水素エンジンはどのように機能しますか?

水素エンジン

水素エンジンは、自動車産業の将来の賭けのXNUMXつであり続けます。 その操作はそれに一連の利点を与え、その失敗にもかかわらずそれを浮かせたままにします。 この目的のために、トヨタ、BMW、マツダ、ヒュンダイ、フォード、およびその他のブランドがこのテクノロジーに多額の投資を行ってきました。 水素使用エンジンには、内燃エンジンと燃料電池変換エンジンが含まれます。 多くの人は知りません 水素エンジンはどのように機能しますか そしてそれぞれの長所と短所。

このため、この記事では、段階的な水素エンジンの仕組み、その特性、およびモーターの世界での重要性について説明します。

水素燃焼エンジンはどのように機能しますか?

ハイブリッド車

これらのエンジンはガソリンとして水素を使用します。 つまり、燃焼室で燃焼させて爆発(運動エネルギーと熱)を発生させます。 このために、 従来のガソリンエンジンは、LPGまたはCNGに加えて水素を燃焼するように適合させることができます。

このエンジンの動作は、ガソリンエンジンの動作と非常によく似ています。 水素は燃料として使用され、酸素は酸化剤として使用されます。 化学反応はスパークによって開始され、スパークプラグがスパークを生成する可能性があります。 水素には炭素原子がありません、 したがって、反応は、XNUMXつの水素分子がXNUMXつの酸素分子と結合し、エネルギーと水を放出することです。

その化学反応の結果は、単に水蒸気です。 ただし、水素燃焼エンジンは、動作中にいくらかの排出物を生成します。 たとえば、空気からの少量のNOxと燃焼室からの熱、またはピストンリングを介したオイルの燃焼からの排出物。

水素はガスであるため、700バールの圧力のタンクに貯蔵されます。 これは通常の車のタイヤ圧より350から280倍高いです。 (2〜2,5バール)。 以下に示すように、非常に低い温度で液体の形で水素を貯蔵する車もありますが。

水素燃焼エンジンは、従来の燃焼エンジンに比べていくつかの興味深い利点を提供します。 たとえば、理論的には非常に細かい混合物を使用できます(ラムダは2に近い)。 つまり、彼らは非常に少ない燃料を使用して、入ってくるすべての空気を使用し、非常に効率的になることができます。

水素燃焼機関のしくみの例

水素エンジンの良い例は、750年に発売されたBMW 2000hlです。これは実際にはBMWガソリンエンジンですが、水素を燃焼させることもできます。

ただし、いくつかの欠点があります。まず、水素を液体の形で貯蔵します。 これには、からの材料で作られた非常に高価なタンクが必要です 航空宇宙セクターの温度を-250ºC未満に保つ。 これは12〜14日以内にのみ達成でき、その間に水素は徐々に蒸発し、安全に大気中に放出されます。 7番目の欠点は、水素を使用すると、多くの電力と効率が失われることです。 2005年以降のBMWハイドロジェン700は、これらの問題を部分的に解決し、水素圧を冷たく保つことなくXNUMXバールに上げました。

もう2014つの良い例は、アクエリアス水素エンジンです。 水素の使用に適したイスラエルの会社によって開発された化石燃料エンジン。 最初の機能バージョンはXNUMX年に導入され、それ以降、改訂および改善されたバージョンが登場しました。 その開発者によると、それは潤滑油なしで動作することができ、 NOx排出量を削減するためのガス交換システム。

また、水素内燃機関は軽量で部品点数が少ないため、安価に製造できます。 電気自動車のレンジエクステンダーとして、またはネットワークのジェネレーターとして使用できます。

水素燃料電池エンジンはどのように機能しますか?

水素エンジン

そのフルネームは燃料電池変換水素エンジンです。 「燃料」という言葉にもかかわらず、彼らは水素を燃やしません。 彼らはそれを電気分解の逆のプロセスを通して電気を生成するために使用します。 そのため、水素燃焼エンジンのように、化学反応用のバッテリーを搭載しています。 水素は700バールの圧力のタンクに貯蔵されます.

