FI62815C - Foerfarande och anordning foer framstaellning av fibrer fraon ett termoplastiskt mineralaemne - Google Patents

Description

I55F7I M (11'lCUULUTUSjULKAISU 62815 flET* LJ UTLÄGGNINQSSKRIFT · ^ ^ ^i) tc».ik.3/in*.a.3 C 03 B 37/06 SUOMI—FINLAND (Μ) T818U3 (22) 08.06.78 ' 7 (23) AfaipUvt—GlMghatsdtf 08.06.J8 (41) Tullut JulktMkal — Bllvk offamHg 2k, 02 .79 nttMHMMw mHMM.nMtM.m- 30 U 82 P*t*nt- och registentyraltan ’ AmM» uttagd eeh utUkrNkm pubUcarad iu.±x.ut (32)(33)(31) rrr*"*r ·μοΗ(«μ~8«|Μ griortM 23.08.77

Ranska-Frankrike(FR) 7725695 (71) Saint-Gobain Industries, 62, Bd Victor-Hugo, F-92209 Neuilly sur Geine,

Ranska-Frankrike(FR) (72) Marcel Levecque, Saint-Gratien, Jean A. Battigelli, Rantigny,

Dominique Plantard, Rantigny, Ranska-Frankrike(FR) (7^0 Berggren Oy Ab (5^) Menetelmä ja laite kuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta mineraali-aineesta - Förfarande och anordning för framställning av fibrer frän ett termoplastiskt mineralämne

Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen kuitujen valmistamiseksi venytettävissä olevasta aineksesta ja koskee etenkin lämpöplastisten ainesten, varsinkin mineraaliainesten kuten lasin ja senkaltaisten seosten venytystä, jotka lämmittämällä on saatettu sulaan tilaan. Koska esillä olevan keksinnön mukainen laite on erityisen kiinnostava lasin ja sen kaltaisten ainesten venyttämisen tapauksessa, seuraava selitys kuitenkin kohdistuu, esimerkkinä, lasin tapaukseen.

Eräitä menetelmiä, joissa käytetään pyörteisiä virtoja kuitujen valmistamiseen venyttämällä sulaa lasia, tunnetaan ennestään.

Nimenomaan ranskalaisessa patenttijulkaisussa 2 223 318 selitetään vastakkaisiin suuntiin pyörivien pyörteiden parien muodostaminen vuorovai-kutusvyöhykkeeseen, joka on saatu aikaan johtamalla kaasusuihku, jota sanotaan sekundääri- eli kantajasuihkuksi, ulottuvuuksiltaan suurempaan pääkaasuvirtaan ja saattamalla se tunkeutumaan sen sisään, jolloin sulaa lasia oleva säie viedään tähän vyöhykkeeseen, siinä venytettäväksi.

Erilaisia laitetyyppejä, joita käytetään aineksen venytykseen vuorovai- 2 6281 5 kutusvyöhykkeessä on aikaisemmin selitetty edellä mainitussa patenttijulkaisussa sekä suomalaisessa patentissa n:o 61676 (pat.hak. n:o 773788). Kaikissa tapauksissa päävirran sisään saatetaan tunkeutumaan kaasuvirtaus eli -suihku, jonka liike-energia tilavuusyksik-köä kohti on suurempi kuin päävirran ja jonka suihkun poikkileikkauksen ulottuvuus päävirran poikittaissuunnassa on pienempi kuin päävirran. Venytettävää ainesta oleva säie viedään suihkun ja päävirran vuorovaikutusvyöhykkeeseen joko välittömästi painovoiman avulla tai viemällä säie aluksi kaasusuihkuun sen mukana vuorovaikutusvyöhykkeeseen kuljetettavaksi.

Seuraavassa analyysissä otetaan huomioon se, että lämpöplastisten ainesten kuten lasin venytyksen on välttämättä tapahduttava korkeassa lämpötilassa. Lasi siis sulatetaan lämmittämällä se esimerkiksi lämpötilaan, joka on yli noin 1250°C, ja hyvien hyötysuhteiden saavuttamiseksi myös ainessäikeen ja muodostumassa olevan kuidun kanssa kosketuksessa olevien venytyskaasujen lämpötilan on oltava riittävän korkea lasin psyttämiseksi venytykseen sopivassa korkeassa lämpötilassa.

Ranskalaisessa patenttijulkaisussa 2 223 318 sekä sekundääri-kaasu-suihkun että päävirran lämpötilat ovat molemmat verraten korkeat, esimerkiksi suuruusluokkaa 800°C suihkun osalta ja 1580°C päävirran osalta.

On aikaisemmin tosin selitetty mahdollisuus käyttää alhaisia, esimerkiksi huoneenlämpötilaa lähenteleviä suihkun lämpötiloja, mutta päävirran osalta siinäkin ehdotetaan verraten korkeita lämpötiloja, sellaisia kuin edellä on mainittu.

Koska kuitenkin toisaalta pääkaasuvirta sisältää suuria kaasutila-vuuksia ja toisaalta vain osaa siitä käytetään lämpöplastisen aineksen venytykseen vuorovaikutusvyöhykkeessä, päävirran koko kaasu-määrän lämmittäminen verraten korkeisiin lämpötiloihin aiheuttaa huomattavia energia- eli lämpöhäviöitä.

Tämä energian häviö vältetään esillä olevan keksinnön mukaisella tekniikalla, joka päinvastoin kuin ennestään tunnettu tekniikka sallii sekä alhaislämpötilaisen suihkun käyttämisen että myös päävirran käytön, jonka lämpötila on verraten vähän korotettu. Keksintö 3 6281 5 kohdistuu näin ollen menetelmään kuitujen valmistamiseksi lämpö-plastisesta mineraaliaineksesta, jonka mukaan kehitetään pääkaasu-virta ja vähintään yksi sekundäärikaasusuihku, jonka poikkileikkaus kohtisuorassa pääkaasuvirtaan nähden on pienempi kuin pääkaasu-virran ja jonka liike-energia tilavuusyksikköä kohti on suurempi kuin pääkaasuvirran ja joka suihku on suunnattu poikittaisesti pääkaasuvirtaan nähden ja tunkeutuu sen sisään muodostaen vuoro-vaikutusvyöhykkeen, joka sisältää pyörteisiä virtoja, ja jonka menetelmän mukaan venytettävissä olevaa ainesta oleva säie syötetään mainittuun vyöhykkeeseen, ja keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että kaasuvirtoihin syötetään polttoaine-ainesosaa ja palamista ylläpitävää ainesosaa sellaisessa suhteessa ja siten, että saadaan palava seos vuorovaikutusvyöhykkeeseen, jolloin tämä seos syttyy vuorovaikutusvyöhykkeessä. Tämän ansiosta päävirran kehityslaitteesta lähtevien kaasujen lämpötilaa voidaan huomattavasti alentaa, energiaa vastaavasti säästäen.

Keksintö tarkoittaa myös laitetta kutujen valmistamiseksi lämpöplas-tisesta mineraaliaineksesta, johon laitteeseen kuuluu: päävirran kehitin, ainakin yhden sekundäärikaasusuihkun lähetyselin, jossa on lähtö-aukko, joiden ulottuvuus eli leveys poikittaissuunnassa päävir-taan nähden on pienempi kuin päävirran lähtöaukon, joka suihku on suunnattu niin, että se loikkaa päävirtaa ja tunkeutuu sen sisään muodostaen vuorovaikutusvyöhykkeen, ja syötön lähde, josta syötetään sulaa ainesta oleva säie mainittuun vuorovaikutusvyöhykkeeseen, ja keksinnön mukainen laite on tunnettu siitä, että siihen kuuluu riippumaton elin polttoaineen syöttämistä varten vuorovaikutus-vyöhykkeeseen .

Tämä esillä olevan keksinnön mukainen tekniikka, josta käytetään nimeä "energian paikallistaminen", johtaa siihen, että saavutetaan suuri energian säästö ja tarjoaa lisäksi muita etuja. Se tekee esimerkiksi mahdolliseksi jäähdyttää kuidut nopeasti venytyksen jälkeen, mikä parantaa kuitujen lujuusominaisuuksia monilukuisten lämpöplastisten ainesten tapauksessa. Tämä tekee myös mahdolliseksi saada erittäin pitkiä kuituja, mikä tulos on erityisen toivottu tiettyjä käyttötarkoituksia varten.

