I.简介
对于现有技术的挑战表明需要具有能清洁、可靠且高效地燃烧粉状燃料的系统。
因此，这里描述的发明提供了使用氧化气体与可爆粉末混合的弥散体以产生热量或做功。在本发明的某些实施例中，弥散体的成分被选择以便为具体应用实现可爆性。在另一些实施例中，通过受控机构来分配弥散体从而实现并保持处于可爆范围内的当量比(stoichiometric)空气/燃料比混合物。通过本发明，利用稳定爆燃波的物理学、热动力学、流体力学和化学性质来产生稳定且持久的火焰前锋。
这里描述的发明提供了多种优点。粉状燃料弥散体以如下方式燃烧：视觉上不能区分气态和液态燃料(例如汽油或丙烷)。该特征允许瞬时点火和持续燃烧而不需要大的初始热输入。可快速实现稳态燃烧。类似于现有气态和液态燃料，可以通过调整弥散体的流率而在大范围的热输出内精确地控制由粉状燃料弥散体的燃烧而产生的火焰。粉状燃料弥散体的燃烧几乎是完全无烟灰且无气味以及碳中性的。此外，提供的粉状燃料弥散体不限于具体燃烧应用，允许粉状燃料弥散体被用于各种燃烧装置并且允许单一燃烧装置在只需要少量或不需要改型或调整的情况下燃烧包括各种燃料(例如硬木、软木、草料、金属、塑料)的粉状燃料弥散体。
进一步的、重要的且意料之外的优点在于这种新形式的可燃流体比例如油、汽油、丙烷、液化石油气和甲烷的石油产品更安全，即当燃料溢出或能够在表面上收集燃料时这种燃料不会因触及喷灯而随火焰燃烧。相反，溢出的石油产品具有更严重的健康和安全危害。
通过例如几种因素来影响粉末的可爆性，所述因素包括粉末颗粒的表面面积、粉末的内能、粉末弥散体中例如氧气的氧化剂的浓度、粉末和氧化剂的温度、传热率以及粉末颗粒尺寸。大体而言，更小的颗粒比更大的颗粒燃烧更快，从而导致特征在于可爆弥散体的火焰传播(flame propagation)。图1a示出了粉末颗粒的颗粒尺寸和粉末燃烧时间之间的大体关系。虚线102示出了粉末的可爆极限——阈值，在该阈值之上弥散体不可爆。各弥散体之间的阈值不同，并且当弥散体中的粉末相同时也可能由于其他上述因素而改变阈值。例如，对于氧化剂的浓度而言，当弥散体包括具有20.95％氧气的空气时包括具体粉末的第一种弥散体可能不可爆，而当弥散体包括纯氧气时包括相同粉末的第二种弥散体可能可爆。应该理解，在考虑本发明的公开内容的情况下，在Wolfgang Bartknecht，Dust Explosions：Course，Prevention，Protection§2.3(1989)中描述了用于确定粉末可爆极限的方法和设备。
如图1b所示，示出了传热率和颗粒尺寸之间的大体反比关系。更小颗粒的传热率一般高于更大颗粒的传热率。同样，虚线102示出了可爆极限。图1b解释了为什么主要由大颗粒(例如在500μ数量级的颗粒)组成的燃料必须在熔炉中保持相当长的时间段。
图1c大体示出了这里提供的粉末燃料弥散体和在现有燃烧装置中使用的煤粉和生物质(biomass)材料之间的差异。如所示，曲线106代表常规燃料的颗粒尺寸分布，曲线108代表这里公开的粉状燃料的一个实施例的颗粒尺寸分布，其中曲线106是从曲线108向右移位。线104代表了这里描述的本发明的中值粉末颗粒尺寸，在一些实施例中，其可以在50μm至80μm之间。
如图1d所示，这里描述的本发明的实施例的颗粒尺寸分布具有各种统计特征。
通过选择选择粉末弥散体且该弥散体中的粉末尺寸分布具有由线104所代表的中值，可实现可爆弥散体，而与如下变量无关：例如粉末颗粒的表面面积、粉末的内能、例如氧气的氧化剂的浓度、粉末和氧化剂的温度以及传热率，只要存在足够的氧化气体以实际上认为是可爆的即可。因此，这里的本发明的实施例能够在各种粉末材料需要少量调整或不需要调整的情况下使得粉状燃料弥散体爆燃。
因此，根据本发明，可以使用物理学、热动力学、流体力学和化学方法来确定产生本发明的可爆粉末弥散体的近似条件。
然而，在本发明的进一步描述之前，为了能够更容易地理解本发明，在此为了方便的目的受限定义和收集一些术语。
II.定义
术语“灰分(ash)”在这里被用于描述燃烧的不可燃残留物。
术语“生物质(biomass)”在这里被用于描述在可再生或再现基础上获得的任意有机物。Ashraf Elfasakhany，Modeling ofPulverized Wood Flames 3-4(2005)。生物质可以包括广泛的物质，例如包括：如草料、坚果壳、燕麦壳、玉米秆、甘蔗和麦秆等的农业废料；如草料的能源作物，其中所述草料包括但不限于蒲苇、柳木、杂生白杨、枫木、小无花果树、转换草和其它牧草；来自动物的动物废弃物，所述动物例如家禽、牛和马；污水污泥；来自工业的木材废料(硬木和/或软木)，其中所述工业例如伐木、铣磨、木材加工、建筑和制造；以及例如糖和玉米淀粉等的食物产品。所选生物质类型的化学成分被描述于http://www.esru.strath.ac.uk/Documents/MSc 2006/hamilton.pdf中可获得的Kirsten Hamilton，Feasibility Study：Grain-dust Burner(2006)，其内容被并入本文以供参考。
这里使用的语言“混合粉状燃料”描述包括两种或多种相异的粉状燃料(每种的颗粒尺寸或材料/成分可以不同)的粉状燃料。
这里使用的语言“BTU含量”描述当燃料燃烧时产生的能量的量(以英制热学单元(British Thermal Unit)来表述)。
这里使用的语言“闭环系统”描述一种系统，其中监视结果与理想值的偏差并且调整一个或多个输入以最小化所述偏差。
这里使用的语言“燃烧装置”包括燃烧并/或爆燃任意类型燃料的任意系统。这些燃烧装置包括内燃发动机、熔炉、谷物干燥器和发电机。
在语言“转换所述能量”中使用的术语“转换”在这里用于描述如下动作：使用或利用例如所述能量来产生如做功或生热的结果。在一些实施例中，能量的转换可以通过装置的运转而发生，如通过装置的动作来测量，即产生可测结果。
这里使用的术语“燃烧”(“combustion”or“combust(s)”)(不涉及装置类型，即燃烧装置类型)描述爆燃动作。这些术语用于区别于简单的燃烧动作。
这里使用的语言“燃烧区域”描述燃烧发生的部位，例如邻近喷嘴、在发动机汽缸内部等。
这里使用的语言“连通地连接”描述两个或多个部件能够通过本领域技术人员公知的技术和/或设备而连通。
语言“完全燃烧”可从文字上理解并且被用于描述如下的燃烧反应：氧化剂消耗燃料，产生有限数量的产品。这样，碳氢化合物在氧中的完全燃烧生成二氧化碳和水。碳氢化合物或任意燃料在空气中燃烧也生成氮。
术语“受控”(例如用于语言“受控量”中)描述能够通过使用信息反馈环来例如精确或粗略调整的参数的特征。例如，语言“受控量”涉及基于反馈调整(例如信息反馈环)而选择的测量的量。
语言“受控流”在这里被用于描述基于参数被例如反馈调整所直接控制和调整的颗粒的运动或颗粒流，其中所述参数包括流率、传质速率、功率/热输出、温度调节等。可以根据具体应用的需要来精确或粗略地控制所述流。此外，例如下述传感器的装置可以被用于提供控制或调整所述流所必须的数据。在具体实施例中，可以为了产生一致可爆粉末弥散体的目的来控制所述流。
