FI90386B - Menetelmä savun kehittämiseksi käytettäväksi elintarvikkeiden savustuksessa - Google Patents

Description

90386

Kyseessäolevan keksinnön kohteena on menetelmä savun kehittämiseksi käytettäväksi elintarvikkeiden savustuksessa

Savustaminen on menetelmä parantaa elintarvikkeiden, kuten lihan ja kalan säilyvyyttä ja makua. Haittapuolena tässä elintarvikkeiden käsittelymenetelmässä on kuitenkin havaittu olevan, että puuta savun muodostamiseksi poltettaessa tai kuumennettaessa syntyy toivottujen aromiaineiden ohella haitallisia aineita, joista osan on todettu olevan karsinogeenisia.

Haitta-aineiden aiheuttama ongelma on ollut tiedostettu suhteellisen kauan, ja sen poistamiseksi on ehdotettu useita toimintamalleja. Yleensä nämä tunnetut menetelmät perustuvat muodostetun savun käsittelyyn, joilla menetelmillä savusta pyritään erottamaan toisaalta aromiaineet ja toisaalta haitta-aineet omiksi jakeikseen.

Eräs tällainen tunnettu menetelmä perustuu savun kulkutielle asetettuihin jäähdytyspintoihin, joille savuun sisältyneiden haitallisten aineiden on toivottu kondensoituvan. Osittain tällaiset menetelmät toimivatkin toivotulla tavalla, sillä tiivistyspinnoille jää savusta haitta-aineita, kuten tervaa. Myös muita haitta-aineita tiivistyy, mutta menetelmän teho on kuitenkin puutteellinen, sillä haitta-aineista poistuu vain osa, ja toisaalta menetetään toivottuja aromiaineita, jolloin toivotun aromin saavuttamiseksi savustamisen on oltava vastaavasti intensiivisempi.

Kehittyneemmät menetelmät perustuvat havaintoon, että savuun sisältyvät aromiaineet ovat pääsääntöisesti vesiliukoisia ja haitta-aineet vastaavasti pääsääntöisesti veteen liukenemattomia. Tämä havainto on antanut mahdol- 2 903B6 lisuuden eräänlaiseen "epäsuoraan" savustukseen. Savusta on erotettu toivotut aromiaineet vesipesulla. Tätä vesijaetta on sitten käsitelty edelleen erilaisin fysikaalisin ja/tai kemiallisin menetelmin mahdollisimman haitattoman mutta aromirikkaan nestemäisen savujakeen aikaansaamiseksi. Savustusvaikutusta varten on savustettavat elintarvikkeet liotettu kyseisessä nestemäisessä savu jakeessa aromin saamiseksi niihin. Tämän jälkeen voidaan tuotteille suorittaa vielä kevyt savustus perinteiseen tapaan toivotun ulkonäön saamiseksi. Tuloksena voidaan katsoa saatavan ainakin periaatteessa oleellisesti puhtaamman, mutta monimutkaisen käsittelyprosessin läpikäyneen tuotteen.

Vastaavasti tunnetaan myös menetelmiä, jossa savusta vesipesulla erotettu savujae käsitellään niin pitkälle, että siitä saadaan kuiva tuote. Tätä voidaan sitten käyttää mausteen tavoin elintarvikkeen "savustamiseksi". Näihin kuiviin menetelmiin voi liittyä myös kevyt savustus tavanomaiseen tapaan tuotteen ulkonäön parantamiseksi .

Viimeaikaisemmassa savustukseen liittyvässä tutkimuksessa on haitta-aineiden muodostamaan ongelmaan pyritty löytämään ratkaisuja paneutumalla itse savun muodostumisprosessiin ja löytämään keinot, joilla jo haitta-aineiden muodostuminen voitaisiin minimoida, aromiaineita kuitenkaan menettämättä. Näissä tutkimuksissa on erääksi oleelliseksi tekijäksi puun palamisessa syntyvän savun koostumuksen kannalta osoittautunut palamis-lämpötila. Optimialueeksi on havaittu palamislämpötilat hieman alle 700°C eli noin 650 - 700 °C. Tällöinkään ei haitta-aineiden muodostumista kokonaan voida välttää, mutta aromiaineiden ja haitta-aineiden suhteen on todettu olevan kyseisellä palamislämpötila-alueella parhaan mahdollisen. Kyseinen aromiaineiden ja haitta- I; 3 90386 aineiden välinen suhde huononee jyrkästi lämpötiloissa yli 700 °C, kun taas lämpötiloissa alle 700 °C suhteen muuttuminen on loivempaa. (Potthast: Advances in Food Reseach, Voi. 29, 1984 ).

