電球の明るさの基本がわかりません

同じ懐中電灯に次のような設定で電球・電池を取り付けました
充電池リチウムにして電球はハロゲンに。

１．Osram製ハロゲン球 12V用 20W用　全光束300 lm、定格寿命4000h(カタログ値)
　　リチウム充電池18650[4.2V]×４本+1.4V電池　→　測定実電圧18.2V (負荷率152%)

２．Philips製ハロゲン球 6V用 30W用　全光束765 lm、定格寿命100h(カタログ値)
　　リチウム充電池CR123[3V]×４本　→　測定実電圧11.4V (負荷率190%)

３０ｗで数値も大きいし、実電圧の負荷率も高めてある２の方が明るいと思っていたのですが、
実際は１の方が明るかったのです。
明るさを左右するのはどういった考えをした方がよいのでしょうか？

質問者からの補足コメント

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  No.4様のご助言後、6V用 30W用の懐中電灯の電池を下記のように入れ替えて点灯試験しました
  
  ３．Philips製ハロゲン球 6V用 30W用
  　　リチウム充電池18650[4.2V]×2本　無負荷電圧8.4V　（負荷率140％）】
  
  すると「２」の状態より明らかに明るくなり、さらに「１」よりも明るくなりました。
  点灯実行電圧は測定していませんが、この結果には驚きです。
  やっと想定していた明るさになったものの、残すは「２」の状態でなぜ電圧降下が発生
  したかです。
  いま、いろいろ調べています。

    補足日時：2020/01/17 19:22

• 

  電池の起電力と内部抵抗、端子電圧、合成抵抗、オームの法則などがキーワードになっているのではないかということが薄っすら見えてきたのですが、はっきりいってちんぷんかんぷんです（苦笑）

    補足日時：2020/01/17 19:33

No.5 ベストアンサー 回答者： yucco_chan 回答日時： 2020/01/17 19:35

>なぜこんな電圧低下が・・・

CR123 は、定格出力電流が１０ｍAで、
最大電流は、１A です。
６V３０Wは、定格５Aなので、CR123 では、
駆動できない負荷 だからです。

それと、CR１２３は、充電池じゃないです。
１次電池ですので、使い捨て電池になります。
同じ形状の充電池は、RCR123で、定格電圧は３．７Vです。
１８６５０ も定格電圧は、３．７Vです。
確かに、充電完了時は４．２Vありますが、負荷をかけると
直ぐに４．０V前後に低下します。
１．の１．４V電池がどのようなものか分かりませんが、
こちらもその電球負荷が重たそうで、多分、０Vチョットの
電圧になっていると思われます。
少し使っている（点灯）と、電圧はマイナスになると思われます。
即ち、１．４V電池は無い方が明るくなる。

この回答へのお礼

とても丁寧な説明をありがとうございます。
使用している電池の定格出力、最大電流のことを調べなおしまして納得いたしました。
電圧があっても「駆動できない負荷」だったのですね。　とても勉強になりました。

CR123Aについて、充電池ではありませんでした。コピペしたときに訂正し忘れたみたいです。
ご指摘ありがとうございます。

あと１．４Vの電池は電圧調整のためだけに投入していたエネループです。
まさか電圧を上げようとして下げてしまう結果を引き起こすとは・・・目からうろこです。

これから各電池の最大連続放電電流（正式名称はまだよくわかってません）を調べてみようと思います。

お礼日時：2020/01/17 21:58

No.6 回答者： xs200 回答日時： 2020/01/17 22:10

>リチウム充電池18650[4.2V]×４本+1.4V電池

危険なのでやってはいけません。電流も1.4V電池に制限されて18650の能力が出せません。役に立つどころか足を引っ張っています。1.4Vの電池を抜いて18650を3本にして1.を試してください。平均値で3.7Vx3=11Vにはなります。

CR123は互換製品の充電できるものですよね。Philips製ハロゲン球 6V用 30W用なら5Aの電流が必要ですが、CR123では1Aしか流せないので電圧は急降下します。もし5A流せたとしても6Vの電球に12Vかけてはいけません。定格寿命が100hであれば、1分以内にフィラメントが切れる計算になります。18650x2の直列の場合には2-5時間の寿命です。電流を増やすためにリチウムイオン電池を並列に接続するのはやめてください。

