Hielscher Ultralydsteknologi

Ultralydesomulsioner til vand-i-diesel forbrænding

Elgeneratorer, skibsmotorer og jernbanemotorer, som drives med diesel, kan køres mere effektivt, når der anvendes vand-i-diesel-emulsioner. Emulsionsbrændstoffer med vanddiesel reducerer brændstofforbruget, sænker forbrændingstemperaturen, brænder renere og reducerer emissionerne, såsom NOx og sod. Ultralydemulgering er en pålidelig, enkel og effektiv metode til at producere vand-i-diesel-brændstoffer af høj kvalitet.

Ultralydemulgering af vand-i-diesel

Vand-i-Diesel emulsioner (WiDE; W /D emulsionsbrændstof) er et modificeret dieselbrændstofalternativ, som indeholder op til 15 % vand. Også kendt som aqua-brændstof, i vand-diesel emulsioner, vanddråber er ultralyd emulgeret i den kontinuerlige diesel fase. Intens sonikering af væsker genererer akustisk kavitation. Kavitationelle forskydningskræfter forstyrrer dråbeog frembringer en homogen emulsion af de ellers ummiscible vand- og dieselfaser.

Vand-i-Diesel Emulsion

WiDE (W/D emulsion) defineres som blanding af de naturligt ummiscible væsker af vanddråber (spredt/intern fase) i diesel (kontinuerlig/ekstern fase). Et emulgerende agens tilsættes i lave koncentrationer for at forbedre emulsionernes stabilitet og sænke blandingsenergibehovet.

Tofaset emulsion

En tofaset emulsion beskriver blandingen af vand i diesel uden brug af noget overfladeaktivt stof. For en to-faset WiDE, vand og diesel fodring strømme er ultralyd emulgeret lige foran motoren. Ultralyd to-faset vand-i-diesel emulsion går direkte fra ultralyd flow-celle reaktor ind i forbrændingsmotoren. Uden overfladeaktive stoffer er emulsionen ikke lavet til opbevaring, men til direkte forbrænding.

Casestudy af vand-diesel emulsion Brændstof

Opsætningen

Ithnin et al. (2018) studied the effect of water-in-diesel emulsion fuel (WiDE) on a single cylinder, direct injection diesel engine. Water and diesel were stored in different units, from which they have been quantitatively transferred into a mixing system. The mixing system consisted in a combination of high shear mixer and ultrasonic homogenizer. The shear mixer provided a crude pre-mix of water and diesel, whilst the sonication was used for a fine-sized, uniform emulsion. The water-diesel emulsion was prepared with 5% water. The homogeneous WiDE fuel was directly transferred from the mixing system into the into the engine. The prepared WiDE fuel did not contain any surfactants, therefore being termed as a long-term unstable emulsion fuel (UW/D). The diesel engine was tested under four different load conditions (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) and with a constant speed of 3000 rpm. In order to compare the effects such as fuel performance and emissions, a surfactant-stabilized emulsion fuel (stable emulsion (SW/D)) and neat diesel fuel (D2) were also tested on the same engine. 5% of water is used for both unstable emulsion and stable emulsion.

Resultaterne

Motortesten viser, at vand-diesel emulsionbrændstof uden overfladeaktive (UW/D) resulterer i en betydelig forbedring af motoren med en 3,59% stigning i bremsetermisk effektivitet (BTE) og 3,89% reduktion i bremsespecifikt brændstofforbrug (BSFC) i forhold til pænt dieselbrændstof. Emulsionsbrændstofferne, både stabiliserede (SW/D) og ustabiliserede (UW/D), øgede motorens termiske effektivitet på grund af mikroeksplosionsfænomenet. Mikro-eksplosion fænomen forårsager en hurtig fordampning af emulgeret vanddråber. Da minut vanddråber er omgivet af olie, den intense fordampning proces forstyrrer dråbervoldsomt i meget fine partikler, som fremmer blanding af luft og brændstof. Dråbeafbrydelsen og blandingen med luft øger forbrændingseffektiviteten betydeligt.
Resultaterne viser, at begrebet produktion og overførsel af vand-diesel emulsion brændstof i realtid i motoren uden at bruge overfladeaktive virker meget godt. Den umiddelbare overførsel af den ultralydsfremstillede vand-dieselblanding eliminerer stabiliseringsproblemet for lagret emulsionsbrændstof samt afhængigheden af overfladeaktivt stof. Ustabilt vand-diesel emulsionbrændstof (UW / D) pålideligt fastholdt sin emulsion form uden at nå til sedimentering fase inden for 25sec (se billedet nedenfor).

