Tervaton kaasutin

[japikas]

Tässä vielä mallinnus tuosta polttoputkesta isommilla ainevahvuuksilla. Ilmasuuttimen rako on tässä mallinnettu yksinkertaisuuden vuoksi vain suoralla putkella, mutta oikeasti siinä on oikein kauniit kaarevat muodot.



Rako on valmistettu käyttäen valmiita HST/RST-putkiosia: puristettu kaulus ja supistuskartio sisäkkäin. Sopivan paksuiset routalangan pätkät väliin kun hitsaa kasaan, esim. 1mm niin hyvä tulee. Ja helposti. Ja kuten edellisestä videosta nähdään, myös toimii tarkoitetulla tavalla. Mutterit toimivat tässä kiinnikkeinän jotka hitsataan kiinni ja jotka pitävät osat yhdessä. Nehän eivät suoraan kosketa toisiaan missään kohdassa.





Edit:
Jos kartio tulee reiästä ulos noin vähän kuten oheisessa kuvassa, kannattaa pystyputki hitsata ensin kartioon. Tulee tarpeeton vaivalloisuutta hitsata pystyputki nätisti noin lyhyellä näkyvällä osalla. TIG:llä onnistuu kyllä, mutta parempi toisessa järjestyksessä.

[japikas]

Mikähän olisi sopiva etäisyys polttoputken alareunan ja arinan yläreunan välillä?

Polttoputken ulkohalkaisija on 76mm ja pituus 200mm. Reduktioputken sisähalkaisija on 110mm. Siilon leveys polttoputken kohdalla on 150mm.

Edit:
Polttoputken ja arinan etäisyydeksi valikoitui 20 cm hihasta ravistamalla.

[japikas]

Tässä vielä demonstraatio polttoputken imusta, eli mitä tapahtuu nestekaasuliekille kun puhallus kytketään päälle.


https://www.puuppa.org/~jap/Hakapontto/ ... -3-imu.mp4

Poltin on tässä eri kuin edellisessä videossa. Materiaalivahvuuksia on kasvatettu mutta kyllä tämänkin saa hehkumaan. Putken seinämävahvuus on 4mm haponkestävää terästä. Tässä mallissa ei ole sisäpuolisia siivekkeitä eikä kallistettuja suuttimia, mistä johtuen yhdeltä puolelta tapahtuva kaasunsyöttö aiheuttaa toispuoleisen palamisen.

Kipunat johtuvat putken sisäpinnalla olevasta hiilestä, koska putki on aikaisemmin ollut toisen kaasuttimen osana.



Edit:
Toimisikohan jos laittaisikin siivekkeet tuohon imuaukkoon? Nyt siihen on hitsattu mutterit estämään polttoaineen valumista polttoputkeen, mutta voisihan niiden tilalla tosiaan olla vinosti pienet metallilatat, siten että imettävän kaasun liike saa pyörteen aikaiseksi polttokammiossa. Pyörre kuitenkin tuottaa tasaisemman ja täydellisemmän palamisen.

Edi2t:
Kyseessä ei ole paineilma vaan pieni 90W sivukanavapuhallin, joka ei juurikaan kehitä painetta (8 kPa / 80 cm-H2O).


Ostettu täältä: https://www.ebay.de/itm/185107682571

[japikas]

Hahmottelin tähän kuvaan vielä nopeasti nuo miettimäni imupuolen siivekkeet. Toki imupuolella olisi syytä olla mahdollisimman vähän mitään mihin terva pääsee kerääntymään. Toisaalta ilmasuuttimen jälkeen siivekkeet lienevät varsin lyhytikäiset. Ne kun polttokokeissa alkavat hehkua noin sekunnissa.

[japikas]

Vaikka edellinenkin prototyyppi on vielä vaiheessa niin ajatukset harhailevat jo seuraavissa kehitysversioissa.

Olen jo jonkin aikaa miettinyt olisiko mahdollista integroida polttoputki ja sykloni siten että syklonin erottelemat kiintoaineet menisivät suoraan polttoon. Oleellisin kysymys tässä rakenteessa on riittääkö ilmasuuttimen tuottama imu siihen ettei kaasu karkaa helpointa reittiä eli syklonin ala-aukon kautta ulos. Tähän minulla ei ole varmaa vastausta, mutta tulokset tuon nykyisen ilmasuuttimen kokeiluissa ovat olleet rohkaisevia.



Toimiakseen kunnolla idea edellyttää paitsi pyrolyysikaasujen kierrätystä polttokammion läpi, myös osan tuotekaasusta kierrättämistä syklonista polttoon, jotta myös tuhka ja noki kulkeutuisi sinne. Onko tässä sitten yhtään mitään järkeä onkin oma kysymyksensä. Lämpöä ainakin syntyisi niin paljon että polttoputken pitäisi olla jotakin keraamista materiaalia.

Ideana tässä imitoida circulating fluidized bed kaasuttimen ideaa syklonin kiintoaineiden kierrättämisestä takaisin reaktoriin, mutta niin että sykloni onkin sijoitettu pääkammion sisä- eikä ulkopuolelle. Aivan samaan tapaan kuin polttokammio on siirretty aikaisempien mallien ulkopuolisesta kammiosta sisäkkäiseksi.

Edit:
Äkkiseltään ei kyllä järki riitä sen pähkimiseen mitä tapahtuu lämpötaloudelle ja hyötysuhteelle jos tuotekaasua poltetaan kaasunkehittimen sisällä.

