FI84394B - Saett och apparat foer foerbraenning av fluider. - Google Patents

Description

1 84394

Tapa ja laite juoksevien aineiden polttamiseksi - Sätt och apparat för förbränning av fluider

Esillä oleva keksintö kohdistuu tapaan ja laitteeseen nestemäisten, kaasumaisten tai hivennettyjen, kiinteiden polttoaineiden polttamiseksi, joita alla nimitetään juokseviksi polttoaineiksi.

Jo v. 1961 ositti F.H. Reynst, että tänä ajankohtana on äskettäin ymmärretty, että akustisilla värähtelyillä on suotuisa vaikutus palamiseen. Tässä yhteydessä viitataan julkaisuun Pulsating Combustion, ss. 13-15, The Collected Works of F.H. Reynst,

Pergamon Press, New York, 1961. Vaikka värähtelyt olisivat vain heikkoja, kaasun tästä aiheutuva suhteellinen liike polttoaine-hiukkasten suhteen on riittävä poistamaan palamistuotteiden muodostaman vaipan tämän hiukkasen ympärillä, mikä suurentaa palamis-nopeutta. Reynst kuvaa tämän periaatteen sovellutusta hiilijau-heen polttamiseen. Polttoaineen ja ilman seos syötetään puhal-timen avulla esipalamiskammioon, joka sijaitsee kahden kartio-maisen kanavan välissä, jotka laajenevat virtauksen suunnassa. Polttoaineen haihtuvat komponentit palavat esipalamiskammiossa, ja liekki suunnataan liekkiputkeen. Liekin sykähtelyt esipalamiskammiossa leviävät 1iekkiputkessa, jossa kaasupylväs saatetaan resonanssiin liikkumaan polttoainehiukkasten suhteen, jolloin palaminen nopeutuu, kuten yllä mainittiin.

SE-patenttijulkaisussa 412 635 selitetään tapaa polttaa hienojakoisia kiinteitä, juoksevia tai kaasumaisia polttoaineita, tämän tavan perustuessa Reynstin esittämään periaatteeseen. Tämän patenttijulkaisun mukaan poltinliekki ei kuitenkaan kehitä värähtelyjä. Äänienergiaa johdetaan palamisliekkiin ulkopuolisen laitteen, esim. valolähettimen avulla, jolloin äänen taajuus on alueella infraäänitaajuksista ultraäänitaajuuksiin. SE-patentti-julkaisun 412 635 mukaista tapaa ei kuitenkaan nähtävästi ole merkittävässä määrin käytetty hyväksi käytännössä, mikä voi viitata siihen, ettei tapaa tähän mennessä ole voitu kehittää teollista sovellutusta varten.

2 84394

Samanlaisia tapoja on kuvattu CH-patenttijulkaisussa 281 373 ja DE-patenttijulkaisussa 472 812. CH-patentt i julkaisun mukaan värähtelyjä kohdistetaan ainakin palamiskammion osaan ja nestemäisiin kaasuihin, ja DE-patenttiselityksen mukaan saatetaan jauhemaisen polttoaineen ja palamisilman samoinkuin sekundäärisen palamis-ilman dispersio värähtelemään.

Neuvostoliittolainen keksijäntodistus 228 216 (V.S. Severyanin) selittää sykähtelevää palamista kerroksessa, jolloin kuuma arina Rijken putkessa on korvattu kiinteällä polttoainekerroksella, jossa syntyy vapaa värähtely. Saatu teho on kuitenkin suhteellisen heikko, koska vain itsekehitettyä värähtelyä käytetään hyväksi.

US-patenttijulkaisu 2 945 459 selittää sykkivää palamismenetelmää ja laitetta, jossa sykkivää ilmaa syötetään palamiskammioon, joka muodostaa sykkivän ilman vastaanottavan resonanssiputken osan. Putken resonanssitaajuutta säädetään painimen avulla, joka sulkee putken toisen pään toisen ollessa avoin. Poltettavaa polttoainetta syötetään resonanssiputkessa olevaan ilmaan sen t.'a iden välissä.

Keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan juoksevien polttoaineiden polttamistapa, jossa polttoaine dispergoidaan palamisilmaan ja siihen kohdistetaan ääntä, jonka kehittää äänigeneraattori, jossa on putkimainen avoimilla ja suljetuilla pälliä varustettu resonaattori, ja joka edelleen parantaa äänen suotuisaa vaikutusta palamiseen ja jota voidaan käyttää teollisesti käytännön tavalla.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi on keksinnön mukainen tapa saanut patenttivaatimuksen 1 mukaiset tunnusmerkit.

Tämän tavan ansiosta edestakaisin resonaattorissa liikkuvan ilman suurin nopeus, hiukkasnopeus, saadaan resonaattorin avoimessa päässä sen ansiosta että putkimaisessa resonaattorissa saadaan 3 84394 pysyvä neljännesaalto, kun generaattoria käytetään resonaattorin perusäänellä. Niin ollen polttoainehiukkasia värähdytetään edestakaisin liikkuvan ilmapylvään avulla, joka kehitetään äänigeneraattorissa siten, että polttoainehiukkaset sekoittuvat perusteellisesti ilmaan, jolloin palamisnopeus suurenee. Tämän seurauksena liekistä tulee lyhyempi kuin silloin, kun ääniaktivointia ei käytetä hyväksi.

Tämä on ristiriidassa sen tavan kanssa, jota selitetään US-patent-tijulkaisussa 2 945 459, johon yllä on viitattu, ja jossa resonaattori putkeen syötettyjen äänipulssien taajuutta ei määrätä eikä missään tapauksessa määrätä perusääninä. Lisäksi kohta, jossa polttoaine syötetään resonanssiputkeen, määrätään kohdaksi, jossa hiukkasnopeus on suurin.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 7 mukainen, tavan toteutukseen käytettävä laite.

Keksinnön yksityiskohtaisempaa selitystä varten viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on aksi aalileikkauskuva keksinnön mukaisen tavan toteutukseen käytettävästä, kattilaan liitetystä laitteesta, kuvio 2 on osapäätykuva laitteesta, kuvio 3 on osapoikkileikkauskuva suuremmassa mittakaavassa kuvion 1 viivaa III-III pitkin, ja kuvio 4 on diagrammi, joka esittää isotermejä liekissä, kun öljyä poltetaan ilman ääniaktivointia.

Kuvioissa 1-3 esitettyyn polttimeen kuuluu putkimainen resonaattori 10, jonka pituus on neljäsosa luovutetun äänen aallonpituudesta. Syötin 11, jota tässä nimitetään eksigaattoriksi tämän selityksen tarkoituksia varten, on sovitettu resonaattorin toiseen päähän ja muodostaa pientaajuusäänigeneraattorin, jolloin eksigaattori on liitetty käyttökaasun syöttöjohtoon 12. Generaattori voi olla sen tyyppinen infraäänigeneraattori, jolla on positiivinen takasinkytkentä ja jota on selitetty US-patenttijul- 4 84394 kaisussa 4 359 962. Keksinnön tarkotuksiin voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa muuta infraäänigeneraattoria.

Toisessa päässä resonaattori 10 muodostaa 90°:n taipeen ja päättyy diffuusoriin 14, jolloin taive ja diffuusori muodostavat neljännes-aaltoresonaattorin osan. Diffuusoria ympäröi ilmavaippa 15, joka on varustettu tangentiaalisella tulo-osalla 16 paineenalaista palamisiInnaa varten. Vaipan rengaslaipan 17 kohdalla on poltin asennettu kuviossa 1 numerolla 18 merkityn kattilaseinän ulkosivulle, jolloin diffuusorin 14 poisto-osa sijaitsee pääasiassa seinän 18 sisäpuolisen pinnan tasalla. Diffuusorin 14 poisto-osan ympärillä vaippa 15 muodostaa rengasmaisen poistoaukon, jolloin johtokiskot 19 on sovitettu rengasmaiseen aukkoon välike-elimien muodostamiseksi vaipan ja diffuusorin väliin. Kuten kuviossa 3 esitetään, nämä johtokiskot 19 on sijoitettu vinosti diffuusorin aksiaalisuuntaa vastaan, niin että ilmavaipasta 15 sen rengasmaisen poistoaukon kautta luovutettu palamisilma saatetaan pyörimisliikkeeseen diffuusorin akselin ympäri.

