ディーゼル水中の水燃焼のための超音波エマルジョン

ディーゼルを燃料とする発電機、船舶用エンジン、鉄道エンジンは、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やすすなどの排出を削減します。超音波乳化は、高品質のディーゼル水型燃料を製造するための信頼性が高く、シンプルで効果的な方法です。

水型ディーゼルの超音波乳化

ウォーターインディーゼルエマルジョン(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。アクアフューエルとしても知られる、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。キャビテーションのせん断力は液滴を混乱させ、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。

ウォーター・イン・ディーゼル・エマルジョン

WiDE(W? Dエマルジョン)は、ディーゼル(連続/外部相)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下げるために、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直接燃焼エンジンに送られます。界面活性剤を使用しない場合、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水型ディーゼルエマルジョン燃料 (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、そこから定量的に混合システムに移されました。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。シアーミキサーは、水とディーゼルの粗いプレミックスを提供し、一方、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)と呼ばれています。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影響を比較するため、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。水の5%は、不安定エマルジョンと安定エマルジョンの両方に使用されます。

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)は、クリーンディーゼル燃料と比較して、ブレーキ熱効率(BTE)が3.59%増加し、ブレーキ比燃料消費量(BSFC)が3.89%減少し、エンジンの大幅な改善をもたらすことを示しています。安定化燃料(SW/D)と非安定化燃料(UW/D)の両方のエマルジョン燃料は、微小爆発現象によりエンジンの熱効率を向上させました。マイクロ爆発現象により、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。液滴の乱れと空気との混合により、燃焼効率が大幅に向上します。
その結果、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および移送するという概念が非常にうまく機能していることが示されています。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、そのエマルジョン形状を確実に維持しました(下図参照)。

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)の排気ガスを大幅に削減し、それぞれ平均31.66%と16.33%削減しました。

全体として、超音波調製エマルジョン – 界面活性剤によって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!

乳化燃料の噴霧炎における一次および二次噴霧。

三元相エマルジョン

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。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ます。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します。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後付けは、簡単で安全で安価です。W/Dエマルジョン燃料は、従来のディーゼルエンジン(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。

WiDE燃料の効率を高める理由は何ですか? – マイクロ爆発現象

Water-in-Diesel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裂(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(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処理装置はディーゼル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。あなたが燃焼機関に直接噴射するためのエマルジョン燃料を生産したいのか、貯蔵と後で燃焼するための安定したエマルジョン燃料を生産したいのかにかかわらず、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へ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、任意のボリューム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’ 工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、発電機では、振幅、正味エネルギー、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、標準化された高品質の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の操作が可能になります。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。