最近話題になっている水素エンジンの自動車ですが。

Question

気体の水素と大気を混合させて燃焼させる場合、中学までの知識だと、単純にH2Oになって体積が減りピストンを押し下げられない気がするのですが間違えなのでしょうか。
また、水ができてしまうとエンジンにとって良くないような気がするのですが。(錆や温度低下)

根本的に考え方が間違っているのでしょうか。
知恵を貸してください、よろしくお願いいたします

Answer 1

燃焼時に熱膨張するでしょうから、問題ないと思いますが。

それと、発生するのは水蒸気だと糞回答がありますけど、複数台が排出させたら路面が濡れたりして極寒地だと路面の凍結を起こして大事故に繋がりますから、FCV同様に外へは排出させずにタンクへ溜めるでしょうね。

ちなみに、初代MIRAIがプレスリリースされた時に、テレビ取材に対してトヨタの開発担当者が、『一番困難な壁だったのが、タンクに排出される水で、極寒地で凍結してしまい排出管を詰まらせてしまう問題だった』と解説してましたよ。結局はインバーター制御の効率を悪化させて発熱させる事で、凍結を防いだとの事ですが、水素エンジンは潤滑油のエンジンオイルと一緒に燃焼させますから、カーボンニュートラルなのか？と思いますがねぇ。

他にも、燃料の水素を造り出すのに天然ガス資源のない日本では、電気分解させて水素を造り出すのか？となりますしね。燃料電池車のFCVでも、この水素供給問題があって、製鉄業界からの副産物となる水素を供給させて価格を下げると言われて7年くらい経ちますけど、未だに高価ようですね。新型MIRAIでもガソリン換算の燃費で、リッター13～14kmのようですからクラウンHVの方がマシですよ。
それに、ウワサでは水素燃料の燃費はガソリン車よりも遥かに悪いようですし。

とはいえ、百歩譲って再生可能エネルギーを利用して電気分解する事により『水素』を産み出せたとしても、今度は兵器にもなる水素エネルギーに対して、レシプロ式のエンジンの吸排気バルブ的に耐久性がモツのか？がどうなのか？
まぁ、トヨタはマツダも傘下に抱き込んだので、バルブレスのロータリーエンジンって手もありますけどね。
ですけど、ロータリーエンジンはレシプロに比べて摩擦面が多いので、エンジンオイルの燃焼が激しく消耗させますから、やはりカーボンニュートラルなの？って壁にぶつかりますがね。
それに、ロータリーエンジンの寿命は短いし、高回転向きなので加速時のトルクは無いので、近年は安全装備や自動運転で、ヘビーな車体ですから厳しいでしょうし。

あとは金属を腐食させてしまう水素が、エンジン内部での影響が気になりますが、エネルギー資源を他国から運んでくる日本は、大量に運搬させるために水素を液体にさせて輸送する技術に長けているそうなので、水素技術となれば他国がマネ出来ない日本の専売技術なのかも？知れませんがね。

Answer 2

確かに酸素と水素だけを見ると、酸素１ｍｏｌ、水素２ｍｏｌが水２ｍｏｌになるので、体積は２／３になってしまいますが、温度が数百度になるので熱膨張で２～３倍になります。

まあ、取り込んだ空気の中には窒素も含まれているので、それらも熱膨張するのですが・・・仰るとおりそれだけではピストンを押すには力不足です。

大昔の話ですが水素を燃やして走るエンジンを積んだコンセプトカーを見た時は、液体の水を燃焼室内に噴霧し、温度の上昇を抑えるのと、液体の水が水蒸気になる時の体積変化を利用して必要なトルクを稼いでいると聞きました。

仰る通り、水素を燃やすだけでは実用的なエンジンには程遠いと思います。

あと、燃焼室内の水の生成ですが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを見たらわかると思いますが、燃焼室内で水が発生しても問題はありません。（ガソリンや軽油を燃やしたら、水と二酸化炭素が生成しますからね）

Answer 3

説明はできませんが、これは参考にならないでしょうかね？
http://www.ed.u-tokai.ac.jp/laboratory/chen/officialhp/closedcyclehydrogenengine.html
比較
http://blog-imgs-89.fc2.com/t/o/r/torack7/795d.jpg

Answer 4

できるのは液体の水じゃないよ、水蒸気＝気体。

さらに、燃焼によって高熱になりドカンと爆発的に膨張する。

冷えて水になっても問題ない。

だって、今普通に使っているガソリンは別名「炭化水素」で、燃えると二酸化炭素と水ができる、水素だけと半分は一緒なんだからね。

Answer 5

水素が酸素と結合して、膨張爆発しピストンを下げる。蒸気水が排気管から外にでる、
部品で水分に触れる箇所は錆びない材質使います。