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ビークルからモビリティへ。 電気自動車から電気自転車、そして自動車よりもはるかに小さい超小型モビリティ。 化石燃料からバッテリーにパラダイムシフトするとき、必要なことは既成概念に囚われない豊かな想像力だ。
LCCM住宅（ライフ・サイクル・カーボン・マイナス住宅）とは、ZEH（ネット・ゼロ・エネルギー・ハウス）よりさらに省CO2化を進めた先導的な脱炭素化住宅で、建設時、運用時、廃棄時において出来るだけ省CO2に取り組み、さらに太陽光発電などを利用した再生可能エネルギーの創出により、住宅建設時のCO2排出量も含めライフサイクルを通じてのCO2の収支をマイナスにする住宅です。 ※
V2Hとは、 電気自動車の電池を、 住宅の電池(ESS)にリユース することです。 電気自動車の 電池容量は、 40kWh程度とすれば、住宅の電池10kWhの4世帯分に相当します。
しかし安全に リユース するには、バッテリーのインスペクションが欠かせません。
航続距離は、電費×電池のエネルギー容量です。 たとえば、電費が7km/kWhで、電池が40kWhなら、航続距離は280kmとなります。
リチウムイオン二次電池の理論エネルギー密度は、580mWh/gです。 40kWhの 電池の重量は68kg。 一方21km/Lで280km走ろうとしたら、ガソリンは13L。ガソリンの密度は0.8kg/m3なので、10.4kg。だんぜんガソリンの方が軽くなります。
トヨタコムス（coms）マイクロモビリティ。ＢＥＶ。でも、充電に使う電気を、火力発電でまかなうとしたら、やっぱり 石炭を燃やし、 熱機関 で動力を得なければなりません。
| 分類 | 項目 | 説明 |
|---|---|---|
| 金属工業 | 鉄鋼 | 鉄道レール、鉄骨 |
| 非鉄金属 | 銅線、サッシ | |
| 金属製品 | ボルト、ナット | |
| 化学工業 | 化学製品 | 洗剤、 🚂 医薬品 、 🚂 肥料 |
| プラスチック製品 | ||
| 🚂 石油製品 | 🚂 灯油 | |
| ゴム製品 | タイヤ | |
| 機械工業 | 機械 | 産業用ロボット |
| 電化製品 | 🚂 冷蔵庫 、 🚂 テレビ | |
| 情報通信機器 | 📱 スマホ 、 💻 パソコン | |
| 電子部品 | 🚂 液晶パネル | |
| 輸送用機械 | 🚂 自動車 | |
| 食品工業 | 🚂 加工食品、飲料 | 🚂 ビール カップラーメン |
| 繊維工業 | 繊維、 🚂 衣服 | 🚂 シャツ 🚂 下着 🚂 靴下 |
| その他の工業 | 窯業 | ビン、ガラス、 🚂 食器 レンガ |
| 🏞 木材 | 椅子、 🚂 机（テーブル） 🏞 、 🚂 箪笥（たんす） | |
| 🚂 家具 | ||
| ◇ パルプ ・紙 | トイレットペーパー | |
| 印刷業 | マンガ本 🚂 本 🏞、 チラシ | |
| 皮 | 🚂 かばん 革靴、皮財布 | |
| 楽器・ 🚂 日用品 (JIS.S) | 🚂 ピアノ 、ギター、 電池 | |
| 建設・そのほか | 住宅、ビル、塔、橋、ダム |
いかなる工業製品もサプライチェーンをさかのぼってゆけば、 最後は地球上の資源にたどり着く。 どこかの鉱山で掘られた石か、農業あるいは狩猟採取によって殺した生き物か、そんなところから工業原料は出発する。
化学工業で生産される工業製品は、大雑把に計数ではなく、 計量できるモノと言っていいだろう。
製紙、鉄鋼、アルミニウム・・・はプロセス型、見込み生産。 自動車は組み立て型、受注生産。
| バーコード | ＱＲコード | ＲＦ-ＩＤ | |
|---|---|---|---|
| 用途 | 在庫管理（セルフレジ） | 在庫管理（ＱＲコード決済） | 在庫管理（セキュリティ） |
| センサー | スキャナ | スキャナ、カメラ | 受信装置 |
自動車部品の管理などにも応用。 薬品管理にも応用。
カンバン方式、５Ｓ、ＱＲコード。
アメリカでアメリカ人が作っても、日本人が設計した車は、日本車。 トヨタで日本人が作っても、Googleが設計した車は、アメリカ車。
