水素富化HHOガスで動作する水素動力ユニットの実験的調査

• 高CO2希釈下での水素酸素燃焼について実験的・数値的に実証し、広範囲の圧力条件下で安定した火炎運転を達成した。

本研究は、低炭素電力生成に向けた水素強化天然ガスの利用可能性を探るため、ガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼の実験的および熱力学的解析を組み合わせた。特許取得済みの二段渦燃焼器を用い、水素比率(γ = 0–40%)、渦巻き羽根角度(30°、45°、60°)、当量比(φ = 0.17–1.00)、燃料噴射戦略といった240の運転条件で、NOx・CO排出量とリーンブローアウト安定性への影響を測定した。水素比率が10%増加するごとに、NOxはゼルデビッチ熱機構により23–24%増加したが、COはφ = 0.3、60°でOHラジカル活性の向上により最大28.5%減少した。最小NOx排出量は…

• 390cm3単気筒空冷GDIエンジンを用い、空燃比λ=1.15/1.22、水素エネルギー比率0~5.8%で実験を実施。λ=1.22の純ガソリン運転では指示平均有効圧力の変動係数が5.23%と安定燃焼限界を超えたが、水素1.5%添加で安定運転に復帰した。
• 水素添加率5.8%で筒内圧ピークが15%上昇し、ブレーキ熱効率は26.55%から29.25%へ改善。λ=1.22・水素5.8%が最良の運転条件と結論。
• 排出ガスはCOとHCがそれぞれ53.6%、21.4%減少した一方でNOxは8.3%増加。ただしブレーキ単位ではCO 65.4%、HC 41.4%、NOx 19.3%減少した。

• 統合型水素生成・燃焼駆動アクチュエーションシステムが提案され、水電解によるオンデマンド水素生成と燃焼駆動で約350barのシリンダー内圧を達成可能であることが熱流体解析により示された。

• 50kW級PEM水電解システムをステップ負荷変動、圧力変動、コールドスタート条件下で実験的に評価し、電圧は数秒以内に電流変化へ応答する一方、熱応答はコールドスタートから定格まで約34分かかることを実証した。
• 運転圧力を1.2MPaから2.9MPaに増加させると水素中酸素(HTO)含有量が0.383%から0.545%に増加することを確認した。
• 電流を300Aから1200Aに増加させると酸素中水素(OTH)含有量が1001.77ppmから5.86ppmに減少し、全負荷運転時のシステム総電力消費量は69.7kWと計測された。