FI128538B - Poltinjärjestely - Google Patents

Abstract

Poltinjärjestely (100), joka käsittää vastaiskumyllyn (1), jossa on roottorilaite (2), joka käsittää yhden roottorin ja yhden staattorin tai kaksi roottoria (3a, 3b), joissa on keskenään sisäkkäin meneviä siipikehiä (4a, 4b). Vastaiskumylly (1) käsittää lisäksi poltettavan materiaalin syöttökanavan (8), joka on järjestetty vastaanottamaan poltettavaa materiaalia roottorilaitteen sisäkehälle (9), ja poistokanavan (10), joka on yhteydessä roottorilaitteen ulkokehälle (11) ja sovitettu vastaanottamaan roottorilaitteen (2) läpäissyttä poltettavaa materiaalia. Poltinjärjestely (100) käsittää vielä sytytysvälineet (12), jotka on järjestetty sytyttämään roottorilaitteen (2) ulos puhaltaman poltettavan materiaalin palamaan välittömästi poistuessaan vastaiskumyllystä (1).

Description

Poltinjärjestely Tausta Keksinnön kohteena on poltinjärjestely. Tunnetaan ratkaisuja kiinteän polttoaineen polttamiseksi, joissa kiin- teä polttoaine hienonnetaan ennen varsinaista polttoa. Hienonnettu, usein pöly- mäisiä komponentteja sisältävä, polttoaine syttyy helposti räjähdysmäisesti. Jotta vältettäisiin hallitsemattomat ja vaaralliset räjähdykset, on polttoaineen hienon- nusvälineiden ja polttokammion välille sovitettu tyypillisesti lukuisia varolaittei- ta, kuten sulkusyöttimiä, kipinänilmaisimia, varastosiilojen varoaukkoja (explosi- onrelief membrane) jne. Julkaisussa JP S61110912 U on esitetty poltinjärjestely, joka käsittää vastaiskumyllyn, jossa on roottorilaite, joka käsittää yhden roottorin ja yhden staattorin, joissa on keskenään sisäkkäin meneviä siipikehiä.

Ongelmana tunnetuissa ratkaisuissa on, että ne ovat monimutkaisia ja kalliita.

Lyhyt selostus Keksinnön mukaiselle poltinjärjestelylle on tunnusomaista se, mitä it- senäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa on esitetty. Keksinnön muille sovellusmuodoille on tunnusomaista se, mitä muissa patenttivaatimuksissa on — esitetty.

Keksinnöllisiä sovellusmuotoja on myös esillä tämän hakemuksen seli- tysosassa ja piirustuksissa. Hakemuksessa oleva keksinnöllinen sisältö voidaan määritellä myös toisin kuin jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa tehdään. Keksinnöllinen sisältö voi muodostua myös useammasta erillisestä keksinnöstä, — erityisesti jos keksintöä tarkastellaan ilmaistujen tai implisiittisten osatehtävien N valossa tai saavutettujen hyötyjen tai hyötyryhmien kannalta. Tällöin jotkut jäl- N jempänä olevien patenttivaatimuksien sisältämät määritteet voivat olla erillisten S keksinnöllisten ajatusten kannalta tarpeettomia. Keksinnön eri suoritusmuotojen S piirteitä voi keksinnöllisen perusajatuksen puitteissa soveltaa toisten suoritus- E 30 muotojen yhteydessä. S Kuvioiden lyhyt selostus S Keksintöä selostetaan nyt tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa N kuviot 1a ja 1b esittävät kaavamaisesti erästä poltinjärjestelyä sivus- tapäin ja päältäpäin, osittain aukileikattuna,

kuvio 2 esittää kaavamaisesti erästä toista poltinjärjestelyä päältäpäin ja osittain aukileikattuna, kuviot 3a, 3b esittävät kaavamaisesti erästä vastaiskumyllyn yksityis- kohtaa sivustapäin ja päältäpäin, osittain aukileikattuna, kuvio 4 esittää kaavamaisesti erästä kolmatta poltinjärjestelyä päältä- päin, osittain aukileikattuna, ja kuvio 5 esittää kaavamaisesti erästä neljättä poltinjärjestelyä. Kuviois- sa keksintö on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla viitenumeroilla.