Ultralydemulgering er en pålidelig metode til at producere emulgatorfri vand-i-diesel emulsionbrændstoffer.

Droplet behaviour of ultrasonically emulsified ater-in-diesel emulsion fuel over time a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s and d) 132 s. (magnification 1000×) – Ithnin et al. 2018

Sammenlignet med pænt dieselolie har vand-i-diesel-emulsionsbrændstoffet en betydeligt reduceret udstødningsemission af nitrogenoxider (NOx) og partikler (PM) med en gennemsnitlig reduktion på henholdsvis 31,66 % og 16,33 %.

Samlet set ultralydsforberedte emulsioner – uset er ustabilt eller stabiliseret af overfladeaktive stoffer – bidrage til at spare dieselolie og reducere udstødningsemissionerne.
Grønnere udstødningsemissioner og brændstofbesparelser med ultralyd!

Ultralyd emulgerede nanostørrelser vandbrændstofemulsioner. (Klik for større billede!)

Primær og sekundær forstøvning i sprøjteflamme af emulgeret brændstof.

Ultralydemulgatorer 3x UIP1000hdT til emulsioner til vand i diesel

3x UIP1000hdT ultralydemulsionssystem til vand-i-diesel emulsioner

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd Vand-i-Diesel
For:

  • jernbanelokomotiver
  • marine fartøjer
  • stationære el-generatorer

Ternary Fase Emulsion

En ternær fase emulsion, også kendt som tre-faseee emulsion, består i vand, olie og et overfladeaktivt stof. Under ultralydemulgering af vandet i dieselfasen tilsættes et overfladeaktivt stof. Emulgeringsmidlet forlænger emulsionsstabiliteten og giver mulighed for opbevaring af vand-i-diesel-diesel. W/D-emulsionsstabiliteten afhænger af emulgatoren, ultralydprocesparametrene og temperaturen. Med den rette kombination af overfladeaktive og sonikeringsparametre kan der opnås en betydelig langsigtet stabilitet af WiDE.

Installationen og retro-montering af en ultralyd emulgering system er enkel, sikker og billig. W/D emulsionsbrændstoffer kan anvendes i kombination med konventionelle dieselmotorer (f.eks. elgeneratorer, jernbanemotorer, skibsmotorer) uden ændringer.

Fordele ved Ultrasonic Diesel Emulsion Fuels

  • fin størrelse emulsion
  • variabelt vandindhold
  • med eller uden overfladeaktive stoffer
  • kort behandlingstid
  • let at installere
  • sikkert at betjene
  • lav investering, hurtig RoI
  • Lav vedligeholdelse
  • Let eftermontering
  • ingen ændringer af motoren

Hvad gør WiDE Brændstoffer mere effektive? – Mikroeksplosionsfænomenet

Emulsionsbrændstoffer til vand i diesel består i ophængte vandpartikler i en kontinuerlig dieselfase. Når de forbrændes, når de fine vanddråber i emulsionsbrændstoffet deres overophedede etape hurtigere end diesel og skaber en dampudvidelsesopløsning (spontan eksplosion) under forbrændingen, hvilket skaber meget fine partikler. På grund af det øgede overfladeareal af minutpartikler kombineret med indsiget luft, luft og brændstof blanding er væsentligt forbedret og øger dermed forbrændingseffektiviteten. (Ivanov, Nevedov 1965)