日本の動きは「性急」どころか、世界の動きに今頃になって追いつこうとしている状況だ。 中国、米カリフォルニア州などは、ガソリン車・ディーゼル車の新車販売を2030～2040年ごろに禁止する政策を数年前から検討し、打ち出している。 ヨーロッパでも、先頭を走るノルウェーは、2025年までにガソリン車・ディーゼル車の新規販売を禁止する。 イギリスは、これまで、ガソリン車新車販売禁止の時期を2035年としてきたのだが、2020年11月に計画を5年早め、2030年に前倒しした。 注目すべきなのは、日本では「電動車」に含まれているハイブリッド車（HV）に関しても2035年には新車販売が禁止されることだ。 EV化の面で日本は遅れている。ＥＶ推進を加速する一方で、ハイブリッド車に頼った環境対策からの卒業、いわば「卒HV」が急務になっている。 世界ではガソリン車とともにハイブリッド車も禁止される方向にある。 仮に、日本市場ではハイブリッド車販売が今後も認められたとしよう。 だが、世界市場のわずか5%に過ぎない日本市場でハイブリッド車を売っていても、日本の自動車メーカーが競争力を維持していくことはまず不可能である。
日本車があぶないより引用
自動車の材料のうち７割が鉄鋼、 ２割が非金属材料、１割が 非鉄金属です。 リサイクルで資源を有効活用しましょう。
| 金属材料 | 非金属材料 | 複合材料 | ||
|---|---|---|---|---|
| 鉄鋼材料 | 非鉄金属材料 |
セラミックス ガラス |
高分子 🏞 ゴム |
|
|
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
|
金・銀
・
銅
マグネシウム
ニッケル
チタン
亜鉛
|
🏞
石材
|
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
鉄筋コンクリート
金属強化セラミックス
|
|
材料は、その材質の違いにより金属材料と非金属材料に分類されます 1 ) 。
狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の 物質を指すことがあります。
純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。
日本の産業革命 とも言える明治時代に発展した 繊維産業 を支えた機械産業は、自動車産業へと発展を遂げました。
明治44年、トヨタグループの創始者・豊田佐吉が自動織機開発のための実験工場として「豊田自働織布工場」を名古屋に開設しました。その工場が旧豊田紡織（株）本社工場となり、さらに（株）豊田自動織機製作所やトヨタ自動車工業（株）の設立総会が開催された、トヨタグループ発祥の記念すべき場所です。そこに、大正時代の赤レンガ造りの工場建屋がそのまま残されてきましたのでそれらを貴重な産業遺産として保存するとともに、産業技術記念館として活用しています 2 ) 。
| 機能 | 区分 | 部品 | 働き |
|---|---|---|---|
| 走る | 動力発生装置 | エンジン（ガソリン・ディーゼル）、モーター、ECU * 、 電池 | |
| 動力伝達装置 | クラッチ、変速機 | ||
| 走行装置 | 車軸、ホイール、タイヤ、フレーム | ||
| 懸架装置 | スプリング、ショックアブソーバ、リンク機構 | ||
| 曲がる | 舵取り装置 | ステアリング | |
| 止まる | 制動装置 | ブレーキ | |
| 支える | 車体・その他 | ボデー、外装、内装、（ガラス、ランプ、メータ）・その他 |
自動車はさまざまな部品から成り立ちます。 自動車 タイヤ ボディ 鉛電池 エンジン シャシ・・・ エンジンは鋳造で作りマシニングで仕上げます。キノコバルブは鍛造で作ります。 各種部品は CADや CAEで設計されます。
タイヤは、 天然 ゴム、合成ゴム、硫黄、炭素をニーディングして、 スチールのワイヤーとともに型に入れて成型して作ります。
自動車は数多くの部材からなる。 無機工業化学で取り上げてきた、 化学薬品、 電気化学化成品、 鉄鋼、 非鉄金属、 セラミックス、 繊維を材料とする自動車部品をひとつ取り上げ、自動車の燃費向上のため材料をどのように改善するのがよいか議論せよ。
鋳造は鋳型に溶かした金属を流し込んでカタチを作る方法です。 鋳造 鍛造 研削 表面処理
