FI124635B - Matalaenerginen liekinheitin - Google Patents

Description

MATALAENERGINEN LIEKINHEITIN KEKSINNÖN ALA

5 Keksintö liittyy menetelmään ja järjestelyyn erikoisefektien kuten matalaenergisten liekkien tuottamiseksi.

KEKSINNÖN TAUSTAA

10 Pyrotekniset efektit, jotka tuottavat isoja liekkejä, on perinteisesti luotu polttamalla nopeasti suuria määriä haihtuvaa nestettä tai kaasua. Esimerkiksi räjähdyksen kaltaiset efektit voidaan saavuttaa hajottamalla bensiinisäiliö pienellä räjähteellä. Räjähdyksen seurauksena bensiini leviää ympäristöön ja aiheuttaa suuren tulipallon. Suuri erikoisefekti saattaa vaatia isoja määriä, jopa kymmeniä tai 15 satoja litroja syttyvää nestettä.

Pitkäkestoiset isot liekit tuotetaan tyypillisesti polttamalla isoja määriä jotakin sopivaa syttyvää kaasua, esimerkiksi butaania tai propaania käyttäen sopivia suuttimia. Vaihtelemalla kaasun virtausnopeutta ja suuttimien ominaisuuksia 20 voidaan tuottaa erikokoisia ja -muotoisia liekkejä.

Se, että käytetään suuria määriä syttyvää suurienergistä materiaalia, kuten bensiiniä tai propaania, aiheuttaa merkittäviä riskejä, koska palamisprosessissa syntyy paljon lämpöä. Tämä rajoittaa kyseisten menetelmien käytettävyyttä 25 merkittävästi. Esimerkiksi on hyvin haastavaa tuottaa suuria liekkejä sisätiloissa, ja toisinaan tämä on mahdotonta turvallisuusriskien takia.

On olemassa joitakin menetelmiä tuottaa pieniä liekkiefektejä sisätiloissa, 5 esimerkiksi teattereissa. Nämä ratkaisut perustuvat tyypillisesti pyroteknisiin

CNJ

^ 30 seoksiin tai esimerkiksi mustan tai savuttoman ruudin polttamiseen. Nämä ? ratkaisut eivät ole kokonaan riskittömiä, koska savu saattaa olla myrkyllistä ja/tai

CVJ

seokset saattavat räjähtää hallitsemattomasti.

CC

CL

^ Aikaisemmissa, syttyviä nesteitä tai kaasuja käyttävissä ratkaisuissa liekki cS 35 saatetaan värjätä esimerkiksi lisäämällä väriä muuttavia suoloja nesteeseen tai § kaasuun. Kyseinen yhdiste saattaa muodostaa myrkyllisiä kaasuja. Esimerkiksi o c\j vihreä liekki voidaan saada aikaiseksi lisäämällä polttoaineeseen, esimerkiksi 2 metanoliin, bariumkloridia. Sen lisäksi saatetaan tarvita jokin kloorin lähde, esimerkiksi suolahappo, jotta väristä tulee selkeä. Klooria sisältävät aineet saattavat kehittää esimerkiksi fosgeenia, joka on vaarallinen kaasu ja myrkyllistä jo hyvin pieninä määrinä.

5

Jotkut voimalaitokset, esimerkiksi ne, jotka polttavat hiiltä, on järjestetty siten, että ilmaa puhalletaan polttoainepilveen, joka muodostuu hiilipölystä. Tämän seurauksena hiilipöly palaa niin nopeasti ja tehokkasti kuin mahdollista tuottaen niin paljon energiaa kuin mahdollista.

10

Japanilainen patenttihakemus JP 2001132910 julkistaa liekkigeneraattorin erikoisefektien aikaansaamiseksi. Tämä generaattori muodostuu neljästä suutimesta, jotka on järjestetty sytytyslaitteen ympärille.

15 Japanilainen patentti JP7052114 julkistaa ilotulituslaitteen, joka kykenee levittämään halutut ilotulitusefektit laajalle alueelle hallitusti. Kyseinen julkaisu esittää sahanpurun käytön ilotulitusvälineessä.

Amerikkalaispatentti US2270443 julkistaa menetelmän ja laitteen liekin värin 20 muuttamiseksi käyttäen sopivaa jauhemaista ainetta. Liekki kyseisessä patentissa tuotetaan polttamalla sopivaa kaasua, kuten aikaisemmin on yleisesti tunnettua.