4 62815

Muita keksinnön etuja ilmenee seuraavasta oheisessa piirustuksessa esitettyjä keksinnön erilaisia sovellutusmuotoja koskevasta selityksestä .

Kuvio 1 on kaaviollinen pystykuvanto keksinnön mukaan käytettävän kuidutus- ja kuitujen vastaanottolaitteen pääosista, jossa kuhunkin kuidutuskeskukseen kuuluu yksi suihkupari ja jonka eräät osat on esitetty leikattuina.

Kuvio 2 on kaaviollinen perspektiivikuvanto, suuremmassa mittakaavassa, ja esittää kuvion 1 mukaisen kuidutuslaitteen toimintaa .

Kuvio 3 on pystysuora leikkauskuvanto, suuremmassa mittakaavassa kuidutuskeskuksen muodostavista elimistä suihkujen lähtöaukkojen tasossa.

Kuvio 4 on pystysuora leikkauskuvanto kuidutuskeskuksen elimistä keksinnön mukaisen laitteen eräässä toisessa sovellutusmuodossa, joka on selitetty myös edellä mainitussa suomalaisessa patentissa n:o 61676 (pat.hak. n:o 773788).

Kuvio 5 on perspektiivinen kaaviokuvanto, joka havainnollistaa kuvion 4 mukaisen laitteen toimintaa.

Kuvio 6 on tasokuvanto useista vierettäisistä suihkuista ja pää-virran osista jotka vastaavat kuvioita 4 ja 5, lasin syöttö ja muodostumassa olevat kuidut kuitenkin pois jätettyinä.

Kuvio 7 on kuvion 4 kaltainen kuvanto, paitsi että se käsittää vielä erään lisäelimen.

Kuvio 8 on pystykuvanto, osaksi pystysuorana leikkauksena, joka esittää esillä olevan keksinnön tunnusmerkkien soveltamista sellaiseen kuidutuslaitteeseen, joka on esitetty ranskalaisen patenttijulkaisun 2 223 318 kuviossa 11.

Kuviot 9a ja 9b obat kaaviollisia leikkauskuvantoja kuidutus-keskuksesta, jolloin kuvio 9a havainnollistaa kuidutusolosuh-teita ja -prosessia vuo- 5 6281 5 rovaikutusvyöhykkeessä ilman "energian paikallistamista", kun taas kuvio 9b esittää samaa kuidutuskeskusta, paitsi että siinä käytetään keksinnön mukaista energian paikallistamistekniikkaa.

Kuvio 10 on diagramma, joka osoittaa esillä olevan keksinnön antamaa etua silloin kun kuidutukseen käytetään tietyn tyyppisiä lämpöplasti-siä mineraaliaineksia.

Seuraavassa yksityiskohtaisessa selityksessä käsitellään ensiksi piirustuksessa esitettyä laitetta ja sen jälkeen analysoidaan aspekteja, jotka koskevat energian paikallistamista laitteen toiminnassa.

Tarkasteltakoon aluksi kuviota 1, jonka kohdassa 8 on kaaviollisesti esitetty päävirran kehitin kuten poltin, joka on varustettu putkella 9, joka lähettää likimäärin vaakasuoraan suuntaan päävirran 10. Tämä voi tosin olla suunnattu muihinkin suuntiin.

Syöttöputki 13, joka yhdysputken 12 välityksellä on yhdistetty suihkujen 11 jakolaatikkoon, syöttää tähän painekaasua, esimerkiksi paineilmaa. Kuvioista 2 ja 3 näkyy myös, että suihkujen jakolaatikko 11 käsit tää reikäpareja 14, 15 suihkujen lähettämistä varten, ja vierettäisiä lähtöreikäpareja on merkitty viitteillä 14a, 15a; 14b, 15b; 14c, 15c; 14d, 15d; 14e, 15e. Näistä lähtöreikäpareista lähteneitä suihkuja on merkitty vastaavilla kirjaimilla. Kuvio 2 esittää perspektiivisesti kolmea suihkuparia, kun taas kuvioissa 1 ja 3 on esitetty vain yksi suihkuparj a,a. Kutakin suihkuparia vastaa yksi kuidutuskeskus.

Jokaisessa kuidutuskeskuksessa yhden suihkuparin suihkut, esimerkiksi suihkut a,a, törmäävät toisiaan vasten yhteisessä tasossaan ja muodostavat yhtyneen virtauksen, jota kuviossa 1 on merkitty kirjaimella A j jossa venytettävää ainesta oleva säie joutuu alttiiksi venytyksen ensi vaiheelle eli primäärivenytykselle. Yhtynyt virtaus eli yhtynyt kanto suihku etenee alaspäin ja tunkeutuu päävirran 10 sisään, muodostaen tä män kanssa vuorovaikutusvyöhykkeen, jota käytetään venytyksen toiseen vaiheeseen.

Näissä kuvioissa lasin syötön lähde on esitettu kaaviollisesti kohdas sa 16. Siihen kuuluu vetolevy 17, jossa on sarja lasin syöttönipooja 18 matkan päässä toisistaan, joissa nipoissa kussakin on syöttöaukko 18a, ja ylävirran puolella annostusaukko 19. Lasi syötetään täten ai! oiden G muodossa, joista lähtien lasisäikeet S virtaavat alaspäin, jo.' 6281 5 loin jokainen kuidutuskeskus käsittää yhden aihion ja säikeen. Pää-virran 10 leveydelle poikittaissuunnassa jakautuneista kuidutuskeskuk-sista lähtien muodostuneet kuidut kerrostetaan sitten rei'itetylle kuljettimelle eli hihnalle 20 kuitukerrokseksl B. Kuitujen jakautuminen tälle kuljettimelle tapahtuu kammion sisässä, jota rajoittaa esimerkiksi seinä 21, imukammioiden 22 vaikutuksesta, jotka sijaitsevat mieluimmin kuljettimen 20 alla ja on yhdistetty johdoilla 23 yhteen tai useampaan imutuulettimeen 24. Edellä selitetyllä laitteella suoritettua kuivatusta on analysoitu tarkemmin kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä.

Niin kuin edellä jo on mainittu, jokaiselle kuljetuskeskukselle ominainen prosessi on mieluimmin yhdistetty naapurikeskuksen suihkujen vaikutukseen. Kuvio 2 esittää venytysprosessia täydellisenä suihkuja b,b vastaavan kuidutuskeskuksen osalta, ja vain osittaisesti suihkuja a,a ja c,c vastaavien keskusten osalta. Kuvio 3 esittää suuremmassa mittakaavassa sen, mitä tapahtuu siinä kuidutuskeskuksessa, johon suihkut a,a kuuluvat. Prosessin eli toiminnan analysoimiseksi palautettakoon heti mieleen, että jokainen kaasusuihku indusoi ympäröivän ilman liikkeeseen alkaen lähtöaukostaan. Tämän johdosta kummassakin suihkussa a on keskinen osa j, eli sydän, ympäröitynä kaasuvaipalla, joka sisältää indusoitua ilmaa ja jota on merkitty kirjaimella i. Tämä vaippa suurenee nopeasti sikäli kun suihkun virtaus etenee, samalla kun suihkun sydän säilyy verraten kyhyenä, kartion muotoisena keskiosana. Sydämen muodostavilla kaasuilla on yhtä suuri nopeus kuin suihkulla sen lähtö-reiästä lähtiessä, kun taas vaipan kaasujen nopeus pienenee sikäli kun virtaus etenee. Kuvioissa 2 ja 3 esitetyt nuolet ilmaisevat suihkujen virtauksen, mutta myös päävirtauksen aikaansaamaa ilman induktiota.

Kun käytetään suihkuparia, jonka suihkujen liike-energia tilavuusyksik-köä kohti on likimäärin sama,joiden ulottuvuuskin mieluimmin on likimää-rin sama, ja näiden kahden suihkun keskiviivat sijaitsevat samassa tasossa ja konvergoivat niin, että ne törmäävät toisiaan vasten mieluimmin terävässä kulmassa, yhtynyt virtaus leviää sivuille päin sen alueen alavirran puolelle, jossa nämä kaksi suihkua törmäävät toisiinsa, so. leviävät suihkujen keskiviivojen tasoon nähden poikittaisiin suuntiin.