Ohjausputki 20 ulottuu taipeen 13 läpi diffuusorin 14 akselia pitkin ja on asennettu taipeeseen varsien 21 avulla.

Syöttöputki 22 juoksevien polttoaineiden syöttöä varten on sijoitettu siirrettävästi ohjausputken 22 sisään asettelua varten tämän aksiaalisuunnassa. Esitetyssä toteutuksessa on syöttöputki 22 sovitettu hiilijauheen syöttöä varten ja sen poistopäässä, joka päättyy diffuusoriin, on kartiomainen kappale 23, joka on kiinnitetty syöttöputkeen 22 varsien 24 avulla ja jonka kärki on käännetty syöttöputken sisäosaa kohti. Kartiomaiseen kappaleeseen 23 on sovitettu rengaslaippa 25, niin että hiilijauhe, jota syötetään syöttöputken läpi ilman paineen kannattamana ja siihen suspendoi-tuneena, poistetaan kartiomaisen kappaleen 23 ja siihen liittyvän laipan 25 avulla pääasiassa säteittäisessä suunnassa diffuusorin 14 kehää kohti. Syöttöputkea voidaan säätää aksiaalisesti polttoaineen syöttöä varten diffuusorin optimaalisessa kohdassa.

5 84394

Syöttöputken 22 poistopää voi olla sovitettu muulla tavoin kuin tässä on esitetty muuntyyppisten juoksevien polttoaineiden, kuten turvejauheen , sahanpurujen, hiilivesilietteen tai muiden, hiiltä sisältävien lietteiden tai muiden lietteiden, öljyn tai kaasun syöttöä varten. Kun kysymyksessä on hiilijauhe, tämä syötetään paineilman avulla, niin että se dispergoituu ilmaan. Yhdessä polttoaineen kanssa syötettyä ilmaa täydennetään syöttämällä ilmaa resonaattorin 10 läpi eksigaattorin 11 käyttöä varten, : lisäpalamisilmaa syötetään tulo-osan 16 kautta ilma- vaipan 15 läpi, jolloin se poistuu tämän rengasmaisen poisto-aukon kautta.

Edullisesti pientaajuusäänigeneraattori 10 on tyyppiä, joka on neljännesaallonpituutta ja joka saa toimia perusäänellään, jolloin sen taajuus on enintään 60 Hz. Edullisesti suurimman taajuuden tulee olla 30 Hz. Kuitenkin voi 20 Hz tai pienempi olla optimaalinen. Syöttöputki 22 asetellaan siten, että polttoaineen syöttö tapahtuu diffuusorin 15 optimaalisessa kohdassa. Syötetyn juoksevan väliaineen kuten ilman tai muun kaasun sisältämät hiukkaset saatetaan resonaattorin aukon alueella siten edestakaiseen liikkeeseen äänen vaikutuksesta, jolloin polttoaineen palaminen tehostuu tämän liikkeen vaikutuksesta.

On todettu, että syötetty polttoaine palaa nopeasti, kun siihen kohdistetaan pientaajuusääni putkimaisen resonaattorin aukossa, ja että savukaasujen palamattomien hiukkasten pitoisuus on pieni, silloinkin kun palamisilman ylijäämä on hyvin pieni. Polttimesta tuleva liekki on lyhyempi kuin tavanomaisessa polt-timessa, mikä on edullista esimerkiksi silloin, kun kattila halutaan muuttaa Öljyä polttavasta kattilasta hiili jauhetta polttavaksi kattilaksi. Tätä havainnollistaa kuvion 4 diagrammi, jossa vaakasuora akseli edustaa diffuusorin 14 aksiaalista pituutta ja pystysuora akseli edustaa säteittäistä etäisyyttä diffuusorin akselista. Vaakasuoran akselin yläpuolella on esitetty öljyn palamisen isotermit ilman aktivointia pientaajuusääntä kohdistamalla, ja vaakasuoran akselin alla on esitetty öljyn palamisen isotermit, kun käytetään aktivointia pientaajuusäänen avulla 6 84394 keksinnön mukaisesti. Kuten diagrammista näkyy, liekin pituus on huomattavasti lyhyempi ääniaktivointia käytettäessä kuin silloin, kun ääniaktivointia ei käytetä. On myös todettu, että liekki osittain vedetään resonaattorin sisään, kun tämä päättyy diffuusoriin, mikä myös osaltaan lyhentää liekkiä. Kuten diagrammista käy selville, lämpötila liekin pohjassa kohoaa ääni-aktivoinnin vaikutuksesta, mutta koska diffuusoria jäähdytetään vaipan kautta syötetyn palamisilman avulla, diffuusori voi kestää tämän korkeamman lämpötilan ilman, että se on tehty erikoisesta lämmönkestävästä aineesta.