Yksityiskohtainen selostus Kuvioissa 1a ja 1b on esitetty kaavamaisesti eräs poltinjärjestely. Poltinjärjestely 100 käsittää vastaiskumyllyn 1, joka voi olla esimer- kiksi tuotemerkillä Atrex& markkinoilla oleva laite. Vastaiskumyllyssä 1on root- — torilaite 2, joka käsittää kaksi roottorilevyä eli roottoria 3a, 3b, joissa on keske- nään sisäkkäin meneviä, siivistä 5 muodostuvia siipikehiä 4a, 4b, joista joka toi- nen on kiinnitetty yläroottoriin 3a ja joka toinen alaroottoriin 3b. Roottoreiden yksityiskohtia on esitetty kuviossa 3a. Roottoreita 3a, 3b pyöritetään eri suuntiin tai samaan suuntaan eri nopeuksilla. Siipikehät 4a, 4b eivät tällöin kosketa toisiinsa tai vastakkaiseen roottoriin. Roottoreiden ympärille on sovitettu roottorikotelo 6, joka muodostaa roottoritilan. Eräässä suoritusmuodossa roottoreita 3a, 3b pyöritetään yhdellä moottorilla 16, jonka pyörimisliike jaetaan vaihteistolla roottoreille. Eräässä toi- sessa suoritusmuodossa kummallakin roottorilla on oma moottorinsa, joiden no- o peutta ja siten roottoreiden pyörimisnopeutta voidaan edullisesti säätää toisis- AN taan riippumatta. Viime mainittu suoritusmuoto voi olla säädettävyytensä ansios- > ta erityisen edullinen sellaisissa sovelluksissa, joissa poltettavan materiaalin si- = sältö tai muut ominaisuudet voivat olennaisesti vaihdella, tai esimerkiksi tutki- © 30 mus- ja kehitystyössä etsittäessä laitteen käyttöparametreja. Moottori sinänsä voi E olla mikä tahansa moottori, edullisimmin kuitenkin sähkömoottori. — Eräässä vastaiskumyllyn suoritusmuodossa on toinen roottori korvat- 2 tu staattorilla, eli pyörimättömillä siipikehillä. S Roottorin tai roottoreiden pyörimisnopeutta säätämällä voidaan osal- N 35 taan säätää palotapahtumaa.

Roottorikotelo 6 käsittää syöttökanavan 8, joka on järjestetty vastaan- ottamaan poltettavaa materiaalia ja johtamaan sen roottorilaitteen sisäkehälle 9. Kuvioissa esitetyissä suoritusmuodoissa syöttökanava 8 on suppilo, mutta sen muoto voi olla toinenkin. Paitsi poltettavaa materiaalia niin myös palamistapah- tumassa tarvittavaa happipitoista kaasua tai kaasuseosta saadaan syötettyä syöt- tökanavan 8 kautta roottoritilaan. Kaasuseos on tyypillisesti ilmaa tai ilman ja sii- hen lisätyn lisäkaasun, kuten hapen, seosta. Jatkossa tässä selityksessä käytetään selvyyden vuoksi termiä ”ilma” edustamassa mainittuja kaasuja ja kaasuseoksia, ellei toisin mainita.

Roottorikotelo 6 käsittää lisäksi poistokanavan 10, joka on yhteydessä roottorilaitteen ulkokehälle 11 ja sovitettu vastaanottamaan roottorilaitteen lä- päissyttä poltettavaa materiaalia.

Kuvioiden 1a, 1b esittämässä suoritusmuodossa poistokanava 10 on suunnattu erkanemaan roottorien 3a, 3b säteen suuntaisesti roottoritilasta.

Eräässä suoritusmuodossa poistokanavan 10 virtauspoikkipinta-ala supistuu sitä mukaa mitä kauempana kanavan osa on roottorilaitteesta 2. Etuna on se, että saadaan nostettua poltettavan materiaalin ja ilman muodostaman seoksen vir- tausnopeutta, millä voi olla etua kun seos sytytetään palamaan.

Kuvion 2 esittämässä toisessa suoritusmuodossa poistokanava 10 on suunnattu erkanemaan roottoritilasta tangentiaalisesti roottorilaitteen ulkokehän 11 suhteen. Etuna on se, että poltettava materiaali voidaan saada puhallettua suu- rella nopeudella ulos roottoritilasta.

Poistokanavan 10 pituudella voi olla olennaista merkitystä palotapah- tumaan. Erään ajatuksen mukaisesti poistokanava kuumenee palotapahtumassa niin, että poistokanavan kuumuus tehostaa palotapahtumaa. Tätä ilmiötä voidaan o tehostaa pidentämällä poistokanavaa 10.

AN Eräässä suoritusmuodossa poistokanava 10 tai ainakin sen osapituus > on varustettu kuumennuselementillä, jonka avulla poistokanavaa voidaan kuu- = mentaa palotapahtuman tehostamiseksi.

© 30 Roottorikotelon 6 pohja, vaippa, ja/tai kansi, kuten myös vastaisku- E myllyn voimansiirto, voidaan varustaa jäähdytyslaitteella 17, joka estää järjeste- — lyn liiallisen kuumenemisen. Eräässä suoritusmuodossa jäähdytyslaite 17 on kyt- 2 ketty esilämmittämään poltinjärjestelyyn 100 syötettävää poltettavaa materiaa- S lia, ilmaa ja/tai lisä- ja/tai apuainetta.

