수중(Water-in-Diesel) 연소를 위한 초음파 에멀젼

디젤을 연료로 사용하는 발전기, 선박 엔진 및 철도 엔진은 수중 디젤 에멀젼을 사용할 때 보다 효율적으로 작동할 수 있습니다. 수성 디젤 에멀젼 연료는 연료 소비를 줄이고, 연소 온도를 낮추고, 더 깨끗하게 연소하고, NOx 및 그을음과 같은 배출을 줄입니다. 초음파 유화는 고품질 수중 디젤 연료를 생산하는 신뢰할 수 있고 간단하며 효과적인 방법입니다.

Water-in-Diesel의 초음파 유화

수중(Water-in-Diesel) 에멀젼(WiDE; W/D 에멀젼 연료)는 최대 15%의 물을 포함하는 수정된 디젤 연료 대안입니다. 아쿠아 연료라고도 하는 물-디젤 에멀젼에서 물방울은 초음파로 연속 디젤 상태로 유화됩니다. 액체의 강렬한 초음파 처리는 음향 캐비테이션을 생성합니다. 캐비테이션 전단력은 액적을 파괴하고 다른 방법으로는 혼합되지 않는 물과 디젤 상의 균일한 에멀젼을 생성합니다.

Water-in-Diesel 에멀젼

WiDE(W/D 에멀젼)는 디젤(연속상/외상)에서 자연적으로 혼합되지 않는 물방울(분산/내부상)의 혼합물로 정의됩니다. 에멀젼 안정성을 향상시키고 혼합 에너지 요구량을 낮추기 위해 유화제를 저농도로 첨가합니다.

2상 에멀젼

2상 에멀젼은 계면활성제를 사용하지 않고 디젤에 물을 혼합하는 것을 설명합니다. 2상 WiDE의 경우, 물과 디젤 공급 스트림은 엔진 바로 앞에서 초음파로 유화됩니다. 초음파 2상 수중 디젤 에멀젼은 초음파 플로우 셀 반응기에서 연소 엔진으로 직접 이동합니다. 계면 활성제가 없으면 에멀젼은 저장이 아니라 직접 연소를 위해 만들어집니다.

물-디젤 에멀젼 연료의 사례 연구

설정

Ithnin et al. (2018)은 단일 실린더 직접 분사 디젤 엔진에 대한 WiDE(Water-in-Diesel 에멀젼 연료)의 효과를 연구했습니다. 물과 디젤은 서로 다른 장치에 저장되었으며, 여기에서 혼합 시스템으로 정량적으로 전달되었습니다. 혼합 시스템은 고전단 믹서와 초음파 균질화기의 조합으로 구성되었습니다. 전단 믹서는 물과 디젤의 조잡한 사전 혼합을 제공했으며, 초음파 처리는 미세한 크기의 균일 한 에멀젼에 사용되었습니다. 물-디젤 에멀젼은 5% 물로 제조되었습니다. 균질한 WiDE 연료는 혼합 시스템에서 엔진으로 직접 전달되었습니다. 제조된 WiDE 연료에는 계면활성제가 포함되어 있지 않았으므로 장기간 불안정한 에멀젼 연료(UW/D)라고 합니다. 디젤 엔진은 4가지 부하 조건(1kW(25%), 2kW(50%), 3kW(74%), 4kW(100%)와 3000rpm의 일정한 속도에서 테스트되었습니다. 연료 성능 및 배기 가스 등의 효과를 비교하기 위해 계면활성제 안정화 에멀젼 연료(안정 에멀젼(SW/D))와 순수 디젤 연료(D2)도 동일한 엔진에서 테스트했습니다. 5%의 물은 불안정한 에멀젼과 안정적인 에멀젼 모두에 사용됩니다.

결과

엔진 테스트에 따르면 계면활성제가 없는 수성 디젤 에멀젼 연료(UW/D)는 순수 디젤 연료에 비해 브레이크 열효율(BTE)이 3.59% 증가하고 브레이크 특정 연료 소비(BSFC)가 3.89% 감소하여 엔진이 크게 개선됩니다. 에멀젼 연료는 안정화(SW/D) 및 비안정화(UW/D) 모두에서 미세 폭발 현상으로 인해 엔진의 열 효율을 높였습니다. 미세 폭발 현상은 유화된 물방울의 빠른 증발을 유발합니다. 물방울이 기름으로 둘러싸이는 순간부터 강렬한 증발 과정으로 인해 물방울이 매우 미세한 입자로 격렬하게 파괴되어 공기와 연료의 혼합을 촉진합니다. 액적 파괴 및 공기와의 혼합은 연소 효율을 크게 증가시킵니다.
그 결과, 계면활성제를 사용하지 않고 물-디젤 에멀젼 연료를 실시간으로 생산하여 엔진으로 전달하는 개념이 매우 잘 작동한다는 것을 보여줍니다. 초음파로 제조된 물-디젤 혼합물의 즉각적인 이송은 저장된 에멀젼 연료의 안정화 문제와 계면활성제에 대한 의존성을 제거합니다. 불안정한 수-디젤 에멀젼 연료(UW/D)는 25초 이내에 침강 단계에 도달하지 않고 에멀젼 형태를 안정적으로 유지했습니다(아래 그림 참조).