Amerikkalaispatentti US6953401 julkistaa laitteen liekkiefektien simuloimiseksi. 25 Liekkisimulaatio saadaan aikaiseksi luomalla sumuseinämä, johon sopiva valokeila heijastetaan.

o Amerikkalaispatentti US5756920 julkistaa liekkitykin, jolla saadaan aikaan ^ räjähdyksen kaltainen efekti. Tykkiin kuuluu säiliö, efektiventtiili, suutin ja sytytin.

^ 30 Säiliö on kytketty hiilidioksidilähteeseen ja propaanilähteeseen.

X

£ Vaikka aikaisemman vakiintuneen käsityksen mukaan tunnetaan useita co tekniikoita suurten liekkien tuottamiseksi esimerkiksi erikoisefektitarkoituksiin, ei

CO

g ole tiedossa menetelmiä tai järjestelyjä tuottaa suuria matalaenergisiä liekkejä o 35 polttamalla jauhetta, joka muodostuu pienistä hiukkasista. Olisi erityisen 00 hyödyllistä olla sellainen menetelmä ja järjestely, joka tuottaisi suhteellisen suuria 3 liekkejä ja olisi turvallinen käyttää myös kokemattomille käyttäjille ja jopa sisätiloissa. Olisi myöskin edullista, jos pienten hiukkasten polttoprosessi voidaan tehdä niin hitaaksi kuin mahdollista. Sen lisäksi olisi edullista käyttää polttoainetta, jota ei ole luokiteltu vaaralliseksi aineeksi.

5

KEKSINNÖN TAVOITE

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota menetelmät ja järjestelyt suurten matalaenergisten liekkien tuottamiseksi polttamalla jauhemaista ainetta. 10 Keksinnön toinen tarkoitus on parantaa suuria liekkejä käyttävien erikoisefektien tuottamisen turvallisuutta. Vielä yksi tarkoitus on parantaa erikoisefektiliekkien hallittavuutta.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

15

Keksinnön mukaisesti julkistetaan menetelmä ja järjestely matalaenergisten liekkien tuottamiseksi jauhemaisia aineita käyttämällä.

Esillä olevan keksinnön menetelmää luonnehtii se, että palava (combustible) 20 jauhe syötetään kaasuvirtaan, jauheen ja kaasun seos purkautuu suuttimen läpi ja sytytetään.

Kaasuvirta voi muodostua ytimestä ja sitä ympäröivästä vaippaosasta. Ydinosan kaasun virtausnopeus voi olla suurempi kuin ympäröivän vaippaosan. Ydinosan 25 kaasuvirtauksen on edullista olla ainakin lievästi turbulenttinen. Ympäröivän vaippaosan kaasuvirtaus voi olla laminaarinen.

o Suutin voi muodostua vähintään yhdestä paikallaan pysyvästä tai liikkuvasta ^ rakenteesta, joka jakaa kaasuvirtauksen ydinosaan ja sitä ympäröivään o ^ 30 vaippaan.

X

£ Suutin voi muodostua osasta, jossa suutin saattaa laajentua 100%, 200%, 300% co tai 500% sallien suuttimen läpi viilaavan kaasun laajenemisen.

CO

CVJ

o o 35 Sen lisäksi suutin saattaa muodostua sylinterimäisestä osasta.

CVJ

4

Suutin voidaan järjestää sisältämään tai olemaan kiinnitetty joihinkin soveltuviin välineisiin kaasun ja jauheen seoksen sytyttämiseksi. Välineinä voivat olla esimerkiksi sytytysliekki, sähkökipinä tai sähköinen kuumennuselementti. Sytytysjärjestelyjen tarvitsema energiamäärä voi olla säädettävissä.

5

Kaasun on edullista sisältää happea. Kaasu voi edullisesti olla esimerkiksi ilmaa.

Kaasuvirta voidaan tuottaa esimerkiksi käyttämällä painestettua kaasua tai puhallinta. Kaasuvirtauksen nopeutta voidaan säätää sopivaksi esimerkiksi 10 käytettävälle jauhemaiselle aineelle ja/tai suuttimelle.

Suuttimessa saattaa olla menetelmiä turbulenssin aikaansaamiseksi kaasuvirtauksessa. Turbulenssi voi edullisimmin tapahtua kaasuvirran ydinosassa. Virtauksen vaippaosassa on edullista välttää turbulenssin 15 muodostusta.