N

Poltinjärjestely 100 käsittää vielä sytytysvälineet 12, jotka on järjestet- ty sytyttämään roottorilaitteen 2 ulos puhaltaman poltettavan materiaalin pois- tuessa vastaiskumyllystä 1.

Eräässä suoritusmuodossa sytytysvälineet 12 on sovitettu vastaisku- myllyn poistokanavaan 10. Etuna on se, että hienonnettu poltettava materiaali saadaan palamaan heti välittömästi hienonnuksensa jälkeen sen poistuessa root- toritilasta. Erään ajatuksen mukaisesti poltettava materiaali käsittää tässä vai- heessa maksimimäärän reagoimiskykyistä pintaa.

Eräässä toisessa suoritusmuodossa sytytysvälineet 12 on sovitettu roottoritilaan — esitetty kuviossa 1a katkoviivoilla - niin, että saadaan sytytettyä ja/tai ylläpidettyä palotapahtumaa ulompien siipikehien lomassa. Etuna on, että (mahdollisesti esiintyvien) suurikokoisten partikkelien reagoiminen ja palaminen saadaan alkuun jo niiden hienonnusvaiheessa.

Huomautettakoon kuitenkin, että sytytysvälineet 12 voidaan sovittaa muuallekin, kuten jäljempänä selitetään.

Eräässä suoritusmuodossa sytytysvälineet 12 on järjestetty syöttä- mään poistokanavaan 10 palavaa kaasua tai kaasuseosta.

Eräässä toisessa suoritusmuodossa sytytysvälineet 12 käsittää pietso- sytyttimen. Etuna on, että sen toimintaa voidaan ohjata sähköisesti poltinjärjeste- lyn ohjausyksiköllä.

Sytytysvälineet 12 voidaan järjestää sytyttämään ja ylläpitämään pol- tettavan materiaalin paloa olennaisesti koko polttotapahtuman ajan. Vaihtoehtoi- sesti sytytysvälineet 12 sovitetaan sytyttämään poltettava materiaali palamaan, ja kytkeytymään sen jälkeen pois toiminnasta. Palaminen ei tällöin vaadi sen ylläpi- — toa sytytysvälineillä.

o Eräässä suoritusmuodossa poltinjärjestely 100 käsittää palonvalvonta- AN järjestelyn. Palonvalvontajärjestely käsittää yhden tai useamman anturin, joiden > avulla se valvoo palotapahtumaa. Anturi(t) voidaan sovittaa esimerkiksi poisto- = kanavaan 10, poistokanavan 10 ja roottoritilan yhtymäkohtaan, ja/tai poistoka- © 30 navan 10 jälkeiseen poltinjärjestelyn osaan. Palonvalvontajärjestely voi olla sovi- E tettu antamaan hälytys, mikäli se havaitsee jotakin normaalista poikkeavaa. Antu- — ri voi tarkkailla esimerkiksi yhtä tai useampaa kaasukomponentin pitoisuutta, 2 lämpötilaa ja/tai painetta. Eräässä suoritusmuodossa palonvalvontajärjestely on S järjestetty käyttämään sytytysvälineitä 12 siinä tapauksessa, että palo on sammu- N 35 nut tai on vaillinaista.

Erään ajatuksen mukaisesti palonvalvontajärjestely käsittää lisäksi vä- lineet poltinjärjestelyn 100 toiminnan keskeyttämiseksi. Näin voidaan minimoida palotapahtumaan mahdollisesti sisältyviä riskejä. Mainitut välineet voivat esi- merkiksi lopettaa poltettavan materiaalin ja/tai ilman syöttämisen vastaiskumyl- 5 lyyn1.

Poltinjärjestelyyn 100 syötettävä poltettava materiaali voi olla periaat- teessa mitä tahansa palavaa materiaalia. Se voi olla kiinteää materiaalia, joka on sellaisessa koossa, että se mahtuu syöttökanavaan 8. Erään ajatuksen mukaisesti kiinteä materiaali on partikkelimuodossa, esimerkiksi granulaattia, pellettiä, ha- ketta, lastua, tikkua, olkea, purua, pölyä tms. Edelleen poltinjärjestelyyn 100 syö- tettävä poltettava materiaali voi olla nestemäistä, tai kiinteän ja nestemäisen ma- teriaalin seosta.

Poltettava materiaali voi käsittää bioperäistä materiaalia, kuten puuta, turvetta tai muuta kasviperäistä materiaalia tai eläinperäistä materiaalia kuten teurastusjätettä, ja/tai fossiilista polttoainetta, kuten kivihiiltä, ruskohiiltä tai ns. palavaa kiveä, tai maaöljyn jakeita.

