Ultrasonic Emulsions for Water-in-Diesel Combustion

ディーゼルを燃料とする発電機、船舶用エンジン、鉄道用エンジンは、ディーゼル水型エマルジョンを使用するとより効率的に運転できます。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、よりクリーンに燃焼し、NOxやすすなどの排出物を削減します。超音波乳化は、高品質のディーゼル中水燃料を製造するための信頼性が高く、簡単で効果的な方法です。

水中ディーゼルの超音波乳化

ディーゼル水型エマルジョン(WiDE;W / Dエマルジョン燃料)は、最大15%の水を含む改良ディーゼル燃料の代替品です。アクア燃料としても知られる、水ディーゼルエマルジョンでは、水滴が超音波で乳化されて連続ディーゼル相になります。液体の強烈な超音波処理は音響キャビテーションを発生させる。キャビテーションせん断力は液滴を破壊し、他の方法では混和しない水相とディーゼル相の均質なエマルジョンを生成します。

ディーゼル水中の水エマルジョン

WiDE(W / Dエマルジョン)は、ディーゼル(連続/外相)中の水滴(分散/内部相)の自然に混ざり合わない液体のブレンドとして定義されます。乳化剤は、エマルジョンの安定性を改善し、混合エネルギー要件を低減するために、低濃度で添加されます。

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表します。二相WiDEの場合、水とディーゼルの供給ストリームは、エンジンのすぐ前で超音波乳化されます。超音波二相ディーゼル中水型エマルジョンは、超音波フローセル反応器から内燃機関に直接行きます。界面活性剤がなければ、エマルジョンは貯蔵用ではなく、直接燃焼用に作られています。

水ディーゼルエマルジョン燃料のケーススタディ

セットアップ

Ithnin et al.(2018)は、単気筒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)の影響を研究しました。水とディーゼルは異なるユニットに貯蔵され、そこから混合システムに定量的に移されました。混合システムは、高剪断ミキサーと超音波ホモジナイザーの組み合わせで構成されていました。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、微細なサイズの均一なエマルジョンに使用された。水 - ディーゼルエマルジョンは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送されました。調製したWiDE燃料は界面活性剤を一切含んでいなかったため、長期不安定エマルジョン燃料(UW/D)と呼ばれた。ディーゼルエンジンは、4つの異なる負荷条件(1 kW(25%)、2 kW(50%)、3 kW(74%)、4 kW(100%))で、3000 rpmの一定速度でテストされました。また、燃料性能や排出ガスなどの効果を比較するため、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))とニートディーゼル燃料(D2)を同一エンジンで試験しました。不安定エマルジョンと安定エマルジョンの両方に5%の水が使用されます。

導入の効果

エンジンテストでは、界面活性剤を含まない水ディーゼルエマルジョン燃料(UW / D)が、通常のディーゼル燃料と比較して、ブレーキ熱効率(BTE)が3.59%向上し、ブレーキ比燃料消費量(BSFC)が3.89%削減され、エンジンが大幅に改善されることが示されています。安定化燃料(SW/D)と非安定化燃料(UW/D)の両方があり、微小爆発現象によりエンジンの熱効率が向上した。微小爆発現象により、乳化した水滴が急速に蒸発します。微細な水滴が油に囲まれているため、激しい蒸発プロセスにより、水滴が非常に微細な粒子に激しく破壊され、空気と燃料の混合が促進されます。液滴の破壊と空気との混合により、燃焼効率が大幅に向上します。
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製造してエンジンに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 - ディーゼル混合物の即時移送は、貯蔵エマルジョン燃料の安定化問題ならびに界面活性剤への依存を排除する。不安定な水ディーゼルエマルジョン燃料(UW / D)は、25秒以内に沈降段階に達することなく、エマルジョン形状を確実に維持しました(下の写真を参照)。

超音波乳化は、乳化剤を含まないディーゼル中水型エマルジョン燃料を製造するための信頼性の高い方法です。

超音波乳化ディーゼルエマルジョン燃料の経時的な液滴挙動a)10秒、b)25秒、c)50秒およびd)132秒(倍率1000×) – Ithnin et al. 2018

ニートディーゼル燃料と比較すると、ディーゼル水型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削減し、それぞれ平均31.66%と16.33%削減します。

全体として、超音波で調製されたエマルジョン – 界面活性剤により不安定または安定化されるかどうか – 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。
超音波によるより環境に優しい排気ガスと燃料節約!

Ultrasonically emulsified nano-sized water-fuel emulsions. (Click to enlarge!)