Kaasuvirran nopeus voi olla esimerkiksi vähintään 5, 10 tai 15 l/s suuttimen halkaisijan mukaan. Enimmillään kaasuvirran nopeus voi olla esimerkiksi 50, 100 tai 200 l/s tai enemmän. Edullisimmin virtausnopeus on välillä 10 ja 100 l/s.

20

Jauhemaisen aineen syöttönopeus sekoituskammioon ja/tai suuttimeen voi olla esimerkiksi vähintään 5g/s, 10g/s tai 100g/s.

Kyseinen jauhe voi olla mitä tahansa sopivaa poltettavaa jauhetta, esimerkiksi 25 puupölyä tai vehnäjauhoa. Ylipäätään mikä tahansa hienojakoinen palava orgaaninen tai epäorgaanien aine on sovellettavissa polttoainejauheeksi.

o Jauheen hiukkasten vähimmäiskoko (halkaisija) voi olla esimerkiksi 1, 5 tai 10 c0 mikrometriä. Jauheen hiukkasten enimmäiskoko voi olla esimerkiksi 20, 100 tai o ' 30 500 mikrometriä.

CVJ

X

£ Joissakin keksinnön sovelluksissa voidaan käyttää bimodaalista jauhetta, joka co muodostuu hienojakoisesta ja karkeajakoisesta osasta.

00

CVJ

o o 35 Jauhe voi sisältää lisähiukkasia lisäefektien tuottamiseksi. Lisäefekti voi o 00 esimerkiksi olla liekin värin vaihtuminen tai jokin pyrotekninen efekti, kuten 5 räjähdys. Kyseiset lisäefektit voidaan myös saavuttaa syöttämällä jotain sopivaa nestettä kaasuvirtaan.

Kaasu-polttoaine -suhde (litroja ilmaa/grammaa polttoainetta) suuttimessa voi 5 olla vähintään 0,051/g, 0,081/g tai 0,1 l/g ja enimmillään 0,6l/g, 0,8l/g tai 1,01/g. Sopiva suhde riippuu esimerkiksi käytetystä jauhemaisesta aineesta ja sen kosteuspitoisuudesta.

Keksinnön järjestelyjen osien mittasuhteita voidaan muuttaa ja/tai polttoaineen 10 syöttönopeutta ja/tai kaasun virtausnopeutta voidaan sovittaa siten, että tuotetaan liekki, jonka pituus voi olla ainakin 2, 3 tai 4 metriä.

Keksintö koskee myös järjestelyä, joka toteuttaa tässä tekstissä esitetyn menetelmän.

15

Keksijät ovat yllättäen huomanneet, että tässä tekstissä esitetty menetelmä ja laite sallivat myös pölymäisen aineen polttamisen suhteellisen hitaasti, vaikka aikaisemman vakiintuneen käsityksen mukaan ko. aineen pitäisi palaa räjähdysmäisesti tai ei syttyä lainkaan. Keksijät uskovat, että kaasun virtaus, 20 kuten keksinnön suoritusmuodoista ilmenee, vaikuttaa merkittävästi ym. ilmiöihin. Keksintö ratkaisee aikaisemman tunnetun tekniikan mukaisia puutteita esimerkiksi tuottamalla liekkejä, jotka säteilevät suhteellisen vähän lämpöä, koska aineet palavat epätavallisen hitaasti.

25 Tässä tekstissä on kuvattu joitakin keksinnön sovelluksia, mutta alan ammattimiehille myös muut keksinnön sovellukset ja adaptaatiot ovat ilmeisiä.

o PIIRUSTUSTEN LYHYT ESITTELY

i

CO

0 ^ 30 Seuraavassa keksintö on kuvattu yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin ^ piirustuksiin, joissa

CC

CL

co Kuvio 1 kuvaa järjestelyn esillä olevan keksinnön esimerkinomaisesta 00 g suoritusmuodosta ja o 35 Kuvio 2 kuvaa esillä olevan keksinnön suoritusmuodon esimerkinomaisen o ™ suuttimen ja 6

Kuvio 3 kuvaa esimerkinomaisen suuttimen perustuen toiseen esillä olevan keksinnön suoritusmuotoon.