Keksinnön avulla tavoitellun suuren hyötysuhteen saavuttamiseksi on pientaajuusäänigeneraattori valittava siten, että liekin pituus on lyhyempi kuin äänen aallonpituuden neljännes.

Claims (8)

1. 7 84394
2. 1. Tapa juoksevien polttoaineiden polttamiseksi, jolloin polttoaine dispergoidaan pa 1amisilmaan ja siihen kohdistetaan ääni, jonka kehittää äänigeneraattori, jossa on suljetulla ja avoimella päällä varustettu, putkimainen resonaattori ja syöttöjohto (12) palamisilmalle, joka syötetään resonaattorin läpi samalla kun polttoaine viedään svöttöputken (22) läpi, joka pää* y resonaattoriin, tunnettu siitä, että generaattoria käytetään resonaattorin perusäänellä ja sen suurin taajuus on enintään 60 Hz, ja että polttoaineen ja palamisilman sekoittaminen tapahtuu di f fuus oriosassa resonaattorin avoimessa päässä, jossa hiukkasnopeus on suurin palamisilman ja siinä olevien polttoainehiukkasten edes taka i sen liikkeen aikaansaamiseksi .
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että vain palamisilman osa johdetaan äänigeneraattorin resonaattorin läpi. ?. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tapa, tunnettu sii tä, että palamisilman lisäosa johdetaan pyöreänä verhona resonaattorin avoimen pään ympäri.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että mainitun verhon muodostavaa palamisilmaa kierrätetään akselin ympäri resonaattorin avoimessa päässä.
5. 5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että pientaajuusäänigeneraattorin taajuus on valittu siten, että liekin pituus on pienempi kuin äänen aallonpituuden neljännes.
6. 6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että äänigeneraattori on tyyppiä, joka toimii positiivisella takaisinkytkennällä (feedback). 8 84394
7. 7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukaisen tavan toteutukseen käytettävä laite, joka käsittää äänigeneraattorin (10, 11), jossa on suljetulla ja avoimella päällä varustettu putkimainen resonaattori (10) ja syöttöjohto (12) pa 1amisilma1le, joka kulkee putkimaisen resonaattorin läpi, ja laite on varustettu syöttöputke1la (22) juoksevalle polttoaineelle, joka putki päättyy putkimaiseen resonaattoriin, tunnettu siitä, e‘tä äänigeneraattorin (10, 11) resonaattori- putki on pituudeltaan neljännes sen äänen aallonpituudesta, joka kehitetään generaattorilla, ja jonka luonnollinen perus-resonanssitaajuu8 on enintään 60 Hz, sekä että resonaattori-putki käsittää putkimaisen osan ja diffuusorin (14) resonaattorin avoimessa päässä, joka diffuusori muodostaa poistoaukon, sekä että syöttöputki (22) juoksevan polttoaineen syöttämiseksi päättyy diffuusorin sisään ja on säädettävissä diffuusorin akselia pitkin, ja että diffuusoria ympäröi vaippa (15), joka muodostaa rengasmaisen poistoaukon diffuusorin poisto-kohdan ympärille. Θ. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu sii tä, että johtokiskot (19) on sovitettu rengasmaiseen pois-toaukkoon, jolloin kiekot on sijoitettu vinosti diffuusorin (14) aksiaa1isuuntaa vastaan.