Suihkuparit eli ne tasot, jotka sisältävät niiden keskiviivat, ovat niin lähellä toisiaan, että jokaisessa kuidutuskeskuksessa yhdestä suih-kuparista lähteneen yhtyneen virtauksen sivuttaisleviämistä rajoittaa eli häiritsee niiden törmääminen naapurisuihkuparien virtaukseen leviämisensä aikana. Tämä kahden yhtyneen naapurivirtauksen toisiinsa tör- 6281 5 määminen kehittää kuhunkin virtaukseen kaksi paria pieimittaisia pyörteitä, jolloin saman parin pyörteiden huiput sijaitsevat matkan päässä toisistaan eri puolilla suihkujen keskiviivojen tasoa. Kuvioihin 2 ja 3 on kaaviollisesti piirretty yliset ja aliset pyörreparit. Ylisen parin pyörteitä on merkitty viitteellä tu, tu ja ne oyat muodostuneet virroista, jotka pyörivät toisiaan kohti pyörteiden yläosassa ja vastakkaiseen suuntaan näiden alaosassa. Sensijaan alisen parin pyörteet, joita on merkitty viitteellä tl, tl, pyörivät päinvastaiseen suuntaan kuin ylisen parin pyörteet.

Näiden kahden pyörreparin väliin, suihkujen toisiinsa törmäämisen alueelle muodostuu näihin pyörteisiin liittyvä laminaarin virtauksen vyöhyke L, jonka kohdalla indusoidun ilman mukaantulo on hyvin voimakasta, ja juuri tämän laminaarin virtauksen vyöhykkeeseen, ylisten pyörteiden puolelle, lasisäie 5 syötetään. Tämä säie on muodostunut lähtien lasiaihiosta eli -kartiosta G, jonka asema on siirtyneenä suihkujen lähetyslaittee-seen nähden. Koska lasikartio G on vedettävissä eli juoksevassa tilassa syöttönipasta lähtiessään, venytettävää lasia oleva säie S siirtyy kartion alkuperäiseen asemaan nähden laminaarin virtauksen vyöhykkeen L suuntaan indusoidun ilman voimakkaan imeytymisen johdosta, ja tämä ilmiö varmistaa venytettävän aineksen säikeen viennin laminaariin vyöhykkeeseen. Tämän johdosta, siinäkin tapauksessa, että lasin syöttönipan 18 ojennuksessa suihkupariin nähden esiintyy pientä puutteellisuutta, indusoidun ilman vaikutus kompensoi automaattisesti tämän puutteen ja ohjaa lasisäikeen asianmukaiseen palkkaan.

Näin on selvää, että muodostamalla jokaiseen kuidutuskeskukseen ainakin yksi pari pyörteitä, jotka reunustavat laminaarin virtauksen vyöhykettä ja syöttämällä aines venytettävässä tilassa tätä vyöhykettä lähellä olevalle alueelle, ainessäie joutuu automaattisesti kuljetetuksi tähän vyöhykkeeseen, indusoidun ilman virtausten vaikutuksesta, jotka, kuten edellä on mainittu, automaattisesti kompensoivat mahdolliset ojennusvir-heet, mikä johtaa venytettävän aineksen järjestelmään syöttämisen sta-bHoitumiseen. Tämä stabiilius saavutetaan jopa silloinkin kun lasin syöttönipat ovat huomattavan matkan päässä suihkujen lähetuslaitteesta, joka etäisyys on toivottava sopivan lämpötilan säädön ja ylläpitämisen helpottamiseksi sekä syöttönipoissa että suihkujen lähetyslaitteissa.

Laminaarin vyöhykkeen L alavirran puolella pyörteillä tu, tu mutta myös tl, tl,on taipimus yhtyä, ja virtauksen edetessä alavirtaan päin niillä 6281 5 8 on taipumus menettää identiteettinsä, niin kuin kuviossa 2 on esitetty siinä leikkauksessa, joka näyttää ne kaksi pyörreparia, jotka syntyvät suihkuissa c,c. Kunkin suihkuparin yhtynyt virtaus etenee sitten alaspäin tunkeutuakseen päävirran 10 sisään, niin kuin on esitetty suihku-parista b,b peräisin olevan virtauksen osalta. Yhtynyt suihku muodostaa sitten päävirran kanssa ja tämän sisässä sen vuorovaikutusvyöhykkeen, jota täydellisesti on analysoitu edellämainitussa ranskalaisessa patenttijulkaisussa 2 223 318 ja joka käsittää lisäparin pyörteitä T.

Huomattakoon, että jokainen saman parin suihkujen keskiviivat sisältävä taso leikkaa päävirtaa mieluimmin suoraa myöten, joka on käytännöllisesti katsoen yhdensuuntainen tämän etenemissuunnan kanssa.

Jokainen lasisäie S joutuu täten alttiiksi primäärivenytykselle yhtyneiden suihkujen virtauksessa, laminaarin virtauksen vyöhykkeen eli lasin syöttökohdan ja sen kohdan välillä, jossa suihku tunkeutuu päävirran sisään, minkä jälkeen osaksi venytetty säie joutuu alttiiksi lisävenytyk-selle mainitun virtauksen ja päävirran vuorovaikutusvyöhykkeessä. Kuviosta näkyy, että nämä kaksi venytysvaihetta suoritetaan ilman lasisäi-keiden katkeamista, niin että jokainen säie muodostaa yhden ainoan kuidun.

Jotta jokaisessa kuidutuskeskuksessa saataisiin tapahtumaan edellä selitetty prosessi, nimittäin pyörreparien muodostus, joista jokainen reunustaa laminaaria virtausta, käytetään suihkuparia, jonka suihkuilla mieluimmin on sama liike-energia tilavuusyksikköä kohti. Näiden kahden suihkun poikkileikkausten pinta-alat olkoot myös mieluimmin yhtä suuret, joskin käy päinsä sallia pieni erotus näiden pinta-alojen välillä, varsinkin jos näiden kahden suihkun liike-energiat tilavuusyksikköä kohti ovat käytännöllisesti katsoen samat. Lisäksi saman kuidutuskekusken kahden suihkun poikkileikkaukset ovat edullisesti saman muotoiset.

Lisäksi ei ole välttämätöntä, että suihkun poikkileikkauksen mitat suihkujen keskiviivat sisältävän tason suunnassa ja siihen nähden kohtisuorassa ovat samat, ja sitäpaitsi näiden mittojen ei välttämättä tarvitse olla yhtä suuret kuin saman parin toisen suihkun vastaavat mitat. On kuitenkin toivottavaa ja edullista, että nämä mitat ovat samat tai hyvin lähellä toisiaan yhden suihkun puitteissa, mutta myös yhden kuidutuskes-kuksen kahden suihkun osalta. Lisäksi on toivottavaa, että naapurisuih-kuparien mitat ovat olennaisesti samat, jotta kävisi päinsä yhdenmukai- 6281 5 sesti muodostaa laxninaarin virtauksen vyöhykkeitä reunustavat pyörrepa-rit kunkin virtauksen törmätessä naapurivirtaukseen sivulle päin levitessään. Tämä vierettäisten kuidutuskeskusten suihkujen yhtäläisyys tekee mahdolliseksi saavuttaa yhdenmukaiset kuidutusolosuhteet suihkujen tunkeutumisen päävirtaan synnyttämissä eri vuorovaikutusvyöhykkeissä.

Jotta sisääntunkeutuminen tapahtuisi, yhtyneellä virtauksella on oltava suurempi liike-energia tilavuusyksikköä kohti kuin päävirralla, sen saavuttaessa tämän.

Huomattakoon myös, että pareiksi ryhmitetyillä suihkuilla on oltava tietyt erityisominaisuudet, jotta ne muodostaisivat sen laminaarin virtauksen vyöhykkeen, johon lasisäie voidaan syöttää sen katkeamatta. Itse asiassa on tärkeätä, että niiden keskiviivat sijaitsevat käytännöllisesti katsoen samassa tasossa ja kohtaavat toisensa tässä tasossa, mieluimmin terävässä kulmassa.