Eräs oleellinen tekijä palamistapahtuman saamiseksi pysymään kyseisellä optimialueella on palamisilman oikea annostelu. Sen lisäksi, että ilman happi vaikuttaa varsinaiseen palamistapahtumaan, osallistuu ilma myös välittömästi palamistapahtuman jälkeisiin toissijaisiin reaktioihin, joilla on oma osuutensa savukaasun lopullisen koostumuksen kannalta.

Tätä uusinta lähestymistapaa haitta-aineongelman vähentämiseksi on pidettävä oikeana, ja sillä saavutettuja etuja voidaan täydentää vanhemmilla tunnetuilla menetelmillä, kuten savun kondensoinnilla.

Suoritettujen kokeiden tuloksena on todettu, että tavoiteltuun palamistapahtumaan, ja välittömästi sen jälkeisiin tapahtumiin liittyy seikkoja, joiden oikealla hallinnalla on oleellinen vaikutus saadun savun koostumukseen, toisaalta alhaisena haitta-ainepitoisuutena ja toisaalta runsaana aromiaineiden pitoisuutena.

Lähtökohdaksi edullisten tulosten saavuttamisen kannalta on havaittu oikea polttotekniikka. Kokeissa on ilmennyt, että kunnollisiin tuloksiin pääsemiseksi on sa-vunkehityksen perustuttava ns. yläpalotekniikkaan, eli palotilan käyttöön, jossa oleellinen osa palamisilmasta johdetaan polttoaineeseen palamiskerroksen päällä olevan palaneen aineskerroksen läpi. Vaikka yläpaloteknii-kan käyttämistä savun kehitttämiseksi savustusta varten voidaan sinällään pitää tunnettuna esimerkiksi saksalaisesta patentista no 867 947, liittyy tähän tekniikkaan monia seikkoja, joilla savun laatuun voidaan vai- 4 90386 kuttaa ja jotka seikat ovat jääneet selvittämättä mm. edellämainitussa julkaisussa.

Hiilikerroksen vaikutusta palamistapahtumaan voidaan pitää epäsuorana, sillä yläpalotekniikkaa käytettäessä joutuu palamisvyöhykkeeseen tuleva ilma kulkemaan polttoaineen pinnalle muodostuneen hiilikerroksen läpi, vastavirrassa palovyöhykkeestä poistuvan savun kanssa. Hiilikerros muodostaa näinollen polttoilmalle virtaus-rajoittimen, jolla on suora vaikutus palamisen intensiteettiin, millä puolestaan on vaikutuksensa palamisläm-pötilaan ja sitäkautta muodostuneen savun koostumukseen .

Toisaalta vaikuttaa syntynyt hiilikerros savukaasuihin huomattavan absorptiovaikutuksensa kautta. Hiilen on todettu pidättävän savusta ainesosia valikoiden, jolloin valinta perustuu ilmeisesti aineiden molekyylipai-noihin ja poolisuuteen. Kokeiden mukaan valinta tapahtuu kuitenkin sikäli edullisesti, että hatallisiksi todettujen yhdisteiden, kuten esimerkiksi bentso-a-pyreenin on todettu tarttuvan hiileen varmemmin kuin aromaattisiksi yhdisteiksi luokiteltavien fenoliyhdis-teiden.

Näiden kahden tapahtuman suhteen on oleelliseksi tekijäksi polttoaineen pinnalle syntyvän hiilikerroksen osalta osoittautunut kerroksen paksuus, jolla tekijällä on ilmeisesti monitahoinen vaikutus savunkehityksen kokonaistapahtumassa .

Mikäli tarkastellaan ensinnäkin hiilikerroksen vaikutusta palamisilman virtauksen kannalta, on selvää, että virtausta hidastava vaikutus kasvaa hiilikerroksen kasvaessa. Polttoainetta sytytettäessä hiilikerros on olematon, jolloin polttoilman kululle palamisvyöhykkeeseen

II

5 90386 ei ole esteitä. Tässä vaiheessa palaminen tapahtuu savun muodostuksen kannalta villisti, eli lähinnä roihuamalla, jolloin palamislämpötila helposti asettuu eri ai-neyhdisteiden muodostumisen kannalta liian korkeaksi. Savuun syntyy vähän aromiaineita, mutta runsaasti haitta-aineita. Mikäli kuitenkin polttoaine, ja sen raekoko on valittu oikein, johon seikkaan palataan myöhemmin, tasoittuu palaminen suhteellisen nopeasti sytyttämisen jälkeen hiilikerroksen alkaessa muodostua polttoaineen pinnalle.

