FI71411B - Apparatur foer bildande av en foerbraenningsblandning foer en foerbraenningskammare - Google Patents

Description

1 71411

Laitteisto polttoseoksen muodostamiseksi polttokammiolle

Esillä oleva keksintö koskee laitteistoa polttoseoksen muodostamiseksi polttokammiolle.

5 Määritelmiä - jos toisin ei ole mainittu, seuraavat määritelmät pätevät vastaaville termeille kaikkialla, missä niitä tässä yhteydessä käytetään: adiabaattinen liekin lämpötila - korkein mahdollinen poltto-lämpötila, joka saavutetaan edellyttäen, että palaminen 10 tapahtuu adiabaattisessa astiassa, että se on täydellistä ja että dissosiaatiota ei esiinny.

seos - kaavalla määritetty kahden tai useamman erillisen aineen sekoittamisen tulos.

ilma - mikä tahansa kaasuseos, joka sisältää happea.

15 palaminen - kaasun, nesteen tai kiinteän aineen palaminen, jossa polttoaine oksidoituu luovuttaen lämpöä ja usein valoa. palamislämpötila - lämpötila, jossa palaminen tapahtuu tietyissä olosuhteissa, joiden ei välttämättä tarvitse olla stökiömetrisiä tai adiabaattisia.

20 välitön syttymislämpötila - lämpötila, jossa normaalipaineessa ja stökiömetrisellä ilmamäärällä polttoaineen palaminen tapahtuu oleellisesti välittömästi.

hapetin - aine, joka toimii tai jota käytetään hapettavana aineena.

25 spontaani syttymislämpötila - alin mahdollinen lämpötila, jossa polttoaineen palaminen tapahtuu, kun annetaan riittävästi aikaa, adiabaattisessa astiassa normaalipaineessa ja hapen läsnäollessa.

teoreettinen adiabaattinen liekin lämpötila - polttoainetta 30 sisältävän seoksen adiabaattinen liekin lämpötila, kun poltto suoritetaan stökiömetrisellä määrällä ilmakehän ilmaa, kun seos ja ilmakehän ilma syötetään normaalilämpötilassa ja -paineessa.

termisesti itsesammuva massasuhde - sellainen laimentimen 35 suhde polttoaineeseen, jolla saatava teoreettinen adiabaattinen liekin lämpötila on sen lämpötilan alapuolella, joka tarvitaan ylläpitämään pysyvää liekkiä tavanomaisessa termisessä polttokammiossa.

2 71411

Esillä olevan keksinnön mukainen polttolaite on erityisen sopiva kuumennetun käyttönesteen tuottamiseen öljyteollisuuden käyttöön öljyn tehokkaampaa talteenottoa varten. Tietyissä vaiheissa öljyn talteenotossa on suotavaa ruiskuttaa 5 maanalaiseen kerrokseen suuri määrä kuumennettua käyttönestettä, jonka lämpötila on oleellisesti alhaisempi kuin hiilipitoisen polttoaineen normaalin adiabaattisen termisen polton liekki-lämpötila. Niinpä on ehdotettu polttolaitteistoja, joissa polttoaine poltetaan hapettimen läsnäollessa, jolloin muodos-10 tuu liekki, jota ruiskutetaan vedellä palamistuotteiden jäähdyttämiseksi ja sellaisen käyttönesteen tuottamiseksi, jossa palamistuotteiden ja polttoaineen palamisen ylläpitoon tarvittavan ilman palamattoman osan lisäksi on vesihöyryä. US-pa-tenttijulkaisussa 3 456 721 on esitetty tällainen maanalainen 15 laitteisto ja US-patenttijulkaisussa 3 980 137 vastaava maanpäällinen laitteisto.

On hyvin tunnettua, että tavanomaisen termisen poltto-kammion asemasta polttoainetta voidaan polttaa katalyyttisessä polttokammiossa kuumennetun käyttönesteen tuottamiseksi.

20 Esim. US-patenttijulkaisusta 3 928 961 on tunnettu laite sellaisen kuumennetun polttonesteen valmistukseen, joka soveltuu kaasuturbiinimoottorin käyttämiseen siten, että polttoaineen ja ilman seosta poltetaan osittain katalyyttisesti ja osittain termisesti, jolloin muodostuu kuumennettu käyttökaasu, jonka 25 lämpötila on 927°-1760°C. Tämä patenttijulkaisu koskee pääasiassa typen oksidien muodostumisen ehkäisyä ja sen avulla aikaansaadaan kuumennettu käyttöneste, joka on erityisen vähä-saasteinen. Tähän on päästy käyttämällä sellaista polttoaineen ja ilman seosta, jonka adiabaattinen liekkilämpötila 30 on typen oksidien oleelliseen muodostumiseen johtavaa lämpötilaa alhaisempi. Patenttijulkaisussa todetaan, että kun hiilipitoista polttoainetta poltetaan stökiömetrisen happi-määrän kanssa, sen adiabaattinen liekkilämpötila on ainakin 1816°C ja että tällaisessa lämpötilassa muodostuu suuria 35 määriä typen oksideja. Patenttijulkaisussa ehdotetaankin 3 71411 sellaisen polttoaineen ja ilman seoksen käyttämistä, jossa on stökiömetrinen ylimäärä happea, edullisesti siten, että vapaan hapen määrä on ainakin 1,5 kertaa niin suuri kuin polttoaineen täydelliseen palamiseen tarvittava stökiömetri-5 nen määrä. Tämän stökiömetrisen happiylimäärän avulla aikaansaadaan adiabaattinen liekkilämpötila, joka on alhaisempi kuin 1816°C, jolloin vältetään typen oksidien muodostuminen.

US-patenttijulkaisussa 3 223 166 ehdotetaan katalyyttistä kuumennuslaitteistoa käytettäväksi öljyn talteenotos-10 sa. Tässä patenttijulkaisussa lämpötilan säätö on toteutettu katalyyttisesti poltettavan ilman ja polttoaineen syötön suhdetta vaihtelemalla, kun taas syötön palamaton osa käytetään laimentimena ja alentamaan palamistuotteiden lämpötilaa. Tämä järjestely on sinällään epätyydyttävä, koska laitteeseen 15 syötettyä polttoainetta käytetään osaksi jäähdytystarkoituk-siin lämmön tuottamisen asemesta ja siten ehdotetun laitteiston lämpöhyötysuhde helposti jää alhaiseksi.

Lisäksi vielä US-patenttijulkaisusta 4 173 455 on tunnettu dieselöljyn ja veden emulsion muodossa oleva poltto-20 aine. Tämä polttoaine on tarkoitettu käytettäväksi dieselmoottoreissa ja sen todetaan olevan erityisen edullinen sotilaskäytössä, koska se on sinällään vähemmän altis syttymään vahingossa kuin puhdas dieselpolttoaine.

Esillä olevan keksinnön mukainen laitteisto poltto-25 seoksen muodostamiseksi katalyytin käsittävälle polttokam-miolle käsittää laitteet hiilipitoisen polttoaineen, hapet-timen ja palamattoman laimentimen sisältävän polttoseoksen syöttämiseksi polttokammioon katalyyttisen polton aikaansaamiseksi siten, että suoraan kuumennetaan palamatonta lai-30 menninta, jolloin muodostuu kuumennettua käyttönestettä, joka sisältää kuumennetun palamattoman laimentimen ja pala-mistuotteet. Laitteistolle on tunnusomaista se, että käsittää sekoittimen polttoaineen sekoittamiseksi lämpöä absorboivaan palamattomaan laimentimeen termisesti itsesammuvas-35 sa massasuhteessa polttoaineseoksen muodostamiseksi; ja ha-pettimen syöttövälineet määrätyn hapetinmäärän syöttämisek- 4 71411 si ja edelleen sekoittamiseksi polttoaineseoksen kanssa polttoseoksen aikaansaamiseksi; ja sekoittimeen sekä hapet-timen syöttövälineisiin yhdistetyn sekoituskammion, jossa hapetinta sekoitetaan polttoaineseokseen määrä, joka on 5 yleisesti stökiömetrinen suhteessa polttoaineseoksen sisältämään hiilipitoiseen polttoaineeseen, polttoseoksen muodostamiseksi katalyytille syöttöä varten.

