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三菱重工業、産業技術総合研究所:純水素を燃料とした水素エンジンの燃焼試験を実施

  • 2021/01/21
  • Motor Fan illustrated編集部
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三菱重工エンジン&ターボチャージャ(MHIET)は、産業技術総合研究所との共同研究により、水素エンジンの運転試験を実施した。

 MHIET製の4ストロークレシプロガスエンジン「GS6R2~GS16R2」シリーズ(ピストン径170mm×ストローク220mm)を改良した単気筒エンジンを、産総研福島再生可能エネルギー研究所(福島県郡山市)に設置。試験を通じ、CO2を排出せずクリーンな水素を100%として安定燃焼できる条件を見出した。

 MHIETと産総研は、水素エンジンの燃焼研究に2019年度から共同で取り組んできた。MHIETと三菱重工業の総合研究所は、水素燃焼技術と、産業用ディーゼルエンジン、天然ガスエンジンの知見を利用し、水素エンジンの設計と製作、燃焼条件の検討や試験データの評価・分析を実施。産総研は、大型発電用、高出力・高熱効率・低NOx(窒素酸化物)水素エンジンの燃焼技術を開発した実績をもとに、水素エンジンの水素供給設備と試験ベンチの構築・装置運転によるデータ取得を担当した。

 水素は、可燃範囲が広く燃焼速度が大きいという特徴がある一方で、バックファイアやノッキング(注1)などの異常燃焼が発生しやすいという課題がある。今回の試験では現在MHIETが販売している希薄燃焼ガスエンジンGSRシリーズを基本とし、水素の燃焼特性に合わせて、水素燃料供給方法、着火方法、給気弁閉じ時期、空気過剰率などを見直すことで、水素専焼・予混合方式での安定燃焼条件を明確にした。今回、6気筒換算で340kW、16気筒換算で920kWまでの試験運転に成功。この結果をベースに、さらに試験データを積み重ねて取得することで多気筒エンジンの開発につなげ、2030年代の水素利用に向けて1MW(1,000kW)級水素エンジンを実用化することを目標にしている。

 MHIETはさらに将来的に、2019年度に発表したトリプルハイブリッド自立給電システム(注2)の発電設備「EBLOX(イブロックス)」に使用しているガスエンジン発電機を水素エンジンに変更することで、太陽光発電+バッテリー+水素エンジンによるCO2排出のない自立給電システムを完成させた分散型エネルギーソリューションを提供し、将来の脱炭素社会の実現とエネルギーの安定供給に貢献していく。

注1:バックファイア(逆火)は、エンジンの吸気側に火が逆流する現象でありエンジン吸気系の損傷につながる。ノッキングは、点火時期が早すぎる場合や圧縮比が高すぎる場合に、混合気が自着火してシリンダ内圧が急激に上昇し、打撃音、振動、エンジン内部部品損傷の原因となるもの。
注2:太陽光などによる再生可能エネルギー発電とレシプロエンジン発電および蓄電池を組み合わせ最適な安定制御ができるシステム。

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