Dimethyl Ether(DME) has been considered as one of the most attractive alternative fuels for compression ignition engine. Its main advantage in diesel engine application is high efficiency of diesel cycle with soot free combustion though conventional fuel injection system has to be modified due to the physical properties of DME. Experimental study of DME and conventional diesel spray employing a common-rail type fuel injection system with a 5-hole sac type injector was performed in a constant volume vessel pressurized by nitrogen gas. Spray cone angles and penetrations of the DME spray were characterized and compared with those of diesel. For evaluation of the evaporating characteristics of the DME, shadowgraphy technique employing an Ar-ion laser and an ICCD camera was adopted. Tip of the DME spray was formed in mushroom-like shape at atmospheric chamber pressure, which disappeared in higher chamber pressure. Spray tip penetration and spray cone angle of the DME became similar to those of diesel under 3MPa of chamber pressure. Higher injection pressure provided wider vapor phase area while it decreased with higher chamber pressure condition.
Dimethyl Ether (DME) has been considered as one of the most attractive alternative fuels for a compression ignition engine. The major advantage of DME-fuelled engine is a great potential for soot-free combustion without sacrificing an inherent high thermal efficiency of diesel engine, despite a necessity for modification of the conventional fuel injection system. An experimental study on DME and conventional diesel sprays was conducted by employing a common-rail type fuel injection system with a 5-holes sac type nozzle, including a constant volume vessel pressurized with nitrogen gas. The injection rates of DME and diesel fuel were recorded with the Bosch type injection rate meter. The injection delay of DME was shorter than that of diesel fuel. The measured injection rates of DME and diesel fuel were correlated with spray penetrations. The prediction method of spray penetration was established using the injection rates, which was verified with the Dent's penetration model and found to agree well for DME case.
Dimethyl ether (DME) has a high cetane number that is suitable for diesel fuel. DME does not contain sulfur or nitrogen, and is an oxygenated fuel so it produces no particulate matter when combusted and is environmentally friendly. DME fuel for diesel engines show excellent material properties such as a lower volumetric heating value, lower boiling point, lower lubricity, and stronger solvent effect than light oil. This study experimentally examined a lubricity improver (LI) for dimethyl ether. A diesel LI based on biodiesel and fatty acid methyl ester was tested among DME LI candidates. The long-term storage stability and physical properties of the optimum LI for DME were determined.
Measurements on the combustion characteristics of dimethyl ether(DME:$CH_3$O$CH_3$) as compared with LPC in constant volume combustion chamber have been conducted. The DME is a good alternative fuel having oxygen component in fuel. To elucidate the combustion characteristics of dimethyl ether as a fuel, the combustion pressures, combustion durations, and pollutants(NOx, $CO_2$, CO) are measured with equivalence ratios(Ø), and initial Pressures of fuel-air mixture. In the case of DME, the NOx concentration peaks in leu flame Ø = 0.85~0.9, and $CO_2$ concentration peaks at Ø=1.1, while the CO concentration abruptly rises at the condition of fuel-rich mixtures.
The combustion and emission characteristics of a direct injection CI engine fuelled with DME(Dimethyl Ether) and diesel fuel were compared at idle engine speed(800 rpm) with various injection parameters. An optical single cylinder diesel engine equipped with a common-rail fuel injection system was constructed to investigate combustion processes of DME and diesel fuel. The combustion images were recorded with a high-speed video camera system. The results demonstrated that the DME-fuelled engine was superior to the conventional diesel engine in terms of engine performance and emissions. The optimal injection timing of DME was located around IDC(Top Dead Center), which was roughly same as that of diesel fuel. As the injection timing was advanced much earlier than TDC, NOx (Nitric Oxides) level increased considerably. NOx emission of DME was equal or a little higher than that for diesel fuel at the same injection pressure and timing because of higher evaporation characteristics of DME. Throughout all experimental conditions, DME did not produce any measurable smoke level.
The aim of this work is to investigate the spray and combustion characteristics of dimethyl-ether (DME) at various injection conditions. The spray characteristics such as spray tip penetration and spray cone angle were experimentally studied from the spray images which obtained from the spray visualization system. Combustion and emissions characteristics were numerically investigated by using KIVA-3V code coupled with Chemkin chemistry solver. From these results, it revealed that DME spray had a shorter spray tip penetration and wider spray cone angle than that of diesel spray due to the low density, low surface tension, and fast evaporation characteristics. At the constant heating value condition, DME fuel showed higher peak combustion pressure and earlier ignition timing, because of high cetane number and superior evaporation characteristics. In addition, the combustion of DME exhausted more $NO_x$ emission and lower HC emission due to the active combustion reaction in the combustion chamber. The result shows that DME had a little soot emission due to its molecular structure characteristics with no direct connection between carbons.