Poltettava materiaali voi olla esimerkiksi neitseellistä materiaalia, jä- tettä tai teollisuuden sivutuotetta, tai näiden erilaisia seoksia. Poltettava materi- —aalivoi olla sekoittuneena palamattomaan materiaaliin. Tästä eräänä esimerkkinä mainittakoon maa-ainekseen sekoittuneet oljy- ja/tai liuotinpohjaiset materiaalit. Etuna on, että näin voidaan puhdistaa saastuneita maa-aineksia tms. ja samalla tuottaa energiaa.

Erään ajatuksen mukaisesti poltettava materiaali käsittää kaatotuoret- taraakapuuta, toisin sanoen puuta, jonka ei ole annettu kuivua normaaliin poltet- o tavan puun kosteuspitoisuuteen. Yllättäen on havaittu kaatotuoreen puun polton AN tuottavan enemmän energiaa kuin kuivan puun polttaminen. Erään ajatuksen > mukaan syynä on se, että kuivuneesta puusta on haihtuneet pois palavia kaasu- = maisia yhdisteitä, jotka ovat siis vielä tallella kaatotuoreessa puussa. Erään toisen © 30 ajatuksen mukaan syynä on se, että kuumassa liekissä kuuma vesihöyry reagoi E kuuman hehkuvan hiilen kanssa hehkuvan hiilen pinnan läheisyydessä olevassa — hapettomassa tilassa, jolloin kehittyy palavaa vetyä ja häkäkaasua, sekä vedestä 2 happea niiden polttoon. Keksinnön mukaisessa poltinjärjestelyssä 100 kaasumai- S set yhdisteet vapautuvat vastaiskumyllyn 1 hienonnusprosessissa nopeasti ja ne N 35 saadaan mukaan itse polttotapahtumaan, ts. saadaan nostettua poltetavasta ma- teriaalista saatavan lämpöenergian määrää.

Erään ajatuksen mukaisesti poltettava materiaali käsittää nestemäistä komponenttia, ollen jopa kokonaan nestemäistä. Vastaiskumyllyn 1 siipikehät hienontavat nesteen pienen pieniksi pisaroiksi ja sekoittavat ne kaasufaasiin, jol- loin syntyy edullisesti mikrohomogenoitu seos, joka palaa tehokkaasti.

Eräässä suoritusmuodossa palotapahtuman sytyttämisvaiheessa käy- tetään ensimmäistä, helposti syttyvää poltettavaa materiaalia. Palon alettua ja saavuttaessa tietyt kriteerit, esimerkiksi lämpötilansa osalta, poltettava materiaa- li vaihdetaan vähitellen tai kerralla toiseksi poltettavaksi materiaaliksi. Etuna on, että toisena poltettavana materiaalina voidaan syöttää vaikeasti syttyvää materi- aalia, jonka palaminen kylmässä laitteessa olisi vaillinaista, mutta joka saadaan tällä tavalla palamaan tehokkaasti heti syöttönsä alettua.

Poltinjärjestelyn 100 teknisten piirteiden yksityiskohdat valitaan käyt- tötarkoituksen ja poltettavan materiaalin ominaisuuksien mukaan. Esimerkiksi poltettaessa puuperäistä tai muuta sellaista materiaalia, joka muodostuu hyvin — tiiviistä, lujista kuitumaisista rakennepakkauksista aina nanotasolle asti, on edul- lista, että ainakin joidenkin siipien 5 pinnat käsittävät sopivasti karkeita pintoja. Karkeat pinnat repivät rakennepakkaukset rikki, jolloin niiden hienorakenteet, kuten puukuidut, vapautuvat. Karkea pinta voidaan valmistaa esimerkiksi HIP- tekniikalla, so. pulverimetallurgisella menetelmällä lisäämällä teräspulveriseok- — siin hyvin lujia kulutusta kestäviä mikrokokoisia rakeita (microgrit), kuten esi- merkiksi piikarbidia tai aloksiittia (aloksi, alox), jotka muodostavat jatkuvasti uutta "hiekkapaperimaista" kulutuspintaa matriisimetallin kuluessa pois.

Vastaiskumyllyn 1 tilavuus on minimaalinen verrattuna esimerkiksi vasaramyllyyn. Tämän ansiosta poltettava materiaali läpäisee myllyn nopeasti, jolloin sen sisään ei pääse syntymään suurta ja vaikeasti hallittavaa räjähdys- o herkkää seosta.

AN Vastaiskumyllyn roottorilaite 2 muodostaa paitsi tehokkaan materiaa- > lia hienontavan laitteen niin myös pumpun, ja kahdella roottorilla varustetussa = suoritusmuodossa kaksinkertaisen pumpun, joka puhaltaa hienonnetun materiaa- © 30 lin ja ilman seoksen poistokanavaan 10. Näin ollen erilliset materiaalia siirtävät E pumput ovat tarpeettomia. Materiaalin virtaus on nopeaa niin, että palamistapah- — tuma ei pääse tunkeutumaan vastavirtaan roottoritilaan. Eräissä suoritusmuo- 2 doissa poltettava materiaali ja ilma viipyy roottoritilassa noin yhden sekunnin S (1s). Poltinjärjestelyssä 100 voidaan välttää käyttämästä jo edellä mainittuja va- N 35 rolaitteita, mikä yksinkertaistaa poltinjärjestelyn 100 rakennetta ja alentaa sen investointi- ja ylläpitokustannuksia.