Polttoaineen katalyyttisen polton aikana laimenninta kuumennetaan suoraan siten, että muodostuu kuumennettu käyt-10 töneste, jossa on palamistuotteita, hapettimen muodostamiseen tarvittavan ilman palamaton osa ja polttoaineseoksen kuumennettu laimennin. Polttoaineseoksessa on niin paljon laimenninta, että siitä muodostuu termisesti itsesammuva.

Jos laimentimena käytetään vettä, polttokammiossa muodostuu 15 suuri määrä kuumennettua käyttönestettä, joka sisältää runsaasti vesihöyryä. Kuitenkaan esillä olevan keksinnön ei laajimmillaan voida katsoa rajoittuvan käyttönesteenä toimivan vesihöyryn tuottamiseen ja itseasiassa mitä tahansa palamatonta, hyvän lämmönvaraamiskyvyn omaavaa laimenninta 20 voidaan sekoittaa polttoaineeseen sopivan käyttönesteen aikaansaamiseksi. Esim. hiilidioksidia, voidaan tietyissä olosuhteissa käyttää laimentimena.

Katalyyttisen polttokammion käyttö sallii hiilipitoi-sen polttoaineen matalalämpötilaisen, stökiömetrisen polton, 25 mikä suoraan kuumentaa vesimäärää, joka on lisätty polttoaineeseen ennen katalyyttistä polttoa siten, että muodostuu säädelty polttoaineseos, jolloin katalyytin polttolämpötilaa ja katalyytin yli polttoa varten kulkevien nesteiden tila-nopeutta voidaan säätää. Vettä voidaan lisätä voimakkaasti 30 kuumennettuun nesteeseen, joka poistuu katalyyttistä tämän nesteen jäähdyttämiseksi ennen kuin se poistuu polttokam-miosta, jolloin polttokammion tuottaman kuumennetun käyttö-nesteen lämpötilaa voidaan säätää.

Edullisissa suoritusmuodoissa polttoseos palaa sta-35 biilisti lämpötiloissa, jotka ovat merkittävästi polttoaineen tavanomaisten palamislämpötilojen alapuolella, vaikka 5 71411 polttoseos sisältää oleellisesti stökiömetrisiä määriä hii-lipitoista polttoainetta ja ilmaa. Tällaisesta palamisesta seuraa useita etuja erityisesti siinä, että palamistuotteet eivät ole kemiallisesti kovin aktiivisia, typen oksidien 5 muodostuminen vältetään, oleellisesti kaikki ilman happi käytetään ja noen muodostus pidetään huomattavan alhaisena.

Edelleen edullisissa suoritusmuodoissa käynnistyksen aikana polttoaineen sekoittamista valvotaan sen varmistamiseksi, että saavutetaan katalyytin syttymislämpötila polt-10 tokammiossa ennen höyryä kehittävän polttoseoksen syöttämistä ja sammutuksen aikana polttoaineen sekoitusta valvotaan estämään katalyyttiä kostumasta.

Polttokammiossa polttoaineseos, jossa laimentimen ja polttoaineen massasuhde on yleisesti alueella 1,6:1-11:1, 15 voidaan polttaa hapettimen oleellisesti stökiömetrisillä määrillä muodostamaan käyttökelpoinen käyttöneste. Poltto-kammio aikaansaa erityisesti raskaiden hiilivetypolttoainei-den yksinkertaisen tehokkaan ja siistin palamisen.

Edulliset suoritusmuodot mahdollistavat höyryn tuotta-20 misen eri paineisissa, lämpötiloissa ja virtaustasoilla, jotka ovat jossain määrin rajoitetusti riippumattomia toisistaan niin, että yhtä ainoaa polttokammiota voidaan käyttää esimerkiksi kohotetussa öljyn talteenotossa öljyä sisältävien muodostumien käsittelemiseksi, joilla on laajasti eri-25 laiset virtausominaisuudet polttokammion ollessa käyttökelpoinen kullekin tällaiselle muodostumalle öljytuotoksen maksimoimiseksi muodostumasta samalla kun minimoidaan energiankulutus tällaisen tuotannon aikana.

Joko ilman tai polttoainescoksen esikuumennus ennen 30 polttokammioon saapumista voidaan suorittaa polttokammiossa tapahtuneen polttoaineseoksen palamisen kehittämällä lämmöllä .

Edulliseen suoritusmuotoon on muodostettu myös säädöt polttokammion tuottaman höyryn lämpötilan säätämiseksi mää-35 rätyn alhaisen lämpötila-alueen sisäpuolelle, jossa katalyytti kykenee toimimaan höyryn kehittämiseksi, toisin sa- 6 71411 noen esimerkiksi katalyytin syttymislämpötilan ja sen ylemmän stabiilisuusrajän väliin. Lisäksi on muodostettu säädöt ja välineet veden ruiskuttamiseksi katalyytin päällä tapahtuneen palamisen tuottamaan höyryyn höyryn jäähdyttämiseksi 5 ja muuttamaan lisää vettä höyryksi.

Katalyyttinen polttokammio voi tuottaa höyryä laajalla eri lämpötilojen alueella, jotka voivat olla toivottavia polttokammion ulostulon sovittamiseksi aiottuun loppukäyttöön. Haluttu muutos polttokammion lämmönvapautustasoon voi-10 daan aikaansaada muuttamalla polttokammion läpi kulkevan hiilipitoisen polttoaineen virtaustasoa ja tekemällä vastaavat suhteelliset muutokset oleellisesti stökiömetriseen palamiseen tarvittavan hapettimen tai ilman virtaustasoon ja höyryn kehittämiseksi polttokammion läpi kulkevan veden ko-15 konaismäärään. Edullisesti polttokammion toiminta-alueen laajennus voidaan aikaansaada käyttämällä hyväksi katalyytin käyttölämpötila-aluetta ja tilanopeuksia, joilla poltto-seos voidaan syöttää katalyytin läpi säilyttäen samalla oleellisesti täydellisen polttoseoksen palamisen. Tämä voi-20 daan toteuttaa asettelemalla veden osuutta polttoaineseok-sessa (palamisvettä) ja tekemällä komplementaarinen muutos ruiskutusveden osuuteen niin, että katalyyttiä käytetään hyväksyttävällä tilanopeuksien alueella pidettäessä höyryn purkausnopeus, joka poistuu polttokammiosta, oleellisesti 25 samalla tasolla kuin ennen säätöä. Tällä tavoin lämmönluo-vutustasoa voidaan muuttaa ilman vastaavaa muutosta purkaus-lämpötilassa, kun kaiken aikaa säilytetään polttoseoksen tilanopeus katalyytin läpi hyväksyttävällä alueella poltto-kammion vakaata toimintaa varten.

30 Keksintö ymmärretään paremmin seuraavasta edullisten suoritusmuotojen selityksestä, jotka annetaan vain esimerkkeinä, samalla viitaten oheiseen piirustukseen, jossa:

Kuvio 1 on kaaviollinen kuva esillä olevan keksinnön uusia piirteitä havainnollistavan höyrynkehitysjärjestel-35 män yhdestä suoritusmuodosta, 7 71411 kuvio 2 on poikkileikkaus kuvion 1 esimerkinomaisessa järjestelmässä käytetystä polttokammiosta, kuvio 3 on kaaviokuva esimerkinomaisessa järjestelmässä käytetyistä säädöistä, 5 kuviot 4, 5, 6a ja 6b ovat virtauskaavioita vaiheista, jotka on suoritettu esimerkinomaisen höyrynkehitysjärjestelmän käytössä, kuvio 7 on käyrä, joka on hyödyllinen ymmärrettäessä esimerkinomaisen järjestelmän toimintaa ja ohjausta.