Palamisen kannalta voidaan toimivalla hiilikerroksella katsoa siten olevan tietyn vähimmäispaksuuden, jotta sillä olisi riittävä hillitsevä vaikutus palamisen rajuuteen. Kokeiden mukaan on tämän vähimmäispaksuuden havaittu olevan noin 0,5 mm, jonkinverran käytetyn polttoaineen karkeusasteesta riippuen. Karkea polttoaine voi vaatia tavoitellun palamistapahtuman aikaansaamiseksi hiilikerrokselta noin 2 mm:n minimipaksuutta. Kyseisen hiilikerroksen muodostuttua tasoittuu palaminen ja avotuli häviää, jolloin palaminen jatkuu kytemällä. Silmämääräisesti havainnoimalla voi tässä vaiheessa todeta myös savunkehityksen selvän lisääntymisen. Suoritettujen mittausten perusteella on myös voitu todeta, että palamisvyöhykkeen lämpötila asettuu tässä vaiheessa optimaaliselle alueelle savun koostumuksen kannalta, eli lämpötiloihin alle 700 °C, joissa aromiaineita ensinnäkin muodostuu suhteessa haitta-aineisiin edullisesti ja toisaalta suhde ei ole kovin voimakkaasti lämpötilan muutoksista riippuvainen.

Samoin voidaan pitää ilmeisenä, että hiilikerroksen paksuudella on selvä vaikutus kerroksen absorptiotehok-kuuteen. Kerroksen kasvaessa absorptiotehokkuus kasvaa.

Kokeiden perusteella on kuitenkin päädytty siihen, että hiilikerroksen paksuudella on olemassa myös tietty mak- 6 903Θ6 simiarvo tavoitellun vaikutuksen kannalta. Palamisen edetessä ja hiilikerroksen sitäkautta kasvaessa on sa-vunkehityksen todettu heikkenevän. Samoin voidaan savun koostumuksessa jo aistinvaraisesti havaita muuttumista, mitkä seikat kielivät oleellisista muutoksista palamis-tapahtumassa, sekä mahdollisesti myös palamisen jälkeisissä tapahtumissa.

Itse palamisen kannalta on ilmeistä, että hiilikerroksen kasvaessa se muodostaa palamisilman virtaukselle niin suuren rajoittavan tekijän, että palamisvyöhyke ei saa riittävästi ilmaa palamisen ylläpitämiseksi toivotulla tavalla. Palaminen hidastuu, samoin palamislämpö-tila laskee. Tällöin saatavan savun määrä rajoittuu, ja toisaalta sen koostumus muuttuu liian alhaisen palamis-lämpötilan vuoksi epäedulliseen suuntaan, eli aromiaineiden määrä suhteessa haitta-aineisiin vähenee.

Toisaalta voidaan hiilikerroksen paksuutta tarkastella myös absorption kannalta. Absorptioon nähden tulee hiilikerroksen tehokkuudessa vastaan myös tietty yläraja, jota paksumpi hiilikerros ei enää merkittävästi lisää haitta-aineiden absorptiota savukaasuista. Ylemmissä kerroksissa olevat hiilipartikkelit täyttyvät, ja menettävät tehonsa. Absorptio rajoittuu siten vain tiettyyn rajaan palamiskerroksen yläpuolella.

Ylipaksulla hiilikerroksella voi päinvastoin olla haitallisiakin vaikutuksia savukaasujen puhdistustehoon. Hiilikerros muodostaa varsin tehokkaan reaktiopinnan savukaasujen komponenteille toisaalta keskenään ja toisaalta hiilikerroksen läpi virtaavan ilman hapen kanssa. Näiden reatioiden tuloksina saataa syntyä ja savukaasuun vapautua oleellisesti haitallisempiakin aineita kuin mitä savukaasussa alunperin oli ollut. Tähän jäl-kireaktiotilanteeseen voi oleellisesti vaikuttaa myös 7 90386 se, että suodatuskerroksen ylemmät hiilikerrokset voivat alkaa hehkua niihin tulevassa palamisilmavirtauk-sessa, jolloin on mahdollista, että oleellinen osa savun aromiaineista tuhoutuu.

