エンジンの熱エネルギーの再利用

質問

車のエンジンってものすごい発熱しますが、その熱って何か別のエネルギーに変換できないのでしょうか？

高価な家庭用給湯器はホンダのエンジンとかを積んでいて、エンジンを回した熱でお湯を作って回転エネルギーで電力を作っています。

自動車の場合は単に熱をラジエターで冷やして捨てているだけなのでしょうか？

アホな質問ですみません。なんか勿体無い気がしたので・・・。

回答No.11

paddrink · ベストアンサー

内燃機関の熱効率を高めるために、ダウンサイジング加給、燃料直接噴射、可変バルブタイミング、アトキンソンサイクル、ガソリンエンジンの圧縮比アップ等のアプローチを行ってきましたが、更なる熱効率の改善のために、廃熱の路用が注目されています。

BMWでは、ランキンサイクルや熱電素子を使用し、廃熱を電力エネルギーで回収する技術に注力しています。
２００５年頃、燃費を１５％改善する実験結果を発表しています。
また　BMW技術顧問　山根健氏が廃熱利用をテーマにセミナーも多数開かれています。

ランキンサイクルとは水を作動流体（エネルギの受け渡し役）として使う熱サイクルで水を熱し、その蒸気の勢いで羽車（風車のようなもの＝タービンともいう）を回すことで熱エネルギーを運動エネルギー（＝動力）に換えるものであり、その力で発電機を回し電気エネルギーに換えます。大きな発電所で使用さるランキンサイクルを自動車のエンジンルームに小型化して入れています。
古くはトヨタが１９９３年にカローラの冷却水を熱源にしてランキンサイクルの実験を行っていますが、本格的なものではなく、熱源の温度が低かったために燃費の改善効果は少なかったと思います。
ホンダが行った基礎実験では、ストリームにランキンサイクルを搭載し、得られた電力で後輪に搭載したモーターを駆動することで熱効率を約２９％から３２％に引き上げることに成功しています。
（一定速度での走行の場合）
http://www.jsme.or.jp/publish/kaisi/070105t.pdf

ホンダがF1に復帰すると言っていますが、そのエンジンにはランキンサイクルが搭載されるのではないかと噂されています。

廃熱を直接電気エネルギーに変換する技術では、東芝とBMWが共同で研究を行っています。
ゼーベック効果と呼ばれる現象で、温度の差が在れば電力を得ることができます。
ランキンサイクルのような駆動部や、空間が必要在りません。
車には排気管やブレーキ等の熱が在り、同時に冷却水、空気の流れなどの冷却要素も在ります。ゼーベック効果を利用した発電には好適な環境と言えます。

その他にも、熱音響エンジンの研究も行われています。
理論は１９９９年にアメリカで提唱されたと思いますが。
温度差を利用してパイプの中の空気が振動し共鳴周波数の音波が発生し、このとき中の気体が流路壁面と熱交換を行い、圧縮 → 加熱 → 膨張 → 冷却の熱力学的サイクルが生じます。神社等で樽の様な釜を七輪で熱していくと大きな音が鳴る「釜鳴り神事」と言うものが在りますが、同じ原理です。
このシステムも可動部が無く信頼性が高い有望な発電システムで在り、比較的温度差が少ない場合でも高い効率が期待できます。

原理は動画で

https://www.youtube.com/watch?v=tJQZibQyNyg

近い将来、ガソリンエンジンの車も、プリウスや電気自動車のように冬の暖房に不満が出る時代がくるかもしれませんね。

お礼

皆様、非常にたくさんのご回答を頂きましてありがとうございます！
熱エネルギーは低いとなかなか再利用しにくいのですね。

無駄なエネルギーの排出なので勿体無いなあと思っていましたが、No11さんの回答にあるように
きちんと研究されているところがあって安心しました！

こういうところが日本の地道な努力の特徴ですよね。
質問してよかったです。どうもありがとうございました！！

回答No.10

fxq11011

その熱を何に利用するかがポイント。
原則的には、低い温度の熱は利用しにくい（利用価値がない）らしいです。
排熱で暖房・・・排熱に対し暖房に必要な温度が十分に低く、場所的に近ければ可能だが。
ゴミ焼却の熱も動力として利用するにはやはり温度が低いらしいです。