10 Kuten kuvioissa on havainnollistamistarkoituksessa esitetty, esillä oleva keksintö on toteutettu kattilatto-massa höyrygeneraattorissa, jollaista voidaan käyttää petro-kemiallisessa teollisuudessa öljyn talteenoton kehittämiseksi. On kuitenkin ymmärrettävää, että esillä olevaa kek-15 sintöä ei ole rajattu käyttöön höyryn tuottamisessa öljyn talteenoton kohottamiseksi, vaan sitä voidaan käyttää oleellisesti missä tahansa olosuhteissa, kun halutaan kuumentaa nestettä polttoaineen palamisella, kuten tehtäessä kuumennettua käyttönestettä tai käsiteltäessä nestettä muita tar-20 koituksia varten. Höyryn tai minkä tahansa muun kuumennetun käyttönesteen tuotannossa on suotavaa olla sekä mekaanisesti että termisesti tehokas, jotta voidaan suorittaa suurin määrä työtä pienimmillä kustannuksilla. On myös toivottavaa, että käyttönesteen valmistusprosessissa vältetään vauriot 25 ympäristölle.

Kuviossa 1 esitetty polttokammiojärjestelmä sisältää polttokammion 11, jossa polttoaineseos poltetaan katalyyt-tisesti ohjatusti käyttönesteen tuottamiseksi. Erityisesti ajateltu polttoaineseos on seos, joka koostuu laimentimes-30 ta, kuten vesi, ja hiilipitoisesta polttoaineesta, jotka on sekoitettu termisesti itsesammuvassa massasuhteessa.

Veden määrä tässä seoksessa riippuu ainakin osittain poltto-aineseoksen polttoaineosan lämpösisällöstä polttoaineseok-sen palamislämpötilan säätämiseksi, kun se poltetaan poltto-35 kammion 11 katalyyttisessä palamisvyöhykkeessä 13 (katso kuvio 2). Erityisesti palamislämpötila pidetään ennalta 8 71411 suunnitellulla matalalla lämpötila-alueella. Lisäksi on muodostettu säätö varmistamaan hapettimen oleellisesti stö-kiämetristen määrien jakelu katalyyttiin sekoitettavaksi polttoaineeseen muodostamaan polttoseos, joka kulkee kata-5 lyytin 12 yli palamisvyöhykkeessä 13. Edullisesti korkea laimennin polttoainesuhde polttoaineseoksessa pitää seoksen teoreettisen adiabaattisen liekinlämpötilan alhaisena niin, että palamislämpötila myös on alhainen siten välttäen termisten typpioksidien ja katalyytin stabiilisuusongelmien 10 muodostumisen, jotka muutoin liittyvät korkealämpötilaiseen palamiseen. Lisäksi polttoaineseoksen katalyyttinen palaminen välttää noki- ja hiilimonoksidiongelmat, jotka tavallisesti liittyvät termiseen palamiseen, ja palamisen ollessa oleellisesti stökiömetristä vaaditaan vähemmän tehoa hapet-15 timen syöttämiseen polttokammioon. Lisäksi tällä tavoin tuotettu käyttöneste on oleellisesti hapetonta ja on siten vähemmän syövyttävää kuin termiset palamistuotteet.

Tässä on esitetty esillä olevan keksinnön esimerkinomainen suoritusmuoto, joka liittyy höyryn käyttöön öljyn 20 talteenoton kohottamiseksi. Kuvattu suoritusmuoto (kuviot 1 ja 2) esittää polttokammion 10 sijoitusta maanpinnalle, kuten käsiteltävän lähteen päähän. Vaikka tämä järjestelmä esittää vain yhden lähteen käsittelyä, järjestelmä voitaisiin helposti sovittaa keskitettyyn järjestelmään, joka on 25 kytketty käsittelemään useita lähteitä samanaikaisesti. Toinen suoritusmuoto, joka on aiottu käytettäväksi reiän pohjalla, on esitetty hakijan EP-patenttihakemuksen 72 675 kuvioissa 3 ja 4. Polttoaineseos ja säädöt näille kahdelle eri suoritusmuodolle ovat oleellisesti identtiset.

30 Kuten on esitetty kuviossa 1, esillä olevan keksinnön järjestelmän ensimmäinen suoritusmuoto sisältää sekoitti-men 14, jossa mekaanisesti sekoitetaan vesi lähteestä 15 ja polttoöljy lähteestä 16 lasketussa massasuhteessa syötettäväksi homogenoijaan 17. Homogenoija muodostaa poltto-35 aineseoksen emulsioksi syötettäväksi linjan 19 kautta polttokammioon 11 palamista varten. Ilma, joka sisältää stökiö-metrisiä määriä happea syötetään toisen linjan 20 kautta 9 71411 polttokammioon 11 kompressorin 21 avulla, jota käyttää voimakone 23. Polttokammion sisällä (katso kuvio 2) emulgoitu polttoaineseos ja ilma sekoitetaan välittömästi yhteen si-sääntulokammiossa 24 muodostamaan polttoseos ennen virtaus-5 ta polttokammion palamisvyöhykkeeseen 13. Katalyytin 12 läsnäollessa polttoaineseokseen sisältyvä hiilipitoinen polttoaine poltetaan kuumentaen suoraan siinä olevaa vettä muodostaen kuumennetun nesteen, joka koostuu tulistetusta höyrystä ja palamistuotteista. Katalyytin ohi kuljettuaan 10 kuumennettu neste virtaa purkauskammioon 25, missä lisää vettä ruiskutetaan lähteestä 15 nesteeseen sen jäähdyttämiseksi ennen sen poistumista polttokammiosta. Purkauskam-miosta kuumennettu käyttöneste (höyry) poistuu polttokammiosta ulostulosta 26, joka on yhdistetty putkitukseen 35, 15 joka johtaa lähteeseen. Yksityiskohtainen kuvaus polttokammiosta 11 ja lähteestä olevista komponenteista sisältyy hakijan EP-patenttihakemukseen n:o 72 675.

Sekä vesi polttoainesuhteen polttoaineseoksessa että polttoaineseos ilmasuhteen saattamiseksi stökiömetrisiksi 20 polttokammioon on muodostettu ohjausanturit (kuvio 2), joihin sisältyy lämpötila-anturit (TS1, TS2 ja TS3 ja happi-anturi OS. Lämpötila-anturit TS1, TS2 ja TS3 on sijoitettu vastaavasti sisääntulokammioon 24, purkauskammioon 25 ennen veden jälkiruiskutusta ja purkauskammioon 25 veden jälki-25 ruiskutuksen alapuolelle samalla kun happianturi OS on sijoitettu purkauskammioon. Tämän järjestelyn kaaviokuva on esitetty kuviossa 8, jossa ohjausanturien signaalit käsitellään tietokoneessa 27 ja jälkimmäistä käytetään ohjaamaan kompressorin 21 polttokammioon syöttämän ilman määrää, 30 pumppuja 29 ja 30 syötettäessä suhteellinen määrä vettä ja polttoainetta homogenoijaan 17 ja jälkiruiskutusvesi-pumpun 31 syöttämän veden määrää.