Palamisvyöhykkeen päällä olevan hiilikerroksen maksimi-paksuudeksi on kokeiden perusteella arvioinut noin 100 mm, joskin polttoaineen raekoko voi asettaa edullisen maksimipaksuusrajan selvästi alemmas, noin 20 - 50 mm:iin. Viimemainittuun arvoon on johtanut esimerkiksi palamisominaisuuksiltaan erinomainen polttoaine, jonka rakeista valtaosa oli alueella 125 - 2000 /im. Selvästi karkeammalla polttoaineella hiilikerroksen maksimipak-suus voi olla jonkinverran suurempikin kuin edellämainitut 100 mm.

Edelläoleviin seikkoihin perustuen on päädytty savunke-hitysmenetelmään elintarvikkeiden savustusta varten, jossa savu kehitetään puuta tai oleellisesti vastaavalla tavalla hiiltyvää materiaalia yläpalotekniikalla polttamalla ja jolle tunnusomaista on, että palamisessa syntynyt savu johdetaan savustukseen vain silloin kun palamisvyöhykkeen yläpuolella on noin 0,5 - 100 mm:n paksuinen, polttoaineen palamisesta syntynyt häiriintymätön hiili-kerros. Erityisen edullisesti otetaan savu talteen vain silloin kun hiilikerroksen paksuus on alueella 2-50 mm.

Varsin merkitykselliseksi on myös osoittautunut seikka, että palamisen aikana muodostuva hiilikerros säilyy häiriintymättömänä hyödynnettävän savunkehitysvaiheen aikana.

Keksinnönmukainen menetelmä voidaan suorittaa joko pa-noksittain, mikä toimintamalli on edullinen pienimittaisia savustuslaitteistoja varten. Tästä panoksitta!- 8 90386 sesta toimintamallista on aikaansaatavissa myös oleellisesti jatkuvatoiminen teollisuusmittaisia savustus-laitteistoja varten. Tällainen jatkuva, mutta panoksit-tain toimiva laitetoteutus on esitetty oheisessa pii-rustuskuvassa 1, jota tullaan selvittämään tarkemmin myöhemmin. Palamistapahtuman osalta täysin jatkuva prosessi on myös aikaansaatavissa, mutta hiilikerroksen rajoitusvaiheeseen liittyy tapahtumia, joiden huomioonottamista selvitetään myöhemmin piirustuskuvan 2 mukaisen laitteiston selvityksen yhteydessä.

Menetelmässä käytettävän laitteiston konstruoimiseen liittyy myös yleisiä seikkoja, jotka olisi syytä ottaa laitesuunnittelussa huomioon. Ensinnäkin on huomionarvoista, että mikäli palotila on valmistettu hyvin lämpöä johtavasta materiaalista, kuten metallista, tapahtuu palaminen tehokkaammin palotilan keskellä kuin reunoilla, eli ilmeisesti palotilan seinien kautta tapahtuvalla lämpöhäviöllä on vaikutus palamistapahtu-maan. Ilmiö korostuu, mikäli palotila on vaakapoikki-leikkaukseltaan kulmikas, jolloin palaminen tapahtuu hitaimmin tilan kulmauksissa. Palorintaman eteneminen epätasaisesti korkeussuunnassa voidaan katsoa haitalliseksi tekijäksi puun kulutuksen ja tuloksen kannalta, joten tämä seikka olisi huomioitava käytettävän laitteen suunnittelussa. Edullista olisi, mikäli ainakin palotilan pystyseinämät olisivat huonosti lämpöä johtavaa materiaalia, esimerkiksi keraamista ainetta, tai ne olisi aiheellista lämpöeristää. Epätasaisen palamisen ongelmaa voidaan vähentää myös palotilan seinämien kautta johdetulla pienellä palamisilman sivuvirtauksel-la, mutta tämä virtaus ei saa olla niin suuri, että sa-vunkehitystapahtuma häiriintyy. Palotilan seinämän varovainen lämmittäminen ulkopuolelta edesauttaa myös tasaista palamista.

li 9 90386

Epätasaisen palamisen ongelmaa voidaan vähentää myös valitsemalla palotilan muoto vaakapoikkileikkaukseltaan pyöreäksi.

