水素利用技術集成　Vol.7～水素燃焼技術～

大好評の『水素利用技術集成』シリーズ第7弾！

• 持続可能なエネルギーの未来へ！脱炭素社会を支える水素燃焼技術の最前線！
• 燃焼による水素利用の基礎から応用までを網羅的に解説！
• これからの水素社会の実現に向けた一助となる1冊！

主な目次と執筆者

■監修者　首藤　登志夫（東京都立大学）

■主な目次
序 章　燃焼による水素利用の意義と展望
第1章　水素を用いた燃焼の基礎
第2章　水素燃焼バーナおよびボイラ
第3章　水素ガスタービン
第4章　水素を用いたエンジン
第5章　水素とアンモニアを利用した燃焼技術
第6章　その他の水素燃焼関連技術

詳細目次

水素利用技術集成　Vol.7　～水素燃焼技術～

序章　燃焼による水素利用の意義と展望　 (首藤　登志夫)
1 ．水素利用の意義と燃焼
2 ．熱源を目的とした水素利用
3 ．発電を目的とした水素利用
4 ．動力を目的とした水素利用
5 ．合成燃料としての水素と燃料改質
6 ．燃焼による水素利用の展望

第1章　水素を用いた燃焼の基礎
________________________________________
第1節　水素予混合層流および乱流火炎の燃焼速度と伝播特性　(北川　敏明)
1 ．はじめに
2 ．予混合層流火炎
3 ．予混合乱流火炎
4 ．おわりに
第2節　水素燃焼における発光のメカニズム　 (松木　亮)
1 ．はじめに
2 ．水分子の輻射による赤外発光
3 ．紫外領域の化学発光
4 ．可視発光と青い連続帯
5 ．その他の発光
6 ．おわりに
第3節　水素微小火炎の燃焼と制御 　(中原　真也)
1 ．はじめに
2 ．水素混合気の微小火炎の燃焼速度特性
3 ．希釈ガスの影響
4 ．炭化水素の影響
5 ．微小火炎の燃焼特性の制御
第4節　水素火炎ジェット点火法における燃焼の特性と制御　　(鬼頭　俊介)
1 ．はじめに
2 ．水素火炎ジェット点火法とは
3 ．燃焼室
4 ．燃焼過程の比較
5 ．ノズル径の影響
6 ．希薄混合気に対する効果
7 ．おわりに
第5節　メタン・水素予混合火炎の自発光強度と燃焼速度　 (山本　和弘)
1 ．はじめに
2 ．デジタルカメラによる自発光強度の取得方法
3 ．実験装置および実験条件
4 ．実験結果および考察
5 ．おわりに
第6節　対向流火炎を用いたメタン・水素混合気燃焼でのNOx 排出特性　　(中村　祐二)
1 ．はじめに
2 ．解析モデル
3 ．結果および考察
4 ．おわりに

第2章　水素燃焼バーナおよびボイラ
________________________________________
第1節　水素燃焼バーナの基礎特性　(石井　一洋　　髙嶋　洋平)
1 ．水素燃焼バーナを取り巻く環境
2 ．バーナ利用時に考慮すべき水素の燃焼特性
3 ．低NOx 水素燃焼バーナ
4 ．水素燃焼バーナの大容量化
5 ．まとめ
第2節　低NOx を実現する水素バーナの開発　 (藤本　貴之　　棚橋　尚貴)
1 ．背景・課題
2 ．開発の経緯
3 ．開発の概要
4 ．試験設備概要
5 ．試験結果
6 ．今後の展望
第3節　水素燃焼機器の開発　　 (今田　雄司　　長谷川　修磨)
1 ．水素バーナ
2 ．水素燃料を利用した温風発生装置の開発
3 ．温風発生装置「ハイドロヒート」
第4節　水素専焼小型貫流蒸気ボイラの開発　 (竹本　真典)
1 ．はじめに
2 ．製品概要と特長
3 ．開発の背景と技術ポイント
4 ．水素燃料ボイラの実際の導入において
5 ．今後の取り組み
第5節　水素専焼・混焼対応ボイラにおける低NOx 燃焼技術と安全対策
(田中　良知　　橋本　賢吉　　尾野　篤志)
1 ．はじめに
2 ．水素専焼小型貫流ボイラ「ウィルヒート」
3 ．水素専焼・混焼大型貫流ボイラ「イフリート」
4 ．水素30 vol % 混焼追焚バーナ付排熱ボイラ
5 ．おわりに

