に電気会社を設立し、白熱電球15個を設置しました。その後の40年間、我が国で使われた白熱電球はすべて外国製品でした。

「中国電球の父」として知られる胡希遠は、若い頃から中国独自の電球を作ろうと決意していた。 1921年4月4日、胡希源は国産初の長フィラメント白熱電球を試作した。 1923年、胡希源は中国初の国産電球工場である中国ヤプル電球工場を設立しました。

国産「ヤプル」ブランド白熱電球

（写真出典：blog.sina.com.cn）

しかし、中華人民共和国の建国当初、我が国の発電設備容量は非常に限られており、白熱電球の普及までの道のりは非常に長いものでした。 「電気、電話、上階と下階。」これは、当時の人々が思い描いていた将来のより良い生活でした。

新中国の建国後、わが国の近代的な電気照明産業は発展の春を迎えました。 1959年9月、中国ヤプル電球工場は上海ヤミン電球工場に改名され、「ヤ」ブランドは中国でよく知られるようになりました。

わが国の電力産業の発展に伴い、白熱電球は徐々に数千の家庭に普及してきました。 1980 年代には白熱電球はすでに普及していましたが、ほとんどの家庭では 15 ワットの白熱電球が使用されていました。

2006年、中国国家電網公司は、電気のない住民に電力を供給する問題を解決するために、「全世帯に電力を」プロジェクトを立ち上げました。数十年にわたる普及を経て、「燃える」タングステンフィラメントは中国の「明るさ」を大幅に高め、中国の人々はそこから新たなライフスタイルを獲得しました。

タングステンフィラメントを節約し、ハロゲンランプが華々しくデビュー

中国人にとって、白熱電球は単に電気光源と同義です。しかし、非効率性が白熱電球の弱点です。ほとんどの白熱電球では、エネルギー利用率は 10% を超えず、電気エネルギーの 90% 以上が熱エネルギーの形で無駄になっています。

タングステンフィラメントの温度を上げると発光効率が向上することが報告されています。しかし、温度が2773Kを超えると、大量のタングステンが昇華し、ガラス電球が黒くなり、光が暗くなります。この問題を解決するために、家庭用ハロゲンランプが誕生しました。

1961年、「中国の電気光源の父」として知られる蔡祖全らが、わが国初のハロゲンランプの開発に成功しました。 3年後、我が国初の1000ワットハロゲンランプの開発に成功しました。 1965年、蔡祖全らは国家発明賞の第二位と第三位をそれぞれ受賞した。

蔡祖全らは新たな光源の創出を試みた（右から1番目が蔡祖全）

(画像出典: mp.weixin.qq.com)

実際、ハロゲンランプはタングステンハロゲンランプとも呼ばれ、白熱ランプのアップグレード版です。白熱電球にハロゲン元素またはハロゲン化物を充填し、ハロゲン-タングステンサイクルの原理を利用することで、白熱電球のガラスシェルの黒ずみを解消できることが判明しました。ハロゲンランプは白熱電球に比べて明るさが1.5倍になり、寿命も2～3倍に延びます。

タングステンハロゲンサイクルの概略図（画像出典：quora.com）

ヘッドライトは車の「目」であることは周知の事実です。ハロゲンランプは自動車のヘッドライトとして使われてきた長い歴史があります。主な利点は、価格が安く、開封速度が速く、浸透性が優れていることです。しかし、高温、低輝度、耐久性の悪さといった欠点もあります。現在でも、エコノミーモデルのヘッドライトにはハロゲンランプが使用されています。同時に、ハロゲンランプは屋外照明だけでなく、商業用および娯楽用の照明にも使用されています。

車のヘッドライト（画像出典：news.bitauto.com）

省エネランプ：伝説を作るために自分を犠牲にする

我が国は、低炭素・省エネの流れの中で、白熱電球の段階的廃止に向けたスケジュールを策定しました。 2012年10月1日、我が国の100ワット以上の一般照明用白熱電球は実質的なリストから外される段階に入り、我が国の白熱電球の終焉を告げる「鐘」が正式に鳴りました。

当時の状況から、省エネランプが通常の白熱電球の代替光源となりました。実際、省エネランプは単なる一般的な用語であり、一般的には片端蛍光灯とコンパクト蛍光灯を指します。前者はランプ管と安定器が別々ですが、後者はランプ管と安定器が一体化しています。

中国の省エネランプについて語るとき、蔡祖全の物語を語らないわけにはいきません。労働者科学者として知られる蔡祖全は、ガラス製造の見習いとしてスタートし、電気光源の研究を始めました。 1980年代初頭、蔡祖全はドイツで照明技術会議に出席し、目立たない小さなガラスの物体を持ち帰りました。

蔡祖全氏の銅像

（写真提供：復旦ニュース文化ネットワーク）

実は、これは海外で最初の世代の省エネランプです。その後、蔡祖全は一連の家庭用省エネ蛍光灯を開発しました。 1985年、蔡祖全が開発したH型省エネ蛍光灯が国家科学技術進歩賞第3位を獲得した。 1995年、ダブルU字型省エネ蛍光灯が上海科学技術進歩賞二等賞を受賞しました。

省エネランプの構造

(画像出典: energystar.gov)