术语“连接”可从文字理解，并且这里被用于描述两个或多个部件被本领域技术人员公知的任意技术和/或设备连接。连接可以是直接(两个部件彼此物理接触)或间接的(第一部件物理接触与第二部件物理接触的一个或多个部件)。例如，在表述“其中喷嘴和湍流腔被第一导管连接”中，术语“连接”描述了喷嘴和湍流腔之间的关系，其中粉末弥散体可以从湍流腔通过第一导管流动到喷嘴。
术语“解凝聚(deagglomeration)”在这里被用于描述如下动作：打碎或移除由更小颗粒组因自粘结成块而形成的大颗粒。
术语“爆燃”可从文字理解，并且描述通常通过热传导来传播(例如燃烧材料加热下一层冷材料并点火该层)的亚音速燃烧。应该理解，爆燃是不同于爆炸的，因而爆炸是超音速的并且通过冲击压缩而传播。
这里使用的术语“导向”描述将材料有目的地或故意地引导(例如通过使用装置或通过部件的连接)到指定部位，所述材料例如本发明的可爆粉末弥散体。这可以不同于在例如灰尘爆炸中保持稳定的材料，这可以被定义作为通过初始稳定灰/空气混合传播的爆燃波前锋。
这里使用的术语“可爆”描述粉末的特性，即当在适当条件下作为粉末-气体混合物弥散时，该粉末能够在点火后进行爆燃火焰传播。形成可爆粉末弥散体的可爆粉末当与适当比例的氧化气体混合后能够进行火焰传播。大量可爆粉末(不同于易点火粉末)在Rolf K.Eckhoff，Dust Explosions in the Process Industry(3d ed.2003)的表A.I中被描述，其全部内容被并入本文以供参考。
术语“气体”和“氧化气体”在这里被可互换地用于描述包含最小量的氧化气体(例如O2)以产生可爆粉末弥散体(即，即使不以提供完全燃烧)的任意气态物质。例如，来自压缩气体源的压缩气体(即用于产生可爆粉末弥散体)是例如空气的氧化气体。这个术语意图包括例如O2的单一成分气体和例如空气的混合气体。(这与该术语被用作是汽油、液化石油气或天然气等词的简化形式相对比)。在本发明的具体实施例中，气体可以被用于产生粉状燃料弥散体。
语言“不完全燃烧”可从文字理解，并且被用于描述燃料不完全被燃烧消耗的燃烧反应。不完全燃烧将产生大量副产品。例如，碳氢化合物的不完全燃烧可以产生一氧化碳、纯碳(煤烟或灰分)以及例如氧化氮的各种其他化合物。在本发明的一种特别有利的实施例中，减小不完全燃烧的水平。
这里使用的术语“目”被用于描述与颗粒筛网的开口间隔(作为明确标准目被定义)相比的颗粒尺寸。存在目等级的各种标准，包括ISO 565、ISO 3310和ASTM E 11-70。这里涉及的所有目尺寸均是使用ASTM E 11-70标准测量的。
在获得材料、成分或物质中使用的术语“获得”意于包括购买、合成或其它方式得到材料。在本发明的某些实施例中，方法包括如下的附加步骤：获得在本发明的方法中使用的可爆粉末。
这里使用的语言“颗粒尺寸”描述颗粒的尺寸，例如根据颗粒穿过何种尺寸的筛目或者通过尺寸的公制描述(例如，微米)。此外，粉状燃料的某些实施例以颗粒尺寸来部分限定。颗粒尺寸可以被目等级限定，其中更大的数值代表更小的尺寸。如这里所示，粉状燃料的实施例可以具有小于或等于50目的颗粒尺寸。粉状燃料也包括具有更高要求的粉状燃料，例如粉状燃料包括小于近似60目的颗粒、例如小于近似70目的颗粒、例如小于近似80目的颗粒、例如小于近似90目的颗粒、例如小于近似100目的颗粒、例如小于近似110目的颗粒、例如小于近似120目的颗粒、例如小于近似130目的颗粒、例如小于近似140目的颗粒、例如小于近似150目的颗粒、例如小于近似160目的颗粒、例如小于近似170目的颗粒、例如小于近似180目的颗粒、例如小于近似190目的颗粒、例如小于近似200目的颗粒、例如小于近似210目的颗粒、例如小于近似220目的颗粒、例如小于近似230目的颗粒、例如小于近似240目的颗粒、例如小于近似250目的颗粒、例如小于近似260目的颗粒、例如小于近似270目的颗粒、例如小于近似280目的颗粒、例如小于近似290目的颗粒、例如小于近似300目的颗粒、例如小于近似310目的颗粒、例如小于近似320目的颗粒、例如小于近似325目的颗粒、例如小于近似330目的颗粒、例如小于近似340目的颗粒、例如小于近似350目的颗粒、例如小于近似360目的颗粒、例如小于近似370目的颗粒、例如小于近似380目的颗粒、例如小于近似390目的颗粒、例如小于近似400目的颗粒、例如小于近似410目的颗粒、例如小于近似420目的颗粒、例如小于近似430目的颗粒、例如小于近似440目的颗粒、例如小于近似450目的颗粒。
这里使用的语言“颗粒尺寸分布”描述在粉末样品里各种尺寸范围的颗粒的流行程度，即各种尺寸颗粒的分布。
这里使用的术语“塑料”描述合成或半合成聚合产品，包括但不限于：聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚亚安酯、聚碳酸酯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺、酚醛塑料、尿素甲醛、三聚氰胺甲醛和聚交酯酸。这里使用的“塑料”包括可再生和不可再生塑料两大类。
语言“容积式(positive displacement)”在这里用于描述使用在每单元操作中移动公知体积的材料的装置的技术，其中所述每单元操作例如每冲程、每个标号或者甚至每单位时间。在某些实施例中，容积式装置对于流体和固体的精确计量是非常有用的。
这里使用的术语“粉末”描述由大量精细颗粒组成的固体化合物，其中当摇动或倾斜时所述颗粒可以自由流动。可以基于粉末所用的应用来选择粉末成分和/或颗粒尺寸(以及颗粒尺寸分布)。例如，在某些实施例中，颗粒尺寸分布和/或颗粒材料有目的地基于需要具体持续时间的理想用途来选择，例如供应给四循环发动机的粉状燃料可以具有比供应给熔炉的粉状燃料更精细的颗粒分布。本发明的粉末是至少“基本可爆的”，因为颗粒分布中超过可爆尺寸限制的有限颗粒的量将少于防止粉末弥散体点火的量从而产生持续稳定的爆燃波。在某些实施例中，在颗粒分布中超过可爆尺寸限制的颗粒少于20％，例如少于15％，例如少于14％，例如少于13％，例如少于12％，例如少于11％，例如少于10％，例如少于9％，例如少于8％，例如少于7％，例如少于6％，例如少于5％，例如少于4％，例如少于3％，例如少于2％，例如少于1.5％，例如少于1.0％，例如少于0.75％，例如少于0.5％，例如少于0.25％。在具体实施例中，在颗粒分布中超过可爆尺寸限制的颗粒少于2％。在另一个具体实施例中，颗粒分布中没有超过可爆尺寸限制的颗粒。
这里使用的术语“粉状”描述已经被缩小成粉末的物质。
语言“粉状燃料弥散体”和“粉末弥散体”在这里可互换地用于描述粉状燃料和氧化气体的基本均匀混合物，基于粉末特性(例如组分颗粒的尺寸和/或成分)以及粉末与氧化气体的比来选择所述弥散体以便具有可爆性。粉状燃料弥散体的可爆性可被多个因素影响，所述因素例如包括粉末颗粒的表面面积、粉末的内能、例如氧气的氧化剂在粉末弥散体中的浓度、粉末和氧化剂的温度、传热率以及粉末颗粒尺寸。语言“粉状燃料弥散体”和“粉末弥散体”也意于涵盖那些如下的弥散体：包括由可爆粉末的不理想分布造成的不理想分布混合物，只要这种弥散体是可爆的即可。