Edellä kuvioiden 1, 2 ja 3 yhteydessä selitetyssä järjestelmässä niitä tunnusmerkkejä, jotka liittyvät energian paikallistamiseen, voidaan käyttää useilla tavoilla. Ensiksikin keksinnön mukaan on mahdollista, että kaasuvirrat suihkun tunkeutuessa päävirran sisään muodostuneessa vuoro-vaikutusvyöhykkeessä sisältävät palavia ja palamista ylläpitäviä ainesosia sellaisessa suhteessa, että seos on palavaa. Mieluimmin polttoainetta ja palamista ylläpitävää ainetta on likimäärin stökiömetrisessä suhteessa venytettävän aineksen välittömässä läheisyydessä. Näiden ainesosien vuorovaikutusvyöhykkeeseen syöttämisen tapa selitetään yksityiskohtaisesti jäljempänä laitteen piirustuksessa esitettyjen muiden sovellutusmuotojen selittämisen jälkeen.

Tarkasteltakoon siis kuvioiden 4, 5 ja 6 mukaista laitetta, joka on selitetty myös suomalaisessa patentissa n:o 61676 (pat.hak. n:o 773788) Tässä kehitetään sarja sekundääri- eli kantajakaasusuihkuja, joihin liittyy deflektori. Tällöin suihkujen suunta muuttuu ja ne ohjautuvat päävirtaa kohti, jonka sisään ne tunkeutuvat, ja lasisäikeet syötetään suihkujen virtaukseen, joka sitten vie ne mukanaan vastaaviin päävirtaan muodostuneisiin vuorovaikutusvyöhykkeisiin. Tarkasteltakoon ensiksi kuviota 4, joka kaaviollisesti esittää kuidutuskeskuksen eri pääosia. Vasemmalla on esitetty osa polttimesta eli kehittimestä 25, johon kuuluu putki 26, josta päävirta 27 lähtee. Suihkujen jakolaatikossa 28 on sarja lähtöaukkoja 29, joista lähtevät suihkut, joita kuviossa 5 on mer- 10 6281 5 kitty kirjaimilla a, b, c ja d. Suihkujen jakolaatikkoon 28 voidaan syöttää paineväliainetta yhdysputkea 31 myöten, joka on yhdistetty syöttöputkeen 30. Tämän jakolaatikon 28 päälle on kiinnitetty def-lektorilaatta eli -läppä 40, joka peittää suihkusarjan ja jonka reuna 41 on sellaisessa asemassa, että suihkut törmäävät deflektoriin.

Vetolevy 32, joka liittyy etukappaleeseen tai muuhun sopivaan lasin syötön lähteeseen 33, on varustettu syöttönipoilla 34, ja yksi lasisäie suunnataan jokaista, jäljenpänä selitettävää suihkuvirtausta kohti, vietäväksi sitten alavirtaan päin vuorovaikutusvyöhykkeeseen päävirran 27 kanssa. Niin kuin selityksen edistyessä tarkemmin selitetään, kuidutus tapahtuu suihkussa, mutta myös päävirrassa, ja sitten tämä luovuttaa kuidut oikealle, niin kuin kuviossa 4 on esitetty, niin että niistä muodostuu kerros, joka laskeutuu reiälliselle kuljetushihnalle eli kuljet-timelle.

Putkessa 26, josta päävirta lähtee, on isokokoinen lähtöaukko. Mieluimmin myös vetolevyn 32 ulottuvuus kuvion 4 tasoon nähden kohtisuorassa suunnassa on suuri, niin että siitä voidaan syöttää lasia kaikkiin nippoihin 34.

Lähtöaukoista 29 lähteneet suihkut joutuvat alttiiksi suunnan muutokselle eli ohjaukselle deflektorin vaikutuksesta, joka toimii yhdessä suihkujen kanssa vastakkaisiin suuntiin pyörivien pyörreparien kehittämiseksi, joita käytetään ainakin primäärivenytykseen, mutta myös osaksi venytettyjen säikeiden kuljettamiseen suihkujen päävirran sisään tunkeutuessa syntyviin vuorovaikutusvyöhykkeeseen. Suihkujen vastakkaisiin suuntiin pyörivien pyörreparien kehittämiseksi deflektorilaatta 40 liittyy ryhmään suihkujen lähtöaukkoja. Niinkuin varsinkin kuviossa 5 näkyy, deflektorilaatta on mieluimmin taivutetun levyn muotoa, josta osa peittää suihkujen jakolaatikkoa, johon se on kiinnitetty, ja jonka toisessa osassa on vapaa reuna 41 sijoitettuna lähtöaukoista 29 lähteneiden suihkujen kulkutielle ja edullisesti pitkin viivaa, jota suihkujen lähtö-aukkojen keskiviivat leikkaavat.

Deflektorilaatan 40 ja sen reunan 41 tämä sijainti aiheuttaa sen, että jokainen suihku törmää laatan 40 sisäpintaa vasten, mistä johtuu suihkujen leviäminen. Niinpä kuviossa 5 on esitetty lähtöaukoista a, b, c ja d lähteneiden neljän suihkun virtaus, ja havaitaan, että jokainen niistä leviää sivuille päin lähestyessään laatan reunaa 41.

11 6281 5

Keksinnön mukaan suihkujen lähtöaukot 29 ovat tarpeeksi lähellä toisiaan ja deflektori sijaitsee siten, että suihkut sivuille päin levitessään törmäävät naapurisuihkuihinsa laatan reuna 41 kohdalla. Mieluimmin, niin kuin kuviosta 5 näkyy, tämä naapurisuihkujen toisiinsa törmääminen tapahtuu niin lähellä kuin mahdollista deflektorilaatan 40 vapaata reunaa 41. Tästä on tuloksena se, että kaikkien kolmen, lähtöaukoista a, b ja c lähteneet suihkun yhteyteen muodostuu kuviossa 5 esitetyt, vastakkaisiin suuntiin pyörivät pyörreparit.

Kussakin suihkussa tapahtuvan pyörteiden muodostuksen analysoimiseksi tarkastellaan erityisesti pyörteitä 42b ja 43b, jotka liittyvät lähtö-aukosta b lähtevään suihkuun. Todetaan, että näiden pyörteiden huiput sijaitsevat olennaisesti deflektorilaatan 40 reunassa suihkun vastakkaisilla puolilla, lähellä sitä aluetta, jolla suihku levitessään törmää lähtöaukoista a ja c lähteneisiin naapurisuihkuihinsa, jotka nekin ovat leviämässä. Pyörteet 42b ja 43b pyörivät vastakkaisiin suuntiin , ja laajenevat sitten sikäli kun ne etenevät, kunnes ne kohtaavat toisensa jonkin matkan päässä alavirtaan deflektorilaatan reunasta 41. Näillä pyörteillä 42b ja 43b on myös alavirtaan päin suunnattu komponentti.

Sen johdosta, että pyörteiden 42b ja 43b huippujen eli muodostumispis-teiden välillä on etäisyys, ja ottaen huomioon niiden vähittäinen laajeneminen, näiden pyörteiden ja deflektorilaatan reunan väliin muodostuu likimäärin kolmion muotoinen vyöhyke 44b. Tässä kolmiovyöhykkeessä vallitsee verraten alhainen paine ja siihen virtaa runsaasti indusoitua ilmaa, mutta sen virtaus pysyy kuitenkin melkein laminaarina. Juuri tähän vyöhykkeeseen sulaa lasia tai muuta venytettävää ainesta oleva säie syötetään, ja tässä kolmiomaisessa vyöhykkeessä tapahtuvan virtauksen laminaarin luonteen johdosta lasisäie ei katkea, vaan ohjautuu mainittujen kahden pyörteen välissä sijaitsevalle alueelle.

Virtojen pyörintäsuunnat suihkun pyörteissä 42b ja 43b ovat vastakkaiset; pyörre 42b pyörii myötäpäivään kuvion 5 esityksessä ja pyörre 43b vasta-päivään. Näin ollen virrat näissä kahdessä pyörteessä lähenevät toisiaan yläosissaan ja virtaavat sitten alaspäin laminaarin vyöhykkeen 44b keskialueen suuntaan.

