三菱重工、产综研：以纯氢为燃料的氢燃料发动机燃烧试验

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摘   要：日本三菱重工集团旗下的MHIET公司与产业技术综合研究所展开合作研究，以贫燃气体发动机GSR系列为基础进行了运行试验，明确了纯氢燃烧和预混合方式下的稳定燃烧条件，并计划在2030年将1MW级的氢燃料发动机投入实际使用以实现氢能利用。

关键字：纯氢燃料、氢燃料发动机、燃烧试验、稳定燃烧条件、多缸发动机、氢能利用、独立供电系统

三菱重工集团旗下的Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd.（以下简称“MHIET”）公司与产业技术综合研究所（以下简称“产综研”）展开合作研究，对氢燃料发动机进行了运行试验。

在产综研福岛可再生能源研究所（福岛县郡山市）安装了由MHIET公司制造的四冲程往复式发动机“GS6R2～GS16R2”系列（活塞直径170mm×冲程220mm）的改良版单缸发动机。通过试验发现了利用纯氢实现稳定燃烧而不产生CO₂的条件。

（图片来自网络）

MHIET公司和产综研从2019年开始共同致力于氢燃料发动机的燃烧研究。

MHIET公司和三菱重工的综合研究所利用氢燃烧技术以及在工业用柴油机和天然气发动机方面的知识来设计和制造氢燃料发动机，探究燃烧条件并评估和分析试验数据。

产综研基于开发大规模发电用高功率 · 高热效率 · 低NOx（氮氧化物）氢燃料发动机燃烧技术的实际成果，负责氢燃料发动机的供氢设备和试验台的构建以及装置运转的数据采集。

氢气具有可燃范围广、燃烧速度快的特征，但也存在容易产生逆火、爆震^注1）等异常燃烧的问题。本次试验以MHIET公司目前正在销售的贫燃气体发动机GSR系列为基础，根据氢气的燃烧特性，对氢燃料供给方法、点火方法、供气阀关闭时间、空气过剩率等进行了重新评估，从而明确了纯氢燃烧和预混合方式下的稳定燃烧条件。

本次成功进行了以六缸换算计为最高340kW和以16缸换算计为最高920kW的试验运行。基于此结果，旨在通过收集和获取试验数据来开发多缸发动机，并在2030年将1MW（1,000kW）级的氢燃料发动机投入实际使用以实现氢能利用。

今后，MHIET公司将提供一种分散型能源解决方案，该方案通过将2019年发布的三重混合动力自持式供电系统^注2）的发电设备“EBLOX”中使用的燃气发动机驱动型发电机改为氢燃料发动机，完成了利用太阳能发电+电池+氢燃料发动机的不排放CO₂的独立供电系统，为实现未来的脱碳社会和稳定的能源供给做出贡献。

注1：逆火是指火逆流回发动机进气侧的现象，会导致发动机进气系统的损坏。爆震是指在点火时间过早或压缩比过高的情况下，混合气自燃导致气缸内压急剧升高，产生撞击声和振动并损坏发动机内部零件。

注2：通过太阳能等可再生能源发电与往复式发动机发电和蓄电池的组合，来实现最佳稳定控制的系统。

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翻译：李释云

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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