Kuten on aiemmin mainittu, saavutetaan useita merkittäviä etuja polttamalla esillä olevan keksinnön mukaisesti. 35 Saavutetaan korkea terminen höytysuhde, järjestelmän komponenttien mekaaninen hyötysuhde kasvaa ja toteutetaan oleel- 71411 10 lisesti saasteeton höyryntuotanto alhaisilla palamislämpötiloilla, kaikki polttoaineseoksella, joka ei pala termisesti tavanomaisessa olosuhteissa. Lisäksi polttoaineseoksen käyttö johtaa kattilattomaan höyryntuotantoon kuumentamalla 5 vesi suoraan seoksessa lämmöllä, jonka on kehittänyt seoksessa olevan polttoaineen palaminen. Tässä ajatellun yhden polttoaineseoksen, joka käsittää vesipolttoainemassasuh- teen 5,2:1 deionisoitua vettä ja polttoöljyä numero kaksi 3 -1 varten, ja stökiömetrisen ilmamäärän noin 68,8 m min 10 kulkiessa katalyytin 12 yli katalyyttinen polttoaineen palaminen tuottaa adiabaattisen liekin lämpötilan noin 927°C käyttämättä esilämmitystä jostakin ulkopuolisesta lähteestä. Muut hiilipitoiset polttoaineet, joita voidaan käyttää tuottamaan hyväksyttävä polttoaineseos, sisältävät edulli-15 sesti ne korkeaviskoosiset öljyt, joilla on vain rajoitettua käyttöä polttoöljyinä. Eräässä aikaisemmassa kokeessa tislattu raakaöljy, erityisesti noin 13°APl:n Kern Riverin raskas polttoöljy muodostettiin emulsioksi veden kanssa ja poltettiin katalyyttisesti kuumentamaan suoraan emulsiossa 20 oleva vesi tuottamaan lopulta höyryä lämpötilaltaan 921°C hiilen muutoshyötysuhteella 99,7 %. Tässä kokeessa höyryn muodossa tuotetun veden massasuhde sisältäen palamistuot-teet poltettuun polttoaineeseen oli 14:1.

Vaikka höyry ehkä on kaikkein toivottavin esillä ole-25 van keksinnön mukaisesti tuotettu käyttöneste, on ymmärrettävä, että siihen sisältyvä keksinnöllinen ajatus ulottuu laimentimen suoraan kuumentamiseen alunperin laimentimen kanssa sekoitetun hiilipitoisen polttoaineen palamisen tuloksena. Ne laimentimen tyypilliset ominaisuudet, jotka 30 ovat tärkeitä ovat, että laimentimella on korkea lämpökapasiteetti, että se on palamaton, että se on höydyllistä työn suorituksessa, ja että se antaa polttoaineseokselle teoreettisen adiabaattisen liekinlämpötilan, joka on katalyy- 11 71411 tin ylemmän lämpötilastabiilisuusrajän alapuolella. Jälkimmäinen on luonnollisesti tärkeää estämään katalyytin tai sen tuen sintrautuminen, sulaminen tai höyrystyminen seoksen polttoaineosan palamisen aikana kehittämän lämmön joh-5 dosta. Korkean lämpökapasiteetin omaaminen on tärkeää termisen tehokkuuden näkökannalta siinä, että suhteellisesti enemmän lämpöä vaaditaan nostamaan laimentimen lämpötila yhden asteen muiden samanmassaisten aineiden yläpuolelle. Tässä mitä tahansa lämpökapasiteettia, joka on yleisesti 10 sama tai korkeampi kuin veden, voidaan pitää "korkeana lämpökapasiteettina". Lisäksi on suotavaa, että laimennin voi käyttää palamislämpöä suorittaakseen faasimuutoksen. Otettaessa huomioon useimmat näistä ominaisuuksista muut kemialliset osat, jotka voivat olla hyväksyttäviä laimen-15 timena sisältävät hiilidioksidin.

Valittaessa polttoaineseoksen laimennin polttoainemas-sasuhdetta otetaan huomioon sekä polttoaineen palamislämpö että katalyytin 12 ylempi ja alempi lämpötilastabiilisuusra ja. Katalyytin alempi stabiilisuusraja on tässä se alhai-20 nen lämpötila, jossa katalyytti yhä tehokkaasti aikaansaa polttoaineen palamisen. Tämän mukaisesti kullekin katalyyt-tityypille, joka voi soveltua käytettäväksi esimerkinomaisessa polttokammiossa 11, on olemassa jokin hyväksyttävä lämpötila-alue tehokasta polttoaineen palamista varten ai-25 heuttamatta vauriota katalyytille. Tältä alueelta valittu lämpötila edustaa siten teoreettista adiabaattista polttoaineseoksen liekinlämpötilaa. Erityisesti laimentimen tai veden, jota on ajateltu edullisessa suoritusmuodossa, suhde polttoaineeseen on asetettu palamislämmön perusteella 30 (sen lämpömäärän, joka teoreettisesti vapautuu polttoaineen palaessa) ja se on sellainen, että vapautetun lämmön määrä on se, joka tarvitaan kuumentamaan sekä laimennin ja palamistuotteet edellä mainittuun valittuun lämpötilaan. Tämä lämpötila on luonnollisesti valittu maksimoimaan käyt- 12 71411 tönesteen suorittama hyödyllinen työ, joka käyttöneste on tuotettu polttokammiossa 11, jolle on annettu olosuhteet, joissa käyttönesteen täytyy toimia. Lyhyemmin ilmaistuna laimentimen suhde polttoaineeseen on sama kuin laimentimen 5 lämpökapasiteetin ja palamistuotteiden lämpökapasiteettien suhde polttokammiossa käytetyn polttoaineen palamis-lämpöön.

Järjestelmä polttoaineseoksen syöttämiseksi poltto-kammioon 11 on esitetty kaaviollisesta kuviossa 1 poltto-10 aineen massasuhteen säätämiseen käytettyjen säätöjen ollessa esitettyinä kuviossa 3. Vaikka kuvioissa 1 ja 3 esitetty järjestelmä esittää sen eri komponenttien olevan yhdistettyinä suoraan toisiinsa tulisi huomata, että joidenkin näiden komponenttien suorittamat funktiot voidaan suo-15 rittaa kaukana polttokammiosta 11 olevassa paikassa.

Erityisesti esimerkinomaisen järjestelmän 10 vesilähde on kytketty linjalla 40 deionisoijaan 41 epäpuhtauksien poistamiseksi vedestä, joka voi muutoin olla pilaantunutta tai sokaista katalyytin 12. Deionisoijasta 20 linja 40 yhdistyy varastosäiliöön 43, josta deionisoitu vesi voidaan vetää pumpuilla 29 ja 31 syötettäväksi lopulta polttokammioon 11. Pumppu 29 yhdistyy suoraan se-koittimeen 14 linjan 40 kautta ja haaralinja 44 yhdistää sekoittimen polttoainepumppuun 30, jotta sekoitin voi 25 vastaanottaa polttoaineen polttoainelähteestä 16.

Deionisoitu vesi ja polttoaine syötetään sekoittimeen 14 suhteellisina määrinä, jotka muodostavat seoksen, jonka suhteelliset osuudet ovat samat kuin yllä mainittu termisesti itsesammuva massasuhde. Sekoittimessa nämä kaksi 30 nestettä sekoitetaan yhteen syötettäväksi ulostulolinjän 45 läpi homogenoijaan 17, jossa nämä kaksi nestettä sekoitetaan perusteellisesti emulsioksi sekoitusprosessin saattamiseksi loppuun. Homogenoijasta seosemulsio siirretään 13 71 41 1 välivarastosäiliöön 48 linjan 46 ja pumpun 47 kautta, joka yhdistyy jälkimmäiseen säiliöön muodostaen välineet joilla emulsio tai polttoaineseos voidaan syöttää ohjattuina määrinä linjan 19 kautta, joka yhdistyy poltto-5 kammioon 1].