PIIRUSTUSTEN YKSITYISKOHTAINEN SELITYS

5

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön suoritusmuodon esimerkinomaisen järjestelyn. Järjestely sisältää polttoainetankin (fuel silo) 100, joka on yhdistetty alipainesyöttimeen (vacuum injector) 102 liittimen 101 kautta. Liitin voi sisältää välineet 105 polttoaineen (esimerkiksi puupölyn) syötön nopeuden säätelyyn 10 polttoainetankista alipainesyöttimeen. Kaasuvirta alipainesyöttimeen 102 hankitaan puhaltamalla kaasua (esimerkiksi ilmaa) syöttimeen ilmaventtiilin 104 läpi. Joissakin suoritusmuodoissa, esimerkiksi niissä, joissa kaasuvirta hankitaan puhaltimella, ilmaventtiili 104 voi olla valinnainen. Kaasun ja polttoainejauheen dispersio on johdettu alipainesyötöltä suuttimelle 103, jossa se on sytytetty 15 sytytysvälineillä (katso kuvio 2) ja puhallettu ulos järjestelmästä matalaenergisen liekin muodostamiseksi.

Kuvio 2 esittää esillä olevan keksinnön suoritusmuodon suutinta (103 kuvassa 1) yksityiskohtaisemmin. Suutin 200 on yhdistetty liittimeen 201, jonka läpi kaasu 20 virtaa. Yhdessä suoritusmuodossa suuttimen pituus on 150 mm ja ulompi halkaisija 50 mm. Liitin 201 on pituudeltaan 30 mm ja sisähalkaisijaltaan 15 mm. Suuttimen sisällä voi olla rakenteita tai muita järjestelyjä 202, 203 kaasuvirran jakamiseksi ydin- ja vaippaosiin ja sopivan turbulenssin kehittämiseksi virtauksen ydinosassa ennen dispersoidun seoksen sytyttämistä sytytysvälineillä 204.

25

Kuvio 3 esittää suutinta (103 kuvassa 1) nykyisen keksinnön toisessa ilmentymässä. Suutin sisältää kartiomaisen osan 301 ja sylinterimäisen osan δ 302. Suuttimen mitat voivat olla esimerkiksi samankaltaiset kuin tavallisen 1,5 c0 litran virvoitusjuomapullon, jonka pohja on poistettu. Rei'itetystä teräsliuskasta o ^ 30 valmistettu rakenne (303-305) on kiinnitetty sylinterimäiseen osaan. Reititetyn nauhan (esimerkiksi "Patent Band") leveys voi olla esimerkiksi 1-2 cm. Rakenne

X

£ sisältää yhdistävän osan 303, joka kiinnittää rakenteen sylinteriosaan 302.

co Ohjaava osa 304 jakaa kaasuvirtauksen ydin- ja vaippakomponenttiin. Rakenne ^ 305 muodostaa pienoista turbulenssia kaasun ja jauheen, esimerkiksi puupölyn o 35 tai vehnäjauhon, seosta sisältävän kaasuvirran ydinkomponenttiin.

C\J

7

Seuraavassa esitetään esimerkit kuvioiden 1 ja 2 kuvaaman suoritusmuodon käytöstä. Butaanipoltinta (100g/h) käytettiin ilma- ja polttoaineseoksen sytyttämiseen. 6 bar -paineeseen kykenevää kompressoria ja 20 litran ilmatankkia käytettiin ilman lähteenä. Kuitenkin, yllättävästi, testeissä tarvittiin 5 vain alle 1 bar paine. Tästä johtuen keksijät uskovat, että sopiva kaasuvirtaus on saavutettavissa myös suhteellisen pienitehoisen puhaltimen, esimerkiksi tavallisen kotitalouspölynimuriin verrattavan, avulla.

Kun käytettiin kuvissa 1 ja 2 kuvattua järjestelyä käyttäen puupölyä polttoaineena 10 ja ilma-polttoainesuhteena 0,175 l/g, järjestelmä tuotti vaakasuuntaisen 7 metrin pituisen liekin.

Testeissä liekki paloi keskimäärin 7-8 sekuntia. Jotkut testiajot yrittivät maksimoida liekin paloajan samalla polttoainemäärällä. Näissä testiajoissa 15 paloajat olivat 10-12 sekuntia. Kaikilla kerroilla liekki sammui, kun polttoaine loppui. Näin ollen vaikuttaa, että rajoittamaton polttoaine varasto johtaisi kontrolloidun palamisen rajoittamattomaan kestoon.

Kun käytettiin järjestelmää käyttäen puupölyä (kosteuspitoisuus 4,3%) ja ilma-20 polttoainesuhdetta 0,342 l/g, järjestelmä tuotti vaakasuuntaisen 3,8 metrin pituisen liekin.