Suurten savumäärien kehittämisessä olisi laitteiston mitoituksessa otettava huomioon myös se tosiasia, että palamispinnan kasvaessa voi palamisilman ja savukaasujen vastakkaisten virtaussuuntien vuoksi syntyä virtausteknisiä ongelmia, jotka häiritsevät prosessin suorittamista, ellei ilman johtamisesta polttoaineen pinnalle ole riittävästi huolehdittu.

Seuraavassa esimerkissä 1 on selvitetty suoritettua koetta, jossa tutkittiin palamistapahtumaa seuraamalla palamislämpötilaa polttoainekeossa.

Esimerkki 1

Kokeessa käytettiin kotitarvekäyttöön valmistettua sa-vustusuunia, joka oli ulkomitoiltaan: leveys 400 mm, syvyys 450 mm ja korkeus 700 mm. Savustustilan yläosassa oli lyhyt savukanava savun poistamista varten. Sa-vustusuunin alaosaan oli tehty palotila, johon polttoaineen sisältävä polttolaatikko oli työnnettävissä uunin seinämässä olleen, luukulla suljettavan aukon kautta. Polttolaatikko oli päältä avoin, mutta seinämiltään umpinainen. Laatikon poikkiliekkausmitat olivat 130 x 140 mm. Palamisen tarvitsema ilma johdettiin palotilaan polttolaatikon sisäänvientiaukon kautta.

Kokeessa polttolaatikkoon pantiin polttoaineeksi sahanpurua, joka oli sahattu pyökistä. Purun raekoko oli seuraava: 10 90386

Raekoko (/urn) % 4000 - 2000 1,1 2000 - 1000 9,4 1000 - 500 27,3 500 - 250 34,4 250 - 125 22,0 125 - 74 4,6 < 74 1,2

Kyseisen purun tiheys oli noin 270 kg/m^, ja sen kosteuspitoisuus märkäpainosta oli 7,2 %. Polttokokeessa purua käytettiin 200 g (kosteapaino), joka kaadettiin keoksi polttolaatikkoon. Keon korkeus keskeltä oli noin 86 mm.

Lämpötilan seuraamiseksi oli laatikon keskelle eri korkeuksille sijoitettu lämpötila-antureita (NiCr-Ni -termoelementti, tyyppi K, langan pituus 0,25 mm). Antureiden korkeus laatikon pohjasta oli: anturi korkeus pohjasta, mm 1 85 2 69 3 51 4 40 5 24

Kokeen alussa sytytettiin purukeko koko pinnaltaan puhalluslampulla. Avotulen hävittyä keon pinnalta sijoitettiin laatikko savustusuunin palotilaan. Palamiselle annettiin laatikon sisäänvientiluukun kautta riittävä palamisilma luonnonvedon avulla.

Kokeessa seurattiin lämpötilan kehittymistä eri mittauspisteissä ajan funktiona kytemisrintaman edetessä purussa .

I: 11 90386

Kokeen tulokset on annettu seuraavassa käyriössä 1: Lämpötilat kytevässä purussa Γ .1 85 mm «2 69 mm • a 51 mm .* ** 4 0 mm ^ 24 mm 800 —-1-1-1-1-1-r—t—i-1 i Λ l - termoelementtien υ 500 - 1 — ” järjestys | 200 - Yv/.--J, > 'Sk \ ” -1 100 - Käyriö 1 g l"U*r i i_i_i_|-1-1-1-1-1- 0 60 120 RIKO (min)

Tuloksista voidaan nähdä, että varsinaisen kytemispala-misen kehityttyä (mittauspiste 2) lämpötila palamisvyö-hykkeessä nousi hieman yli arvon 500 °C, ja seuraavissa mittauspisteissä hieman ylemmäs. Pisteen 4 huippuarvo saavutettiin ajassa noin 80 min. Tässä vaiheessa alkoi kuitenkin savunkehitys jo vähentyä, ja väheni edelleen, vaikka pisteen 5 lämpötila vielä nousi, tosin hidastuneella nopeudella. Ilmeisenä syynä hidastumiseen voidaan pitää keon pinnalle muodostuneen hiilikerroksen aikaansaamaa virtausvastusta, joka hidasti palamisilman tunkeutumista palamiskerrokseen.