Vastaiskumyllyn 1 tuottama ja poistokanavaan 10 tuleva hienonnettu materiaali on erittäin reaktiivista ja sekoittunut optimaalisesti ilman kanssa. Erään ajatuksen mukaisesti vastaiskumylly 1 toimii siten laitteena, jonka toiminta vastaa ottomoottorin kaasuttimen toimintaa. Palaminen tapahtuu ns. esisekoite- tulla liekillä (pre-mixed flame), jonka avulla muun muassa voidaan olennaisesti vähentää pienhiukkasten syntymistä tai jopa estää niiden syntyminen käytännös- sä kokonaan.

Eräässä suoritusmuodossa kaikki palamisessa tarvittava ilma saadaan syöttökanavan 8 kautta. Eräässä toisessa suoritusmuodossa vastaiskumyllyyn 1 on sovitettu kaasunsyöttövälineet 13, joiden avulla syötetään happipitoista lisä- kaasua syöttökanavan 8 kautta tulleen poltettavan materiaalin ja ilman sekaan. Näin esimerkiksi syöttökanavan kautta tulleeseen ilmaan voidaan syöttää esi- merkiksi happikaasua tai lisäilmaa, esimerkiksi suoraan syöttökanavaan 8 ja/tai roottoritilaan ja/tai poistokanavaan 10. Erään ajatuksen mukaan kaasunsyöttövä- lineet 13 käsittävät kaasuejektorin, joka on sovitettu poistokanavaan 10 ja suun- nattu poispäin roottoritilasta. Lisäkaasu, kuten ilma, voi edullisesti olla esilämmi- tettyä, esimerkiksi sijoittamalla lisäkaasua johtava kanava kuuman poistokanavan 10 kylkeen, jolloin lisäkaasu kuumenee poistokanavasta saatavalla lämpöenergi- alla. Lisäkaasun syöttöä säätämällä voidaan helposti säätää itse palotapahtumaa.

Lisäksi lisäkaasun syöttäminen voi edelleen nopeuttaa poltettavan materiaalin virtausta ulos vastaiskumyllystä.

Erään ajatuksen mukaisesti vastaiskumyllyyn 1 voidaan syöttää lisä- ja/tai apuaineita, joiden avulla saadaan edistettyä esimerkiksi savukaasujen puh- distamista, palamisen hyötysuhdetta tai jotakin muuta poltinjärjestelyn 100 käyt- töön ja/tai toimintaan liittyvien kemiallisten tai fysikaalisten rektioiden etene- o mistä. Etuna on, että lisä- ja apuaineet aktivoituvat vastaiskumyllyssä 1 - eritoten AN hienontumisessa syntyvien uusien ja innokkaasti reagoivien pintojen ansiosta. > Edelleen etuna on, että lisä- ja apuaineet sekoittuvat vastaiskumyllyn 1 voimak- = kaissa toistuvissa vastaiskuissa ja hierroissa sekä voimakkaissa turbulenssivir- © 30 tauksissa tehokkaasti poltettavan materiaalin kanssa, mikä lisää reaktioiden edel- E lyttämien ainesosien kohtaamisien ja törmäyksien todennäköisyyttä. Näin ollen — lisä- ja apuaineet saadaan hyödynnettyä tehokkaasti ja halutut reaktiot tapahtu- 3 maan kautta koko materiaalivirran. = Eräässä suoritusmuodossa vastaiskumyllyyn 1 syötetään apuaineena N 35 kalkkia tai kalkkipitoista yhdistettä. Kalkki kalsinoituu kuumuudessa ja reagoi suoraan poltossa syntyneen rikkioksidin kanssa muodostaen kalsiumin ja rikinsuoloja. Puhdistusteho on erinomainen johtuen edellä mainitusta tehokkaasta se- koituksesta ja reaktioon osallistuvien hiukkasten tuoreista aktiivisista pinnoista. Näin savukaasujen rikin poisto voi alkaa jo poltinjärjestelyssä 100. Huomautetta- koon kuitenkin, että poltettava materiaali ei suinkaan välttämättä sisällä rikkiä, jolloin rikin poistaminenkaan ei ole välttämätöntä.

Erään ajatuksen mukaisesti kalkin lisäys voi nostaa poltettavassa ma- teriaalissa mahdollisesti olevan mineraaliaineksen sulamispistettä. Tämän ansios- ta mineraaliaines ei sula ja tartu poltinjärjestelyn 100 kanaviin vaan tarttuu lento- tuhkana poltinjärjestelyä seuraavaan suodattimeen. Näin voidaan estää kanavien tukkeutumista.

