ディーゼル燃料を燃料とする発電機、船舶エンジン、鉄道エンジンは、水中ディーゼルエマルジョンを使用すると、より効率的に動作することができます。水-ディーゼルエマルジョン燃料は、燃料消費量を削減し、燃焼温度を下げ、クリーナーを燃やし、NOxやすすなどの排出量を削減します。超音波乳化は、高品質の水中ディーゼル燃料を生成するための信頼性の高い、簡単で効果的な方法です。

水中ディーゼルの超音波乳化

水中ディーゼルエマルジョン(WiDE;W/D エマルジョン燃料)は、水の15%まで含まれている変更されたディーゼル燃料代替です。水性燃料とも呼ばれ、水-ディーゼルエマルションでは、水滴は連続的なディーゼル相に超音波乳化される。液体の激しい超音波処理は、音響キャビテーションを生成します。キャビテーションせん断力は、液滴を破壊し、それ以外の場合は混和しない水とディーゼル相の均質なエマルジョンを生成します。

ディーゼル中の水のエマルジョン

WiDE (W/D エマルジョン) は、ディーゼル(連続/外相)における水滴(分散/内相)の天然に不混和性液体のブレンドとして定義されます。乳化剤は、エマルションの安定性を向上させ、混合エネルギー要件を下げるために、低濃度で添加される。

二相エマルジョン

二相エマルジョンは、界面活性剤を使用せずにディーゼル中の水の混合物を記述する。二相WiDEの場合、水とディーゼルの給餌流れはエンジンの前頭で超音波乳化されます。超音波二相水-ディーゼルエマルジョンは、超音波フローセルリアクターから燃焼エンジンに直接行きます。界面活性剤がなければ、エマルジョンは貯蔵のためではなく、直接燃焼のために作られる。

水-ディーゼルエマルジョン燃料の事例研究

セットアップ

Ithnin et al. (2018) 単一シリンダー直噴ディーゼルエンジンに対するディーゼル水型エマルジョン燃料(WiDE)の効果を研究した。水とディーゼルは異なる単位で貯蔵され、そこから定量的に混合システムに移された。混合システムは高剪断ミキサーおよび超音波ホモジナイザーの組合せで構成された。せん断ミキサーは水とディーゼルの粗いプレミックスを提供し、超音波処理は細かいサイズの均一なエマルジョンに使用されました。水ディーゼルエマルジョンを5%の水で調製した。均質なWiDE燃料は、混合システムからエンジンに直接移された。調製されたWiDE燃料には界面活性剤が一切含まれていなかったため、長期不安定なエマルジョン燃料(UW/D)と呼ばれている。ディーゼルエンジンは、4つの異なる負荷条件(1kW(25%)、2kW(50%)、3kW(74%)、4kW(100%))で、一定速度3000rpmで試験した。燃料性能や排出ガスなどの効果を比較するために、同じエンジンで界面活性剤安定化エマルジョン燃料(安定エマルジョン(SW/D))と清楚ディーゼル燃料(D2)もテストした。5%の水は、不安定なエマルジョンと安定したエマルジョンの両方に使用されます。

結果

エンジン試験では、界面活性剤(UW/D)を用いない水ディーゼルエマルジョン燃料は、ブレーキ熱効率(BTE)が3.59%向上し、ブレーキ比燃費(BSFC)が3.89%削減され、エンジンが大幅に改善されることを示しています。エマルジョン燃料は、安定化(SW/D)と不安定(UW/D)の両方で、マイクロ爆発現象によるエンジンの熱効率を向上させた。微小爆発現象は、乳化水滴の急速な蒸発を引き起こす。微細な水滴が油に囲まれているので、激しい蒸発プロセスは、空気と燃料の混合を促進する非常に微細な粒子に激しく液滴を破壊します。液滴の破壊と空気との混合は燃焼効率を大幅に向上させます。
この結果は、界面活性剤を使用せずに、水-ディーゼルエマルジョン燃料をリアルタイムでエンジンに製造し、移すという概念が非常にうまく機能することを示しています。超音波で調製された水とディーゼルの混合物の即時移動は、蓄積されたエマルジョン燃料の安定化の問題だけでなく、界面活性剤への依存を排除します。不安定な水-ディーゼルエマルジョン燃料(UW/D)は、25秒以内に沈水段階に到達することなく、そのエマルジョン形態を確実に維持した(下図参照)。