语言“当量比”(例如用于语言“当量比燃烧”或“当量比混合物”中)在这里被用于描述在粉状燃料/氧化气体混合物(即本发明的粉状燃料弥散体)中可爆粉状燃料与氧化气体的比，并且其适于支持爆燃且基本消耗混合物或弥散体中的可爆粉末。在燃烧区域内消耗可爆粉末所需要的氧化气体的当量比量可以不同于足以产生可爆混合物的粉末弥散体的氧化气体的量，通常低于最终能消耗掉粉末的氧化气体总量。因此，即使氧化剂不是当量比的量，本发明的粉末仍可爆。
语言“基本消耗”在这里被用于描述本发明的可爆粉末的消耗水平。本发明基本消耗的粉末产生按重量计小于5％的残余物，例如按重量计小于4％，例如按重量计小于3％，例如按重量计小于2.5％，例如按重量计小于2％，例如按重量计小于1.5％，例如按重量计小于1.25％，例如按重量计小于1％，例如按重量计小于0.75％，例如按重量计小于0.5％，例如按重量计小于0.25％。在某些实施例中，基本消耗是完全消耗。在某些实施中，本发明旨在减小不完全燃烧的量，或者减少上述消耗残渣的产生。
语言“湍流燃烧”可文字理解，并且用于描述特征为湍流流动的燃烧。在本发明的某些实施例中，爆燃燃烧是湍流燃烧，其有助于燃料和氧化剂之间的混合过程。
在这里使用的语言“超洁净煤”描述具有以重量计低灰分含量的任意煤，例如小于1.00％，例如小于0.95％，例如小于0.90％，例如小于0.85％，例如小于0.80％，例如小于0.75％，例如小于0.70％，例如小于0.65％，例如小于0.6％，例如小于0.55％，例如小于0.50％，例如小于0.45％，例如小于0.40％，例如小于0.35％，例如小于0.30％，例如小于0.25％，例如小于0.20％，例如小于0.15％，例如小于0.10％，例如小于0.05％。
这里使用的语言“挥发物(volatile mass)”描述包括例如水的材料或化合物的粉末燃料颗粒的量，其中所述材料或化合物处于或低于粉状燃料的燃烧温度时可以蒸发或挥发。
III.利用粉状燃料的方法
在一个实施例中，本发明提供一种产生能量的方法，包括如下步骤：使基本可爆粉末与氧化气体混合从而形成可爆粉末弥散体；以受控流的方式引导所述可爆粉末弥散体经过点火源；以及点火所述可爆粉末弥散体从而产生稳定爆燃波。从而该方法基本消耗了可爆粉末以便产生能量，例如热能或用于做功的能量。在某些实施例中，受控流形式的可爆粉末弥散体能够被选自包括如下因素的组中的一个或多个因素限定：粉末燃料内能、粉末燃料尺寸、氧化气体特性以及氧化气体温度。此外，可爆粉末可以包括选自包括如下材料的组中的材料：粉状生物质(例如，粉状硬木、粉状软木、粉状草料)、粉状金属、粉状塑料以及它们的任意组合。在某些实施例中，该方法还包括获得可爆粉末的步骤。
这个方法还可以包括转换被装置/通过装置/在装置的运转中产生的能量的步骤。这种装置可以选自包括熔炉、发动机、锅炉、谷物干燥器、衣物干燥器、热水器、组合熔炉/热水器、热气球、空间加热器、木料燃烧炉、燃气壁炉、燃气涡轮以及发电机的组。
因此，本发明的附加实施例提供使用这个方法得到的能量来运转的装置。在某些实施例中，该装置已经从原始设计进行改装以使用所述能量运转。在其他实施例中，装置具有原始设计以使用所述能量运转。
在另一实施例中，本发明提供运转燃烧装置的方法，包括：使基本可爆粉末与氧化气体混合从而形成可爆粉末弥散体；以受控流的方式将可爆粉末弥散体导向点火源；以及点火可爆粉末弥散体从而产生稳定爆燃波，从而基本消耗可爆粉末以产生能量并且使用该能量运转燃烧装置。
图2示出了利用粉状燃料的方法200。在步骤202中，产生空气流。在步骤204中，受控量的粉状燃料被分配到所述空气流中从而产生理想燃料/气体弥散体。在某些实施例中，从容积式粉末分配器分配受控量的粉状燃料。这里描述的容积式粉末分配器允许高度可控地释放粉末。在一些实施例中，容积式粉末分配器的粉末分配速率相对于驱动容积式粉末分配器的电压可以是线性的或准线性的。
在步骤206中，粉末/空气弥散体被释放到燃烧区域内。粉末/空气弥散体可以通过来自空气流的空气压力从形成弥散体的位置处被传送。粉末/空气弥散体可以流动通过例如导管、喷嘴、歧管和阀的一个或多个部件，到达燃烧区域。
在步骤208中，粉末/空气弥散体被点火。粉末/空气弥散体可以被本领域技术人员所公知的各种技术和设备点火，包括引火或火焰(例如消耗甲烷或丙烷的引火)以及电火花或电弧(例如火花塞)。
在本发明的一些实施例中，如步骤210所示，分析排气。可以分析排气从而检测各种物质的存在性和/或量。在一些实施例中，分析排气中的氧气水平从而确定燃料/气体弥散体是否是当量比。如果在排气中不存在足够的氧气，则燃料/气体弥散体过于富足并且要被分配的粉末燃料的量将被减少。如果存在过多的氧气，则弥散体过于贫乏并且将分配附加粉末燃料。此外或者可选地，可以分析排气中一氧化碳的存在性，这意味着燃料/气体混合物过于富足。
本发明也提供一种运转燃烧装置的方法，包括将第一燃料混合物(包括液体燃料与粉状燃料的比)进料给运转发动机，并且之后逐渐减少所述液体燃料与粉状燃料的比以产生第二燃料混合物，从而运转所述燃烧装置。在某些实施例中，第一燃料混合物仅包括液体燃料。在某些实施例中，第二燃料混合物仅包括粉状燃料。所述比可以根据选自如下组中的至少一个输入被调节，所述组包括发动机温度传感器、发动机速度传感器、节气门传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气传感器和排气传感器。
在另一个实施例中，本发明提供一种运转燃烧装置的方法，包括：产生空气流；将受控量的粉状燃料弥散到空气流中以产生可爆混合物；以及将可爆混合物引入到燃烧区域内以便爆燃，从而运转燃烧装置。在某些实施例中，空气流在湍流腔内。该方法还包括测量空气流量；以及根据空气流量来调整要被弥散的所述受控量的粉状燃料，例如其中调整要被弥散的受控量的粉状燃料包括调整粉末弥散装置的速度。此外，该方法还包括测量次级空气流量；以及根据次级空气流量来调整要被弥散的受控量的粉状燃料，例如其中调整要被弥散的受控量的粉状燃料包括调整粉末弥散装置的速度。
上述实施例有助于使用液态或气态燃料启动发动机并且全部或部分转变到粉末燃料燃烧。这种方法特别有用于燃烧装置的“冷启动”。在一些实施例中，液态或气态燃料可以选自汽油、氢、植物油、生物柴油、生物酒精、丁醇、生物乙醇、生物甲醇、沼气、2，5-二甲基乙二醛(DMF)、二甲醚(DME)、生物-DME、Fischer-Tropsch柴油、木料柴油、乙烷、甲烷、丙烷、丁烷、柴油燃料、燃料油、喷气式燃料、煤油、液化石油气以及天然气。附加地或可选地，液态或气态燃料可以包括例如二甲醚的启动流体。
IV.用于粉状燃料爆燃的套件
在另一个实施例中，本发明还提供机械元件的组合，其用于改装装置从而使用通过上述方法得出的能量(即通过将受控流导向点火源从而产生稳定爆燃波而产生的能量)来运转。例如，这里描述的发明提供用于改装燃烧装置从而使粉状燃料爆燃的套件。因此，本发明的一个实施例提供用于改装燃烧装置从而使粉状燃料爆燃的套件，该套件包括：湍流腔；粉末弥散装置；压缩气体源，例如其中所述压缩气体源适于与所述湍流腔连接；以及可选气流传感器，例如质量流量传感器。可选气流传感器的内容可以根据要被改装的燃烧装置而选择。在某些实施例中，套件还包括喷嘴，在某些实施例中，该喷嘴适于与湍流腔连接。