第3章　水素ガスタービン
________________________________________
第1節　ガスタービン燃焼器を想定した乱流燃焼シミュレーションと
水素燃焼への応用　 (大島　伸行)
1 ．ガスタービン燃焼器を想定した水素燃焼場の基本特性
2 ．火炎近似モデルに基づく燃焼場予測
3 ．詳細反応解析による燃焼振動予測
4 ．まとめ
第2節　水素混焼ガスタービン燃焼器で発生する燃焼振動 　(上道　茜)
1 ．はじめに
2 ．燃焼振動とは
3 ．国内外における研究・技術動向
4 ． 本研究グループでの水素混焼条件下における燃焼振動の研究紹介
5 ．まとめ
第3節　ドライ方式低NOx 水素専焼ガスタービンの技術開発
(堀川　敦史　　Daniel Kroniger)
1 ．水素利用ガスタービンの燃焼技術
2 ．水素利用ガスタービンの研究開発・技術実証例

第4章　水素を用いたエンジン
________________________________________
第1節　水素エンジン
第1項　高効率水素エンジンの燃焼技術 　(飯島　晃良)
1 ．はじめに
2 ．内燃機関の熱効率に関係する水素の性質
3 ．水素エンジンの高効率化
4 ．おわりに
第2項　ポート噴射式水素エンジンの高出力化と諸特性 　(長沼　要)
1 ．噴射形式の違いによる理論的出力性能
2 ．水素エンジンの歴史と最高出力向上
3 ．研究開発事例
4 ． まとめ，今後の性能向上アイテム(system），過給，水噴射，EGR，NOx後処理
第3項　直噴水素エンジンの熱効率向上とNOx 生成低減 　(三原　雄司)
1 ．はじめに
2 ．研究用機関と水素直接噴射弁
3 ． 直接噴射式水素PCC 燃焼の特徴と性能(噴孔径と燃焼室形状が熱効率とNOx 低減に与える影響
―噴流形状と伝播火炎特性の可視化による要因解明―）
4 ． 直接噴射式水素PCC 燃焼の特徴と性能
(噴流形状が噴射圧力の低圧化に伴う機関性能に与える影響）
5 ．おわりに
第4項　水素エンジン用新噴射技術の開発 　(武田　啓壮)
1 ．はじめに
2 ．開発の狙い
3 ．水素噴流噴射コンセプト
4 ．おわりに
第2節　火花点火エンジンにおける水素混焼
第1項　 舶用・陸用の発電向け副室火花点火式天然ガスリーンバーンエンジンへの
水素混焼・専焼レトロフィット技術開発 　(市川　泰久)
1 ．はじめに
2 ．エンジン利用の観点からのメタン／水素混合燃料の特性
3 ．実験エンジンと水素供給レトロフィットシステム
4 ．水素燃料利用時のエンジン特性
5 ．まとめ
第2項　メタンを用いた燃料改質エンジンシステム 　(壽　和輝)
1 ．燃料改質による排熱回収エンジンシステム
2 ．メタン水蒸気改質
3 ．メタンを用いた燃料改質エンジンシステム
4 ．実験結果および考察
第3項　含水エタノールを用いた燃料改質型水素混焼エンジンシステム
(白川　雄三　　島田　敦史　　石川　敬郎)
1 ．バイオエタノールの燃料改質型水素混焼エンジンシステム
2 ．燃料改質型水素混焼エンジンシステムの構成と効果
3 ．含水エタノールの燃料改質による水素製造
4 ．含水エタノールを用いた燃料改質型水素混焼エンジンシステムの実験的評価
5 ．おわりに
第3節　圧縮着火エンジンにおける水素混焼
第1項　水素混焼エンジンの水素供給による燃焼位相制御
(島田　敦史　　助川　義寛　　熊野　賢吾　　後藤田　龍介　　川村　徹　　渡邊　浩之)
1 ．水素供給による燃焼位相制御の目的
2 ．ディーゼル水素混焼エンジンの概要と検討方法
3 ．燃焼位相制御の検討結果
4 ．リアルタイム燃焼位相検知
5 ．まとめ
第2項　水素・ディーゼル混焼エンジンの燃焼プロセスの解析
(上野　尊史)
1 ．水素・ディーゼル混焼エンジンの概要
2 ．実験装置および実験条件
3 ．解析手法
4 ．実験および解析結果
5 ．解析結果の詳細分析
6 ．まとめ
第3項　水素・軽油混焼エンジン発電機の開発　　(川畑　健太郎　　藤江　勝之)
1 ．はじめに
2 ．水素混焼エンジン発電機の概要
3 ．開発目標
4 ．評価方法
5 ．評価結果
6 ．おわりに

