豊葦原中津谷のニニギ

食糧自給率の向上を目指して! (2100年の日本へワープ)

カテゴリ:地球温暖化 > 交通機関

自動車の燃費をMJ/kmで表すことに挑戦しています。
FCVと水素エンジン車は、下式で算出します。
 
 ρ=10.8÷燃費(km/Nm³)・・・Nm³はノーマルリューベ
 
ここで、ρは燃費(MJ/km)を示します。
 
式の中にある「10.8」の単位は、MJ/Nm³です。
水素ガスの1Nm³当たりの燃焼熱量(MJ)を示しています。
水素ガスの燃焼熱は121MJ/kg(低発熱量)です。
水素の分子量は2なので、水素ガスの発熱量は、
 
  1Nm³ ÷ 22.4l/mol × 2g/mol × 121MJ/kg = 10.8MJ/Nm³
 
となります。(Nm³とlの変換、gとkgの変換は相殺しています)
 
 
ところで、方式が異なるFCVと水素エンジンが同じ計算式であることに疑問を感じる方が居られるでしょう。
燃料電池も水素エンジンも、水素と酸素の化学反応のエネルギーを利用する点では一緒ですので、このような計算ができるのです。
 
 
最後に、実際の車の燃費を見てみましょう。
ミライですが、タンク容量122.4lに700気圧で水素ガスが入っています。
この水素の量で650kmを走ることができます。
容積基準の燃費は7.59km/Nm³なので、1.42MJ/kmとなります。
 
RX-8 HYDROGENですが、タンク容量110l、350気圧です。
この水素の量で100kmを走れます。
容積基準の燃費は2.60km/Nm³なので、4.16MJ/kmとなります。
ちなみに、ガソリンエンジンに換算すると、8.4km/lです。
ベースのRX-8は、9.0km/lなので、近い値です。

FCVが発売され、色々な動力を積んだ乗用車が日本を走り回る事になります。
でも、どの車が環境に優しいのか、また燃費が良いのか、分かりにくくなりますね。
そこで、私なりに統一基準をまとめてみました。
基準は、1kmを走るために必要なエネルギーです。単位は、MJ/kmです。
(本記事のデータは、3代目プリウス、初代リーフです)
 
 
液体の化石燃料を使用するガソリンエンジン、ディーゼルエンジンは、
下式で計算します。(ハイブリッドも、同じ式で計算します)
 
 ρ=35÷燃費(km/l)
 
 
FCVやLPG車等の燃費は、km/Nm³の単位で表される場合がほとんどです。
FCVとLPG車では、使用する燃料が異なるので、別々の式を使用します。
まず、FCVと水素燃料エンジン車は、下式で計算します。
 
 ρ=10.8÷燃費(km/Nm³)・・・Nm³はノーマルリューベ
 
LPG(プロパン)車は、下式で計算します。
LPG車では、液体状態での燃費で表記される場合もありますので、併記します。
 
 ρ=99÷燃費(km/Nm³)
 ρ=26.9÷燃費(km/l)
 
 
電気自動車の電費は、Wh/kmで表されるので、下式で計算します。
 
 ρ=0.0036×電費(Wh/km)
 
 
色々と書きましたが、面倒なのはPHVです。
PHVだけは、電気自動車モードで走行する時とHVモードで走行する時で、
個別に計算するしかなさそうです。
 
 
最後に、主な車種の燃費をまとめました。
 
ガソリン車(HV)・・・プリウス   1.15MJ/km (ガソリン)
ディーゼル車   ・・・デミオ    1.17MJ/km (軽油)
FCV      ・・・ミライ    1.42MJ/km (水素)
水素ロータリー  ・・・RX-8   4.16MJ/km (水素)
LPG車     ・・・コンフォート 2.74MJ/km (LPG)
電気自動車    ・・・リーフ    0.41MJ/km (電気)
 
 
これが、単純に環境負荷になるわけではありません。
それぞれのエネルギー源の生産・流通も含めた総合効率で語られるべきです。
ただ、この計算方法で、必要なエネルギー源の量を知ることができるので、
環境負荷を整理して考えることができると思います。
 