Eräässä suoritusmuodossa vastaiskumyllyyn 1 syötetään apuaineena kaoliinia tai kaoliinipitoista yhdistettä. Tällä voidaan nostaa mineraaliainesten su- lamispistettä ja estää kanavien tukkeutumista jo edellä kuvatulla tavalla.

Orgaanista materiaalia poltettaessa saattaa syntyä pahanhajuisia sa- —vukaasuja. Eräässä suoritusmuodossa syötetään lisäainetta, esimerkiksi ureaa ja vettä, joka absorboi savukaasujen orgaanisia pahanhajuisia yhdisteitä.

Korkeissa lämpötiloissa tapahtuvassa palamisessa muodostuu typpi- kaasusta typen oksideja (NOx). Eräässä suoritusmuodossa vastaiskumyllyyn 1 syötetään apuaineena typen oksideja savukaasusta eliminoivaa kemikaalia, kuten esimerkiksi ureaa.

Vettä sisältävän apuaineen syöttämisellä voidaan saada vähennettyä palamiskaasujen typpioksidipitoisuutta.

Erään ajatuksen mukaisesti veden syöttämisellä saadaan edistettyä jo edellä mainittua reaktiota, jossa kuuma vesihöyry reagoi kuuman hehkuvan hiilen kanssa hapettomassa tilassa, jolloin kehittyy palavaa vetyä ja häkäkaasua. o Lisä- ja/tai apuaineita voidaan syöttää syöttövälineillään 14 esimer- AN kiksi syöttökanavaan 8, roottoritilaan ja/tai poistokanavaan 10. Huomautetta- > koon vielä, että poltinjärjestelyyn 100 voidaan syöttää yhtä tai useampaa lisä- = ja/tai apuainetta, mutta että lisä- ja/tai apuaineiden syöttäminen ei ole aina vält- © 30 tdmatontd eikä poltinjarjestely 100 välttämättä sisällä syöttövälineitä 14. E Kuviossa 3a, 3b on esitetty kaavamaisesti eräs vastaiskumyllyn rootto- — rilaite sivustapäin ja päältäpäin ja osittain aukileikattuna. Tässä suoritusmuodos- 3 sa ulommainen siipikehä 4a - siis siipikehä, joka on lähinnä roottorilaitteen ulko- = kehää 11 - käsittää siipiä 5, jotka on käännetty pyörimissuunnassa sisäänpäin. N 35 Eräässä suoritusmuodossa kaksi ulommaista siipikehää käsittää käännettyjä sii- piä: on jopa mahdollista, että kaikki ulommaisen siipikehän siivet 5 on käännettypyörimissuunnassa sisäänpäin. ”Käännetty pyörimissuunnassa sisäänpäin” tar- koittaa, että siiven sen tahkon tai pinnan, joka kulkee pyörimissuunnassa edellä ja iskee tai kohtaa roottorilaitteen sisemmiltä kehiltä tulevaa materiaalia, ulompi reuna pyörii edempänä kuin mainitun tahkon tai pinnan sisempi reuna. Etuna on se, että saadaan hidastettua massavirtauksen läpimenoa, millä voidaan tehostaa materiaalin hienontumista ja sekoittumista kaasufaasiin.

Kuviossa esitetyssä suoritusmuodossa roottorilaite 2 käsittää 6 kpl siipikehiä, joista joka toinen on kiinnitetty ylempään 3a ja joka toinen alempaan 3b roottoriin. Etuna on se, että poltettava materiaali voidaan saada erittäin hyvin hienonnettua ja sekoitettua palamisprosessissa tarvittavaan ilmaan. Huomautet- takoon kuitenkin, että siipikehien 4a, 4b lukumäärä voi olla pienempi tai suurem- pi kuin 6 kpl.

Kuviossa 4 on esitetty kaavamaisesti eräs kolmas poltinjärjestely pääl- täpäin ja osittain aukileikattuna. Tässä poistokanava 10 on muotoiltu virtaus- poikkipinta-alaltaan laajenevaksi roottorilaitteesta 2 etääntyessään. Etuna on se, että leimahduksenomaiselle palamisprosessin alulle, jossa poltettava seos laaje- nee huomattavasti, saadaan paljon ja laajaa tilaa, jolloin voidaan saada edellytyk- set täydelliselle palamiselle. Tällainen ratkaisu on eräissä sovellutuskohteissa edullisin poistokanavan 10 suoritusmuoto. Muilta piirteiltään voi kuviossa 4 esi- — tetty poltinjärjestely olla samanlainen kuin mitä jo edellä on selitetty. Voidaan siis sovittaa lisäilman syöttökanavat 13, sytytysvälineet 12, pyörimissuunnassa si- säänpäin käännetyt siivet jne. Edelleen poistokanava 10 voidaan sovittaa paitsi kuviossa esitetysti radiaalisesti niin myös tangentiaalisesti roottoritilan suhteen.