在某些实施例中，气流传感器选自包括如下传感器的组：脉管仪质量流量传感器(vein meter mass flow sensor)、热丝质量流量传感器、冷丝质量流量传感器和隔膜质量流量传感器。在具体实施例中，气流传感器适于与燃料控制器连接。在附加具体实施例中，气流传感器适于与粉末弥散装置连通地连接。此外，粉末弥散装置的速度可以被气流传感器管理。质量流量传感器可获得于马萨诸塞州Attleboro的Sensata Technologies、德国Gerlingen的Robert BoschGmbH、日本Aichi的DENSOCorporation、密歇根Van Buren Township的Visteon、密歇根Troy的Delphi Corporation、日本Tokyo的Hitachi，Ltd.以及德国Neckarsulm的Kolbenschmidt Pierburg AG。
对于粉末弥散装置，可认为大量实施例落入本发明范围内。例如，粉末弥散装置可以是容积式粉末弥散装置。此外，粉末弥散装置可以包括漏斗，例如其中漏斗是锥形的。粉末弥散装置还可以包括与漏斗接触的振动器。在一些实施例中，振动器可以是超声波(超声)振动器。粉末弥散装置也可以包括位于漏斗内的推进加料器以及与推进加料器连接以旋转推进加料器的动力源。此外，粉末弥散装置也可以包括位于漏斗之下的水平推进加料器、气闸、位于漏斗内的混合器、导管，其中湍流腔和喷嘴被导管连接并且/或者所述导管适于与湍流腔连接。
在附加实施例中，粉末弥散装置还可以包括与粉末弥散装置连接的第二导管以及与导管连接的第二粉末弥散装置。此外，在某些实施例中，第二粉末弥散装置可以包括第二漏斗，例如其中第二漏斗是锥形的。在另一个实施例中，第二粉末弥散装置也可以包括位于第二漏斗内的第二推进加料器以及与推进加料器连接以旋转第二推进加料器的第二马达。在具体实施例中，第二粉末弥散装置也可以包括与第二漏斗接触的第二振动器。第二漏斗还可以包括气闸。
本发明的示例性实施例提供一种套件，还包括：选自如下组的一个或多个传感器，其中该组包括发动机温度传感器、发动机速度传感器、节气门传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气传感器和排气传感器；以及燃料控制器，其与所述一个或多个传感器连通地连接并且适于调节从粉末弥散装置释放的粉状燃料的量。在某些实施例中，燃料控制器调节从粉末弥散装置释放的粉状燃料的量从而维持排气中具有过量氧气。
本发明的套件可被用于改装能够在粉状燃料(例如在此描述的粉末燃料)的功率下运转的任意粉末装置。实际上，在某些实施例中，套件可适于使用在此描述的粉状燃料。不意图限制本发明的具体实施例包括熔炉、发动机、锅炉、谷物干燥器、衣物干燥器、热水器、组合熔炉和热水器、热气球、空间加热器、木料燃烧炉以及草料壁炉。这些实施例可以通过更换和/或补充用于燃烧燃料的现有系统来实现。例如，在谷物干燥器(例如可从伊利诺伊州Farm Fans，Incorporated of Assumption获得的谷物干燥器)中，粉状燃料火炉可以代替和/或补充需要丙烷或天然气的常规火炉。类似地，在衣物干燥器或空间加热器中，粉末燃料火炉可以补充或增强常规电或天然气加热元件。木料燃烧炉可以通过将粉状燃料火炉安装在木料火炉的燃烧区域内从而被改装以便利用这里描述的粉状燃料技术。在壁炉实施例中，粉状燃料火炉可以补充或代替通过液体或气态燃料(例如天然气)产生的火焰。
因此，套件可以包括用法说明以组装套件从而将现有技术改装成能在粉状燃料下运转的装置。在具体实施例中，套件还可以包括用于将套件安装在熔炉中的用法说明。在另一个具体实施例中，套件还可以包括用于将套件安装在发动机中的用法说明。
还可以通过利用示例性实施例及其改型而更清楚地理解本发明，并且这些改型应被认为是大体上可应用于套件。图3示出了这样一种套件，套件300。
A.范例及其改型
套件300包括喷嘴302。喷嘴302被设计成与湍流腔304连接。湍流腔304被设计成与粉末弥散装置306连接。湍流腔304被设计成与气体源308连接。套件300的部件302、304、306、308可以作为单独、未组装部件被生产和销售，或者部件中的一个或多个部件可以在制造期间和/或制造之后被组合。
喷嘴302可以被改装成连接、安装和/或放置在各种位置内。在本发明与内燃发动机有关的应用中，喷嘴302可以连接于进气歧管、节气门主体，或者以类似于常规汽油或柴油燃料喷气机的方式被连接在燃烧腔内部。在本发明的熔炉应用中，喷嘴302可以位于火炉腔内。类似地，关于改装装置(例如火把或火焰投射器)的套件，喷嘴302可以位于装置之外并且在操作期间非常邻近火焰。一旦粉状燃料混合物离开喷嘴302及其任意延伸件，则粉状燃料混合物被点火并且在存在次级氧气的情况下燃烧，如同在用于液体燃料(例如丙烷或甲烷)的燃烧装置内那样。通过利用次级氧气来燃烧，喷嘴速度可以被减小从而允许产生持续性火焰。
因此，喷嘴302可以由考虑喷嘴302所处环境(例如高温、大震动环境)的各种材料制成。示例性材料包括但不限于铁、钢、不锈钢、钨钢、铜、黄铜、铝、金、银、钛、上述材料的合金以及聚合物。
在喷嘴302的一些实施例中，喷嘴可以包含喷射燃料混合物的单个孔口。不需要用于喷射燃烧气体的附加孔口，不过也可以包括喷射燃烧气体的附加孔口从而实现具体流率和/或燃料弥散形式。用于燃烧的足量气体通常被供应于燃料混合物和燃烧环境(例如火炉腔或发动机汽缸)中。对于熔炉应用，理想地是经济且减噪地构造系统，其中燃料/气体弥散体以可行的小压力和流率穿过喷嘴。
根据气体源的选择和/或调节来控制通过喷嘴302的喷嘴速度。各种应用可能需要不同喷嘴速度。更小的速度对于汽车应用是理想的，而更大的速度更适合熔炉，并且再大的速度可能具有一些商业和工业应用性。更小的速度允许火焰在横于燃料混合物的方向传播，这在熔炉应用中是理想的。大体而言，当喷嘴速度增大时，火焰长度增大并且点火点和喷嘴302之间的距离可能需要增大。例如，当使用提供近似200英里每小时(mph)的喷嘴速度的三端口喷嘴时，点火点可能距喷嘴四英尺或更远。
调整喷嘴速度以适应燃料混合物的特性可以产生可持续火焰。大体而言，当喷嘴速度小于爆燃波前锋速度时可以实现持续性火焰(即不需要连续点火源的火焰)。
在一些实施例中，喷嘴302可以是或类似于汽油或柴油燃料的常规燃料喷射器。喷嘴302也可以是被设计用于粉末喷射的喷嘴，例如由俄亥俄Westlake的Nordson Corporation生产的喷嘴以及由伊利诺伊Elgin的Powder Parts，Inc.生产的喷嘴。
在一些实施例中，喷嘴延伸物或延伸管可以被连接于喷嘴302以便允许将喷嘴302置于远离粉末弥散的理想位置。适当的管包括可从密歇根Davison的Genova Products，Inc.获得的1/2英寸CTSGenova CPVC 4120，以及从俄亥俄Westlake的Nordson Corporation和俄亥俄Cincinnati的EXAIR获得的其他管。
湍流腔304可以由能够承受用于形成粉末-气体混合物或弥散体的湍流压力流的任意材料制成。示例包括但不限于由钢、铁、不锈钢、钨钢、铜、黄铜、铝、金、银、钛、上述金属的合金、塑料以及聚合物制成的管子或管。在一些实施例中，湍流腔304可以被充电从而最小化粉状燃料和湍流腔304之间的吸引力。
