油／水乳化によるNOx低減

窒素酸化物（NO_x)は、人体や環境の健康に直ちに危険を及ぼすことが知られている。移動式および定置式のディーゼルエンジンとガソリンエンジンが、世界的なNO_x 排出を削減する。燃料を水で乳化させることで、NO_x 排出量を削減する。超音波乳化は、微細な燃料/水エマルジョンを生成するための効果的な手段である。

自動車、トラック、航空機、発電機、フォークリフト、空調設備、ボイラーから発生する。 大量の粒子状物質（PM）とNO_x 石油製品の燃焼によるもの。NO_x 一酸化窒素（NO）と二酸化窒素（NO）の混合物を指す。₂)だけでなく、N₂O, NO₃, N₂O₄ とN₂O₅.一酸化窒素と二酸化窒素 低濃度オゾン、スモッグの原因 環境規制は、大気汚染物質の排出を規制するものである。環境規制は、次のような方法で大気汚染物質の排出に対処している。 制限強化.エンジンの排出ガスには二酸化硫黄（SO₂)燃料中の硫黄化合物の結果である。この問題は、水素化脱硫や 超音波脱硫装置.

燃料/水エマルジョンでの走行

ここ数年の間に、多くの研究がなされてきた。 NOに対する水の影響_x 排出レベル。1:1から19:1までの様々な燃料:水の容積比が燃焼特性について試験された。ほとんどの場合，乳化安定化のために1～2体積％の界面活性剤が添加された。

燃焼の背景

燃料の燃焼により、熱エネルギーと機械エネルギーが発生する。機械的エネルギーは、推進力や発電のためにピストンやタービンを駆動するのに使われる。ほとんどのエンジンでは、熱エネルギーは利用されない。その結果、熱力学的効率が低下する。

NO_x 燃料の燃焼プロセスから生じるのはNOである。NOは主に大気中の窒素（N₂).燃料に水を加えると、水の蒸発により燃焼温度が下がる。燃料-水エマルジョン中の水が蒸発すると、周囲の燃料も気化する。これにより燃料の表面積が増加する。温度が下がり、燃料の分布が良くなることで NOの生成量の低下_x.

超音波乳化

燃料の燃焼に水を導入すると、次のような効果があることが多くの研究で示されている。 を下げる。_x 排出量.水は、2つの方法で燃料/水エマルジョンを形成することによって添加することができる：

• 安定しない： 噴射前の燃料への水のインライン乳化
• 安定した： ドロップイン代替燃料として使用される安定した燃料/水エマルジョンの製造

キャンフィールド（1999年） をまとめた。_x 水やその他の添加物の使用による削減：

• 非安定化エマルジョン
  • 加水率10〜80
  • ノー_x によって削減された： 4〜60
• 安定化エマルジョン
  • 加水率25から50
  • ノー_x によって削減された： 22～83

エマルジョン

エマルジョンとは、一般に 混じり合わない液体 (相）、例えば油と水。乳化の過程で、分散相（例えば水）が液相（例えば油）に導入される。乳化には ハイシアー分散相の粒子径（＝液滴径）は小さくなる。粒子径が小さいほど、生成されるエマルションは安定する。界面活性剤や安定剤の導入により、さらなる安定性を得ることができる。 上の図をクリック モーターオイル(Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Germany)に10%の水を超音波乳化させた結果をご覧ください。この研究は ベーレントとシューベルト (2000).

超音波

液体を高強度で超音波処理する場合、液体中に伝播する音波は、周波数によって異なる割合で、高圧（圧縮）と低圧（希薄化）を交互に繰り返します。低圧サイクルの間、高強度の超音波が液体中に小さな真空の気泡または空隙を作る。気泡がエネルギーを吸収できない体積に達すると、高圧サイクルの間に激しく崩壊する。この現象はキャビテーションと呼ばれる。爆縮の間、局所的に非常に高い温度（約5,000K）と圧力（約2,000気圧）に達する。また、キャビテーション気泡の爆縮により、最大速度280m/sの液体ジェットが発生する。

超音波には、以下のような効果があることが証明されている。 非常に均質なエマルション による油中水（w/o）および水中油（o/w）。 ハイキャビテーショナルシアー.超音波処理のパラメータは制御可能であるため、粒子径と分布は良好である。 調整可能で繰り返し可能.通常、超音波はフローセル反応器内で適用される。したがって、エマルジョンは 連続インライン化.このため、安定化エマルションと非安定化エマルションの製造に超音波処理を使用することができる。

下表は、様々な超音波出力レベルに対する一般的な処理能力を示している。

超音波脱気と脱泡

超音波はまた、以下のことにも役立つ。 気泡の量を減らす を乳化混合液に添加した。右の写真は、超音波照射が気泡含有量に及ぼす影響（左から5秒間の経過画像）を示している。気泡含有量の変動が噴射タイミングの変動を引き起こすため ガス抜き、脱気、脱泡 超音波処理によってエンジン性能が向上する。

超音波プロセス装置

ヒールシャーは 大容量超音波装置のリーディングサプライヤー世界中にあります。の超音波プロセッサを製造している。 16kW 機器1台あたりの電力がある。 工場サイズに制限なし または処理能力である。大量のドロップイン燃料の製造には、複数の16kWシステムのクラスターが使用されている。 産業用燃料加工 は、それほど多くの超音波エネルギーを必要としない。実際の必要エネルギーは、1kWの超音波処理装置を用いてベンチトップスケールで測定することができる。このようなベンチトップ試験から得られた結果はすべて スケールアップが容易.

超音波治療の費用

超音波処理は効果的な加工技術である。超音波処理のコストは、主に投資額から生じる。
超音波装置、光熱費、メンテナンス。卓越した エネルギー効率 参照 チャート)の超音波装置は、光熱費の削減に役立っている。

文学

ベーレンド, O., シューベルト, H. (2000):超音波による乳化における連続相粘度の影響, in：Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

キャンフィールド、A． (1999):ディーゼル-水エマルジョン燃焼がディーゼルエンジンのNO_x 排出, in：フロリダ大学大学院に提出された修士論文、1999年。