Vaikka esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto esittelee järjestelmän 10, jossa polttoaineseos muodostetaan emulsioksi, joka syötetään ilman oleellista yiivettä polttoaineen polttamiseksi tapauksissa, joissa 10 halutaan suurempi emulsion pysyvyys voidaan käyttää montaa kemiallista stabilointiainetta mukaanlukien yksi tai useampia ionittomia pinta-aktiivisia aineita ja haluttaessa sidonta-ainetta estämään emulsio hajaantumasta. Yllä mainitussa Kern Riverin raskasöljyssä pinta-aktiivisia aineita 15 "NEODOL 91-2,5" ja "NEODOL 23-6,5" (NEODOL on tavaramerkki), joita Valmistaa Shell Oil Company, yhdessä butyylicarbitolin kanssa. Toisissa yhteyksissä, kun polttokammion 11 si-Sääntulokammiossa 24 on sopivat suuttimet, vesi ja polttoaine voidaan ruiskuttaa suuttimista tavalla, joka on riittävä muodostamaan kelvollinen veden, polttoaineen ja ilman 20 seos, jotta katalyytti 12 toimii kunnolla. Tämän jälkimmäistä tyyppiä olevan järjeätelyn yhteydessä homogenoi jän 17 tarve voidaan välttää.

Polttoaineseoksen polttamiseksi polttokammiossa 11 happi syötetään kompressorin 21 linjan 20 läpi poltto-kammioon 11 syöttämän ilman mukana. Erityisesti kompressori 25 vetää sisään ilmaa ilmakehästä sisääntulon 49 läpi ja pumppaa korkeapaineista ilmaa polttokammioon linjan 22, renkaan 18 ja linjan 20 kautta. Polttokammiossa linja 20 yhdistyy sisääntulokammioon 24 kotelon 51 läpi ja polttoaineseos syötetään linjan 19 läpi. Jälkimmäinen yhdistyy koteloon sisääntuloputken 42 kautta (katso kuvio 2), joka puoles-3Q taan on yhteydessä sisääntulokammion 24 kanssa polttokammion kotelossa 51 olevien aukkojen 50 läpi. Ennen putkea 42 linjan 19 sisässä käytetään paineenrajoitusventtiiliä 66 estämään emulsion valuminen katalyyttiin ennenkuin toi- 14 71411 xninnalliset painetasot on saavutettu. Vastaavasti takaisku-venttiili 64 on sijoitettu linjaan 20 estämään ilmaa virtaamasta sisääntulokammioon 24 ennenkuin toiminnalliset paine-tasot on saavutettu. Sisääntulokammion 24 sisällä poltto-5 aineseoksen ruiskutussuutin 65 on kiinnitetty kotelon sisäpuolelle kunkin aukon 50 ympärille ja niiden suuttimien kautta emulsio ruiskutetaan sisääntulokammioon 24 poltto-aineseoksen sekoittamiseksi läpikotaisin ilman kanssa polt-toseoksen muodostamiseksi. Polttoseos virtaa sitten keraa-10 misen lämpösuoja 52 läpi. Polttokammion 11 sisäinen rakenne on yksityiskohtaisemmin esitetty jo aiemmin mainitussa EP-patenttihakemuksessa n:o 72 675.

Veden ruiskuttamiseksi palamisen jälkeen kuumennettuun nestevirtaan, jonka polttokammio 11 on tuottanut, ve-15 densyöttölinja 71 (katso kuviot 1 ja 2) on yhdistetty kotelon 51 pään 73 läpi ja se ulottuu purkauskammioon 25. Linjan suutinpää 74 suuntaa veden katalyytin 12 jälkeen kuumennetun nestevirran virtaustielle. Ruiskutusveden syöttämiseksi polttokammioon pumppu 31 toimii yhdessä deionisoi-20 dun veden varastosäiliön kanssa ja kierrättää tätä viileämpää vettä silmukoiden 74 ja 75 läpi, jotka yhdistävät läm-mönvaihtimiin 76 ja 77 vastaavasti voimakoneessa ja kompressorissa sen lämmön absorboimiseksi, joka muutoin häviäisi järjestelmästä näiden kahden laitteen toimiessa.

25 Tämä vesi syötetään linjan 71 läpi polttokammioon 11 jäähdyttämän jälkiruiskutuksella katalyytin jättävää tulistettua höyryä.

Esillä olevan keksinnön toisen tärkeän piirteen mukaan laimentimen tai veden suhteellista massavirtaa poltto-30 aineeseen säädetään, jotta saadaan polttoaineseos, joka tässä on seos, jonka teoreettinen adiabaattinen liekinläm-pötila katalyyttistä palamista varten on katalyytin sammu-mislämpötilan yläpuolella ja katalyytin ja sen kannattimen ylemmän stabiilisuusrajalämpötilan alapuolella. Näitä tar-35 koituksia varten esimerkin mukainen järjestelmä sisältää anturivälineet, joihin sisältyy lämpötila-anturi TS2 kata- is 71411 lyytin 12 jättävän kuumennetun nestevirtauksen lämpötilan T2 määrittämiseksi ja ohjausvälineet, jotka reagoivat tällaiseen anturiin. Ohjausvälineet säätävät paloseoksen lai-mentimen ja polttoaineen osuuksia niin, että poltettaessa 5 teoreettisella määrällä hapetinta, tuloksena olevan neste-virran lämpötila teoreettisesti on yllä mainittu määrätty lämpötila. Edullisesti tällä järjestelyllä polttokammion terminen hyötysuhde maksimoidaan ja muutoin liiallisesta pumppauksesta aiheutuvat häiriöt mekaanisessa tehossa mini-10 moidaan.

Esillä olevassa tapauksessa kaaviollinen esitys esimerkinomaisista järjestelmän säädöistä on esitetty kuviossa 3 ja se sisältää lämpöparit TS1, TS2 ja TS3 ilmaisemaan katalyytin lämpötila TS^ sisääntulokammiossa 24, lämpötila 15 T2 katalyytin 12 ulostulopäässä ennen palamisen jälkeen suoritettavaa veden ruiskutusta ja polttokammiosta 11 poistuvan höyryn lämpötila . Lisäksi purkauskammioon 25 sijoitettu happianturi OS ilmenee hapen läsnäolon kuumennetussa nestevirrassa ohajussignaalin muodostamiseksi autta-20 maan tietokonetta 27 ohjaamaan palamista suhteessa stökiö-metriaan. Erityisesti lämpötiloja T1, T2, T3 ja happisisäl-töä edustavia signaaleja käsitellään sopivien vahvistimien 79 ja säätimen 80 avulla ennen niiden saapumista tietokoneeseen. Lämpötilasignaaleja käsitellään suhteessa vertai-25 lulämpötilaan, joka on muodostettu termistorilla 81 absoluuttisten lämpötilojen saamiseksi. Sen jälkeen sekä lämpötila että happisisältösignaalit syötetään analogia/digitaa-limuuntimeen 83 syötettäväksi tietokoneeseen 27 tullakseen ainakin väliaikaisesti varastoiduksi tietokoneeseen datana. 30 Tätä informaatiota yhdessä muun tietokoneeseen tallennetun informaation kanssa käsitellään sitten ulostulosignaalien muodostamiseksi, jotka syötetään digitaali/analogiamuunti-men 84 läpi sopivien ohjaussignaalien muodostamiseksi ohjaamaan virtausta säätäviä laitteita 85, 86, 87, 88 vastaa-35 vasti ilmakompessoria 21, emulsiovesipumppua 29 polttoainepumppua 30 ja ruiskutusvesipumppua 31 varten. Koska läm- 16 71411 pötilat T.j, T2 ja ja kuumennetun nestevirran happisisäl-tö voivat vaihdella polttokammion 11 toiminnan kuluessa, tietokoneeseen 27 syötetyn datan muutokset johtavat muutoksiin, jotka tehdään tietokoneen ulostulosignaaleihin ja 5 vuorostaan ohjaussignaaleihin, jotka ohjaavat polttoseoksen muodostavien polttoaine- ja ilmakomponenttien virtausosuuk-sia.