Kyseisellä laitteella ja kuvatulla polttotekniikalla suoritettiin myös koesavustuksia, joissa savustettiin kalaa. Savustetuista tuotteista määritettiin haitta-aineita indikoiva bentso-a-pyreeni. Kokeita suoritettiin useampia vaihtelemalla jonkinverran savustusolo- i2 90386 suhteita, eli valikoimalla polttovaihe, jossa poltto-laatikko työnnettiin savustusuuniin. Useimmissa näytteissä oli bentso-a-pyreenin pitoisuus alle havait-semisrajan, korkeimman pitoisuuden ollessa 0,05 /ug/kg.

Vertailun vuoksi suoritettiin myös savustuskoe, jossa polttoaine paloi vapaasti virtaavassa ilmassa. Tässä savustustuksessa mitattiin tuotteen bentso-a-pyreenin pitoisuudeksi 0,5 /ug/kg.

Keksinnön mukaisia laitteistoja selvitetään oheisen piirustuksen avulla, jossa

Kuva 1 esittää panoksittain toimivaa laitteistoa periaatteellisena esityksenä, ja

Kuva 2 esittää toista laitteistovaihtoehtoa, samoin periaatteellisena esityksenä.

Oheisessa piirustuskuvassa 1 on kaaviomaisesti esitetty panoksittain, mutta oleellisesti jatkuvasti toimiva sa-vunkehityslaitteisto keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi .

Laitteistossa on päättömälle, vaakatasoiselle kuljetti-melle, kuten ketjukuljettimelle asennettu useita savun-kehitysyksiköitä 2. Nämä yksiköt ovat seinämiltään umpinaisia, päältä avoimia laatikoita, joiden mitat on valittu halutun savunkehityksen mukaan. Poikkipinta-alamitat voivat olla esimerkiksi noin 0,5 x 0,5 m. Kor-keusmitta ei ole muutoin kriittinen, mutta laatikkoon on saatava riittävä polttoainekerros. Savunkehitysta-pahtuman kannalta riittävä korkeusmitta on esimerkiksi noin 150 mm.

Il 90386

Savunkehitysyksiköt on järjestetty kulkemaan kuljettimen 1 askelliikkeellä vuorotellen poltoaineen täyttöa-seman 3, sytytysaseman 4, savunkehitysaseman 5 ja tyh-jennysaseman 6 kautta.

Täyttöasemassa 3 savunkehitysyksikköön annostellaan sopiva polttoainemäärä siilosta 7, joko lokeroannosteli-jalla 8 tai tasauskaavinta käyttäen, joka pyyhkäisee savunkehitysyksiköstä ylimääräisen polttoaineen pois. Seuraavana vaiheena etenee savunkehitysyksikkö sytytys-asemaan 4. Täällä polttoaineen pinta sytytetään liekillä, edullisesti kaasuliekillä 9 koko savunkehitysyksi-kön pinnalta. Polttoaineen sytyttyä kauttaaltaan, syty-tysliekki saammutetaan. Savunkehitysyksikkö pidetään sytytysasemassa sopiva aika, jona aikana polttoaineen pinta palaa avoliekillä ja muodostaa vähitellen pinnalleen tavoitellun hiilikerroksen.

Tänä aikana muodostunut savu johdetaan erillisellä savukanavalla 10 pois laitteistosta, eli tätä savua ei käytetä savustusprosessissa. Sytytysvaiheen palamista-pahtumaa seurataan riittävän hiilikerroksen syntymisen toteamiseksi. Varsin luotettava indikaatio tavoitellun hiilikerroksen syntymisestä on savunmuodostuksen selvä lisääntyminen. Yleensä tähän vaiheeseen menee aikaa noin 1-10 minuuttia. Sen jälkeen kun riittävän, eli vähintään noin 0,5 mm:n hiilikerroksen on todettu syntyneen, voidaan savunkehitysyksikkö siirtää savunkehi-tysvaiheeseen 5. Runsasta savunkehitystä on savunkehi-tysasemassa havaittavissa, jonkinverran polttoaineen raekoosta riippuen, noin tunnin ajan, jona aikana polttoaineen pinnalle on syntynyt hiilikerros, jonka paksuus on yleensä alueella 20 - 50 mm. Karkeaksi luokiteltavalla polttoaineella tosin edullista savunkehitystä voi jatkua aina hiilikerroksen paksuuteen noin 100 mm, tai jonkinverran tämän ylikin.

i4 90386

Palamisen ehdittyä tähän vaiheeseen poistetaan savun-kehitysyksikkö savunkehitysasemasta ja johdetaan tyh-jennysasemaan 6, jossa hiili ja palamatta jäänyt polttoaine poistetaan.