Højtydende Ultralydemulgeringssystemer

Hielscher Ultrasonics leverer højtydende ultralydsprocessorer til kontinuerlig produktion af emulsioner af høj kvalitet (nano-) emulsioner. Overlegen ultralydydeevne, robusthed og et lille fodaftryk gør Hielscher Ultrasonicators til det ideelle blandingssystem til vand-i-diesel emulsionsbrændstoffer. Hvis du vil producere emulsionsbrændsler til direkte indsprøjtning i en forbrændingsmotor eller stabile emulsionsbrændstoffer til opbevaring og senere forbrænding, har Hielscher Ultrasonics det mest velegnede setup til din applikation. Fra mindre ultralydsemulsionssystemer til integration i jernbanelokomotiver og indlandsskibe op til produktion af store vandbrændstofmængder til kraftværker og store marine fartøjer – vores klynger af ultralydsprocessorer giver mulighed for emulsionsbrændstofbehandling af ethvert volumen.
Udover høj ultralydsydelse, pålidelighed og robusthed, Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan styres og overvåges præcist. Temperatur- og tryksensorer overfører dataene til generatoren, hvor alle vigtige procesparametre såsom amplitude, net og total energi, temperatur og tryk registreres på et indbygget SD-kort. Den intelligente softwarekontrol gør det muligt at etablere og indstille nøjagtige procesparametre for et standardiseret emulsionsbrændstof af kontinuerligt høj kvalitet. Den kappeklædte ultralydsstrømsreaktor kan afkøles effektivt og gøre det muligt at behandle emulsionen ved bestemte temperaturer. Robustheden af vores ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved kraftig og krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Strømningshastighed Anbefalede enheder
0.5 til 4L/min. Uf200 ः t, UP400St
1 til 8L/min. UIP2000hdT
2 til 20L/min. UIP4000hdT
30 til 300L/min. UIP16000
større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, vandbrændstofemulgering og priser. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine emulsionskrav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyds homogenisatorer til dispersion, emulgering og celle ekstraktion.

High-Power ultralyd homogenisatorer fra Lab til Pilot og industriel skala.

Litteratur / Referencer

  • Ahmad Muhsin Ithnin; Wira Jazair Yahya; Mohamad Azrin Ahmad; Nur Atiqah Ramlan; Hassanuddin Abdul Kadir; Heller ikke Azwadi Che Sidik; Tsuyoshi Koga (2018): Emulgatorfri vand-i-diesel-emulsionsbrændstof: Dets stabilitetsadfærd, motorens ydeevne og udstødningsemission. Brændstof 215, 2018. 454-462.
  • Mohammed Yahaya Khan; Z. A. Abdul Karim; Ftwi Yohaness Hagos; A. Rashid A. Aziz; Isa M. Tan (2014): Aktuelle tendenser inden for vand-i-diesel-emulsion som brændstof. Det Videnskabelige Verdenstidsskrift 2014(17):527472.
  • Piotr Pacholski; Mariola Błaszczyk; Jerzy Sęk (2016): Emulgeret diesel som et alternativt brændstof. Tekniske spørgsmål 4/2016 s. 62-67.
  • V.M. Ivanov; P.I. Nefedov (1965): Eksperimentel undersøgelse af forbrændingsprocessen for naturlige og emulgeret flydende brændstoffer, NASA Tech. Transl. TIF-258, 1965.


Fakta Værd at vide

Aquafuels / Water-in-Diesel Brændstoffer

En emulsion er et flydende system bestående af to eller flere ummiscible væsker, hvor en eller flere faser (spredningfase) er fint spredt i den anden (kontinuerlig fase). Til vand – dieselolie emulsioner, vand er spredt som fine dråber i den kontinuerlige dieselbrændstof fase. Denne type emulsion er kendt som "water-in-fuel" emulsion eller som aquafuel.