在一些实施例中，湍流腔304可以被导管(未示出)连接到喷嘴302。该导管可以包括适于将粉末-气体弥散体导通到喷嘴302的任意材料，例如由铁、钢、不锈钢、钨钢、铜、黄铜、铝、金、银、钛、上述金属的合金、塑料以及聚合物制成的管子或管。可以改变导管的尺寸以便适应套件的具体应用。管的示例性内直径是1/4英寸、3/8英寸、1/2英寸、5/8英寸、3/4英寸、7/8英寸、1英寸、11/4英寸、11/2英寸、13/4英寸以及2英寸。示例性管包括可从俄亥俄Westlake的Nordson Corporation和俄亥俄Cincinnati的EXAIR获得的管。在一些实施例中，导管可以被充电从而最小化粉状燃料和导管之间的吸引力。
粉末弥散装置306可以是能够分布受控量的粉状燃料的任意装置。粉末弥散装置306的一个实施例在图1中被示出。粉末弥散装置306包括漏斗310、推进加料器312以及用于旋转推进加料器的马达314。漏斗306可以是能够保持粉状燃料的任意容器。示例性漏斗被描述于Franklin D.Jones.Ingenious Mechanisms For Designers andInventors 483-94(1930)中。当马达314示出位于漏斗310内时，马达314可以位于内部或外部并且可以直接连接于推进加料器312或通过本领域技术人员所公知的任意连接机构连接于推进加料器312。推进加料器312也可以被汽车内发动机驱动。推进加料器312可以具有任意长度，不过一般长度小于12英寸。样本推进加料器系统描述于Morimoto等人的美国专利No.4,895,274、Wegman的美国专利No.6,951,230以及Kressin等人的美国专利申请公开No.2003/0090957，其全部内容被并入本文以供参考。样本粉末弥散装置可从北卡罗莱娜Exton的ALLFILLInc.、Canton的Pennsylvania and Carolina Conveying，Inc.获得。
为了增强漏斗310内粉末316的运动并且减少漏斗310内凝聚物的产生，一个或多个振动器318可以设置成接触或邻近于漏斗310、粉末316和/或二者。振动器是本领域所公知的，并且描述于Matsubara等人的美国专利No.7,271,516、Ki的美国专利申请公开No.2007/0145840以及Olivier的美国专利申请公开No.2007/0159016，其全部内容被并入本文以供参考。
压缩气体源308可以是本领域所公知的用于产生压缩气体的任意装置。压缩气体源308可以被机械或电提供动力。例如，在例如家用熔炉的加热应用中，使用150psi大容积气体压缩机来提供压缩气体，该压缩机例如可从加利福尼亚Camarillo的Harbor Freight Tools获得的中心气动12伏特150psi大容积气体压缩机(目录#93186-ovga)。对于汽车或工业应用而言，更大的气流率是理想的，并且可以通过例如可从加利福尼亚Camarillo的Harbor Freight Tools获得的中心气动115psi、2加仑气体压缩机(目录#94724-ovga)或能够以40psi传送3.4立方英尺/分(cfm)的压缩机来提供。
在其他实施例中，压缩气体源308可以是压缩气体箱。压缩气体箱是本领域中所公知的，并且在各组织的各种公开物中被描述，例如维吉尼亚Chantilly的Compressed Gas Association。一个或多个压缩气体箱可以将气体或气体混合物提供到湍流腔304。
供给湍流腔304的气体可以是包括空气的各种气体中的任意气体。在某些实施例中，气体可以是例如氧、臭氧、氟、氯或溴的氧化剂。在具体实施例中，气体是空气或例如O2气体的其他氧气源。
在一些实施例中，套件包括燃料控制器，以用于调节释放到湍流腔304中的燃料的体积。燃料控制器可以是本领域技术人员公知的任意硬件、软件或机械部件，例如计算机、微处理器和RISC微处理器。示例性系统和部件被描述于大量文献中，所述文献包括RossBannatyne的Electronic Control Systems(2003)、AIi Emadi，ed.的Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives(2005)、Ronald K.Jurgen的Automotive Microcontrollers(1998)，和Ronald K.Jurgen的Automotive Software(2006)。
燃料控制器可以连接于一个或多个传感器。对于汽车实施例，传感器可以包括发动机温度传感器、发动机速度传感器(转速器)、节气门传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气传感器和排气传感器。汽车传感器是本领域中公知的并且可从各卖主处获得，包括密歇根Troy的Delphi Corporation。
在某些熔炉实施例中，传感器可以包括火焰温度传感器、压缩气体温度传感器、测量来自温度调节装置的温度的传感器、测量来自熔炉内部的温度(例如锅炉内的水温或热交换器温度)的传感器、氧传感器、进气传感器和排气传感器。温度传感器可以包括本领域技术人员所公知的各种装置，如包括热电偶。
燃料控制器也可以接收指示关于燃烧装置内使用的燃料的数据的附加输入。例如，关于粉状燃料的数据可以包括燃料的类型(例如硬木、软木、金属、煤炭)和燃料的规格(例如颗粒尺寸、灰分百分比、挥发物百分比)。关于液体燃料的数据可以包括燃料的类型(例如汽油、柴油燃料、煤油、民用燃料油(heating oil))和燃料规格(例如辛烷含量、添加剂)。输入可以被例如车辆内的控制台、与熔炉通信的计算机或温度调节装置或者燃料存储或传输系统中的传感器所传输，或者输入可以被预置。
燃料控制器将基于来自一个或多个传感器的一个或多个输入来调节燃料流率。例如，当节气门打开以允许更多气体流入进气歧管或压缩气体源308被调节成允许更多燃料进入湍流腔304内时会需要附加燃料。在更高级水平，可以控制燃料流以便最小化排放。通过维持当量比燃烧反应可以减少排放，在所述当量比燃烧反应中对于粉状燃料和任何其他燃料而言具有足量氧气以便完全氧化(例如可以通过监测氧气排放来证明，即排放中具有过量氧气表明燃烧过程中具有足量氧气)。
此外，燃料控制器可以调节燃料流率从而最大化燃烧装置性能。例如，在发动机中，粉状燃料在如下条件下特别有效，即需要小于在100％液体燃料条件下运转时产生的最大发动机马力的50％。此外，保持排气温度在500℃以下可最小化灰分产量，从而减小阀门污垢和/或颗粒产生。
在一些实施例中可以调节燃料/气体弥散体的空气流率，在大多数情况下，不需要调节空气流率。这是因为在大多数情况下次级空气足以确保当量比弥散体。这在如下情况下尤其如此：当使用粉状燃料弥散体与例如汽油的液体燃料结合时，其中液体燃料需要更大的空气与燃料比。