Prosessi kiertää jaksottaisesti edellämainittua kiertokulkua, jolloin sytysvaiheessa on ennakoitava savunke-hitysaseman palamistilanne katkosten välttämiseksi sa-vunkehityksessä. Mahdollista on myös tietoisesti jaksottainen käyttö savun antamiseksi peräkkäisinä jaksoina, jotka seuraavat tietyin aikavälein.

Prosessia voidaan ohjata sopivalla automatiikalla tai vaihtoehtoisesti manuaalisesti.

Mikäli käytetyllä polttoaineella on edulliseksi hiili-kerroksen maksimipaksuudeksi todettu esimerkiksi noin 50 mm, on savunkehitysyksikkö 2 edullista täyttää polttoaineella täyttövaiheessa 3 esimerkiksi noin 70 - 80 mm:n kerrospaksuuteen. Savunkehitysyksikön pohjalle savunkehitysvaiheen jälkeen jäävällä polttoainekerrok-sella on oma merkityksensä savunkehitysvaiheessa mahdollisesti tislautuvien tervajakeiden vastaanottajana.

Savunkehitysvaiheen tarvitsema polttoilma johdetaan polttoaineen pinnalle puhallinlaitteistolla 11, jonka antama ilmamäärä on edullisesti säädettävä. Ilma on annosteltava tasaisesti polttoaineen pinnalle. Myös luon-nonvedon käyttö on mahdollista polttoilman johtamisessa, joka on myös syytä tehdä säädettäväksi.

Savunkehitysyksikköön voi sisältyä myös lämmönvaihdin 12, joka voi olla jäähdytin tai kuumennin. Jäähdytintä voidaan käyttää savukaasuun mahdollisesti tulleiden epäpuhtauksien kohdensointiin tunnetulla tavalla. Kuu-masavustuksen kyseessä ollessa voidaan savukaasujen lämpötilaa nostaa lämmönvaihtimen avulla.

I! is 90386

Tuhka karistetaan savunkehitysyksiköiden tyhjennysvai-heessa sopivaan keräilyastiaan 13 tai poistokuljetti-melle.

Vaihtoehtoinen laitteisto keksinnön toteuttamiseksi on esitetty oheisessa piirustuskuvassa 2. Tämä laitteisto on periaatteessa jatkuvatoiminen, vaikkakin sen käyttöön liittyy jaksotusta vaativia seikkoja, joita selvitetään myöhemmin.

Laitteisto muodostuu palotilasta 15, palotilan yläosaa ympäröivästä vaipasta 14, laitteista 16 polttoaineen syöttämiseksi palotilan alaosaan, laitteista 17 polt-toilman syöttämiseksi oleellisesti palotilan suulle, laitteista 18 savun johtamiseksi savustuskammioon, laitteista 18' ja 18'' savun ohivirtauksen aikaansaamiseksi, sekä laitteista 19 palamisjätteiden poistamiseksi laitteistosta.

Laitteiston vaippa 14 voi olla rakenteeltaan suhteellisen yksinkertainen, periaatteessa metalli levyrakenne, sillä se ei joudu laitetteistoa käytettäessä oleellisten lämpörasitusten alaiseksi. Itse palotila 15 sensijaan vaatii rakenteellisesti enemmän. Edelläesitettyjen seikkojen perusteella on se edullista valmistaa poikkileikkaukseltaan pyöreäksi, jolloin sen alaosa 15’ voi muodostua metalliputkesta. Varsinaisen palamisvyöhykkeen alueella 15'' sensijaan on palotila syytä tehdä lämpöeristetyksi, tai se voidaan valmistaa lämpöä huonosti johtavasta materiaalista, esimerkiksi keraamisena .

Polttoaine johdetaan palotilan alaosaan sopivalla syöt-tölaitteistolla, kuten ruuvisyöttimellä 16. Palamisil-man johtamiseksi palotilan suulle voi laitteistossa olla erillinen putkisto 17, tai vaihtoehtoisesti voidaan i6 90386 palamisilma johtaa vaippaan 14 tehtyjen, sopivasti mi-totettujen aukkojen kautta. Palotila 15 on edullista varustaa oleellisesti tavoitellun palovyöhykkeen korkeudelle sijoitetuilla läpötilan antureilla 20.