この回答へのお礼

＞危険なのでやってはいけません

お気遣いとても感謝いたします。エネループ１．４V充電池がむしろ足を引っ張ること、CR123Aが１Aしか流せず電圧が急降下すること、理解できました。マイナスになるこの２点に気を付けていこうと思います。

CR１２３は、私の質問の書き方が間違っており　【×】リチウム充電池CR123[3V]　【〇】リチウム乾電池CR123A[3V]　でありました。電流の低さが問題だとは全く気が付かなかったのでとても勉強になりました。

並列については、懐中電灯が旧式のフィラメント型マグライトなので直列方式なので並列にはしないと思います。
しかしながら、好奇心でやってしまいそうだったので気を付けようと思います。ご指摘ありがとうございます。

寿命についても過負荷１４０％の電圧で
1.4000h　→　32h
2.100h　→　0.8h
程度とざっくり計算していました。

私の仕事のとある検査で、フィラメント系の強めの明かりが必要でありまして、なかなか既製品ではそれを手に
入れることができないので規定を超えたオーバーワークをさせているのです。寿命についてはある程度覚悟して
おり経費として割り切っていますが、安全性は発熱などの危険性を実験レベルで限界値を認識しておきたかったのです。
LEDの代用品があるとよいのですけどね。

ちなみに調子にのって３．の条件にもう一本同じ電池を追加した以下の条件では、秒でフィラメント切れました。

４．Philips製ハロゲン球 6V用 30W用
　　リチウム充電池18650[4.2V]×3本　無負荷電圧12.6V　（負荷率210％）

ここが限界点だったみたいです。

お礼日時：2020/01/18 15:52

No.4 回答者： yucco_chan 回答日時： 2020/01/17 17:54

測定電圧は、無負荷時のものですよね。

実際にランプを点灯させている時の電圧を測ってみてください。
きっと、驚く電圧が測定されます。
で、その電圧から、何故２の方が暗いか分かります。

この回答へのお礼

言われたとおりに実行電圧を測定してみました！
測定はハロゲン球の電球を口金から少し浮かせて、
球の脚から電線を垂らしてその両端で行いました。

結果

20W　無負荷電圧18.2V　点灯時電圧15.6V
30W　無負荷電圧11.4V　点灯時電圧3.8~4.1V

驚きです！　この電圧なら暗い原因が理解できます！！
なぜこんな電圧低下が・・・

お礼日時：2020/01/17 18:57

No.3 回答者： GooUserラック 回答日時： 2020/01/17 11:30

No.2 の訂正

「30％になる事」は「30％アップになる事」の間違いでした。お詫びして訂正いたします。

この回答へのお礼

ありがとうございます。^^

お礼日時：2020/01/17 11:38

No.2 回答者： GooUserラック 回答日時： 2020/01/17 11:28

下図は下記のＵＲＬに載っている電圧変動特性です。

これを見れば電圧が10％アップで全光束が30％になる事が判るかと思います。定格値とは別の電圧を掛けた場合はカタログ値は意味が無いので負荷値なんてものも意味はありません。チャント比べたいのならば下図のようなそれぞれの電圧変動特性グラフを用意して比べないといけません。
https://www.iwasaki.co.jp/lighting/support/tech- …

この回答へのお礼

丁寧なせつめいをいただきましてありがとうございます。
電圧変動特性というものがあるのですね。リンク先のサイトを上から読んでみました。
電球のメーカーも違うのでそのまま単純に電圧だけで比較することはできないのですね。

お礼日時：2020/01/17 11:38

No.1 回答者： GooUserラック 回答日時： 2020/01/17 10:37

「全光束」の値は実測値ですか？それともカタログ値ですか？

カタログ値でしたら、実電圧が定格値でなければ全く意味を持ちません。
電圧が半分になれば全光束は半分になるのではなく下手をすれば1％にすら届かない場合もあります。

この回答へのお礼

素早い返信ありがとうございます。
全光束の値カタログ値です。電圧もカタログでそれぞれ６V、１２Vです。
それに対して明るくしようとして電圧を高くして電池を直列して増やして
それぞれ１１．４V、１８．２Vまで上昇させています。

お礼日時：2020/01/17 11:08