在其他实施例中，不需要燃料控制器来响应粉末分布。已经在不需要使用计算机或其他微处理器的情况下制造简单系统。一个或多个气流传感器设置成邻近压缩气体源308、湍流腔304、节流阀或进气歧管。气流传感器测量进入燃烧装置的气体量并且产生代表被测气流的电信号(例如DC电压)。这些电信号被用于控制粉末弥散装置306。例如，粉末弥散装置306可以包括用于旋转推进加料器312的DC马达，并且可以通过由气流传感器产生的电信号来全部或部分地管理马达速度。
在进一步实施例中，套件可以包括反馈环，其中来自例如排气传感器的传感器的输入被用于控制粉末弥散装置306。通过监测例如排放气体的氧含量的值，可以监测燃烧装置从而确保燃烧是当量比的。之后如果燃料混合物过贫乏或过富足，则可以调节燃料混合物。
此外，在火焰点火前应该立即监测/调节弥散剪切速率，因为气体中颗粒的完全弥散悬浮物的连续抑制会导致当颗粒碰撞从喷嘴延伸出8英寸的延伸体的壁时会再凝聚，即使由于PVC管子的化学性质，管子的内直径仅3/8英寸。通常观察到，如果气体流率在5-10mph范围内，那么更大的颗粒和/或凝聚物会从气流掉下，而在1/8英寸喷嘴口的实施例中在40-80mph范围内的气流剪切速率足以再次弥散粉末颗粒凝聚物。
在某些实施例中，在离开漏斗底部之后粉末不会在任意点聚积或遇到约束，直到它最终被弥散在气流中。对于水平推进加料器系统而言，粉末会自由落入以足够RPM旋转的运动推进加料器节段内，这样这些节段不会被完全填满。如果随着粉末前进这些节段被填满，则粉末趋于积聚成足以阻挡推进加料器马达。在粉末从推进加料器管的端部落下之后，会在没有约束的情况下直接落入弥散气体喷流腔内，该腔直接导通到大剪切出口喷嘴。具体设计将避免粉末在这些点中的任意点处聚积。因此可能的是如果粉末直接下落到湍流腔304则无需推进加料器下落漏斗即可起作用。
对于需要将燃料供应速率精确控制在10的倍数(a factor often)范围内的加热或其他应用而言，中间存储箱内的竖直推进加料器系统可以将粉末驱动到1/2到1英寸ID计量区段(参见竖直推进加料器系统示意图)。通过改变推进加料器RPM，粉末供应速率可以从5克每分钟增加到100克每分钟。对于不同推进加料器直径，这20倍范围可以平移、扩大或缩小。
这里描述的本发明的实施例可以使用气体火焰引火或连续电弧作为点火源。电弧点火源可以是或类似于常规火花塞。任意点火源可以与喷嘴302结合。
对于具体下落漏斗构造，已证明在200目时可以通过改变推进加料器速度来部分地控制进料速率，不过这个控制可能被基本下落粉末进料速率所限制的，而这个基本下落粉末进料速率被震动以及漏斗和出口开口的形状控制。因此，在某些实施例中，用于熔炉的基本中间漏斗系统的尺寸可以适于使用的粉末和单元的BTU等级。
在具体实施例中，使用3立方英尺/分钟(cfm)范围内的气体流率可以将在气流中具有小的未压实凝聚物的弥散体减小成单独颗粒的可爆流。使用3psi的气压和1/16英寸喷嘴口可以获得该气流。粉末落入1英寸直径腔内的气体喷流中，其中该腔从1又1/2英寸的开口平缓变窄到3/8英寸的喷嘴出口开口。借助于使用200目粉末，离开该喷嘴系统的粉末-气体弥散体中没有关于凝聚物的可视证据，且在点火后获得基本完全燃烧(在燃烧后小于0.1％被回收)。
图3b示出了类似于图3a中所示的漏斗和推进加料器。如图3a所示，漏斗310是锥形的。推进加料器312位于漏斗310内。图3b示出了多个纵向支撑构件320。在一些实施例中这些构件320提供对漏斗310的附加结构支撑。漏斗310的其他实施例不具有支撑构件，而其他实施例包括的支撑构件可以以各种方式被定向，例如成角度地。
B.附加范例
其他实施例，图4所示系统400使用下落漏斗402。下落漏斗402的特征在于不存在用于使容纳在漏斗402内的粉末搅拌以及竖直运动的推进加料器。粉末主要由于重力而竖直运动。为了增强粉末的运动并且减少漏斗内凝聚物的产生，一个或多个振动器403可以位于接触或邻近于漏斗402、粉末和/或二者。这个漏斗402设计可以包括用于搅拌漏斗403内粉末的机构。
粉末供应从大型存储箱404传送到下落漏斗402的顶部，进料给水平推进加料器管406，该水平推进加料器管406将计量的量的粉末传送到推进加料器管406的端部408，在该端部408处粉末下落到湍流腔409和喷嘴410，如上所述。推进加料器管406容纳由动力源411提供动力的推进加料器(未示出)。粉末可以根据各种实施例所需而下落任意距离。例如，粉末可以下落1英寸、1-2英寸、2英寸、2-6英寸、6-12英寸和1-12英尺。可替换地，在中间存储漏斗402可以开放于大气压的案例中，进入湍流腔409的气流可以经由气体喷流的真空生成环状阵列传送。通过施加到漏斗内容物的震动和搅拌以及漏斗402底部的尺寸(例如锥形)以及管406内推进加料器(未示出)的旋转速度来管理粉末传输速率。这个设计的优点在于使用小的气流和压降并且对于小至50克/分钟的粉末流率而言是有效率的。更大的气流率、喷嘴直径和更大的粉末传输速率可以获得更大的粉末流率。
对于下落漏斗402的重力进料底部开口而言，理想的是在1英寸或更大直径范围内。同样理想的是在粉末积聚之前从这个落下离开区域移除粉末。因此粉末可以下落到1英寸直径的水平推进加料器管406的节段或者如果省略了水平推进加料器管406则粉末下落到气体喷流(压缩气体源407所供应的)，从而被其直接引导到弥散喷嘴410和喷嘴的延伸件(如果需要的话)。当离开喷嘴410时，弥散体经过点火源411。
图4a更详细地示出了水平推进加料器管406、湍流腔409和喷嘴410。在一个实施例中，推进加料器管406是容纳推进加料器412的1英寸直径管子。推进加料器416运转成使得粉状燃料前进直到到达点408，在该点408处粉末下落到湍流腔409内。在这个实施例中，湍流腔是3/4英寸ID“T”型配件，且一端闭合成只有1/16英寸的开口以便气体流动。湍流腔被连接于喷嘴410。如所述，喷嘴410可以连接于延伸管416。可替换地，喷嘴410可以经由延伸管416连接于湍流腔409。
在一些实施例中，例如当使用80目燃料时，有利的是通过使推进加料器管406的端部通风而提供附加气流。这可以以各种方式来实现，例如在端部418内设置孔或者使得端部418装备有可移除盖。用于通风的方式可以是可调的。
本发明的另一个实施例描述于图5。同样，漏斗被用于分配粉状燃料。粉状燃料被传输至漏斗502的成角度侧开口504，通过漏斗502竖直推进加料器306将粉末向下驱动到推进加料器管的计量区段308内，计量粉末流从该计量区段308落到气体喷流弥散腔510，该腔510的出口导向喷嘴512。对于来自存储漏斗的连续粉末供应，对所有下落系统而言有利的是具有用于粉末传输的侧入口端口。喷嘴512可以是附连于漏斗502的金属延伸件。喷嘴512的端部可以卷曲成槽以便足以再次弥散形成在喷嘴延伸件内的凝聚物。粉末传输速率也被与图2相同的中间漏斗尺寸因素所管理，不过这个系统中粉末传输的速率可以直接被推进加料器转速(rpm)管理。推进加料器计量区段的长度可以根据使用的粉末而减小。
图5示出的实施例可以具有各种尺寸从而满足本发明在此的各种应用。一个可能的实施例中，系统500a被示出于图5a。粉末供应被传输到下落漏斗502a的成角度侧开口504a，且被震动(由振动器514a提供的)且被竖直推进加料器506a搅拌，该竖直推进加料器506a驱使粉末下落到推进加料器管的计量区段508a内，计量粉末流从该计量区段508a落到湍流腔510a，该腔510a的出口导向喷嘴512a。漏斗的锥形尺寸、表面特征、震动以及搅拌确保了粉末平缓地供应到推进加料器，这允许通过推进加料器rpm对粉末传输速率进行直接控制。推进加料器的计量区段508a的长度可以根据使用的粉末而减小。