回答No.9

hadronia

車の場合、走りますからね。

例え変換装置があったとしてもその分重量が増えると走りと燃費に悪影響が出ます
ハイブリッドカーとかはそこが高度で難しいと思います。

内燃機関を使っているうちは無理じゃないですかね？

回答No.8

chiha2525

熱に関しては、質問および他の方の回答どおりです。
同様の観点でいうなら、燃料電池（と電気モーター）が熱の出ないエンジンと言えます。燃料電池というのは水素Ｈと（空気中の）酸素Ｏをくっつけて、電気を発電するってやつです。将来的なクルマの動力の主流となると考えられているやつです。
これの水素Ｈをどこから供給するかってので、メタノールやらエタノールやらが多いのですが、ガソリンに入ってる水素を使うと、ちょうど発熱のないエンジンと言えるわけですね。

今の内燃機関にもどると、発熱は仕方ないけど排ガスってもったないねっていって、そういえばターボって排気を利用するから、これを上手く利用すれば熱効率が上げられるんじゃない？って考えが、今のスモールサイジング＋過給のクルマの根底にあります。

あと、内燃機関で一番熱効率の良いのは、船舶に使われているディーゼルの２ストエンジンだったと思います。

２ストもターボも、燃費の悪い代名詞みたいなイメージがあるので、意外ですよね。

回答No.7

ts3m-ickw

排熱の利用ってやってるところはやってるのです。
発電所で排熱を利用した2次発電機を回すとかね。
興味があれば「ガスコンバインドサイクル発電」とか調べてみてください。

実は同じように勿体なく思って実験したことがありました。
バイクのマフラーにペルチェ素子を貼り付けて温度差発電をしてみようと。
LEDを点灯させるくらいの発電はできました。

それを本格的にやった人たちの記事です。
実用化されるのが楽しみです。
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1305/09/news029.html

回答No.6

rosso2ch

車のエンジンって、発生するエネルギーの内、約30％位しか使ってないそうです。即ち残りの70％は、使われない熱として排出されているそうです。元は20％程だった効率を、何十年も掛けて少しずつ改選され、現在ようやく30％との事。これを40％の効率に上げられれば、ノーベル賞クラスの発見との記事もあります。素人が数字だけを見た感じ、想像をはるかに超えたもったいなさにびっくりですね。

回答No.5

rgm79quel

ラジエターで捨てている、暖房には使用している
という状態ですね。

冷却後の温度は、基本的に８５～９０度になるよう管理されています。
（基本的には、エンジンの金属の熱膨張がこの温度を前提に設計されています）

もったいないと私も思いますが
メーカーは研究はしているようです（おそらく１００年近く前から）
なかなか良い方策が見つからないようです。

回答No.4

TooManyBugs

暖房以外には使われませんね。

固定式の給湯器や発電所と違い自動車はスペース、重量に制限がありますから廃熱を回収するより捨ててしまった方が効率的です。回収できるエネルギーよりも回収装置を移動させるエネルギーの方が大きくなったり、乗車、積載できるスペースが無くなり自動車としての機能を果たせなくなります。

ちなみに普通の自動車の冷却水は100℃を超えています。

回答No.3

chie65536（@chie65535）

「移動体」の中にどうやってエネルギーを貯めるか、と言う問題が解決出来ない限り、ラジエターで冷やして捨てるしかないと思います。

熱でお湯を作っても、お湯を積んだ分だけ余計に重くなれば、余計に燃料を食ってしまうだけなので、熱を捨てた方が「トータルで得」です。

今のところ、一番勿体無くない方法は「熱を捨てる」なのです。

余った熱をどうこうしようと悩むより、燃料を研究して「点火すると、爆発力（燃焼膨張力）はガソリン並みだけど、熱が出ない燃料」でも開発した方が良いです。

回答No.2

spek

基本的に捨てているだけですね
暖房には使われてます

回答No.1

maiko0318

車のエンジンの発熱は大した発熱じゃないですよ。
ラジエターは水（不凍液）で冷やしていますが、100度にもなりません。

＞自動車の場合は単に熱をラジエターで冷やして捨てているだけなのでしょうか？
冬場、室内暖房には少し使われています。

自動車も捨てていますが、発電所も大量の熱を捨てています。
火力、原子力とも水を加熱し、蒸気にしてタービンを回しますが、
その後は冷やしてもう一度沸かしています。