Eräässä kolmannessa suoritusmuodossa poistokanava 10 on ainakin olennaisesti vakioläpimittainen koko pituudeltaan, toisin sanoen sen poikkipinta- o ala ei ainakaan olennaisesti laajene tai suppene roottoritilasta etääntyessään. AN Kuviossa 5 on esitetty kaavamaisesti eräs neljäs poltinjärjestely sivus- > tapäin ja osittain aukileikattuna. Tässä poistokanava 10 on kytketty kattilaan 15 = ja poltettava materiaali on järjestetty lämmittämään ja kuumentamaan kattilan © 30 15 lämpöpintoja ja niiden välityksellä kattilassa virtaavaa lämmönsiirtoväliainet- E ta. Toisin sanoen juuri hienonnettu ja siten reaktiokykyisimmillään oleva poltet- — tava materiaali syötetään välittömästi kattilassa hyödynnettäväksi. Poltettava ma- 3 teriaali voidaan sytyttää ennen sen syöttämistä kattilaan 15, tai vasta kattilassa. = Olennaista on, että poltettava materiaali syötetään kattilaan välittömästi hienon- N 35 nuksensa jälkeen ilman välivarastointia. Näin saavutetaan erittäin tehokas pala- mistapahtuma, jossa saadaan olennaisesti kaikki poltettavan materiaalin palavaosa palamaan ja luovuttamaan siten lämpöenergiansa kattilan lämpöpinnoille ja edelleen lämmönsiirtoväliaineeseen.

Eräässä suoritusmuodossa poistokanava 10 kytketään kattilaan 15 niin, että se suuntautuu ainakin olennaisesti kohti kattilan 15 keskustaa. Etuna on se, että kanava lävistää kattilan seinämän ainakin olennaisesti kohtsuoraan, jol- loin poistokanavan pituus voidaan minimoida. Seinämä on tyypillisesti varsin paksu eristeineen ja tulenkestävin rakenteineen.

Eräässä toisessa suoritusmuodossa poistokanava 10 kytketään katti- laan 15 tangentiaalisesti niin, että se suuntautuu olennaisesti sivuun kattilan 15 keskustasta. Etuna on se, että kattilaan voidaan saada palotapahtumalle edullinen kierto.

Sytytysvälineet 12 voidaan sovittaa edellä esitetyn mukaisesti esimer- kiksi poistokanavaan 10. Vaihtoehtoisesti sytytysvälineet 12 voidaan sovittaa kat- tilaan 15. Vielä on mahdollista, että sytytysvälineitä on useammassa kohtaa järjes- — teltyä 100, osa kattilassa 15.

Samaan kattilaan 15 voidaan kytkeä useampikin kuin yksi poltinjärjes- tely 100.

Eräässä suoritusmuodossa kattila 15 on voimakattila, esimerkiksi lei- jukattila, kuten leijukerroskattila (BFB) tai kiertoleijukattila (CBF). Eräässä toi- sessa suoritusmuodossa kattila 15 on arinakattila. Voimakattilan tavanomainen polttoaineen syöttö on korvattu osittain tai kokonaan keksinnön mukaisella pol- tinjärjestelyllä 100. Samaan voimakattilaan voidaan kytkeä useampikin kuin yksi poltinjärjestely 100.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hakemuksessa o esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombinaatioiden N muodostamiseksi.

> Yhteenvetona voidaan todeta, että keksinnön mukaiselle poltinjärjes- = telylle on tunnusomaista se, että se käsittää vastaiskumyllyn, jossa on roottorilai- © 30 te, joka käsittää yhden roottorin ja yhden staattorin tai kaksi roottoria, joissa on E keskenään sisäkkäin meneviä siipikehiä, joka vastaiskumylly käsittää lisäksi - pol- — tettavan materiaalin syöttökanavan, joka on järjestetty vastaanottamaan poltetta- 3 vaa materiaalia roottorilaitteen sisäkehälle, ja - poistokanavan, joka on yhteydes- = sä roottorilaitteen ulkokehälle ja sovitettu vastaanottamaan roottorilaitteen lä- N 35 —päissyttä poltettavaa materiaalia, joka poltinjärjestely käsittää vielä sytytysväli-

neet, jotka on järjestetty sytyttämään roottorilaitteen ulos puhaltaman poltetta- van materiaalin palamaan välittömästi poistuessaan vastaiskumyllystä. Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollis- tamaan keksinnön ajatusta. Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei ra- joitu edellä selostettuihin sovellutusmuotoihin, joissa keksintöä on selostettu eräiden esimerkkien avulla, vaan monet muunnokset ja keksinnön eri sovellutuk- set ovat mahdollisia jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