这个实施例中的推进加料器506a具有7/8英寸直径且具有11/4英寸节段间隔并封装在1英寸内直径的管子内。
对于使用单一气体喷流来弥散的喷嘴系统而言，粉末从推进加料器的端部下落到湍流腔510a内，在这个示例中该湍流腔510a是3/4英寸ID管且长2英寸。可替换实施例可以使用用于湍流腔510a的“T”型配件。湍流腔310a的一端被塞住只留一个1/16英寸的孔以便连接气体源。气体源以近似3-10psi的压力以近似1-3立方英尺每分钟的流率来提供气体。湍流腔510a的另一端导向喷嘴512a。在这个情况下，喷嘴512a具有5/16英寸ID的孔口，该孔口开放至3/4英寸ID从而连接于湍流腔510a，并且该孔口具有1又1/2英寸长度。这个系统可以有效地用于200目硬木和80目松木、325目粉状草料以及粉状糖、淀粉或面粉。
在这个系统的一个实施例中，Exair Line Vac提供气体喷流的环形阵列以便辅助排空弥散腔并且可以用于代替上述出口喷嘴。Exair出口的1/2英寸ID开口被减小到3/8英寸ID塑料管。
如同这里描述的其他实施例那样，上述实施例可以由各种部件组装而成。在上述示例中可从俄亥俄Westlake的NordsonCorporation获得的Nordson#900650c CHO6F延伸软管被连接于喷嘴。从12伏DC风扇马达制成振动器514、514a，所述12伏DC风扇马达具有10克重量，距轴偏移近似3英尺，且以近似1800rpm运转。减速以产生近似20rpm的搅拌叶片的12伏DC风扇马达为推进加料器提供动力。
本发明的另一个实施例描述于图6。同样，漏斗602保持并分配粉状燃料。粉状燃料可以经由在成角度侧开口606之上的气闸604被传输，因为第二气体供应608可以被用于辅助粉末运动到下落气体弥散喷嘴腔610。可替换地，到弥散喷嘴614的气流612可以经由气体喷流的真空生成环形阵列被传输，在此情况下，中间存储漏斗602可以开放于大气压。在这些系统中不需要推进加料器。振动器616、618、620可以将震动施加到漏斗壁并且搅拌内容物从而确保均匀的粉末流动到漏斗之下的弥散腔610。
本发明的又一实施例被描述于图7。如前述实施例，漏斗702保持并分配粉状燃料。所示实施例包括可选成角度侧开口704。不同于前述实施例，系统700包括内部混合器706以便搅拌粉状燃料。齿轮马达708可以驱动混合器。
所有上述示例示出为具有用于向漏斗供应粉末的气闸系统或者具有开口侧端口粉末输送点。在某些实施例中，当气体供应被引入到漏斗内时使用气闸。在可替换实施例中，例如在任意这些系统中使用成角度侧端口。
如同在此描述的其他实施例那样，上述实施例可以由各种部件组装而成。在上述示例中，使用StrikeMaster模型VO6829AA83的24伏DC马达来搅动内部混合物706，该马达被齿轮啮合成以产生近似15rpm并且该马达可从明尼苏达Big Lake的StrikeMaster IceAugers获得。推进加料器马达是可从日本Aichi的Denso Corporation获得的Denso 12伏10u R730557-7030马达，且该马达被设定成在12伏以近似160rpm运转。
推进加料器轴管是从北卡罗莱纳Charlotted的CharlottePipe and Foundry Company获得的3/4英寸PVC管子。列出的其他管子部件涉及具有指定内直径的PVC管子。然而，这里描述的示例是用于阐述本发明原理的示例。为此，本领域技术人员公知的任意材料，例如不锈钢，可以代替PVC或者这里描述的任意其他部件。
图8a-8f示出了用于容积式粉末弥散的多个旋转盘800、806、812。每个盘800、806、812包括接收一定体积的粉状燃料的多个凹槽802、808、814。如图8a-8f所示，各种形式可用于实现具体目的，例如粉末弥散速率和粉末弥散形式。在一些实施例中，旋转盘包括用于安装和旋转的中心开口804、810、816。
图8g示出了包括旋转盘816和漏斗818的容积式粉末弥散系统。旋转盘816旋转从而弥散可控量的粉状燃料。当旋转盘816旋转时，旋转盘816内的凹槽对齐于漏斗818底部处板(未示出)内的一个或多个孔，从而允许粉状燃料流动进入凹槽内。当旋转盘816继续旋转时，离心力导致粉末从旋转盘816弥散。在一些实施例中，漏斗818包括推进加料器，该推进加料器包括轴822和一个或多个叶片824。在一些实施例中，轴822旋转旋转盘816。在进一步实施例中，漏斗可以包括振动器826以便促进粉末流动。在一些实施例中，振动器826可以产生超声(超音)波。马达、伺服电机或其他动力源使得旋转盘816(以及在一些实施例中的推进加料器)旋转。
图8h示出了漏斗818底部处的板和旋转盘816之间的相互作用。如所述，板包括孔828。在阴影区830内，孔828和旋转盘816的凹槽832对齐并且粉末流入凹槽832内。当旋转盘816旋转时，由于离心力而弥散粉末。可以通过调整旋转盘816的旋转速度来调整弥散形式。例如，虚线834代表了较低旋转速度时弥散的半径，而线836代表了较大旋转速度时弥散的半径。
在一些实施例中，粉末弥散系统可以包括安装在漏斗内或漏斗之下的旋转线刷，从而使得可能在粉末中形成的任何凝聚物流化。适当的刷子可以来自于包括马里兰Baltimore的DEWALT IndustrialTool Co.的各种产品。
其他容积式粉末弥散装置可被用于本发明在此的实施例。在往复容积式粉末弥散装置中，固定滑块直接匹配在往复滑块之下。当对齐时，粉状燃料的一个或多个微型部分同时从上计量滑块释放并且落入通过下遮蔽滑决，进入空气流中立即弥散或者落入传送带或架或桌以便使用文中其他地方描述的技术随后弥散。这个实施例的主要优点在于将可爆粉末的微小良好受控部分转换成连续流，从而精确地进行体积进料控制。
在另一个实施例中，线性推进加料器系统被用于填充粉末弥散装置。一个或多个线性推进加料器进料给多个粉末弥散装置，这些粉末弥散装置可以位于彼此邻近。例如，在直列四缸发动机中，单一线性推进加料器可以进料给四个粉末弥散装置。在另一示例中，V-8发动机中，第一线性推进加料器可以进料给在发动机一侧上的四个粉末弥散装置，而第二线性推进加料器进料给在发动机另一侧上的另四个粉末弥散装置。这个线性推进加料器系统特别兼容于图13a所示且在此描述的离散汽缸进料系统。
各种控制技术可用于确保微型漏斗供应。在最简单的实施例中，对于四缸PDPD构造而言，粉末的近连续流将被长推进加料器驱动通过每个漏斗，且粉末响应可用空间而掉落，从而保持满的微型漏斗，所述漏斗先从距供应系统最近处至最远处填充。在最远漏斗上与粉末供应系统通信的水平传感器最终控制进料频率和速率。
另一个实施例使用堆叠的多个盘漏斗计量以便连续且平缓地进行PDPD粉末进料。这个系统使用在漏斗之下堆叠的三个盘来以“斗组(bucket brigade)”方式执行计量、处理和线性弥散功能的离散序列。每个均是下一个的屏蔽和出口。顶部盘具有沿半径/直径线的一个或多个通槽从而建立进料区域并且设定最大容量。在最简单的实施例中，这个盘是固定的，不过这并不是严格要求，因为盘可以以旋转比啮合在一起从而更好地实现相同功能。