Suihkuparin 45a ja 46a osalta, joka liittyy lähtöaukosta a lähteneeseen suihkuun, on nuolilla osoitettu edellä selitetyt pyörintäsuunnat. Huomattakoon, että aukosta a lähteneet suihkun virtauksesta on esitetty 12 62815 poikkileikkaus laminaarin virtauksen vyöhykkeen 44a alavirtapään kohdalta, so. läheltä sitä kohtaa, jossa nämä kaksi pyörrettä laajennuttuaan alkavat yhtyä, mikä ilmiö jatkuu sikäli kun suihkun virtaus etenee ala-virtaan päin. Selvästi näkyy myös, että lähtöaukosta a lähteneet suihkun virtaus sisältää paitsi pyörreparin 45a, 46a, myös toisen pyörrepa-rin 47a, 48a, joilla on toisiinsa nähden vastakkaiset pyörintäsuunnat, niin kuin kuviosta 5 näkyy, mutta tässä tapauksessa pyörre 48a pyörii myötäpäivään ja pyörre 47a vastapäivään. Tällaiset kaksi pyörreparia kehittyy tietenkin jokaiseen suihkuun ja liittyy siihen.

Mitä tulee kuvioon 5, huomattakoon vielä, että kun virtaus etenee siitä tasosta, jossa lähtöaukkoon a liittyvät pyörteet on esitetty, nämä neljä pyörrettä pyrkivät yhtymään ja muodostamaan vähemmän selväpiirteisen virtauksen, niin kuin näkyy lähtöaukosta c lähteneen suihkun virtauksen poikkileikkauksesta 49c. Pyörreliikkeiden voimakkuus pienenee ja virtaus kokonaisuudessaan, mukaanluettuna suihkun keskivyöhykkeessä oleva laminaari virtaus, sekoittuvat sillä alueella, joka on esitetty kohdassa 49c, ja suihku jatkaa sitten matkaansa alaspäin päävirtaa 27 kohti.

Kuviossa 5 suihkun eri osien esitys on selvyyden vuoksi tehty kaaviolliseksi. Esimerkiksi siinä vyöhykkeessä, joka sijaitsee hiukan alavirtaan päin pyörteiden syntymäkohdasta, pyörreparit, jotka syntyvät kussakin suihkussa, on esitetty hiukan loitonnettuina kummassakin naapurisuihkus-sa syntyneestä pyörreparista, kun taas todellisuudessa nämä eri pyörteet ovat käytännöllisesti katsoen kosketuksessa keskenään.

Virtauksen muodon ansiosta suihkun laminaarivyöhykkeessä ja pyörreparis-sa, varsinkin kunkin ryhmän ylisessä parissa, venytettävää ainesta olevan säikeen, jota sen kuidutuskeskuksen osalta, johon suihkun lähtöauk-ko b kuuluu, on merkitty kirjaimella S, syöttäminen aiheuttaa sen, että säie tempautuu keskivyöhykkeen laminaariin virtaukseen. Tämä kuljettaa säikeen kahden pyörteen välissä sijaitsevaan suurten nopeuksien vyöhykkeeseen, ja tämän johdosta säie joutuu venytetyksi, niin kuin kuviossa 5 on esitetty. Tämä venytys tapahtuu olennaisesti tasoa P vastaavassa vyöhykkeessä. Suihkun pyörreparien vaikutus saattaa venytetyn kuidun piiskausliikkeeseen olennaisesti tason P vyöhykkeessä, niin että venytys ei johda siihen, että muodostumassa olevat kuidut sinkoutuisivat viereisiin suihkuihin.

Suihku virtaa sitten päävirran 27 ylärajalle saakka, kuljettaen mukanaan 13 6281 5 venymässä olevaa kuitua, ja sen liike-energian tilavuusyksikköä kohti on vielä oltava riittävän suuri sen tunkeutumista varten päävirran sisään.

Sitten alkaa kuidutuksen toinen vaihe, joka käy niiden periaatteiden mukaan, jotka on selitetty em. ranskalaisessa patenttijulkaisussa 2 223 318.

Sillä alueella, jolla sekundäärisuihkut tunkeutuvat päävirran sisään, jokaisen suihkun virtaus ja nopeus ovat tietenkin vielä riittävästi keskittyneinä keskiviivan läheisyyteen, jotta jokainen suihku pystyy suih-kukohtaisesti kehittämään vuorovaikutusvyöhykkeen päävirran kanssa. Täten kuviossa 5 yksi vastakkaisiin suuntiin pyörivien pyörteiden pari TT kehittyy vuorovaikutusvyöhykkeeseen, mikä kehittää virtoja, jotka ai-heutttavat muodostumassa olevan kuidun lisävenytyksen. Suihkun ja päävirran yhtynyt virtaus kuljettaa sitten tämän kuidun asianmukaiselle vastaanottolaitteelle, esimerkiksi kuvion 1 mukaiselle kuljettimelle 20.

Kuviossa 5 on ilman induktiota esitetty suihkun virtauksen suuntaisilla nuolilla, ja siitä näkyy, että ilmaa indusoituu laminaariin vyöhykkeeseen lähellä deflektorilaatan reunaa, mutta myös pitkin matkaa suihkun virratessa alavirtaan päin.

Ne toimintaolosuhteet, joita voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä edellä selitettyä laitetta käytettäessä, eritellään selityksen jatkuessa, jossa myös määritellään ne alueet, joiden puitteissa nämä olosuhteet saavat vaihdella.

Samoin kuin edellä selitetyssä laitteen ensimmäisessä sovellutuanuodossa, palavaa ja palamista ylläpitävää ainesosaa voidaan syöttää kuvioiden 4, 5 ja 6 esitettyyn järjestelmään eri tavoin, jotka selitetään jäljempänä.

Tarkasteltakoon ensiksi kuvion 7 mukaista laitetta, jossa on käytetty samoja viitenumerolta kuin kuvioissa 4 näiden yhteisistä osista.

Kuviossa 7 on esitetty lisäelin palavan ja palamista ylläpitävän ainesosan syöttämistä varten vuorovaikutusvyöhykkeessä. Palavan tai palamista ylläpitävän aineen syöttöputki 35 on yhteydessä sarjaan suihkusuulak-keita 36, jotka matkan päässä toisistaan ovat suunnattuina päävirtaa kohti sillä tavoin, että ne toimittavat väliaineen vuorovaikutusvyöhyk- 14 6281 5 keen Z viereiselle, välittömästi tämän ylävirran puoliselle alueelle. Kuviossa 8 kehittimen 50 kehittämä päävirta lähtee putkesta 51 vyöhykkeellä, jota ylhäältä rajoittaa laatta 52 ja alapuolelta laatta 53, joka kaartuu alaspäin loitontuen päävirran keskitasosta. Haluttaessa tähän alalaattaan voidaan asentaa jäähdytysputkia 53a. Lasinsyöttö-vetolevy 55 on varustettu matkan päässä toisistaan olevilla aukoilla 56, jotka sijaitsevat päävirran leveydellä poikittain sen etenemissuuntaan nähden, niin että ne syöttävät venytettävää ainesta olevat säikeet tähän päävirtaan. Heti lasinsyöttöaukkojen ylävirran puolella ylälaatässä 52 on sarja suihkujen lähtöaukkoja 29, joista jokainen liittyy vastaavaan lasinsyöttöaukkoon sen kanssa ojennuksessa. Aukkoihin 29 syötetään paineväliainetta johtoihin 54a ja 54b yhdistetystä jakoputkesta 54.

Laattaan 52 kuuluu lisäksi toinen jakoputki 57, johon on yhdistetty sarja vierettäisiä lähtöaukkoja 57a, joka sijaitsee poikittain päävirtaan nähden ja joista aukoista jokainen liittyy yhteen lasin syöttöaukkoon 56 ja vastaavaan suihkun lähtöaukkoon 29 ja on näiden kanssa ojennuksessa.

Jakoputkeen 57 syötetään polttokaasua johtoa 59 myöten, joka voi olla yhteydessä pääsyöttöjohtoon 60.

Alavirran puolinen laatta 58, joka sijaitsee pitkin päävirran raja-aluetta, muodostaa tämän ylärajan, ja siinä on jäähdytysputki 58a. Eräät tämän laitteen elimet ovat analogisia em. patenttijulkaisun 2 223 3 8 kuviossa 11 esitettyjen kanssa.

