初老の小父さんはやってみないと解らない！

＊＊⁂＊⁂＊＊　 ⁂＊＊＊＊＊⁂	水素	ガソリン
分子式	H2	CｘＨｘ
分子量	2.016	ーーーー
発火温度	500℃	300℃
火炎温度	2045℃	2000℃以上
燃焼範囲	４～７５％	1.4～7.6％
空気過剰率	７～0.15	1.7～0.3
理論空燃比	≒30	≒15

　主要参考文献:　WE-NET（World　Enargy　NETwork）

　SDGｓの一つとして注目を浴びている水素を利用した水素自動車は排気浄化(二酸化炭素ゼロ)の上でも有効であり、過去にアメリカの大学やドイツの大学企業によるエンジン研究および水素自動車の開発など、世界各国の大学,研究所で研究が進められた。

　日本においては東京都市大学の水素エンジンの研究および液体水素自動車の試作がおこなわれた。そして日本のメーカが水素自動車の実用化への可能性を示している。

　しかし、水素が気体であることにより体積当たりのエネルギーがガソリンより小さくかつ水素・空気の理論混合気の場合、水素がその体積の約1/3を占めるためガソリンより出力が劣る、点火エネルギーが小さいのでバックファイヤーが起こり易く、層流燃焼速度が速いと、バックファイアを起こさずにプラグ点火燃焼できたとしても、燃焼火炎はピストン冠面やシリンダー内壁に到達する。ピストンを押し下げる作業と同時にシリンダー壁面とピストン冠面を充分すぎるほど温めてしまう。エンジン内部を温めるのに使われたエネルギーは冷却水を温めるだけで走行エネルギーにはならない。つまり冷却損失が増える。

　また理論混合気付近では燃焼速度が速く圧力上昇が急で、また窒素酸化物(NOx)が多量に発生するなどこれらの欠点はいずれも水素の供給法を変えることによってある程度解決することができるなど企業努力の末エンジンへの水素の最適供給法が明らかになりつつある。

　しかし、水素自動車には、水素分子が極小のため水素自動車のシリンダーなどを構成する金属を、もろくする特性があります。そのうえ、水素の燃焼速度が高いため水素自動車のシリンダー内で爆発が起こりやすく、ノッキングやバックファイアーなどが起こりやすい事を回避する必要があります。そのためには、水素自動車には水素混合率を極めて薄くする必要があり、ガソリンを用いた場合と比較すると、出力は低下しその分燃費が悪くなるという不便さがあります。

　このように水素自動車には、これからの発展・開発が待たれる要素がいくつか存在しており、広い意味での水素自動車である燃料電池自動車の開発に力を入れるようになってきているようです。そこで認知症と集中力低下の防止の為に、同じく定年を迎えたバイクを使って違ったアプローチから水を燃料に走行できないかまったりと研究し、その諸現象を中心に月に１度のペースでブログに記述したいと思います。

◇なぜ水で走行させようと考えるのか？

• 水素を内燃機関用燃料 として使用したときまず重要なことは運転可能な水素空気混合比範囲が非常に広く、理論空気量の倍率で表わす空気過剰率 λで7～0.15と非常に広く、ガソリンのλ=1.7～0.3に対して大きな差がある。このため水素エンジンでは空気と燃料を一定 の混合比に混合するキャブレターや絞り弁は必要なく、水素量の調節のみで出力を変えることができるが、キャブレターを使用し、蒸気混合気体を吸入することで水素量を低減できる。
• 水素ガスで運転したときのシリンダ内圧力の変化は部分負荷での燃焼圧力の上昇はゆるやかであるが理論空燃比 λ=1に近づくにつれて圧力上昇は激しくなるが、蒸気＋キャブレターを使用することで理論空燃比を下げることと圧力上昇を示すことが可能にできると思う。

• 常温水素を供給した場合 ガソリンエンジンの出力の約80～50%にとどまり著しい低下を示す。この水素エンジンの出力低下の原因として、ガソリンに比較して温度経過はほぼ同じである、このことは発生熱量は水素混合気の方が少ないが、ガソリンでは燃焼ガスのモル数が5%増大するのに対し,水 素では逆に約15%減少する。これは水素の低発熱量は28,800kcal/kg、ガソリンのそれが10,700kcal/kgと単位重量当たりの発熱量はガソリンの約2.7倍であるが、エンジンの場合は理論混合比における同体積で比較すべきなので単位体積当たりで比較すれば水素は約766kcal/Nm3、ガソリン約911kcal/Nm3と水素のほうが約19%燃焼熱量が減少する。同じ理由で,圧力と熱効率は水素ガスの方が低く、したがって出力も小さい。もともと供給熱量が小さいので出力が低いことはやむを得ないがモル数の減少でそれ以上に出力は低下する。このような水素エンジンの出力低下を補う方法として,水素を冷却する方法がある。これは水素自動車の実用化のさい、最も問題になる水素の運搬法として現在のところ最も軽く,小型になる液体水素を使うことが考えられているが、この液体水素の低温を適切に利用することが企業により進められているので、蒸気を利用したいと思う。

◆簡単にまとめると

　１常温水素ガスでエンジンを動かす場合のロスは大きいので、高温のシリンダー内に水蒸気を入れて水蒸気の膨張力を利用して、水素＋水蒸気でピストンを動かす。

　２コスト・技術的に個人ではエンジン加工はできない。

　３技術的に吸気系・電気系の設計・製作しかできないため外部混合方式になる。

　４外部混合方式のエンジンはインテーク部の水蒸気と高電圧部分の浮遊容量を接地することで残存エネルギーが蓄電しないようにすることによりバックファイヤの発生を低減する。