Edit2:
Syklonin toimivuutta voi toki koittaa todentaa oheisen kaltaisella koejärjestelyllä: mikä vaihtoehdoista A, B, C toteutuu kun syötetään ilmaa ja nestekaasua. Palamisen paikan näkee toki päältäpäin siitä missä putki muuttuu punahehkuiseksi, mutta parhaan käsityksen syklonin ala-aukon käytöksestä saanee jos asentaa rakenteeseen näkölasin.

[japikas]

Koitin tuossa pyöritellä kaavaa mitä tapahtuu lämpötaloudelle eri kierrätysprosenteilla, eli kuinka suuri osa tuotekaasusta palaa prosessissa. EN saanut kaava aivan täysin vielä toimimaan, mutta intuitio sanoo että lämpötalous heikkenee.

AIhettahan on toki tutkittukin, ja löytyi tällainen tuore julkaisu vuodelta 2023:

The feasibility and performance of using producer gas as a gasifying medium
https://www.sciencedirect.com/science/a ... 4223026208

Conclusion
A CFD model is developed for a 20-kW downdraft gasifier to investigate the effect of using mixtures of air and producer gas as gasifying mediums on the process performance. It was found that increasing the amount of producer gas with air (i.e., higher z ratios) favors the production of CO, CH4, H2, resulting in higher HHV for the producer gas. Additionally, it also results in boosting the gasifier performance in terms of higher producer gas yield, gasification, and conversion efficiencies than air gasification under the same working conditions. Furthermore, it was found to decrease the CO2 emissions than air gasification. However, the continuous feed of producer gas with air leads to a drop in the gasification temperature, which is not recommended for tar removal. As a result, the recommended vales for z are advised to be (0.25–0.5) to achieve better performance for the gasification process.

Kaasun lämpöarvo siis jopa paranee, mutta reaktorin lämmöt laskee (kuten intuitiokin sanoi), mikä voi olla ongelma tervantuoton kannalta. Tähän ratkaisuina lienee tehostettu lämmön talteenotto ja toisena keinona edellä mainittu tervojen kierrätys ja poltto.

Tämän artikkelin pohjalta en pidä ideaani täysin tuhoontuomittuna.

[japikas]

Ohessa puoliksi kasattu koelaitteisto, sisältää syklonin alapään sekä polttoputken. Koepoltto miten imu toimii, ja ainakin näin avoimessa tilassa imu toimii oikein hyvin ja halutulla tavalla.

Imu on paitsi suppilossa myös kaasun syöttöputkessa. Kuten videolta näkyy, nestekaasun syöttöputki on vain väljästi imuputkessa ja ilmasuuttimen imu vetää kaasun sisälle polttoputkeen.


https://www.puuppa.org/~jap/Hakapontto/ ... poltto.mp4

Kaavio näyttää mikä osa koelaitteisto on tässä kohtaa kasattuna. Ainakin vielä palaminen ja kaasujen kierto tapahtuu vaintoehto A:n mukaisesti.



Lähikuva syklonin alapäästä ja sitä ympäröivästä ilmasuuttimesta, kuvassa ylösalaisin.

[Jussi Vilppula]

Onko sinulla joku polttomoottori, missä mahdollisesti testailet näiden kaasuttimien kaasun laatuja?

[japikas]

5kW voimakonetta olen käyttänyt (nimellisesti 7,5kW). Iskutilavuus n. 500cc. Laitteisto on mitoitettu sen mukaisesti.
Tavoitteena saada aggregaatti pyörimään itsenäisesti "yön yli" siten että sillä saisi ladattua auton.
Ehkä enemmän maailmanlopun skenaario kuin arkikäyttöön.

Lisäksi harrastekäytössä amerikkalainen maastoauto 3,7L moottorilla, joka on muunnettu bi-fuel (bensa/kaasu). Vähän kiinnostelisi ajatus rakentaa siitä tri-fuel (kaasumainen, nestemäinen ja kiinteä polttoaine), mutta aika kaukana ollaan vielä että alkaisin varustelemaan häkäpönttöä siihen. Joskin Gasum on nostellut viime kuukausina kaasun hintaa siihen malliin ettei se enää ole kovin houkutteleva vaihtoehto.

Mielenkiinnon kohteena ei ole rakentaa tuttua ja turvallista 100 vuotta sitten keksittyä, vaan nimenomaan perehtyä uusimpaan alan tieteelliseen tutkimukseen ja soveltaa omia innovaatioita yhdistelemällä ideoita eri lähteistä. Aikaisemmat rakennelmani ovat myöskin kyenneet ajamaan voimakonetta, mutta paremminkin tunteja kuin "päiviä". Lähinnä syynä on ollut huono tukkeutuva arinarakenne sekä tervat tuotekaasussa, jotka tukkivat suodattimet. Nämä kaksi asiaa ovat siis nyt ensisijaisina tutkimusaiheina; tervaton kaasu ja tukkeutumaton arina.

[japikas]

Mikä voisi mennä koejärjestelyssä pieleen on syklonin aiheuttama vastapaine, joka saattaisi kääntää virtauksen edellä esitetystä vaihtoehdosta A vaihtoehtoon C. Nythän sitä testattiin vasta osittaisena rakenteena vapaassa ilmassa ilman vastapainetta.

Sykloneja on kuitenkin monenlaisia, ja oheisen kuvan malli C aiheuttaa vähäisimmän painehäviön. Eli jos ei testijärjestely heti toimisi, niin sitten voi miettiä voisiko soveltaa toisentyyppistä syklonirakennetta.


https://www.researchgate.net/publicatio ... st_removal

Edit:
Kun katsoo tuota edellä esitettyä koelaitteistoa niin ei voi välttää ajatusta että tässähän aletaan olemaan jonkinlaisen kiertopetireaktorin äärellä...