Kuvion 8 mukaisessa sovellutusmuodossa polttoainetta syötetään esimerkiksi syöttöaukkojen 57a kautta, kun taas sekundäärisuihkuihin käytettävä ilma saapuu aukkojen 29 kautta, mikä tekee mahdolliseksi saada aikaan polttoaineen ja palamista ylläpitävän aineen sekoittumisen vuorovaiku-tusvyöhykkeessä päävirran kanssa.

Lisäksi voidaan syöttää lisäilmaa päävirtaan vuorovaikutusvyöhykkeen ylävirran .puolella, ylistä ja alista syöttökanavaa 61 ja 62 myöten, jotka sijaitsevat sillä alueella, jolla päävirran 50 kehitin on yhdistetty putkeen 51. Kumpikin syöttökanava päättyy rakoon tai joukkoon syöttö-aukkoja, jotka on kaaviollisesti hahmoteltu kohtaan 63. Tämän lisäilman päävirtaan syöttämisen tarkoituksena on saavuttaa tietyt otolliset olosuhteet, esimerkiksi päävirran sopiva lämpötila, jotka olosuhteet liit- 6281 5 15 tyvät energian paikallistamisen tekniikkaan. Itse asiassa, silloin kun polttoaineen polttaminen tapahtuu vuorovaikutusvyöhykkeessä, ei ole tarpeen käyttää päävirtaa, jonka lämpötila on yhtä korkea kuin se, joka vaaditaan ilman tätä paikallista polttoa. Tästä seuraa, että voidaan saavuttaa huomattava energian säästö päävirran kehittämisessä.

Varsin ilmeistä on, että päävirran kehittämiseksi, jonka lämpötila on verraten alhainen ja nopeus haluttu, on mahdollista, sensijaan että käytettäisiin lisäilman syöttöä, jättää kokonaan pois polttimen käyttö ja korvata se millä tahansa muulla järjestelmällä, johon kuuluu esimerkiksi lämmönvaihtimilla varustettu laite, jossa päävirran kaasu lämmitetään.

Ennen kuin tarkastellaan muita polttoaineen ja palamisen ylläpitoaineen syöttökeinoja, viitataan kuvioihin 9a ja 9b, joita nyt verrataan toisiinsa keksinnön mukaisen energian paikallistamisprosessin ja sen ansiosta saavutettavan energian eli polttoaineen säästön analysoimiseksi.

Kuvio 9a esittää niitä olosuhteita, joissa venytys tapahtuu suihkun ja päävirran kesken kehittyneessä vuorovaikutusvyöhykkeessä ilman energian paikallistamistekniikkaa. Lähtöputki 64 kehittää päävirran, jonka leveys, so. ulottuvuus kuvion tasoon nähden kohtisuorassa suunnassa mieluimmin on suuri, niin että päävirtaan voidaan liittää useita pareja lasin syöttö- (65) ja suihkun lähtö- (66) elimiä, niin että voidaan valmistaa suuri lukumäärä kuituja. Lasisäiettä ja sekundäärisuihkua on merkitty viitteillä S ja vastaavasti J, ja suihkun ja päävirran välistä vuorovaikutus vyöhykettä viitteellä Z. Tällaista järjestelmää ja tavanomaista lasiseosta käytettäessä suihkun lämpötila voi olla joko 800°C (niin kuin patenttijulkaisussa 2 223 318 on selitetty)., tai paljon alempi eli lähellä huoneen lämpötilaa . Näissä molemmissa tapauksissa päävirran lämpötila vaihtelee 1500°C ja 1750°C välillä riippuen suihkun lämpötilasta, niin, että vuorovaikutusvyöhykkeeseen saadaan lasisäikeen venyttämiseen haluttu lämpötila. Kuvioon 9a on merkitty 1700°C lämpötila päävirran läh-töputken suun kohdalle, päävirran, jonka sydän C ulottuu sen suihkun kanssa muodostamaan vuorovaikutusvyöhykkeeseen saakka, joskin se vyöhyke, jossa venytys todellisuudessa tapahtuu itse asiassa on päävirran lämpötilan ja suihkun lämpötilan välisessä lämpötilassa. Vuorovaikutusvyöhyk-keen alavirran puolella perättäiset isotermikävrät edustavat lämpötilan vähittäistä alenemista, esimerkiksi 1600°C, 1400^0 ja 1200°C.

16 6281 5

Kuvio 9b esittää kaaviollisesti samoja laitteen elimiä kuin kuvion 9a, mutta olosuhteissa, jotka vallitsivat silloin, kun käytetään esillä olevan keksinnön mukaista energian paikallistamistekniikkaa. Tätä tarkoitusta varten suihkun lähetyslaitteeseen 65 voidaan syöttää paineenalais-ta seosta, joka sisältää polttokaasua, kun taas lisäilmaa tai happea voidaan syöttää putken 64 kautta, josta lähtee päävirta, jonka sisältämät kaasut lähtöhetkellään ovat paljon alemmassa lämpötilassa kuin silloin kun toimitaan kuvion 9a olosuhteissa. Päävirran lämpötila voi olla esimerkiksi suuruusluokkaa 600°C sen lähtiessä putkesta, niin kuin iso-terraikäyrät osoitta/at, ja suuren osan kaasuista lämpötila alenee sitten, saavuttaen esimerkiksi arvot noin 400°, 300° ja 200°C lähtöputkes-ta alavirtaan päin olevissa vyöhykkeissä jotka vastaavat kuvion 9a iso-termikäyriä 1600°, 1400° ja 1200°C.

Joskin on mahdollista syöttää polttoaine päävirran mukana, parempana pidetään, että polttoaine muodostaa osan sekundäärisuihkusta, so. että se syötetään sekundäärisuihkun kaasuihin niin kuin edellä on selitetty.

Näin ollen suihkun J tehtävänä ei ole pelkästään muodostaa se vuorovai-kutusvyöhyke, johon lasisäie S kuljetetaan, vaan lisäksi se tuo tähän polttoaine-ainesosan, joka sekoittuu perusteellisesti palamista ylläpitävään aineeseen, tarkemmin sanottuna ilmaylimäärään, jonka päävirta tuo vuorovaikutusvyöhykkeeseen. Vuorovaikutusvyöhykkeessä esiintyvien pyör-revirtojen ansiosta on mahdollista saada aikaan se erittäin perusteellinen sekoitus, johon pyritään.

Mitä tulee polttoaineen ja palamista ylläpitävän aineen suhteisiin huomattakoon heti aluksi, että on parempi käyttää stökiömetrisiä suhteita.

Palava seos voidaan kuitenkin saada sellaisissakin suhteissa, jotka poikkeavat stökiömetriästä. Niinpä luonnonkaasuun sekoitettuna ilman määrä voi vaihdella noin 0,8- ja noin 1,7- kertaisen stökiömetristä suhdetta vastaavan ilmamäärän välillä. Nämä asianmukaiset määrät polttoainetta ja palamista ylläpitävää ainetta muodostavat vuorovaikutusvyöhykkeessä palavan seoksen, jonka syttymispiste on alhaisempi kuin niiden sulien lasiseosten lämpötilat, joita tavallisesti käytetään kuidutukseen, niin että lasisäie, joka on tuot» syötettäväksi vuorovaikutusvyöhykkeeseen, pystyy sytyttämään siihen muodostuneen palavan seoksen. Tämän johdosta haluttu lämpötila, esimerkiksi 1700°C, pystytään saavuttamaan vuorovaikutusvyöhykkeessä Z ja siten mahdollistamaan ainessäikeen venytys ja sen muuntaminen kuiduksi, huolimatta siitä että päävirran lämpötila sekä mainitun vyöhykkeen, ylävirran että alavirran puolella on paljon tä 17 62 81 5 tä arvoa alempi. Lisäksi huomattakoon, että jokaisen suihkun kanssa muodostunut vuorovaikutusvyöhyke ei voi käsittää enempää kuin pienen osan päävirran kokonaistilavuudesta. Siis, koska vain tämän osan tarvitsee välttämättä saavuttaa venytyksen vaatima korkeampi lämpötila, näin saavutetaan erittäin suuri energian säästö keksinnön mukaisella menetelmällä, verrattuna järjestelmiin, joissa päävirran koko tilavuus lämmitetään venytyslämpötilaan.