それは、モーターに供給する代わりに、アノードとカソード(バッテリーのように)を通って燃料電池に送られるということです。 そこに到達すると、水素ガス(H2)が膜を通過し、XNUMXつの水素イオンに分解します。 水素とXNUMXつの自由電子。 これらの電子は、外部回路を介してバッテリーのアノードからカソードに流れ、電流を生成します。 生成された水素イオンは、空気中の酸素と結合して水を形成します。

このため、水素燃料電池エンジンはゼロエミッションです。 内燃機関のように石油を燃焼させるときに発生するNOxやガスを発生させないためです。 これらのエンジンで使用されるダイヤフラムはプラチナ製で、高価です。 ただし、この高コストに対処するための作業があります。 たとえば、ベルリン工科大学では、生産に投入された場合に大幅にコストを削減できるフェロアロイを開発しました。

水素エンジンのデメリット

水素エンジンはどのように機能しますか

  • 化学反応で使用される触媒 水素燃料電池エンジンの多くは、プラチナなどの高価な材料で作られています。 少なくとも、ベルリン工科大学で言及されているような安価な代替品に置き換えられるまでは。
  • 水素を得るには、化石燃料の熱化学的プロセスまたは水の電気分解によって行う必要があり、エネルギー消費が必要です。 電気自動車のバッテリーに直接電気を蓄えて使用できるため、水素エンジンに対する主な批判。
  • 水素が得られたら、 セルまたは圧力タンクに導入する必要があります。 このプロセスには、追加のエネルギー消費も必要です。
  • 水素電池は製造に費用がかかり、水素を貯蔵しなければならない高圧に耐えるのに非常に耐久性がなければなりません。

水素エンジンの利点

  • 水素電池は電気自動車の電池よりも軽いです。 そのため、バッテリー式電気トラックの代替として、大型輸送での使用が検討されています。 長距離をカバーできるようにするために、それらは非常に重いです。
  • 今日、水素の充電は電気自動車のバッテリーの充電よりも高速です。
  • バッテリー式電気自動車とは異なり、水素燃料電池車は大きなバッテリーを必要としません。 したがって、不足している可能性のあるリチウムやその他の材料が少なくて済みます。 水素内燃機関は、リチウム電池または他の同様の電池を直接必要としません。
  • 燃料電池は車の寿命を延ばすことができます。 サイズと容量のために交換するのに費用がかかるバッテリーとは異なります。 水素エンジンに関連するバッテリーは小型であるため、交換するのに費用がかかりません。
  • 化石燃料エンジンと比較して、水素燃料電池エンジンは電気モーターを使用しているため、非常に静かです。

自治

水素燃料エンジンはどのように機能しますか

水素エンジンの欠点は、タンクまたは燃料電池に非常に高い圧力の水素が含まれている必要があることです。 したがって、 供給ポイントは、サポートする700バールの圧力にも準拠する必要があります.

これには、このタイプの車両に燃料を補給できるようにするための供給インフラストラクチャを構築する必要があります。 とはいえ、純粋な電気自動車と同じ問題があります。 ただし、LPGまたはGLC車両と同じであるため、給油操作はこれらよりもはるかに高速です。

現在水素燃料電池エンジンを搭載している車は、ガソリンと同様の航続距離を持っています。 例えば、 トヨタミライはフルバッテリーで650km、ヒュンダイNexo 756 km、BMWiX5水素700kmを発表しました。

Hopium Machinaのような他の人は、1.000 kmの範囲を発表しましたが、その数値は、発生したときに確認する必要があります。 いずれにせよ、給油ははるかに速いので、自律性はバッテリーほど重要ではありません。 覚えておくべきことは、燃料ポイントの数です。

彼らは安全ですか?

ブランドは、効率を改善し、コストを削減し、そしてもちろん、化石燃料で動作するエンジンと同じくらい安全にするために、このタイプのエンジンに何年も取り組んできました。

また、欧米、日本で求められる安全基準は、水素自動車の安全を保証するものです。 言うまでもなく、トヨタはそれを売り込んでいます みらいのガソリンタンクは、防弾性能を発揮するほど頑丈です。

すべての車が水素で走る日が来るでしょうか? 時間はすべてを表示します。 ブランドが投資を続けていることは明らかであり、ゼロエミッション輸送の合理的な代替手段となるいくつかの利点があります。

この情報を参考にして、水素エンジンの仕組み、その特性、長所、短所について詳しく知ることができれば幸いです。


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