Kuten on esitetty kuviossa 2, lämpöparit TS1, TS2 ja TS3 ja happianturi OS on kytketty johtimilla polttokammion 10 11 kotelon 51 ja säätimen 80 sisältävän laatikon 89 läpi.

Lähteen päähän sijoitetussa järjestelmässä kuvioissa 1 ja 2 laatikko 89 on asennettu polttokammion kotelon 51 viereen.

Osa informaatiosta, joka muodostaa tietokoneen 27 tietokannan on esitetty graafisesti kuviossa 7, joka esit-15 tää yleiset polttokammion lämpötilakäyrät vaihtelevilla ilma-polttoainesuhteilla kolmelle eri polttoaineseokselle. Esimerkiksi käyrä I edustaa nestevirran lämpötilaa, joka on tuotettu polttamalla emulsio, jolla on vesi-polttoaine-suhde 5,2 eri ilma-polttoaine-suhteilla ja käyrä II edustaa 20 kuumennetun nestevirran lämpötilaa, joka on tuotettu emulsion yhteydessä, jossa veden ja polttoaineen massasuhde on 6,2. Käyrään III liittyvä veden ja polttoaineen suhde on vieläkin korkeampi. Huippulämpötila kullakin käyrällä esiintyy teoreettisesti kun ilman ja polttoaineen suhde on stö-25 kiömetrinen. Pystysuora linja "S" käyrässä edustaa yleisesti ilman ja polttoaineseoksen stökiömetristä suhdetta. Kuten voidaan käyristä nähdä, kun on polttoaineylimäärä ilma-määrälle (rikas seos), palamislämpötila on alhaisempi kuin kyseisen poltettavan massasuhteen huippulämpötila. Vastaa-30 vasti, jos on ilmaylimäärää, lämpötila putoaa myös. Lisäksi nähdään, että kun polttoaineseoksen vesisisältö kasvaa, huippulämpötila laskee veden absorboidessa osan palamisläm-möstä. Vaikka kuviossa 7 esitetyt käyrät esittävät eri polttoaineseoksia kunkin seoksen polttoaineosan kuumennus-35 putki on sama. Polttoaineille joilla on erilaiset kuumen-nusputket, palamislämpötilat samanlaisilla seoksen massa- 71411 17 suhteille, käyttäen tällaisia eri polttoaineita vaihtelevat polttoaineesta toiseen. Vastaavasti tietokoneen tietokanta on varustettu vertailukelpoisella informaatiolla kutakin käytettävää polttoainetta varten.

5 Edelllä mainitun informaation lisäksi tietokoneen 27 tietokanta on varustettu erityisellä informaatiolla mukaanlukien sen, joka seuraa alustavien käsittelyvaiheiden suorittamista, jotka on suoritettu sen informaation saamiseksi, joka on yksilöllistä kullekin loppukäytölle, jota on ajatel-10 tu polttokammion kuumennetulle ulostulonesteelle. Esimerkki polttokammion valmistamisesta käytettäväksi öljyä sisältävän muodostuman höyrytulvimiseen on esitetty EP-patenttihake-muksessa n:o 72 675.

Kun emulsio on valmistettu oikealla veden ja hiili-15 pitoisen polttoaineen massasuhteella ja polttoaineen ilma ja vedensyöttölinjat 19, 20 ja 71, jotka johtavat poltto-kammioon 11, on varattu takaiskupaineeseen, polttokammio on valmis aloittamaan toiminnan. Polttokammion toimintaa edustava lohkokaavio on esitetty yleisesti kuviossa 5 sul-20 jetun säätösilmukan vakaata palamista varten (lohko 20 kuvio 5) ollessa esitettynä kuvioissa 6a ja 6n. Suljettu säätösilmukka palamisen käynnistystä varten (lohko 15 kuvio 5) on oleellisesti sama kuin toimintatilaa varten paitsi, että tietokoneen 27 tietokantainformaatio on tyypilli-25 nen erityisesti käytetylle käynnistyspolttoaineelle. Vastaavasti erityinen käynnistyksen ohjaussilmukan selitys on jätetty pois ymmärrettäessä, että se olisi oleellisesti sama kuin seuraavassa kuvattu vakaan tilan toiminta.

Käynnistettäessä (lohko 12) muodostetaan polttoaineen, 30 ilman ja veden syöttölinjoihin 19, 20, 71 ennen sytyttämistä olevat virtaustasot, ja avataan vastaavasti takaisku-venttiilit 66 ja 64 sytytyspolttoaineen ja ilman syötön synnyttämiseksi polttokammioon 11 (lohko 13). Esimerkinomaisen järjestelmän pinnalle sijoitettavassa versiossa 35 polttoaineen sytytys (lohko 14) aikaansaadaan käyttämällä sähkövastussytytintä 58, joka on sijoitettu katalyytin 12 18 71411 yläpään yläpuolelle (katso kuvio 2), kun taas reiän pohjalle sijoitettavassa versiossa sytytystulpan 95 käyttö on myös ajateltu sähköisesti käynnistysvälineeksi. Kun sytytyspolt-toaine alkaa palaa, sytytyskierron suljettu säätösilmukka 5 (lohkot 15-17) jaktuu kunnes palaminen tulee stabiiliksi.

Jos sytytyspoltto on epästabiili sen jälkeen, kun on annettu riittävästi aikaa stabiilisuuden saavuttamiseksi, uudel-leensytytysyritys tehdään automaattisesti (katso kuvio 5 lohkot 12-16). Kun stabiilisuus on saavutettu sytytyskier-10 rossa, vakaan toimintatilan polttoainetta polttoaineseosta varten syötetään sisään (lohko 18) ja järjestelmä tuodaan asteettain vakaan tilan palamistilaan. Kun vakaa palaminen jatkuu, polttokammion säätö säilytetään, kuten on esitetty suljetun säätösilmukan ohjausjärjestelmässä, joka on esi-15 tetty kuvioissa 6a ja 6b. Suljetussa säätösilmukassa lämpö-parit TS1, TS2 ja TS3 havaitsevat lämpötilat sisääntulokam-miossa 24, purkauskammiossa 25 ja polttokammion ulostulossa 27 ja tämä informaatio syötetään ja tallennetaan tietokoneeseen 27 (katso kuvio 6a sivulohko A). Lisäinformaatiota, 20 kuten polttoaineseoksen, ilman ja ruiskutusveden virtaus-tasot, tallennetaan tietokoneeseen ja lämpö- ja materiaali-taseet polttokammiojärjestelmälle lasketaan (sivulohko B) käyttäen todellisia lämpötilatietoja. Kaksi lämpö- ja mate-riaalitasapainoa lasketaan toinen koko järjestelmää varten 25 käyttäen todellista ulostulolämpötilaa T-. ja toinen sisäi-nen tasapaino käyttäen katalyytin purkauslämpötilaa tai pa-lamislämpötilaa Tätä informaatiota käytetään järjestel män useiden eri antureiden kunnolliseen toiminnan varmistamiseksi (sivulohko C). Jos antureiden on havaittu toimivan 30 kunnolla niin järjestelmän muuttajat (vesivirtaus, poltto-ainevirtaus ja ilmavirtaus) tarkistetaan jotta varmistetaan, että ne ovat rajojen sisäpuolella (sivulohko F) polttokammion kunnollisen toiminnan varmistamiseksi ilman, että aiheutetaan vaurioita ylittämällä tarkoituksettomasti kata-35 lyytin 12 stabiilisuusrajät ja maksimilämpötila ja lämmön-luovutustasot, joilla höyry voidaan ruiskuttaa muodostumaan.