Nafion/poly(ether(amino sulfone)) acid-base 블렌드 고분자 전해질 막을 제조하여 이온전도도, 디메틸 에테르(DME) 투과도를 측정하였으며 이를 이용하여 직접 DME 연료전지 특성을 연구하였다. Poly(ether(amino sulfone)) (PEAS)는 아민기의 치환도가 $0.6\sim2.0$인 것을 합성하였다. Nafion/PEAS 블렌드 전해질 막은 Nafion과 PEAS를 DMF에 용해시켜서 캐스팅하는 방법으로 제조하였다. 블렌드 전해질막은 $100^{\circ}C$ 이상에서도 이온전도도가 계속 증가하였다. Nafion/PEAS-0.6(85:15) 블렌드 전해질막은 $50^{\circ}C$ 이상에서의 수소 이온전도도가 recast Nafion보다 더 높게 나타났으며 $120^{\circ}C$에서의 수소 이온전도도는 $1.42\times10^{-1}S/cm$로 측정되었다. PEAS의 아민기가 많이 치환될수록 블렌드 전해질막의 DME 투과도와 이온전도도는 비례적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. $100^{\circ}C$ 이상 가압 조건에서 Nafion/PEAS 블렌드 전해질막을 사용한 직접 DME 연료전지(DDMEFC)의 최대 전력밀도가 같은 조건에서 Nafion 115를 사용한 것보다 약 50%증가하였다. 이와 같은 DDMEFC의 성능 향상은 블렌드 전해질막이 Nafion과 비교하여 고온에서의 이온전도도가 향상되었고 DME투과도가 감소하였기 때문인것으로 해석된다.
It is recognized that alternative fuel such as dimethyl ether (DME) has better combustion polluting characteristics than diesel fuel, even though the cetane number of DME is almost the same as that of diesel. Characteristics of DME spray were observed experimentally under various ambient conditions using a constant volume chamber and a common-rail injection system. N-dodecane and LPG fuel sprays were also observed under same conditions of DME spray. Using spray images from backlight scattering and Mie scattering, characteristics of fuel sprays such as penetration and spray volume were visualized and quantitatively measured. The measurements showed that the penetration of early period decreased remarkably, because evaporation of alternative fuels became prosperous by the influence of flash boiling phenomenon under the condition of the low temperature and pressure compared with n-dodecane. The penetration of DME and LPG spray received the influence of temperature more largely in comparison with low density, because the specific surface area increased by atomizing in high density.
Dimethyl Ether(DME) is an alternative fuel for diesel engine, it is renewable and offers potential reductions in emissions. This work was conducted to figure out the macroscopic behavior and the atomization characteristics of DME using a common-rail injection system. The macroscopic behavior was visualized with the spray visualization system composed of a Nd;YAG laser and an ICCD camera. The atomization characteristics were investigated in terms of axial mean velocity, Sauter mean diameter(SMD) and droplet distributions obtained from a phase Doppler particle analyzer(PDPA) system. In this study, it was revealed that the macroscopic behavior and the atomization characteristics of DME are similar compared with commercial diesel fuel. However, DME fuel has a shorter spray tip penetration and a small SMD due to the effect of evaporation characteristics.
최근 청정대체에너지로 각광을 받고 있는 dimethyl ether(DME)를 천연가스를 이용하여 직접 생산하는 1단계법의 고정층 촉매 반응기를 모사하였다. 1단계법의 고정층 반응기의 경우, 발열 반응인 메탄올 합성반응과 메탄올 탈수 반응이 동시에 일어나기 때문에 촉매의 비활성화를 일으킬 수 있는 hot spot의 발생을 막는 것이 가장 중요하다. 따라서 향후 상용공정에 적용 가능한 향류 냉각방식(count-current cooling system)과 포화액체 풀비등 방식(pool boiling system)을 적용하여 반응기 거동을 모사하고 이를 비교하였다. CO 전환율과 DME 생산성 면에서 향류 냉각방식이 더 효과적이었다. 하지만 포화비등액체 풀비등 방식이 더 작은 온도 범위에서 운전되어 hot spot(국소 고온점)의 가능성을 낮추고 더 안정적인 반응기 운전범위를 확보할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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