ICP【ラズパイ４B】概要

まずはICPにRaspberry Pi（ラズパイ４B）を選択した理由についてお話しておきましょう。Raspberry Piは「ARM Cortex-A72プロセッサ」を搭載するマイクロコンピューターで、もともとはイギリスのラズベリーパイ財団によって教育用に開発されました。 

しかし、その安価・小型にもかかわらず、モーターの駆動やIoT開発などさまざまな電子工作に用いることができる利点が注目され、低コストのIoT用途でさかんに活用されています。

ちなみに、ラズパイと並んで電子工作で多用されるマイコンボードに、イタリア発の「Arduino」（アルデュイーノ）があり、搭載されている機能【Groveモジュール】の多様性や耐久性において異なります。

　私がメカトロニクス科で指導していた約20年前はＰＩＣ－ＮＩＣのキットとJAVA1.2＋VRMLを使用していましたが……。
　両者について、それぞれの特徴について私見で簡単に説明すると。

ArduinoはRaspberry Piと比べて、耐久性がありシステム構築が簡単。
Raspberry PiにはGUI【Graphical User Interface（グラフィカルユーザーインターフェース）】専用OS（Raspbian）以外にもubuntu(debian系)があり、ArduinoにはGUIが整備されていない(専用IDEを使用)。
Raspberry PiはArduinoと比べて遜色なく、初級・中級レベルには理解しやすいので私にはRaspberry Piの方が適している。
これらの性質から、Arduino【M5Stack＋Groveモジュール】は高度な電子工作をしたい人向け、Raspberry Piはちょっと複雑な処理を必要とする人向けといえるでしょう。
定年後は楽をしたいのでRaspberry Pi4Bを選択しました。

ラズパイ４B！ゲット!(^^)!

 

　青色申告で必要な源泉徴収票の受け取りのため、夕陽丘の職場へ午後から訪問した後、谷町九丁目の有名店で日替ランチを注文し昼食をとりました。

　市内に出たついでに谷町九丁目から千日前通りを歩いて日本橋へ買い物に行きました。

　近鉄日本橋から黒門市場商店街を北から南へ歩いて、突き当りを右折して堺筋を横断、オタロードへ向かいました。ついでにパソコンとICPの情報収集等をしていたら、８月から品切れ中のメイン部品のラズパイ４B（ICP）動作確認用開封済みのが１台。ネットで納入連絡依頼していたので店頭陳列前に購入できました。ただし、キット購入でなかったため、若干予算をオーバーしました。

　それから、日本橋で6世代・２万６千円前後と８世代・３万２千円前後及び９世代３万７千円前後のリサイクルＰＣを見かけました。

　やはり、LGA1151V2(8世代)のマザーボードがなかなか見つかりません。このままでは９世代のリサイクルPCを購入する事になりそうですね。

　ラズパイ４B（ICP）が購入できたので、今週からＩＣＵの配線図の動作確認とか忙しくなりそうです。最後にコロナが早く収束して、モッピーが早く緑色になりますように。ではまた～～！

超音波加湿器！

　大阪でコロナの新規感染者数が891人に増えて、黄色信号が点灯しました。旅行や外出もしにくいこの状況なので、まったりバイクのブログをアップします。

　一般に、周波数が20kHzより高い音を超音波といいます。超音波を伝えるものを媒質といいます。超音波は、空気中(約340m/s)のほか、水中(約1480m/s)や金属にもよく伝わります。
ただし、水中は温度が０℃から次第に音速が早くなって、75℃付近で最速になり、その後は温度上昇とともに音速は遅くなります。

　ICU試作機に使用する超音波振動は噴霧用に加湿器を使用します。これ以外に霧用超音波振動と泡用超音波振動の3台を使用します。

　ICUのメインは泡用超音波振動によるキャビテーション(超音波空洞現象)を利用します。キャビテーションを一言で説明すると、液体中に泡が生じる現象のことです。通常「水中に泡が発生」と言うと沸騰をイメージしますが、キャビテーションは常温でも気泡が発生する現象です。この、キャビテーション現象は、船舶のスクリューで発見されたのが元で、極端に言うと非常によく水をつかむ形状の翼を高速で回転させることで発生することが確認されています。それとキャビテーションが起こりやすい条件としては温度があります。常温では問題無かったところでも、６０℃や８０℃になると、キャビテーションが起こりやすくなります。

　この泡が急速につぶれるとき衝撃波(高温・高圧・発光)が発生します。超音波振動による化学反応は【ソノケミストリ】と呼ばれ研究されています。昔、水素発生ではアルコール(CｘＨｘ)を特許申請されている企業もありましたね。

　私はアルコールや炭酸など炭素を含んだ物質は使用しませんが、水素発生については電気分解も利用します。ただし２Ａ程度ですが…

　そのうち、ＩＣＵ試作機のＩＣＰや霧用と泡用の超音波発信器等部品が手に入らないため設計が進まない、取材旅行もいけないので、ファンタジー(空想)小説でも書いてネットに投稿しようと思います。ではまた～

　

今日から仕事始め！

　大阪でコロナの新規感染者数が244人に増えて、この状況では信州から始めようと思っていた本業は今年も取り掛かれないかも？

　大阪は2025年万博の前後を取材する予定でしたが今年はできるところから仕事を始める予定です。

また、ICP(ｱｲﾄﾞﾘﾝｸﾞ ｺﾝﾄﾛｰﾙ ﾌﾟﾛｾｯｻｰ:ﾗｽﾞﾊﾟｲ４B)等部品が品切れなのでICU(ｱｲﾄﾞﾘﾝｸﾞ ｺﾝﾄﾛｰﾙ ﾕﾆｯﾄ)の外形図が停滞中です。今日から青色申告に向けた仕事と配線図・部品図の製作を中心にしようと思っています。

　ここで質問です、ファラデー定数：96500として気温20℃で水に60秒間10Aの電流を流して電気分解すると約75㎖しか発生しません。

250㏄のエンジンを3000rpmするのに必要な水素量は。

水素１グラム＝22.4÷2.016≒11.1L
空気１グラム＝22.4÷28.8≒0.7８L
酸素１グラム＝22.4÷32＝0.7L

混合空燃比＝３０　

必要空気＝0.78×30⇒23.4L

　　回転数＝3000rpm

　　排気量＝250cc⇒0.25L

１分間に必要な混合燃料＝3000×0.25⇒750L

１分間に必要な水素＝750×11.1(11.1+23.4)⇒241L です。

このままでは水素が少なすぎます。

上記文章を見てエンジンを500rpmにするためには最低何L必要になるか考えてください。

難しいと思った方にヒント：乙種4類危険物取扱者の

【科学の基礎知識】化学反応式

と【燃焼の基礎知識】燃焼範囲

を参考にしてくださいね。

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。