Kun käytettiin järjestelmää käyttäen vehnäjauhoa (kosteuspitoisuus 10%) ja ilma-polttoainesuhdetta 0,099, järjestelmä tuotti vaakasuuntaisen 3 metrin pituisen 25 liekin.

^ Kuten esimerkeissä on näytetty, esillä olevan keksinnön suoritusmuodot o ratkaisevat hienojakoisen jauheen kontrolloidun polttamisen ongelman. Koska ^ vain suhteellisen pieni määrä suhteellisen vähäenergistä polttoainetta tarvitaan o ^ 30 tuottamaan suuri liekki, palamisen vapauttaman energian (kuumuus) määrä on melko pieni. Liekin kontrolloitavuuden on havaittu olevan melko helppoa

X

£ esimerkiksi kontrolloimalla kaasun (ilma) ja/tai polttoaineen syöttönopeutta (feed co rate). Esimerkiksi muutokset polttoaineen syöttönopeudessa ovat käytännössä

CO

g heti havaittavissa liekissä. Toinen hyöty esillä olevan keksinnön o 35 suoritusmuodoista on se, että toisin kuin aikaisemman vakiintuneen käsityksen 00 mukaisten ratkaisujen polttoaineet, keksinnön erilaisiin suoritusmuotoihin 8 kelpaava polttoaine on turvallista varastoida, kuljettaa, käsitellä ja käyttää. Tyypillisesti mitään lupia ja/tai erityisosaamista tai varovaisuutta ei tarvita polttoainetta käsiteltäessä. Tämän ohella keksinnön erilaisiin suoritusmuotoihin kelpaava polttoaine ei tyypillisesti ole luokiteltu vaaralliseksi materiaaliksi.

5

Edellä esitetyt esimerkinomaiset suoritusmuodot havainnollistavat alan ammattimiehelle tässä hakemuksessa esitettyä mallia, minkä johdosta on mahdollista suunnitella erilaisia menetelmiä ja järjestelyjä, jotka ammattimiehelle ilmeisellä tavalla hyödyntävät tässä hakemuksessa esitettyä keksinnöllistä 10 ajatusta.

δ

CM

CD

O

C\l

X

cc

CL

CD

CO

CM

O

CO

O

O

CM

Claims (7)

1. Menetelmä liekkien aikaansaamiseksi liekinheitinjärjestelyn avulla, tunnettu siitä, että kaasuvirtaukseen injektoidaan polttoaineeksi palavaa 5 jauhetta, jauheen ja kaasun seosta sisältävä kaasuvirtaus jaetaan ydin- ja vaippaosaan, jauheen ja kaasun seos vapautetaan suuttimen kautta ja sytytetään sekä puhalletaan ulos järjestelystä liekin muodostamiseksi, ja jossa mainittu ydinosa sisältää mainittua palavaa jauhetta ja mainittua kaasua. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasuvirtauksen ydinosa on turbulenttinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 kaasuvirtaus muodostetaan käyttäen ainakin yhtä seuraavista tavoista: paineistettu kaasu, puhallin ja kemiallinen kaasunkehitin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 palava jauhe sisältää ainakin yhtä seuraavista aineista: puupöly tai vehnäjauho.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun ja polttoaineen suhde mainitussa suuttimessa on vähintään 25 0,05 l/g ja enintään 1,0 l/g.

^ 6. Järjestely liekkien aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että o järjestely sisältää välineet (102) poltettavan, polttoaineena käytettävän, ^ jauheen lisäämiseksi kaasuvirtaukseen, välineet jauheen ^ 30 ja kaasun seoksen vapauttamiseksi suuttimen kautta (103) ja välineet seoksen sytyttämiseksi (204) ja liekin muodostamiseksi järjestelystä ulos X £ puhalletusta seoksesta, ja siitä, että järjestely lisäksi sisältää välineet (202, co 203, 304) mainitun, jauheen ja kaasun seosta sisältävän, kaasuvirtauksen oo g jakamiseksi ydin- ja vaippaosaan, jossa ydinosa sisältää mainittua o 35 jauhetta ja mainittua kaasua. CVJ

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely sisältää välineet (305) turbulenssin muodostamiseksi kaasuvirtauksen ydinosassa. δ CM CD O C\l X cc CL CO CO CM O CO O o CM