O N O N O

I +

O

I a a

O O LO K O N

Viitenumerot 1 vastaiskumylly 2 roottorilaite 3a, 3b roottori 4a, 4b siipikehä 5 siipi 6 roottorikotelo 8 syöttökanava 9 roottorilaitteen sisäkehä 10 poistokanava 11 roottorilaitteen ulkokehä 12 sytytysvälineet 13 kaasunsyöttövälineet 14 lisä- ja/tai apuaineita syöttävät syöttövälineet 15 kattila 16 moottori 17 jäähdytyslaite 100 poltinjärjestely

O N O N O

I +

O

I a a

S O LO K O N

Claims (18)

Patenttivaatimukset

1. Poltinjärjestely (100), joka käsittää: vastaiskumyllyn (1), jossa on roottorilaite (2), joka käsittää yhden roottorin ja yhden staattorin tai kaksi roottoria (3a, 3b), joissa on keskenään si- säkkäin meneviä siipikehiä (4a, 4b), joka vastaiskumylly (1) käsittää lisäksi - poltettavan materiaalin syöttökanavan (8), joka on järjestetty vas- taanottamaan poltettavaa materiaalia roottorilaitteen sisäkehälle (9), ja - poistokanavan (10), joka on yhteydessä roottorilaitteen ulkokehälle (11) ja sovitettu vastaanottamaan roottorilaitteen (2) läpäissyttä poltettavaa ma- teriaalia tunnettu siitä, että poltinjärjestely (100) käsittää vielä - sytytysvälineet (12), jotka on sovitettu vastaiskumyllyn poistokana- vaan (10) tai roottoritilaan ja järjestetty sytyttämään roottorilaitteen (2) ulos pu- haltaman poltettavan materiaalin palamaan välittömästi poistuessaan vastaisku- — myllystä (1).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltinjärjestely, tunnettu sii- tä, että roottorilaite (2) käsittää ainakin 6 kpl siipikehiä (4a, 4b).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen poltinjärjestely, tunnet- tu siitä, että ainakin ulommainen siipikehä (4a, 4b) käsittää siipiä (5), jotka on käännetty pyörimissuunnassa sisäänpäin.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että ainakin kaksi ulommaista siipikehää (4a, 4b) käsittää sii- o piä (5), jotka on käännetty pyörimissuunnassa sisäänpäin.

N

N O

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, = tunnettu siitä, että poistokanava (10) on suunnattu erkanemaan roottoriti- 9 30 lasta tangentiaalisesti uloimman siipikehän (4a, 4b) suhteen.

E 5

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen poltinjärjestely, tu n - D nettu siitä, että poistokanava (10) on suunnattu erkanemaan roottorien (3a, S 3b) säteen suuntaisesti roottoritilasta.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että poistokanava (10) on laajeneva.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen poltinjärjestely, tun - nettu siitä, että poistokanava (10) on suppeneva.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että sytytysvälineet (12) on järjestetty sytyttämään ja ylläpi- tämään poltettavan materiaalin paloa olennaisesti koko polttotapahtuman ajan.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen poltinjärjestely, tu n - nettu siitä, että sytytysvälineet (12) on järjestetty sytyttämään poltettavan ma- teriaalin, ja kytkeytymään sen jälkeen pois toiminnasta.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että poistokanava (10) on kytketty kattilaan (15), joka kattila (15) on leijukattila, kuten leijukerroskattila (BFB) tai kiertoleijukattila (CBF), tai arinakattila.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää kaasunsyöttövälineet (13), jotka on kytketty syöttämään palamiseen tarvittavaa lisäkaasua vastaiskumyllyyn (1).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen poltinjärjestely, tunnettu — siitä, että kaasunsyöttövälineet (13) on kytketty syöttämään lisäkaasua syöttöka- o navaan (8).

S >

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen poltinjärjestely, tunnettu = siitä, että kaasunsyöttövälineet (13) on kytketty syöttämään lisäkaasua roottoriti- © 30 laan. x a —

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen poltinjärjestely, tunnettu 2 siitä, että kaasunsyöttövälineet (13) on kytketty syöttämään lisäkaasua poistoka- S navaan (10).

16. Jonkin patenttivaatimuksen 12 - 15 mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että kaasunsyöttövälineet (13) on järjestetty syöttämään esi- kuumennettua lisäkaasua.

17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen poltinjärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää lisä- ja/tai apuaineen syöttövälineet (14), jotka on kytketty syöttämään lisä- ja/tai apuainetta poltinjärjestelyyn (100).

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen poltinjärjestely, tunnettu — siitä, että lisä- ja/tai apuaine käsittää ainakin yhtä seuraavista: kalkki, urea, vesi, kaoliini. o

N

O

N

O

I +

O

I a a

O

O

LO

K

O

N