Tärkeätä on myös huomata, että vuorovaikutusvyöhykeessä suoritettavan venytyksen tekniikka soveltuu erityisen hyvin lämpöenergian paikallistamiseen sen pienpaineisen ja pieninopeuksisen alueen ansiosta, joka muodostuu jokaisen lasisäikeen välittömään läheisyyteen ja ympäröi sitä yleisesti, ilman että on välttämätöntä sovittaa väliin mitään muuta aineellista elintä.

Polttoainetta tai palamista ylläpitävää ainetta voidaan näin ollen ruiskuttaa vuorovaikutusvyöhykkeeseen palavan seoksen muodostamiseksi, kun taas kuuman lasin läsnäolo mahdollistaa tämän seoksen sytytyksen. Vuo-rovaikutusvyöhykkeelle tunnusomaisia suurinopeuksisia pyörteisiä virtojc eli pyörteitä käytetään energian paikallistekniikassa hyväksi polttoaineen ja palamista ylläpitävän aineen perusteellisen sekoituksen aikaansaamiseen niin kuin jo on selitetty. Toisaalta koska nämä pyörteiset virrat siirtyvät milloin virtauksen suuntaan, milloin vastavirtaan, vuo· rovaikutusvyöhykkeessä esiintyy pakostakin alueita, joissa virtausnopeus on suhteellisen pieni verrattuna päävirran nopeuteen. Näiden pienen virtausnopeuden alueiden olemassaolo onkin yhtenä ehtona sille, että palavan seoksen sytytys tapahtuu ja että stabiilia palamista voidaan ylläpitää. Painotettakoon tämän tunnusmerkin tärkeyttä palauttamalla mieleen, että luonnonkaasun ja ilman seosta käytettäessä liekin etenemisnopeus on suuruusluokkaa 0,3:sta muutamaan metriin sekunnissa 20°C:ssa. Joskin tämä liekin etenemisnopeus suurenee lämpötilan, kohotessa, se pysyy kuitenkin aina perin alhaisena päävirran nopeuteen verrattuna. Kuitenkin, koska vuorovaikutusvyöhykkeelle tunnusmerkillistä on myös se, että sen tietyillä alueilla esiintyy virtaus, jonka nopeus on pienempi kuin liekin etenemisnopeus, on mahdollista sytyttää polttoaineseos ja ylläpitää stabiilia palamista. Edellä esitetyt syyt näyttävät voivan selittää sytytyksen ja palamisen stabiliteetin ilmiöt vuorovaikutusvyöhykeessä, mutta todennäköisesti on mahdollista löytää muitakin selityksiä näille ilmiöille.

18 6281 5

Lisäksi kuvion 9b yhteydessä selitetyssä järjestelmässä liekkirintamalla on taipumus pysyä tarttuneena sytytyksen lähteeseen, so. lasisäikeeseen itseensä eli siihen ainessäikeeseen, jonka lämpötila on tarkoitus korottaa asianmukaiseen lämpötilaan tai pysyttää siinä. Itse asiassa tämä liekin tartunta pystytään saamaan aikaan toisaalta sen johdosta, että lasin lämpötila on paljon korkeampi kuin seoksen syttymislämpötila, ja voi nousta jopa kaksinkertaiseksi ähän nähden, ja toiselta puolen siksi, että kosketukseen lasisäikeen pinnan kanssa muodostuu rajakerros polttoaineseosta, jonka lasista siirtyvä lämpö saattaa syttymisolosuh-teisiin. Tästä seuraa siis, että lasin ympärillä on palava kerros joka laukaisee naapurikerroksispa ja vuorovaikutusvyöhykkeessä paikallisen ja stabiilin palamisen, joka pysyy tarttuneena venytettävänä olevaan lasisäikeeseen .

Koska suuri osa lämmön vaihdosta lasisäikeen kanssa tapahtuu kuumien kaasujen kosketuksen kautta sen pinnan kanssa, esillä olevan keksinnön mukainen tekniikka varmistaa·tehokkalla tavalla sen lämmön siirtymisen, joka on tarpeen lasisäikeen pysyttämiseksi venytettävässä tilassa, koska se vyöhyke, jossa lämpö voimakkaasti vapautuu, on juuri mainittua säiettä välittömästi ympäröivä vyöhyke.

Eräs keksinnön mukaisen menetelmän toinen etu on se, että monilukuisilla lasiseoksilla niistä valmistettujen kuitujen lujuus paranee kun kuidun lämpötila alennetaan nopeasti venytyksen päätyttyä. Edulliset olosuhteet toteutuvat siis tässä, niin kuin kuvion 9b isotermit selvästi osoittavat .

Kuvioissa 1, 2 ja 3 esitetyssä laitteessa kaasusuihkupari a,a voi näin ollen sisältää polttoaine-ainesosa, joka on tarpeen halutun tuloksen saavuttamiseen, ja sen johdosta sen tehtävänä on, paitsi kuljettaa lasi vuorovaikutusvyöhykkeeseen päävirran kanssa, myös syöttää polttoaine siihen, jolloin ilma voidaan tuoda järjestelmään päävirran 10 avulla, niin kuin kuviossa 9b. Tällä tavoin ja valitsemalla suihkun ja päävirran lämpötilat sellaisiksi kuin edellä on tämän kuvion yhteydessä mainittu, voidaan saavuttaa haluttu energian paikallistus ja polttoaineen säästö.

Samoin kuvioiden 4, 5 ja 6 mukaisessa sovellutusmuodossa on mahdollista haluttaessa syöttää polttoaine-ainesosa kokonaisuudessaan kaasusuihkun mukana, jolloin ilma voidaan syöttää yhtä aikaa päävirran kanssa, mieluimmin samalla alentaen viimeksimainitun lämpötila sellaisiin arvoihin 19 6281 5 kuin edellä on ehdotettu kuvion 9b yhteydessä, mahdollisimman suuren energian säästön saavuttamiseksi.

Kuvioiden 7 ja 8 esittämissä varianteissa polttoaine voidaan syöttää suihkusta riippumattomasti, so. erikseen, niin kuin jo on selitetty.

Mitä palamista ylläpitävään aineeseen, erityisesti ilmaan tulee, se voidaan syöttää joko itse suihkun mukana tai päävirran mukana, tai molempien mukana.

Kuvio 8 esittää sovellutusmuotoa laitteesta, jota käytetään ilman syöttämiseen päävirran mukana ja jossa ilma lisätään tähän virtaan ennen lähtöputkea 51. Tällä keinoin voidaan saada tarpeellinen kaasun kokonaistilavuus ja haluttu lämpötila polttamalla esimerkiksi vain pieni määrä päävirran muodostukseen tarkoitetuista kaasuista, jolloin keksinnön mukainen paikallistettu polttoprosessi sitten tapahtuu niissä vuorovaikutus vyöhykkeissä, jotka ympäröivät ainessäikeitä, venytyksen vaatiman lämpötilan korotuksen aikaansaamiseksi paikallisesti, niin kuin kuvion 9b yhteydessä on selitetty.

Keksinnön mukainen enrgian paikallistamisprosessi tarjoaa myös erityisiä etuja tiettyjen luokkien venytyksessä, kuten tietyntyyppisten kivien ym luonnollisten tai synteettisten mineraalisainesten venytyksessä, joiden osalta venytyslämpötilan vaihtelualue on erikoisen ahdas. Kuvion 10 diagrammassa on esitetty viskositeetin η muuttuminen funktiona lämpötilasta t kahdella eri tyyppisellä venytettävällä aineksella, joista yksi, 10a, on lasia, jota käytetään yleisesti kuidutukseen, kun taas toinen, 10b, tarkoittaa luonnon kiveä, jolla se lämpötila-alue, joka johtaa venytykseen kelvollisiin viskositeetteihln, on hyvin rajoitettu. Todetaan tästä diagrammasta, että arvojen A ja B välillä oleva viskosi-teettialue, joka sallii venytyksen, vastaa lasilla paljon laajempaa lämpötila-aluetta (ta-t^) kuin kivellä (lämpötila-alue t^-t'^).