Kyseisenlaista laitteistoa voidaan käyttää seuraavasti. Sopivan hienojakeista puuainesta syötetään ruuvisyötti-mellä 16 palotilaan 15 kunnes palotila saadaan ääriään myöten täyteen. Tämän jälkeen polttoaineen pinta sytytetään kauttaaltaan ja polttoaineelle johdetaan palamisen kannalta riittävä ilmamäärä. Tässä vaiheessa kehittyvä savukaasu johdetaan ulos laitteistosta, esimerkiksi savukaasu johdon 18 haarajohdon 18' kautta, eli tämän sytytysvaiheen savukaasua ei käytetä hyväksi. Palamisen vakiinnuttua, mikä varsin luotettavasti voidaan todeta mm. kehittyneen savun määrästä, johdetaan savukaasu savustukseen ja palamisen annetaan jatkua tietty, ennalta arvoitu aika (1 - 10 min), jona aikana palorintaman on todettu etenevän syvyyssuunnassa edellämainitut noin 30 - 50 mm, joissakin tapauksissa noin 100 mm. Tämän jälkeen avataan savukaasun ohituskanava 18' ja syöttölait-teisto 16 käynnistetään hetkellisesti. Palotilaan tuleva uusi polttoaine työntää polttoainepatsasta ylöspäin, jolloin palotilan suulta varisee sen reuna-alueiden kastakerros vaipan 14 pohjalle ja voidaan poistaa tuh-kanpoistolaitteilla 19.

Uuden polttoaineen syöttöjakso aiheuttaa väistämättä pöyhintävaikutuksen palokerroksen päällä olevassa hii-likeroksessa, joten pöyhinnän aikana sekä sitä seuraa-van palamisen vakiintumisen aikana on savu johdettava pois savustuslaitteistosta ohituskanavan 18' kautta. Palamisen vakiinnittua voidaan savu jälleen johtaa savustukseen. Menettely toistetaan muutamaan kerran, jolloin palotilan suulle on muodostunut sopiva keko, joka laukeaa pintakerrokseltaan oleellisesti kauttaaltaan I; i7 90386 kullakin polttoaineen uudella syöttökerralla. Periaatteessa on laitteistolla aikaansaatu jatkuva savunkehi-tystapahtuma, vaikkakin pöyhintä ja sitä seuraava palamisen vakiintuminen aiheuttavat omat katkonsa käyttökelpoisen savun kehitykseen.

Edellämainittua uuden polttoaineen syöttöjaksoa voi olla syytä jatkaa ainakin joissakin syöttö jaksoissa senverran kauan, että polttolaitteistoon saadaan tuore polttoainekerros pinnalle asti. Tällöin saadaan laitteistosta poistetuksi myös tervajae, joka tislautuu polttoaineesta palorintaman edellä ja rikastuu alla olevaan polttoaineeseen. Tällaisen syöttö jakson jälkeen on keko sytytettävä uudelleen edelläkerrotu11a tavalla.

Edelläesitetystä poikkeavasti voi laitteisto olla varustettu myös sopivalla kaapimella, joka poistaa kars-takerroksen polttotilan suulta polttoaineen kunkin syöttöjaksojen jälkeen. Tällöinkin on savun hyödyntämisessä syytä noudattaa edellämainittua ohitusta.

Laitteen toimintaa voidaan ohjata suhteellisen luotettavasti manuaalisesti savunkehitystä seuraamalla ja polttoaineen syöttöä siitä riippuvaisesti säätämällä. Toiminta on myös automatisoitavissa suhteellisen yksinkertaisesti sijoittamalla palamisvyöhykkeeseen ja välittömästi sen läheisyyteen läpötila-antureita 20, joiden antamien tietojen perusteella voidaan yksinkertaisella logiikkalaitteistolla päätellä tavittavien polttoaineen syöttöjaksojen pituuden ja tiheydet, jotta pa-lamisvyöhyke saadaan pysymään halutulla etäisyydellä palotilan suulta.

Menetelmän suorittamisen ja laiteiston toiminnan kannalta on oleellista myös, että käytetty polttoaine on oikein valittu. Käyttökelpoista polttoainetta on mm.