第5章　水素とアンモニアを利用した燃焼技術
________________________________________
第1節　工業加熱炉でのアンモニアの直接燃焼利用 　(赤松　史光)
1 ．はじめに
2 ．エネルギーキャリアとしての水素・アンモニア
3 ．工業炉でのアンモニア直接燃焼利用
4 ．二段燃焼によるNOx 低減
5 ．結　言
6 ．おわりに
第2節　アンモニア・水素混焼エンジンシステム 　(雑賀　高)
1 ．はじめに
2 ．エンジン燃料としてのアンモニアの導入
3 ． アンモニア分解による水素生成
4 ．アンモニア・水素混焼エンジンシステム
5 ．おわりに
第3節　アンモニア/水素混焼火花点火機関の性能予測
(荒木　幹也　　市川　彩　　ゴンザレス・ファン　　神原　信志)
1 ．はじめに
2 ．実験装置および方法
3 ．燃焼期間および安定運転限界
4 ．効率要素への分解と図示熱効率再構成
5 ．おわりに
第4節　次世代船舶エンジンに向けた水素・アンモニア燃焼特性　(田上　公俊)
1 ．はじめに
2 ．実験装置および実験手法
3 ．実験条件
4 ．結果および考察
5 ．おわりに
第5節　アンモニアガス・水素ガスの燃焼処理技術開発の紹介
(長谷川　宏樹　　石丸　久志)
1 ．はじめに
2 ．蒸発ガスの燃焼処理
3 ．燃焼処理技術開発
4 ．まとめと今後の課題

第6章　その他の水素燃焼関連技術
________________________________________
第1節　水素燃焼式過熱水蒸気発生装置の開発と工業利用
(志村　英輝　　田中　亮太郎　　増田　真之)
1 ．はじめに
2 ．水素燃焼での過熱水蒸気発生について
3 ．13A 都市ガス燃焼の過熱水蒸気発生について
4 ．試験実施例と今後の展望について
第2節　水素燃焼で生成する高温過熱水蒸気を用いた粉末活性炭吸着
PFAS分解処理技術の開発 　(大山　将)
1 ．はじめに
2 ． 水素燃焼で生成する高温過熱水蒸気を用いた分解処理技術および試験装置
3 ． PFOS 等のPFASを吸着した粉末活性炭スラリーの分解処理試験方法
4 ．分解処理試験結果
5 ．まとめ
6 ．おわりに
第3節　水素炎燃焼炉を利用した陶磁器焼成 　(榊原　一彦　　立木　翔治)
1 ．はじめに
2 ．実験方法
3 ．実験結果および考察
4 ．おわりに
第4節　水素調理を実現する水素コンロの開発 　(福田　峰之)
1 ．はじめに
2 ．水素コンロ開発の経緯
3 ．水素調理の特徴
4 ．水素コンロ向け燃焼技術の概要
5 ．安全対策
6 ．ウォーターオーブンレンジと水素コンロ
7 ．水素コンロの開発と種類
8 ．要件定義と設計
9 ．技術の先進性
10．今後の課題と展望
11．おわりに
第5節　水素を用いた溶接・切断技術 　(吉田　佳史)
1 ．はじめに
2 ．ガス切断用水素系燃料ガス
3 ．ガス圧接用水素系燃料ガス
4 ．アーク溶接用水素混合シールドガス
5 ．おわりに
第6節　水素ガス分析計の開発 　　(Lamas Jorge　　都留　智子)
1 ．水素ガス測定のアプリケーション
2 ．現状のH? 分析計
3 ．ガス分析計に求められる性能
4 ．水素ガス分析計の設計目標
5 ．川崎重工業(株)での使用事例