19 71411

Jos muuttujat ovat järjestelmän turvarajojen sisäpuolella, tietokone analysoi syötetyt lämpötila- ja nestevirtaustiedot polttokammioon todellisen lämmönluovutustason laskemiseksi ja vertaa sitä käsiteltävään muodostumaan syötettäväksi ha-5 luttuun tasoon (sivulohko G). Jos todellinen lämmönluovu-tustaso vaatii muuttamista halutun lämmönluovutustason saamiseksi, polttoaineseoksen, ilman ja ruiskutusveden virtaustasoja säädetään suhteellisesti ylemmäksi tai alemmaksi, kuten voi olla tarpeen halutun lämmönluovutustason 10 saamiseksi. Kun lämmönluovutustaso on haluttu, suoritetaan todellisen polttokammion purkaman kuumennetun käyttönesteen lämpötilan (T^) vertailu asetuslämpötilaan (Sp) tällaista nestettä varten. Tämän vertailun tuloksista riippuen kuumennettuun nesteeseen ruiskutetun veden määrää joko li- 15 sätään tai vähennetään sen todellisen lämpötilan (T-. ) saaja miseksi joko nousemaan tai laskemaan niin, että se on sama purkauksen asetuslämpötilan kanssa. Halutun asetuslämpöti-lan saavuttamisen jälkeen todellinen palamislämpötila tarkistetaan tietokoneella sen määrittämiseksi, onko lämpötila 20 T2a katalyytin stabiilisuusrajojen sisällä. Jos niin on, tietokone tarkistaa polttokammion sen määrittämiseksi, toimiiko polttokammio oleellisesti stökiömetrisesti. Jos lämpötila T2a vaatii korjausta, niin polttoaineseoksen veden ja polttoaineen massasuhteeseen tehdään säätö. Koska tämän 25 tyyppisen korajuksen vasteaika voi olla varsin pitkä, informaatio koskien aikaisempia vastaavia korjauksia on tallennettuna tietokoneen tietopankiin ja se otetaan huomioon tehtäessä muutoksia polttoaineoseoksen massasuhteissa niin, että vältetään ylikompensointi tehtäessä muutoksia veden 30 ja polttoaineen sekoittamisessa emulgoidun polttoaineseoksen tuottamiseksi. Olettaen, että jonkinlainen korjaus tarvitaan, veden prosenttiosuutta polttoaineseoksessa joko lisätään tai vähennetään sopivasti todellisen palamislämpö-tilan T2a joko nostamiseksi tai laskemiseksi tämän lämpö-35 tilan saamiseksi polttojärjestelmän stabiilisuusrajojon sisään.

20 7 1411

Edullisesti tehtäessä muutos polttoaineseoksen veden määrään samansuuruinen, mutta vastakkainen muutos tehdään ruiskutusveden määrään niin, että polttokammion 11 läpi kulkevan veden määrä pysyy samana (sivulohkot K-N). Tuloksena 5 ulostulevan nesteen lämpötila pysyy samana samalla sallien säädön palamislämpötilaan, jotta päästään katalyytin 12 läpi kulkevien nesteiden lämpötilaan ja tilanopeuteen, joissa palaminen tapahtuu tehokkaimmin poltettavan polttoaineen määrään nähden.

10 Esimerkiksi, jossa todellisen palamislämpötilan T£a havaitaan olevan liian alhaisen ja millä tahansa aikaisemmin korjatulla polttoaineseoksella on ollut aikaa saavuttaa polttokammio, silloin vähentämällä veden määrää polttoaine-seoksessa ja tekemällä vastaava lisäys ruiskutusveden vesi-15 määrään lämpötilan ^2a tulisi nousta ilman vastaavaa muutosta polttokammiosta poistettavien nesteiden lämpötilassa T-5 . Jos palamislämpötila T,. oli liian korkea, käänteisiin tuloksiin päästään palamislämpötilaa laskettaessa lisäämällä veden määrää polttoaineseoksessa ja vähentämällä ruisku-20 tusveden määrää samalla määrällä.

Jotta varmistetaan palaminen stökiömetrisinä määrinä, happianturia OS käytetään havaitsemaan happisisältö (hapen läsnä- tai poissaolo) polttokammion 11 purkauskammion 25 kuumennetuissa nesteissä. Jos happi on läsnä näissä kuumen-25 netuissa nesteissä, polttoaineseosta poltetaan laihasti ja päinvastoin, jos happea ei ole läsnä polttoaineseosta poltetaan joko stökiömetrisesti tai rikkaana seoksena. Stökiö-metrisen palamisen saavuttamiseksi polttoaineen määrää lisätään tai vähennetään suhteessa polttokammioon syötettävän 30 hapen määrään, kunnes muutos polttoaineen määrässä on merkityksetön siirryttäessä hapen läsnäoloindikaatiosta indikaatioon, että happea ei ole läsnä polttokammion kuumennetussa purkausnesteessä. Siten esimerkiksi kuvion 6b lohkon 26 sivulohkoissa O-S, jos happea havaitaan olevan läsnä, 35 polttoainevirtausta lisätään suhteessa happivirtaukseen tekemällä polttoainelisäys pieninä lisäysmäärinä poltetta- 21 71411 vaksi polttokammioon syötetyllä ilmamäärällä. Sopivan ajanjakson jälkeen, kun polttokammion on annettu reagoida muutokseen polttoaineseoksessa, tietokone jälleen käsittelee happiantureista tulevaa tietoa sen havaitsemiseksi, onko 5 happea läsnä vai ei. Jos happea on läsnä, tämä sivukierto toistuu lisäten jälleen polttokammioon syötettyä polttoainetta. Kuitenkin, jos happea ei havaita olevan läsnä, niin stökiömetrinen tila on saavutettu ja paloseosta syötetään polttokammioon oleellisesti stökiömetrisinä määrinä. Jos 10 happea havaitaan olevan läsnä ensimmäisessä tilanteessa polttoainesyöttöä vähennetään vähitellen suhteessa happi-syöttöön samalla tavoin, kunnes stökiömetria saavutetaan. Vaikka edeltävässä selityksessä stökiömetrinen palaminen aikaansaatiin säätämällä polttoaineen ja hapen suhteellisia 15 määriä, tämä voidaan toteuttaa joko säätämällä polttoaine-virtausta suhteessa kiinteään ilmamäärään, kuten on esitetty kuviossa 6b, tai säätämällä ilmavirtausta suhteessa kiinteään polttoainemäärään.

Kun polttokammio 11 palaa stökiömetrisesti, ohjaus-20 prosessi kierrättää jatkuvasti laskentaa suljetun säätösil-mukan kautta (lohko 20) stökiömetrisen palamisen säilyttämiseksi halutulla lämmönluovutustasolla ja ulostulolämpö-tilassa T3Spf kunnes höyrytulvimistoimenpide on suoritettu. Kunkin kierron lopussa, jos toiminta ei ole saanut sulku-25 signaalia (lohko 21), silmukka toistuu, muutoin systeemi sammutetaan.