ロータリーエンジンは、水素エンジンとしても研究が進められています。
FCVと比べてどちらが効率が良いのか、調べていません。
おそらくは、ロータリーエンジンが敵うことはないだろうと考えているからです。
 
そんな私ですが、ロータリーエンジンの新しいアイデアを考えていました。
そのアイデアを説明する前に、親子型ロータリーエンジンを紹介します。
親子型ロータリーエンジンは、高圧縮比にすることが難しいロータリーエンジンをディーゼル化するために生まれたアイデアです。
 
イメージ 1
 
左側のローターで給気を予備的に圧縮し、右側のローターでさらに圧縮します。
排気も、2段階で膨張させ、両方のローターから動力を取り出します。
 
さて、ミラーサイクルでは、ディーゼルエンジンの膨張工程をガソリンエンジンで利用しますが、親子型ロータリーエンジンの考え方を流用できないかと思いました。
それをふまえ、次のようなロータリーエンジンを考えてみました。
 
イメージ 2
 
このエンジンは、左右のローターで給気→圧縮→点火&膨張した燃焼ガスを中央のローターに排気することで、二段膨張のミラーサイクルエンジンが実現できそうだと考えたのです。
左右のローターに対して、中央のローターは二倍以上の単室排気量を持たせます。
また、中央のローターは、左右のローターに対して90°程度の遅れで、同方向(この絵では時計方向)に回転させます。
 
ただ、このエンジンには、色々な問題があります。
まず、大きさです。
三つのロータリーエンジンを横に並べるので、自動車のエンジンルームに収めることが難しいでしょう。
また、中央のローターは、360°の回転中、常時排気ガスに晒されるので、ローターの冷却に問題があります。
意外なところでは、左のローターも冷却が厳しくなるはずです。
ローターの冷却は、エキセントリックシャフトを通って出入りするエンジンオイルで行いますが、エンジンオイルはローターの下側に集まりやすいので、エンジンの上側を燃焼ガスが通る構造は、冷却に不利です。
 
実現するには、大きなブレークスルーが必要だと思いますが、こんなアイデアがあっても面白いかなと思い、記事にしました。
 

米軍と無人潜水艦の開発すると防衛相が発表して3年余り経ちました。
 
この無人潜水艦は、1ヶ月連続で潜航し、ソナーで警戒監視や情報収集を行いますが、
兵装は持たせないそうです。
パッシブソナーなのか、アクティブソナーなのか、情報をどのように味方に伝えるのか、
マスコミ発表の中には見当たりませんでした。
 
 
当blogでは、無人潜水艦の動力装置に興味があります。
無人潜水艦も、AIP潜水艦と同じように、燃料電池が用いられるそうです。
日米で共同開発する目的は、米国の水素貯蔵技術と日本の発電技術の融合だそうです。
水素貯蔵技術が民生転用できたなら、FCVの性能向上にも繋がるかもしれません。
ただ、このような共同開発の場合、米国側は軍事機密だとして技術を公開せず、
完成品をブラックボックスとして提供するだけ。
一方、日本の技術は、民正品として技術公開を要求され・・・
 
無人潜水艦やAIP潜水艦の燃料電池技術が民間に広がる可能性は低いですが、
環境問題の対策のために、防衛省にも英断を期待したいですね。
 

インドに、太陽光発電で全電力を賄うコーチン国際空港があります。
旅客ターミナル屋上と、18万m²の敷地に太陽光パネルを敷設し、
最大12000kWを発電します。
石炭火力発電を使った場合に比べ、
12000t/年以上のCO₂排出量削減になるのだそうです。
 
イメージ 1
 
この写真は古いのか、あまり太陽光発電パネルは見えません。
 
空港は、航空機の発着のために広い敷地と平坦な部分が多く、
太陽光発電には条件が整っています。
これで、航空機燃料もバイオ燃料なら、完璧なのですが・・・
ただ、
燃料を変えると、粘性の違いから燃料ポンプがヤバイはずです。
 

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