※ 本書に記載されている会社名，製品名，サービス名は各社の登録商標または商標です。
なお，必ずしも商標表示（® ，™）を付記していません。

著者紹介

監修者・執筆者一覧（敬称略）
［監　修］
首藤登志夫　　東京都立大学名誉教授

［執筆者］（掲載順）
首藤登志夫　　東京都立大学名誉教授
北川　敏明　　九州大学　大学院工学研究院　教授
松木　　亮　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　安全科学研究部門　主任研究員
中原　真也　　愛媛大学　大学院理工学研究科　教授
鬼頭　俊介　　豊田工業高等専門学校　教授
山本　和弘　　名古屋大学　大学院工学研究科　准教授
中村　祐二　　豊橋技術科学大学　大学院工学研究科　教授
石井　一洋　　横浜国立大学　大学院工学研究院　教授
髙嶋　洋平　　三菱重工パワーインダストリー株式会社　プロジェクト事業部ボイラ技術部ボイラ技術課　課長
藤本　貴之　　中部電力株式会社　技術開発本部先端技術応用研究所先端技術ソリューショングループ
棚橋　尚貴　　中部電力株式会社　技術開発本部先端技術応用研究所先端技術ソリューショングループ　研究主査
今田　雄司　　日工株式会社R&Dセンター技術開発部　次長
長谷川修磨　　日工株式会社R&Dセンター技術開発部開発１課
竹本　真典　　三浦工業株式会社CN事業推進部　部長
田中　良知　　川重冷熱工業株式会社　技術総括室開発部　参与
橋本　賢吉　　川重冷熱工業株式会社　技術総括室開発部　参与
尾野　篤志　　川重冷熱工業株式会社　技術総括室ボイラ技術部　主事
大島　伸行　　北海道大学　大学院工学研究院機械・宇宙航空工学部門　特任教授
上道　　茜　　山口大学　大学院創成科学研究科　准教授
堀川　敦史　　川崎重工業株式会社　技術開発本部技術研究所エネルギーシステム研究部　部長
Daniel　Kroniger　　川崎重工業株式会社　技術開発本部技術研究所エネルギーシステム研究部研究一課　課長
飯島　晃良　　日本大学　理工学部　教授
長沼　　要　　金沢工業大学　工学部　教授
三原　雄司　　東京都市大学　総合研究所　教授
武田　啓壮　　千葉大学　客員教授／（元）トヨタ自動車株式会社
市川　泰久　　国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所海上技術安全研究所
環境・動力系動力システム研究グループ　主任研究員
壽　　和輝　　ヤンマーホールディングス株式会社　技術本部中央研究所基盤技術研究センター
燃焼グループ　グループリーダー
白川　雄三　　株式会社日立製作所　研究開発グループ環境・エネルギーイノベーションセンタ
環境システム研究部　研究員
島田　敦史　　株式会社日立製作所　研究開発グループグリーン＆コネクティブイノベーションセンタ
グリーンパワーエレクトロニクス研究部　主任研究員
石川　敬郎　　株式会社日立製作所　研究開発グループ環境・エネルギーイノベーションセンタ環境
システム研究部　主任研究員
助川　義寛　　株式会社日立製作所　研究開発グループグリーン＆コネクティブイノベーションセンタ
コネクティブドライブシステム研究部
熊野　賢吾　　株式会社日立製作所　研究開発グループ環境・エネルギーイノベーションセンタ
環境システム研究部　ユニットリーダ主任研究員
後藤田龍介　　株式会社日立製作所　インダストリアルAIビジネスユニット水・環境事業統括本部
環境事業部　事業部長
川村　徹　　　株式会社日立製作所　デジタルシステム＆サービス社会ビジネスユニット
インフラ制御システム事業部発電・送変電制御システム本部原子力制御システム設計部　主任技師
渡邊　浩之　　株式会社日立製作所　インダストリアルAIビジネスユニット
水・環境事業統括本部環境事業部情報システムエンジニアリング部　グループリーダ主任技師
上野　尊史　　ヤンマーホールディングス株式会社　技術本部中央研究所基盤技術研究センター
川畑健太郎　　デンヨー株式会社　研究開発部第二課　課長
藤江　勝之　　デンヨー株式会社　研究開発部第一課　課長
赤松　史光　　大阪大学　大学院工学研究科機械工学専攻　教授
雑賀　　高　　工学院大学名誉教授
荒木　幹也　　群馬大学　大学院理工学府電子・機械部門機械プログラム　教授
市川　彩　　　群馬大学　大学院理工学府理工学専攻知能機械創製理工学領域
ゴンザレス・ファン　　群馬大学　大学院理工学府電子・機械部門機械プログラム　准教授
神原　信志　　岐阜大学　工学部　副学長/教授
田上　公俊　　大分大学　理工学部　教授
長谷川宏樹　　ボルカノ株式会社　開発本部研究開発部グリーン戦略室　理事/室長
石丸　久志　　ボルカノ株式会社　開発本部　執行役員/開発本部長
志村　英輝　　中外炉工業株式会社　開発本部商品開発部開発技術２課　課長
田中亮太郎　　中外炉工業株式会社　開発本部商品開発部開発技術２課　課長補佐
増田　真之　　中外炉工業株式会社　開発本部商品開発部開発探索課　係長
大山　将　　　株式会社鴻池組　技術研究所　大阪テクノセンター所長
榊原　一彦　　あいち産業科学技術総合センター
立木　翔治　　あいち産業科学技術総合センター
福田　峰之　　株式会社H2＆DX社会研究所　代表取締役
吉田　佳史　　岩谷産業株式会社　中央研究所営業技術担当　部長
Lamas Jorge　　株式会社堀場製作所　ガス流体計測開発部
都留　智子　　川崎重工業株式会社　航空宇宙システムカンパニー航空エンジンディビジョン
エンジン技術総括部エンジン技術開発部エンジン熱技術課　課長