鋳型は3DCADで設計します。 鋳造は有限要素法でシミュレーションします。
材料を３次元的な形状を持つに加工する方法には機械加工、鍛造、鋳造などの方法がある。 このうち鋳造は、金属の可融性を利用して、作ろうとする製品と同じ形状に作られた空洞部に、 溶かした金属を流し込んで固めてつくる方法である。 鋳造法の代表的な種類として砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、インベストメント鋳造法、ダイカストなどがある。 このうちシェルモールド鋳造法は、熱硬化性の合成樹脂を被覆した鋳型砂を加熱した金型に振りかけ、硬化させて鋳型を作る寸法精度の高い方法である。
| 🧪 化学 | ⚡ 電力 | 💪 動力 | 🌟 光 | 🔥 熱 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 🧪 化学 | 化学反応 |
👨🏫
二酸化炭素センサー
湿度センサー
|
◇ 鉄砲 （火薬） | 👨🏫 化学発光 | ◇ 暖炉 ◇ 燃料 |
|
⚡電力
eV, FE |
◇ 蓄電池 （電解） | 変電、 インバータ |
◇
モーター
5
)
🔊スピーカー |
◇ ＬＥＤ |
◇
ヒーター
Q=I2R |
| 💪動力
pV |
◇ 高圧合成 |
👨🏫
発電機
🎤マイク |
リンク、カム | ◇応力発光 | 👨🏫 ヒートポンプ pV=nRT |
|
🌟光
hν |
◇ 光合成 銀塩写真 |
👨🏫
太陽電池 イメージセンサー |
◇蛍光 | ◇ 電子レンジ | |
|
🔥熱
RT |
◇ 加熱合成 | 👨🏫 熱電変換 温度センサー |
👨🏫
🚂
熱機関
pV=nRT |
◇
白熱電球
（ 黒体放射） |
オットーサイクル、 ディーゼルサイクル オットーサイクルでは圧縮比を上げることでエネルギー変換効率が上がりますが、 ノッキングを起こすとエンジンが壊れてしまいます。 そこでオクタン価の高いハイオクガソリンを使います。
| 向き | 熱サイクルの種類 | 性質や特色 | 応用例 | |
|---|---|---|---|---|
| 温度差 ⇒ 力学 | カルノーサイクル 7 ) 8 ) | 理論・受験（完全気体を仮定するので、計算が容易） | ||
| オットーサイクル | 火花点火式式容積型 内燃機関 （燃料＝ガソリン、プロパン、水素） （作動流体＝排気ガス＝二酸化炭素、水） | 自動車（ガソリンエンジン） タクシー（プロパンガスエンジン）、水素自動車（水素エンジン） | ||
| ディーゼルサイクル | 圧縮着火式容積型 内燃機関 （燃料＝軽油） （作動流体＝排気ガス＝ 二酸化炭素 、水） | バス・船（ディーゼルエンジン） | ||
| ランキンサイクル | 実在流体サイクル （流体＝水、 冷媒 ） | 蒸気機関・ 火力発電 9 ) ・原子力発電 | ||
| ブレイトンサイクル | オープンサイクル：燃料＝（灯油、軽油、化石燃料） クローズドサイクル：作動流体＝（ヘリウム） | 火力発電、複合発電 （タービンエンジン）・ジェット機（ジェットエンジン） * | ||
| アトキンソンサイクル | ||||
| クラウドサイクル | ||||
| スターリングサイクル | 外燃機関 | |||
| 力学 ⇒ 温度差 | 逆ランキンサイクル | 作動流体： 冷媒 （有機流体） | ヒートポンプ * （ 🚂 エアコン 10 ) 、冷蔵庫）・冷凍機 | |
| リンデサイクル 11 ) | 液化、酸素の製造 |
熱サイクルにはいろいろな種類があります 12 ) 。 エアコンや冷蔵庫の作動流体である冷媒は、 温室効果ガスになります。
効率化のために燃料にアンチノック剤などを添加
バイオマス燃料などが使える。
運転時の環境への懸念
廃棄時の環境への懸念
オットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンサイクル、アトキンソンサイクル、冷凍サイクルからひとつ選び、ｐＶ線図とＴＳ線図の概形とカルノーサイクルとの違いについてノートに書いて写真に撮り、ｊｐｇ形式でアップロードしなさい。
オクタン価とセタン価について述べ、ハイオクガソリンをレギュラーエンジンに給油したときどうなるか議論せよ。
２０２４年１月２１日 松木健三名誉教授がご逝去されました。