Vaihtoehtoisena menetelmänä polttoaineseoksen stökiömetrisen palamisen saavuttamiseksi käyttämättä happianturia todellista palamislämpötilaa T2a tietylle polttoaineelle 30 voidaan käyttää toissijaisena indikaationa stökiömetrisestä palamisesta. Tässä yhteydessä kuviossa 7 esitettyä ja aikaisemmin selitettyä informaatiota käytetään muuttamaan emulsion virtaustilavuutta suhteessa ilman tilavuuteen, jotta polttokammioon 11 saadaan stökiömetriset määrät ilmaa ja 35 polttoainetta palamista varten. Tarkasteltaessa kuvion 7 käyrää on ymmärrettävää, että yritettäessä saavuttaa käyrän 22 71 41 1 huippulämpötila on tarpeen tietää tapahtuuko palaminen polttoseoksella, joka on joko rikas tai laiha. Jos poltto-seos on rikas emulsion suhteellista virtausta suhteessa ilman virtaukseen tulisi lisätä, jotta nostettaisiin palamis-5 lämpötila huippulämpötilaan. Vastaavasti, ensimmäinen tehtävä on määrittää onko olemassa olevan emulsion lämpötila T2a noussut tai laskenut lämpötilan suhteen, joka on aiemmin luettu tietokoneen tietokantaan, vasteena muutokseen emulsion virtaustasossa. Jos lämpötila T2a on kasvanut sil-10 loin emulsion virtausta tulisi lisätä edelleen, jos aikaisemmin lisättiin emulsion virtausta. Näin tapahtuisi, kun polttoseos on laihaa. Jos lämpötila on noussut vasteena vähennykseen emulsion virtaustilavuudessa suhteessa ilmaan, niin emulsion virtaustilavuutta tulisi laskea edelleen ja 15 näin tapahtuu seoksen ollessa rikas. Jos toisaalta lämpötila T2a on laskenut ja emulsion virtausta oli myös aiemmin laskettu, emulsion virtausta tulisi asetella ylöspäin, koska nämä olosuhteet osoittaisivat laihaa palamista. Vaihtoehtoisesti jos lämpötila on laskenut ja emulsion virtausta 20 aiemmin lisättiin, emulsion virtausta tulisi laskea, koska nämä olosuhteet osoittaisivat rikasta palamista. Jatkuva lämpötilan tarkkailu ja vastaava seuraavien säätöjen suorittaminen emulsiovirtauksessa suhteessa ilmaan tehdään yhä pienempinä ja pienempinä lisäyksinä emulsion stökiömet-25 risten virtaustasojen saavuttamiseksi tietylle polttoaineelle .

Edullisesti tähän asti kuvatun polttokammiojärjestelmän kanssa on ymmärrettävää, että kun muodustuman olosuhteet muuttuvat, polttokammion toiminta voidaan sovittaa auto-30 maattisesti rajojen sisällä muodostamaan haluttu lämmönluo-vutustaso muodostumaan halutussa lämpötilassa polttaen yhä tehokkaasti. Esimerkiksi olettaen, että kun höyrytulviminen jatkuu jonkin aikaa, muodostuman ruiskutettavuus kasvaa, jolloin polttokammiolla tuotettu käyttöneste virtaa 35 muodostumaan helpommin ja tämän johdosta virtaus katalyytin 12 ohi kasvaa pyrkien siten lisäämään lämmönluovutustasoa 23 71411 muodostamaan. Kuitenkin esimerkin mukaisella polttokammiol-la voidaan tehdä säätö lämmönluovutustasoon vähentämällä suhteellista polttoaineseoksen virtausta, kuten sivulohkois-sa G ja H. Tämä voidaan tehdä tiettyyn tasoon asti mille 5 tahansa erityiselle veden ja polttoaineen massasuhteelle johtuen polttokammion palamisverhokäyrän leveydestä käyttäen tätä tiettyä polttoaineseosta. Jos kuitenkin ruisku-tettavuuden lisäys on oleellinen, voidaan vaatia muutos myös polttoaineseoksen massasuhteeseen, jotta poltetaan 10 polttokammion toiminnallisten tilanopeuksien sisällä uusissa ruiskutettavuuden painevaatimuksissa. Tässä yhteydessä voitaisiin odottaa alhaisempaa veden massasuhdetta polttoaineeseen polttoaineseoksessa, jotta säilytettäisiin oleellisesti sama lämmönluovutustaso muodostumaan alhaisemmalla 15 paineella ja tuloksena voitaisiin tarvita suurempi suhteellinen ruiskutusveden määrä, jotta säilytettäisiin poisto-lämpötila T^a haluttaessa asetuslämpötilassa T^Sp

Menetelmää polttokammion 11 käynnistämiseksi katalyytin 12 saattamiseksi lämpötilaan, jossa polttoseoksen kata-20 lyyttinen palaminen voi tapahtua, kuvataan tarkemmin edellä mainitussa EP-patenttihakemuksessa n:o 72 675.

Menettelyä esimerkin mukaisen polttojärjestelmän 10 sammuttamiseksi katalyytin 12 suojaamiseksi lämpöshokeilta ja sen pitämiseksi kuivana uudelleen käynnistystä varten 25 kuvataan myös EP-patenttihakemuksessa n:0 72 675.

Claims (4)

24 71411

1. Laitteisto polttoseoksen muodostamiseksi polt-tokammiolle (11), joka käsittää katalyytin; jolloin lait-5 teisto käsittää laitteet hiilipitoisen polttoaineen, ha-pettimen ja palamattoman laimentimen sisältävän poltto-seoksen syöttämiseksi polttokammioon katalyyttisen polton aikaansaamiseksi siten, että suoraan kuumennetaan palamatonta laimenninta, jolloin muodostuu kuumennettua 10 käyttönestettä, joka sisältää kuumennetun palamattoman laimentimen ja palamistuotteet, tunnettu siitä, että se käsittää sekoittimen (14) polttoaineen (16) sekoittamiseksi lämpöä absorboivaan palamattomaan laimen-timeen (15) termisesti itsesammuvassa massasuhteessa polt-15 toaineseoksen (48) muodostamiseksi; ja hapettimen syöttö-välineet (21,23) määrätyn hapetinmäärän syöttämiseksi ja edelleen sekoittamiseksi polttoaineseoksen kanssa poltto-seoksen aikaansaamiseksi; ja sekoittimeen (14) sekä hapettimen syöttövälineisiin (21,23) yhdistetyn sekoituskam-20 mion (24), jossa hapetinta (49) sekoitetaan polttoaine- seokseen määrä, joka on yleisesti stökiömetrinen suhteessa polttoaineseoksen (48) sisältämään hiilipitoiseen polttoaineeseen (16), polttoseoksen muodostamiseksi katalyytille syöttöä varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siinä on anturilaitteet (TS2,OS) kuumennetun nesteen ominaisuuksien ilmaisemiseksi ja anturi-signaaleihin reagoiva säädinlaite (27) polttoaineseoksen virtauksen säätämiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säädinlaitteeseen (27) kuuluu massasuhdesäädin (86,87) palamattoman laimentimen massasuhteen säätämiseksi hiilipitoisen polttoaineen suhteen, ja että anturilaitteisiin kuuluu lämpötila-anturi (TS2) 35 kuumennettua nestettä varten, ja laite lämpötila-anturin ilmaiseman nesteen lämpötilan vertaamiseksi ennaltamää-rättyihin maksimi- ja minimilämpötiloihin ja massasuhde- 25 71 41 1 säätimen saattamiseksi toimimaan siten, että se muuntelee massasuhdetta nesteen lämpötilan pitämiseksi ennaltamäärä-tyn maksimilämpötilan alapuolella ja ennaltamäärätyn minimilämpötilan yläpuolella.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säädinlaite (27) on yhdistetty anturilaitteisiin (TS2,0S), jotka vastaanottavat nesteen ensimmäisen ja toisen ajallisesti erillisen ominaissignaa-lin, ja että se reagoi mainittuihin signaaleihin säätä-10 mällä hapettimen virtausta siten, että kuumennettu neste kuumenee polttoaineseoksen massasuhteen huippulämpötilaan. 26 71 41 1