トヨタ 改良された液体水素燃料車のカローラH2コンセプトで富士24時間レースに出場

トヨタは2024年5月24日、5月24日～26日に開催される「スーパー耐久シリーズ 2024 Empowered by BRIDGESTONE 第2戦 NAPAC富士SUPER TEC 24時間レース」（スーパー耐久・富士24時間レース）に、液体水素を燃料に使用する「#32 ORC ROOKIE GR Corolla H2 Concept」で出場すると発表した。

トヨタROOKIEレーシングのカローラは2021年にレースに投入以来、水素を燃料として使用してきた。しかし水素は体積当たりのエネルギー密度が小さく、天然ガスの1/3程度、ガソリンに比べて約2900分の1の熱量しかない。そのため内燃エンジン用燃料として使用する場合には、750気圧という超高圧に圧縮した水素を使用してきた。

燃料となる圧縮水素はFCVのMIRAI用の高圧水素タンク4本（MIRAIは3本を積載）をリヤシート位置に積載した。ただし圧縮水素を燃料として使用した場合、エンジン出力はガソリンと比べ最大で50%、航続距離も50%と想定された。

圧縮水素を補給するためには大規模な圧縮貯蔵装置が必要そのため当初は1回の水素の満充填で富士スピードウェイを10周できるかどうかで、走行時間は15分間～20分間であった。その後、改良が続けられターボ・エンジンの出力アップが図られ、1.5L自然吸気エンジンレベルに達しているが航続距離の増大は難しかった。

2023年のレースからは、より水素の搭載量を増大させるために液体水素に変更している。水素は－253度で液化させると体積は1/800 に減少し、より多くの水素を搭載することが可能になる。ただし、液体水素を車両に搭載するためには巨大な真空断熱式の魔法瓶が必要になる。

また、液体水素を魔法瓶から吸い出すには、ロケットに採用されているような特殊なポンプが必要で、さらに液体水素を気化してエンジンに送るための熱交換器も必要になる。

こうした液体水素を使用することで航続距離は少なくとも従来の1.5倍程度まで伸びているのだ。

しかし、実際のレースでは液体水素内で作動する極低温ポンプの一定時間内（24時間レースで2回交換）の交換が必要になるなど、-253度の液体水素ならではの課題があった。このポンプは燃料の入っているタンクからエンジンまで水素を送る際、ピストンの往復運動によって圧送する往復動式ポンプになっている。しかし、発生させる圧力レンジが高いため、往復運動を回転運動に変えてトルクを伝えるモーター内の「クランク」のベアリングやギヤに偏った負荷がかかり、摩耗や劣化が進みやすいのだ。

今回出場する液体水素のカローラH2コンセプトでは、ポンプを改良し、耐久性を向上させるため、Dual-Driveと呼ばれるクランク機構を導入した。これによりクランクの両端からモータートルクを入力することが可能となり、バランス良く昇圧ピストンを動かすことができ、ポンプ耐久性を大幅に上げることに成功している。

また、車体に搭載する液体水素の断熱タンクの形状を「円筒形」から「異形（楕円形）」へと改良。この結果、液体水素の搭載量が増加し、航続距離の延長を実現している。

右側が旧型の円筒形断熱タンプ、左側が楕円形性の新型断熱タンクタンク形状を楕円形へと改良することで車内のスペースを効率よく活用できるようになり、円筒形タンクの採用時と比べてタンクの容量は1.5倍に。なお、2022年までの70MPa圧縮の気体水素搭載時と比べると、2倍以上の水素搭載量（航続距離）となっている。

また、CO2回収装置も2023年以来搭載している。エアクリーナー入口にCO2を吸着する装置を、その隣にはエンジンオイルの熱によってCO2を脱離する装置を設置し、脱離したCO2は吸着溶液で満たされた小型タンクに回収されるようになっている。

2023年のスーパー耐久レース最終戦（富士スピードウェイ）では、装置内でのCO2の吸着と脱離の工程をメカニックが手動で切り替えていたが、今回は走行中にCO2吸着フィルターをゆっくり回転させることで、吸着と脱離の工程切り替えを自動で繰り返す機構を採用している。

なお、今回のスーパー耐久・富士24時間レースに出場する「ORC ROOKIE GR Corolla H2 Concept」には、豊田章男、佐々木雅弘、石浦宏明 、小倉康宏、近藤真彦、ヤリ・マティ・ラトバラ選手がステアリングを握ることになっている。

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Comments

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回りくどい事を書いてるが、現状で水素の精製に何が必要なのかコストも書かれてない。
一般に出回ってる水素の9割が化石燃料から作られてると言う事実も伏せている。