Syöttämällä polttoainetta asianmukaisin määrin päävirran vuorovaikutus-vyöhykkeeseen, sitä vyöhykettä, jossa vallitsee kiven tai minkä tahansa sen kaltaisen aineksen venytykseen sopiva lämpötila, voidaan laajentaa alavirtaan päin, siten helpottaen halutun viskositeetin ylläpitämistä kauemmin.

Mitä tulee niihin venytyslaitteisiin tai -prosesseihin, joita kuviot 1-3, 4-6 ja 7 esittävät ja joissa venytettävää ainesta oleva säie saate- , · ·. . i 20 6281 5 taan alttiiksi suihkun vaikutukselle ennen tämän tunkeutumista päävir-ran sisään, on huomattava, että vaikka sekä polttoaine että palamista ylläpitävä aine molemmat ovat läsnä virtauksessa siinä kohdassa, jossa venytettävää ainesta oleva säie syötetään virtaukseen, sytytys ei välttämättä tapahdu tässä kohdassa. Se saattaa jopa, riippuen valituista eri toimintaolosuhteista kuten esimerkiksi suihkun lämmpötilasta tai sen nopeudesta, jäädä tapahtumatta kunnes suihku on saavuttanut päävir-ran tai tunkeutunut siihen.

Tässä selityksessä seuraavassa esitettävät eri parametrien arvot vastaavat niitä toimintaolosuhteita, joita voidaan käyttää keksinnön mukaan ja havainnollistavat sitä, mutta eivät ole millään tavoin keksintöä rajoittavia. Nimenomaan, vaikka esimerkkinä esitetty polttoaine on luon-nonkaasu, se kuitenkin voi koostua synteesikaasusta tai jostakin seoksesta, ja tiettyjä polttonesteitäkin voidaan käyttää, sumutettuina tai höyrystettyinä.

Kuvioiden 1-3 mukaista kuidutuskeskusta käytettäessä päävirta 10 kehitetään lämmitetystä, paineenalaisesta ilmasta, ja sen lämpötila on noin 600°C, sen nopeus on noin 300 m/sek ja sen paine noin 0,18 baria. Kahden sekundäärisuihkun keskiviivat muodostuvat 60°C kulman. Yksi näistä suihkuista on seosta, jossa on yksi tilavuusosa luonnonkaasua ja 3 osaa ilmaa, ja toinen suihku koostuu 4 tilavuusosasta ilmaa. Suihkujen lämpötila on noin 20°C, ja muuten niiden nopeus on noin 330 m/sek ja paine noin 2,5 baria. Lasisäie syötetään noin 1300°C lämpötilassa.

Kuvion 7 yhteydessä selitettyä kuidutuskeskusta käytettäessä voidaan käyttää samoja olosuhteita kuin edellä on mainittu, päävirtaan 27 nähden. Suihku koostuu 20°C lämpöisestä ilmasta, jonka nopeus on 330 m/sek ja paine 2,5 baria. Tässä tapauksessa luonnonkaasun syöttö tapahtuu lähetyslaitteen 36 kautta noin 0,5 barin paineessa ja 200 m/sek nopeudella. Lasi lähtee syöttönipasta 34 noin 1300°C lämpötilassa.

Claims (15)

21 6281 5

1. Menetelmä kuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta mineraali-aineksesta, jonka mukaan kehitetään pääkaasuvirta ja vähintään yksi sekundäärikaasusuihku, jonka poikkileikkaus kohtisuorassa pääkaasu-virtaan nähden on pienempi kuin pääkaasuvirran ja jonka liike-energia tilavuusyksikköä kohti on suurempi kuin pääkaasuvirran ja joka suihku on suunnattu poikittaisesti pääkaasuvirtaan nähden ja tunkeutuu sen sisään muodostaen vuorovaikutusvyöhykkeen, joka sisältää pyörteisiä virtoja, ja jonka menetelmän mukaan venytettävissä olevaa ainesta oleva säie syötetään mainittuun vyöhykkeeseen, tunnettu siitä, että kaasuvirtoihin syötetään polttoaine-ainesosaa ja palamista ylläpitävää ainesosaa sellaisessa suhteessa ja siten, että saadaan palava seos vuorovaikutusvyöhykkeeseen, jolloin tämä seos syttyy vuorovaikutusvyöhykkeessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineainesosa ja palamista ylläpitävä ainesosa ovat likimäärin stökiömetrisessä suhteessa vuorovaikutusvyöhykkeessä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että toinen mainituista vuorovaikutusvyöhykkeeseen syötetyistä ainesosista muodostaa ainakin osan suihkusta tai päävir-rasta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen vuorovaikutusvyöhykkeeseen syötetyistä ainesosista muodostaa ainakin osan suihkusta, ja toinen tähän vyöhykkeeseen syötetyistä ainesosista muodostaa ainakin osan päävirrasta.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vuorovaikutusvyöhykkeeseen syötetty polttoaine muodostaa osan suihkusta ja palamista ylläpitävä aineosa ainakin osan päävirrasta.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vuorovaikutusvyöhykkeeseen johdettu palamista ylläpitävä aine muodostaa osan sekundäärisuihkusta tai päävirrasta ja että polttoaineainesosa johdetaan mainittuun vyöhykkeeseen kehittäen paineenalainen polttokaasusuihku, joka on suunnattu päävirtaa kohti ja menee sisään vuorovaikutusvyöhykkeen alueella. 22 6281 5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päävirtaa kohti suunnattu polttoainesuihku menee sen sisään kohdasta, joka sijaitsee sekundäärisuihkun ylävirran puolella.

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että polttoaineainesosa johdetaan vuorovaikutusvyö-hykkeeseen kehittäen paineenalainen polttokaasusuihku, joka on suunnattu päävirtaa kohti ja menee sen sisään sekundäärisuihkun ylävirran puolella ja että palamista ylläpitävä aine johdetaan pää-virtaan ilman muodossa, joka syötetään siihen paineenalaisena mainitun polttokaasusuihkun ylävirran puolella.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päävirran lämpötila alueella, joka sijaitsee ylävirtaan päin vuorovaikutusvyöhykkeestä, on alempi kuin mainittuun vyöhykkeeseen syötetyn venytettävää ainesta olevan säikeen lämpötila.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että venytettävää ainesta oleva säie syötetään vuorovaikutusvyöhykkeeseen lämpötilassa, joka on vähintään yhtä korkea kuin polttoaineen ja palamista ylläpitävän ainesosan seoksen syttymislämpötila.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään useita suihkuja, että läm-pöplastista ainetta oleva säie syötetään jokaiseen vuorovaikutus-vyöhykkeeseen, jotka kukin sekundäärisuihkuista ja päävirta muodostavat, että muodostetaan polttoaineesta ja palamista ylläpitävästä aineesta palava seos jokaiseen vuorovaikutusvyöhykkeeseen ja että sytytetään tämä seos jokaisessa vyöhykkeessä.

12. Laite kuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta mineraaliai-neksesta, johon laitteeseen kuuluu: päävirran (27) kehitin (26, 50) . ainakin yhden sekundäärikaasusuihkun lähetyselin (28, 54), jossa on l&htöaukkoja (29), joiden ulottuvuus eli leveys poikittaissuunnas-sa päävirtaan nähden on pienempi kuin päävirran lähtöaukon, joka suihku on suunnattu niin, että se leikkaa päävirtaa ja tunkeutuu 6281 5 23 sen sisään muodostaen vuorovaikutusvyöhykkeen (Z) , ja syötön lähde (32, 56), josta syötetään sulaa ainesta oleva säie mainittuun vuorovaikutusvyöhykkeeseen (Z), tunnettu siitä, että siihen kuuluu riippumaton elin (35, 57. polttoaineen syöttämistä varten vuorovaikutusvyöhykkeeseen (Z).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöelimessä (57) on syöttöaukko (57a), joka sijaitsee päävirran (27) rajalla.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöelimeen (35) kuuluu lähetyslaite (36), jonka lähtöaukko sijaitsee matkan päässä päävirran (27) rajasta.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttöelin (35, 57) sijaitsee niin, että se vie polttoaineen päävirtaan (27) sen vyöhykkeen ylävirran puolelle, jossa sekundäärisuihku tunkeutuu päävirran sisään.