省エネランプと長管蛍光灯はどちらもガス放電ランプであり、ガス放電によって電気エネルギーを光エネルギーに変換します。動作中、ランプ管内の低圧水銀蒸気アークは、波長 253.7 ナノメートルの紫外線を生成します。紫外線は目に見えない光ですが、管壁の蛍光体（三原色希土類蛍光体）を励起して白色の可視光を発します。

白熱電球の代替光源として、省エネランプは普及するまでに「苦難の」道を歩んできた。消費者の習慣を変えるよりも、むしろ消費者自身が苦しむことを好むのです。これが省エネランプの背後にあるロジックです。ランプ管の折り曲げやねじりについては、電球の交換を容易にするために白熱電球と同等の体積まで巻き上げるためである。同時に、蛍光灯の長さによって一定のエネルギー効率が維持されることが保証されます。

省エネランプの革新的な点は、蛍光灯の高いエネルギー効率と白熱灯の利便性を兼ね備えていることです。省エネランプのランプホルダーは通常の白熱ランプと同じなので、白熱ランプを直接交換できます。

光と火の饗宴、世界を「中国赤」に染めるのは誰か？

鳥の巣で行われた2008年オリンピック開会式は忘れられない思い出です。それはまさに光と火の饗宴でした。

光と火の饗宴（写真提供：baijiahao.baidu.com）

テーマカラーである「チャイニーズレッド」を際立たせるために、ウォールウォッシャー照明がポイントになりました。実験を重ねた結果、赤色メタルハライドランプがウォールウォッシャーの主役となりました。メタルハライドランプはメタルハライドランプの略称です。発光管内に金属ハロゲン化物を充填した新型高輝度ガス放電ランプです。光色が良く、光効率が高いという特徴があります。

1970年代初頭、復旦大学と南京電球工場が協力して、中国初のメタルハライドランプを生産しました。 1990 年代までに、我が国は海外からいくつかのメタルハライドランプ内管生産ラインを導入しました。 40年以上の発展を経て、わが国のメタルハライドランプ生産技術は成熟し、メタルハライドランプの主要生産国となりました。

では、なぜメタルハライドランプはカラフルな光を発することができるのでしょうか?異なる金属ハロゲン化物を追加することで、特定の状況の光の色の要件を満たす、異なる光色のメタルハライドランプを生成できます。メタルハライドランプが点灯すると、アークによって発生した熱によって管壁に付着した金属ハロゲン化物が昇華し、ハロゲン化物分子はアークの高温下で金属原子とハロゲン原子に分解されます。金属原子は電気アーク内で励起され、ヨウ化タリウムからの緑色光、ヨウ化インジウムからの青色光、ヨウ化リチウムからの赤色光など、金属の特性スペクトルを放出します。

メタルハライドは数十年にわたってスポーツスタジアムの照明の定番として使用されてきましたが、ロケ撮影、フォトジャーナリズム、大画面投影、特殊効果照明にも重要な用途があります。同時に、空港、駅、港、都市照明プロジェクトなどの照明にも使用できます。

LEDライトは「コア」照明で明るく輝きます

21 世紀は LED (発光ダイオード) 照明の世紀です。 LEDは電界発光の原理を利用して電気エネルギーを光エネルギーに直接変換できる半導体です。

我が国の半導体照明プロジェクトは2003年に開始されました。2008年には、北京オリンピックでLED照明システム統合技術の実証応用が行われ、LED照明はグリーン照明と技術オリンピックを支える重要な力となりました。

2010年、上海万博はLED照明の大規模な応用のための広い舞台を提供しました。約10億5千万個のLEDチップがさまざまな会場で使用され、世界最大のLEDランドスケープとなりました。

省エネと環境保護は、地球規模の持続可能な開発における永遠のテーマであり、照明源の品質を判断するための重要な基準でもあります。 LED ランプのコアコンポーネントである LED チップの技術的進歩により、LED 照明は優れた品質を実現します。

白熱電球は熱を過剰に消費するためリストから外された。現在、LED 電球は低温であるため、発熱が少なくなり、エネルギー効率が高くなり、大きな技術的進歩となっています。省エネランプは白熱電球と比べて省エネであるだけで、LED ランプに比べて省エネの利点はありません。

さらに、省エネランプには微量の水銀が含まれており、環境に放出されると汚染を引き起こす可能性があります。 LEDランプは水銀、紫外線、赤外線を含まず、環境に優しいと評価されています。現在、私の国では LED 照明がグリーン照明のハイライトとなっています。

イノベーションは国家の魂です。小さな電球が偉大な中国を照らすというのは、鮮明な例です。電球に起こった革新的な物語は、電球が私の国で人々の生活をどのように変えたかという歴史を物語っています。

参考文献

[1] 中国照明工学協会、北京照明工学協会。グリーン照明に関する200の質問、中国電力出版社、2008年。

[2] 蘇耿林他「グリーン照明への参入」中国電力出版社、2010年。

[3] 全米半導体照明工学研究産業連盟。半導体照明中国の夢、化学工業出版社、2013年版。

[4] 江元「光源開発の歴史（II）」照明と照明、第2号、2010年。

[5] 李光南健康的な照明のための光の科学的利用、Blue Sky Publishing House、2013 年。

[6] リン・ミン、クイ・イン、サウスイースト・ビジネス・デイリー。 「『中国電球の父』胡希遠氏が国産品の光を灯す」中国寧波ネットワーク、2014年5月25日。