乳化燃料の噴霧炎における一次および二次噴霧。

超音波乳化剤3x UIP1000hdT ディーゼル水型エマルジョン用

3倍 UIP1000hdt 水中ディーゼルエマルジョン用の超音波エマルジョンシステム

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超音波ウォーターインディーゼル
対して:

  • 鉄道機関車
  • marine vessels
  • 定置型発電機

三元相エマルジョン

三相エマルジョンとしても知られる三元相エマルジョンは、水、油、界面活性剤で構成されています。ディーゼル相への水の超音波乳化中に界面活性剤が添加される。乳化剤はエマルジョンの安定性を延長し、ディーゼル燃料中の水を貯蔵することを可能にする。W / Dエマルジョンの安定性は、乳化剤、超音波プロセスパラメータ、および温度によって異なります。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設置と改造は、簡単、安全、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(発電機、鉄道エンジン、船舶エンジンなど)とそのまま併用することができます。

超音波ディーゼルエマルジョン燃料の利点

  • 精密サイズエマルジョン
  • 可変含水率
  • 界面活性剤の有無にかかわらず
  • 短い処理時間
  • 設置が簡単
  • safe to operate
  • 低投資、高速ROI
  • 低メンテナンス
  • easy retrofitting
  • エンジンの変更なし

WiDE燃料の効率を高めるものは何ですか? – マイクロ爆発現象

ディーゼル水中水型エマルジョン燃料は、連続ディーゼル相の懸濁水粒子で構成されています。エマルジョン燃料中の微細な水滴は、燃焼するとディーゼルよりも早く過熱段階に達し、燃焼中に蒸気膨張分解(自然爆発)を引き起こし、非常に微細な粒子を生成します。吸気と組み合わされた微小粒子の表面積の増加により、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、高品質の(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ています。優れた超音波性能、堅牢性、および小さな設置面積により、ヒールシャー超音波装置はディーゼル中水型エマルジョン燃料の理想的な混合システムになります。燃焼エンジンへの直接噴射用のエマルジョン燃料や、貯蔵用およびその後の燃焼用の安定したエマルジョン燃料を製造したい場合でも、ヒールシャー超音波はお客様の用途に最も適したセットアップを提供します。鉄道機関車や内陸船舶に搭載するための小型超音波エマルジョンシステムから、発電所や大型船舶用の大量の水産燃料の生成まで – 当社の超音波プロセッサのクラスタは、任意の体積のエマルジョン燃料処理を可能にします。
高い超音波出力、信頼性、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、正確に制御および監視できます。温度センサーと圧力センサーがデータを発電機に送信し、振幅、正味エネルギー、総エネルギー、温度、圧力などのすべての重要なプロセスパラメータが内蔵のSDカードに記録されます。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確立し、設定することができます。ジャケット付き超音波フローリアクター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。当社の超音波装置の堅牢性により、ヘビーデューティや要求の厳しい環境での24/7操作が可能になります。
以下の表は、超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

流量推奨デバイス
0.5〜4L / minUP200HT, UP400セント
1〜8L/minUIP2000hdT
2〜20L/minUIP4000hdt
30〜300L/minUIP16000
大きいクラスタ UIP16000

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Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic homogenizers for dispersion, emulsification and cell extraction.

High-power ultrasonic homogenizers from ラボ 宛先 pilot and 産業用スケール.

Literature/References

  • アフマド・ムシン・イトニン;ウィラ・ジャザイル・ヤヒヤ;モハマド・アズリン・アフマド;ヌル・アティカ・ラムラン;ハサヌディン・アブドゥル・カディル;アズワディ・チェ・シディクも。古賀剛 (2018): 乳化剤フリーのWater-in-Dieselエマルジョン燃料:安定性、エンジン性能、排気ガス.燃料215、2018。454-462.
  • モハメッド・ヤハヤ・カーン;Z.A.アブドゥル・カリム;Ftwi Yohaness Hagos;A.ラシッドA.アジズ;Isa M. Tan (2014): [燃料としてのディーゼル水型エマルジョンの現在の傾向]サイエンティフィックワールドジャーナル2014(17):527472。
  • ピョートル・パコルスキー;マリオラ・ブワシュチク;イェジー・シェク(2016): 代替燃料としての乳化ディーゼル.技術的な問題 4/2016, pp. 62-67.
  • V.M.イワノフ;P.I. Nefedov (1965): Experimental Investigation of the combustion process of natural and emulsified liquid fuels, NASA Tech. Transl. TIF-258, 1965.


知っておく価値のある事実

水産燃料/ディーゼル水型燃料

エマルジョンは、2つ以上の非混和性流体からなる液体系であり、1つ以上の相(分散相)が他方(連続相)に微細に分散しています。水用 – ディーゼル燃料エマルジョンは、連続ディーゼル燃料相において水が微細な液滴として分散される。このタイプのエマルジョンは、「燃料中の水」エマルジョンまたはアクアフューエルとして知られています。

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