시간 경과에 따른 초음파 유화 된 ater-in-diesel 에멀젼 연료의 액적 거동은 a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s 및 d) 132 s. (배율 1000×) – Ithnin 외. 2018

순수 디젤 연료와 비교할 때 수중 디젤 에멀젼 연료는 질소산화물(NOx)과 미립자 물질(PM)의 배기 가스 배출량이 각각 평균 31.66% 및 16.33% 감소하여 크게 감소했습니다.

전반적으로 초음파로 준비된 에멀젼 – 계면활성제에 의해 불안정하거나 안정화되는 경우 – 디젤 연료를 절약하고 배기 가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다.
초음파로 더 친환경적인 배기 가스 배출 및 연료 절약!

유화 연료의 스프레이 화염에서 1 차 및 2 차 분무.

삼원 위상 에멀젼

3상 에멀젼이라고도 하는 삼원 상 에멀젼은 물, 기름 및 계면활성제로 구성됩니다. 물을 디젤 단계로 초음파 유화하는 동안 계면 활성제가 첨가됩니다. 유화제는 에멀젼 안정성을 연장하고 수중 디젤 연료를 저장할 수 있습니다. W/D 에멀젼 안정성은 유화제, 초음파 공정 매개변수 및 온도에 따라 다릅니다. 계면 활성제와 초음파 처리 매개 변수의 올바른 조합으로 WiDE의 상당한 장기적 안정성을 달성 할 수 있습니다.

초음파 유화 시스템의 설치 및 개조는 간단하고 안전하며 저렴합니다. W/D 에멀젼 연료는 개조 없이 기존의 모든 디젤 엔진(예: 발전기, 철도 엔진, 선박 엔진)과 함께 사용할 수 있습니다.

WiDE 연료의 효율성이 더 높은 이유는 무엇입니까? – 미세폭발 현상

수중(Water-in-Diesel) 에멀젼 연료는 연속 디젤 상태의 부유수 입자로 구성됩니다. 연소될 때 에멀젼 연료의 미세한 물방울은 디젤보다 더 빨리 과열 단계에 도달하고 연소 중에 증기 팽창 분열(자연 폭발)을 생성하여 매우 미세한 입자를 생성합니다. 흡입 공기와 결합된 미세한 입자의 증가된 표면적으로 인해 공기와 연료 혼합이 크게 개선되어 연소 효율이 증가합니다. (이바노프, 네베도프 1965)

고성능 초음파 유화 시스템

Hielscher 초음파는 고품질 (나노) 에멀젼의 지속적인 생산을위한 고성능 초음파 프로세서를 공급합니다. 우수한 초음파 성능, 견고 함 및 작은 설치 공간으로 인해 Hielscher Ultrasonicators는 수중 디젤 에멀젼 연료에 이상적인 혼합 시스템입니다. 연소 엔진에 직접 분사하기위한 에멀젼 연료를 생산하거나 저장 및 나중에 연소하기위한 안정적인 에멀젼 연료를 생산하려는 경우, Hielscher 초음파는 귀하의 응용 분야에 가장 적합한 설정을 가지고 있습니다. 철도 기관차 및 내륙 해양 선박에 통합하기 위한 소형 초음파 에멀젼 시스템부터 발전소 및 대형 해양 선박을 위한 대규모 아쿠아 연료 생성에 이르기까지 – 당사의 초음파 프로세서 클러스터는 모든 볼륨의 에멀젼 연료 처리를 허용합니다.
높은 초음파 출력, 신뢰성 및 견고성 외에도 Hielscher 초음파는’ 산업용 초음파 프로세서는 정밀하게 제어하고 모니터링 할 수 있습니다. 온도 및 압력 센서는 데이터를 발전기로 전송하며, 여기서 진폭, 순 및 총 에너지, 온도 및 압력과 같은 모든 중요한 공정 매개변수가 내장 SD 카드에 기록됩니다. 지능형 소프트웨어 제어를 통해 지속적으로 고품질의 표준화된 에멀젼 연료에 대한 정확한 공정 매개변수를 설정하고 설정할 수 있습니다. 재킷 형 초음파 유동 반응기는 효율적으로 냉각 될 수 있으며 지정된 온도에서 에멀젼을 처리 할 수 있습니다. 당사의 초음파 장비의 견고성으로 인해 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동이 가능합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.