清浄なディーゼル燃料と比較すると、水中ディーゼルエマルジョン燃料は窒素酸化物(NOx)と粒子状物質(PM)の排気排出量を大幅に減少させ、平均31.66%と16.33%の削減を行います。

全体的に、超音波で調製されたエマルジョン – 界面活性剤によって不安定または安定するウェザー – ディーゼル燃料を節約し、排気ガスを削減するのに役立ちます。
超音波で環境に優しい排気と燃料の節約!

三相エマルジョン

三相エマルジョンは、三相エマルジョンとも呼ばれ、水、油、界面活性剤で構成されています。水をディーゼル相に超音波乳化する際に界面活性剤が添加される。乳化剤は、エマルジョン安定性を延長し、水中ディーゼル燃料を貯蔵することを可能にする。W/Dエマルジョン安定性は、乳化剤、超音波プロセスパラメータおよび温度に依存します。界面活性剤と超音波処理パラメータの適切な組み合わせにより、WiDEの大幅な長期的安定性を達成することができます。

超音波乳化システムのインストールとレトロフィットは、シンプルで安全で安価です。W/Dエマルジョン燃料は、従来のディーゼルエンジン(例えば、発電機、鉄道エンジン、船舶エンジン)と組み合わせて使用できます。

WiDE燃料の効率性を高くする理由 – マイクロ爆発現象

ディーゼル中の水のエマルジョン燃料は、連続的なディーゼル相の懸濁水粒子で構成されています。燃焼すると、エマルジョン燃料の微細なサイズの水滴はディーゼルよりも速く過熱段階に達し、燃焼中に蒸気膨張分裂(自発的爆発)を生み出し、非常に微細な粒子を作り出します。微小粒子の表面積が増加し、吸気と結合するため、空気と燃料の混合が大幅に改善され、燃焼効率が向上します。(イワノフ、ネヴェドフ1965)

高性能超音波乳化システム

ヒールシャー超音波は、高品質(ナノ)エマルジョンの連続生産のための高性能超音波プロセッサを供給します。優れた超音波性能、堅牢性、および小さなフットプリントは、ヒールシャー超音波装置を水-ディーゼルエマルジョン燃料のための理想的な混合システムにします。Wetherあなたは、燃焼エンジンや貯蔵と後の燃焼のための安定したエマルジョン燃料に直接注入するためのエマルジョン燃料を生成したい、ヒールシャー超音波は、あなたのアプリケーションに最適なセットアップを持っています。鉄道機関車や内陸船舶の統合のための小型超音波エマルジョンシステムから、発電所や巨大な船舶用の大型水燃燃料量の生成まで – 超音波プロセッサの私達のクラスタはあらゆる容積のエマルジョン燃料処理を可能にする。
高い超音波出力、信頼性と堅牢性に加えて、ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは、正確に制御し、監視することができます。温度センサーと圧力センサは、振幅、正味および総エネルギー、温度、圧力などの重要なプロセスパラメータがすべて内蔵SDカードに記録されている発電機にデータを送信します。インテリジェントなソフトウェア制御により、継続的に高品質の標準化されたエマルジョン燃料の正確なプロセスパラメータを設定することができます。ジャケット付き超音波フロー反応器は、効率的に冷却することができ、指定された温度でエマルジョンを処理することができます。当社の超音波機器の堅牢性は、ヘビーデューティで、厳しい環境で24時間365日の動作を可能にします。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：