国立大学法人 岡山大学

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大型発電用、高出力・高熱効率・低NOx水素エンジンの燃焼技術を開発 ~地球温暖化など大気環境保全への貢献も期待~

2018年05月18日

 内閣府 総合科学技術・イノベーション会議(CSTI)が推進する戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)「エネルギーキャリア」(管理法人:科学技術振興機構【理事長 濵口 道成】)において、産業技術総合研究所、岡山大学、東京都市大学、早稲田大学の研究グループは、試験用小型エンジンを用いた基礎実験で、水素燃料の優れた燃焼特性を活用した新しい燃焼方式を確立し、世界初となる高熱効率・低NOを実現できる火花点火水素エンジン注1)の開発に成功しました。この研究開発は、化石燃料への依存を低減し二酸化炭素(CO)排出を削減するため、水素燃料の用途を拡大する一環として行われました。
 本開発技術の目標として、(1)正味熱効率注2)50%(低位発熱量ベース注3))(大型発電用エンジンに用いられている気筒あたり33.9L、出力600kWの機関に換算)以上とすること、(2)NO排出値は、後処理装置を用いずに大気汚染防止法による規制値よりさらに厳しい大都市圏自治体条例の規制値(200ppm:O0パーセント補正値)以下とすることの2点を設定し、それぞれ上回る性能(正味熱効率54パーセント、NO排出値20ppm)となりました)。
 なお、本研究は川崎重工業、海上技術安全研究所(海技研)、前川製作所と共同で行ったものです。
 開発した水素エンジンの出力は、これまでに類を見ない図示平均有効圧力注4)(1.46MPa)を達成し、大型発電用や船舶用エンジンの燃料に使用できることを確認しました。今後、再生可能な一次エネルギー源からの製造が可能な水素エネルギーを活用することにより、地球温暖化防止や大気環境保全にも貢献することが期待されます。
※)達成した性能を追記し、修正しました(平成30年6月8日)。

<ポイント>●これまで大型発電用の水素エンジンは、天然ガスエンジンに比べて出力および熱効率が低く、高負荷運転時に多くの窒素酸化物(NO)が生成される技術的な問題があった。●試験用小型エンジンで、水素燃料の新しい燃焼方式を確立し、大型エンジンとして世界初の高出力・高熱効率・低NOを実現できる火花点火水素エンジンの開発に成功した。●水素を大型発電用や船舶用エンジンの燃料に使用することで、地球温暖化防止や大気環境保全への貢献が期待される。

注1)火花点火水素エンジン
 多くの自動車用エンジンでは、ガソリンと空気の混合気に火花で点火する「火花点火エンジン」が用いられている。燃料として水素を用いた火花点火エンジンが「火花点火水素エンジン」である。

注2)正味熱効率
 内燃機関の最終出力端(出力軸)で発生する仕事を供給熱量に対する割合で示す熱効率。

注3)低位発熱量ベース
 燃焼して仕事に変えることができる燃料の持つ発熱量を「低位発熱量」と呼ぶ。エンジンでは排気ポートに排出されるガス中の水分は水蒸気であるため、燃料の発熱量には水分の蒸発熱を差し引いた値である低位発熱量が使われる。

注4)図示平均有効圧力
 燃焼室の位置で示すエンジンの仕事量の指標。単位は圧力と同じkPaまたはMPaで示され、注1で示す最終出力端との間には、関連する部位・部品の摩擦損失が存在する。

<詳しい研究内容について>
大型発電用、高出力・高熱効率・低NOx水素エンジンの燃焼技術を開発 ~地球温暖化など大気環境保全への貢献も期待~


<本件お問い合わせ>
大学院自然科学研究科
准教授 河原 伸幸
(電話番号)086-251-8235

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