在运转中，粉末下落通过第一盘的孔口槽，并且位于第二盘的实心空白表面上，第二盘与其下的盘密切接触，而第二相同带槽下盘继续旋转。当第二下盘的槽对齐于固定顶部盘时，一定体积的粉末立即落入到盘#2的带槽室内。其底部是由第三或最下层旋转盘的空白表面形成。盘#3相对于盘#2以更高速度比旋转。盘#3的槽被构造成呈角度的，而不是径向地，从而使得粉状燃料线性传送通过并离开盘#3上的成角度槽。
根本结果是使用在本申请其它地方描述的方法将连续体积流的粉末然后弥散到盘#3之下的区域内并且夹带到空气/粉末弥散体中。结果是得到均一、平缓且非脉冲的流。超声能量可以有助于高度精确地执行本实施例。本领域的任意技术人员使用比例型齿轮驱动可以制造该三盘组件，并且当在电子控制之下使用DC或其他驱动器来驱动时该组件可在较广的速度范围内起作用。
在另一个实施例中，粉末弥散装置包括体积型长方形“梯子”或袋输送机计量进料系统。这个实施例使用体积方法、袋输送机类型来从上述圆形、椭圆或长方形脉动或供应漏斗移除已知量的粉末材料。通过远程系统使用对于粉末供应控制和振动(例如超声振动)的水平传感来供应这个漏斗，从而确保均一流随时间流入计量装置并且确保大的动态运转范围。
“梯子输送机”包括使用线性链型输送机，具有被划分、分段的“梯级”从而产生用于粉末计量的一系列公知体积。这些“梯级”可以是薄的金属叶片或其他分隔“壁”从而容易地连接于柔性传送链机构和平滑地接触于漏斗表面。这个分隔叶片链可以与输送机的柔性底部整体成型从而形成一个连续组件，或者跨在以相同速度运行的另一个传统输送带(形成“袋”容积的底部)的顶部。
这个方法的主要优点在于它能够提供对于预测量体积部分的可爆粉末的连续供应，同时以可变速度模式运行并且在较广流动条件和速率的动态范围内被DC或脉冲步进马达驱动。
图9示出了用于分配粉状燃料的套件/系统900的实施例。提供粉状燃料存储漏斗902以便存储粉状燃料。振动器904被附连于漏斗902从而提供搅拌以便促进粉状燃料的流动。粉状燃料从漏斗902流动到推进加料器驱动的进料线或导管906中，该进料线或导管906使粉状燃料运动到中间粉末存储箱908内。振动器910被连接于中间粉末存储箱908从而搅拌粉状燃料。压缩气体从压缩气体源912被泵送到中间粉末存储箱908内从而使得粉末流化。在一些实施例中，压缩气体进入这个中间粉末存储箱908的底部。在其他实施例中，压缩气体从例如侧壁或顶部的其他区域进入箱908。
抽气粉末泵916延伸到中间粉末存储箱908内。泵916接收来自导管918的压缩气流。泵916通过文氏效应将粉状燃料从箱908向上抽出，其中气体快速运动通过泵可产生气压的局部降低，从而允许粉状燃料向上流动。被泵916从箱908抽出的粉状燃料可以与来自导管920的附加气体混合。压缩气体和/或粉状燃料混合物可以被电极922充电，在一些情况下，该电极922可以是高压电极。
粉状燃料混合物在导管924内被传送到燃烧装置926。燃烧装置926可以包括这里描述的大量不同装置，例如熔炉或发动机。在这个具体实施例中，燃烧装置926包括用于点火粉状燃料混合物的电弧装置928。发电机930可以为电弧装置928提供动力。控制系统932可以控制电弧发电机930并且可以被连接于例如光或热传感器934、936的传感器从而检测电弧和/或火焰的存在性。控制系统932可以被连接于系统900中的任意其他部件从而控制和/或协调粉状燃料混合物的产生。
图10示出了用于与这里描述的系统和方法一起使用的火焰支架和偏向器。使用这种支架会增大粉状燃料的燃烧，特别是当粉末燃料中包括的粉末颗粒大于200目时。如果当粉末-气体混合物被喷射出喷嘴1004并且被点火源1006点火时颗粒不完全燃烧，则颗粒将落入紧邻火焰1008的火焰支架。位于支架1002上的未燃烧颗粒被暴露于高温并且燃烧。
例如，已经证实了，使用80目软木，且燃料流率小于3立方英尺每分钟(cfm)且喷嘴压力为8psi时，则近似4％的粉末在没有完全燃烧的情况下从火焰掉下。使用火焰支架会导致这些颗粒的完全燃烧。
此外，火焰支架1002也可以通过附加弯曲或成角度端部1010而用作偏向器。当用于熔炉实施例中，支架/偏向器将使得火焰朝向锅炉向上偏转。支架/偏向器可以是适于在具体燃烧装置中使用的任意尺寸，例如支架可以是6英寸宽、10英寸长且具有在端部延伸5英寸的向上偏向器。
火焰支架1002也可以通过使能量偏向(可能在火焰支架方向内损失的)而提高燃烧装置的效率。为了增强这个特征，可以使用反射性涂层来处理火焰支架1002的实施例。在其他实施例中，火焰支架1002可以包括绝缘材料从而限制通过火焰支架1002的热损失。示例性绝缘材料包括但不限于玻璃纤维和陶瓷。
点火源1006可以使能够点火燃料混合物的任意装置，例如，如消耗甲烷或丙烷的引火或火焰以及电火花或电弧。如果火焰支架1002的上表面是热保持材料和/或导热材料，例如固体陶瓷，则火焰支架1002可以提供足够的热量来点火燃料/气体弥散体。在这个实施例中，仅冷启动时需要点火源1006。
V.适于粉状燃料的熔炉
相比于将套件添加到现有装置上从而将其改装成利用粉状燃料源，对装置进行修改以便利用粉状燃料可以被并入任意装置的原始设计中。这种原始设计及改型方法，例如允许使用本发明粉状燃料的设计，意于落入本发明范围内。
因此，一个具体实施例提供一种熔炉，其被改装成使用这里描述的能量源通过粉状燃料爆燃而运转，该熔炉包括：喷嘴；连接于喷嘴的湍流腔；连接于湍流腔的粉末弥散装置；以及连接于湍流腔的压缩气体源。在具体实施例中，喷嘴和湍流腔可以直接连接或者被第一导管连接。此外，粉末弥散装置和湍流腔可以直接连接或者被第二导管连接。此外，压缩气体源和湍流腔可以直接连接或者被第二导管连接。
粉末弥散装置可以包括漏斗，例如其中漏斗包括气闸，还包括与漏斗接触的振动器。漏斗可以是锥形的。此外，粉末弥散装置还可以包括位于漏斗内的推进加料器；以及连接于推进加料器以便旋转推进加料器的动力源。可替换地，粉末弥散装置还包括位于漏斗之下的水平推进加料器。在具体实施例中，粉末弥散装置还包括位于漏斗内的混合器。
在附加实施例中，本发明的熔炉还包括点火源、火焰支架、热交换器和/或锅炉。在某些实施例中，点火源产生电火花。在某些实施例中，点火源是引火。
通过利用示例性实施例及其改型还可以了解本发明，改型应被大体认为可应用于套件。
A.范例及其改型
图11示出了粉末燃料改造熔炉1100的实施例。熔炉1100可以以原始设计的形式被特别制成用于粉状燃料和/或液体燃料，或者熔炉1100可以被改装成用于粉状燃料，例如通过使用在此公开的一种套件。如这里所述的提供粉末分配装置1102。粉状燃料分配装置1102向湍流腔1104提供粉末，其中粉状燃料随气体弥散到湍流腔1104中。燃料混合物被喷嘴1106释放到熔炉1100内，在熔炉1100处被点火源1108点火。如这里所述，点火源1108可以是用于点火燃料的任意公知装置，包括如火花塞和压电装置的电火花装置以及引火。产生火焰1110。
根据熔炉1100可以各种方式来利用因粉状燃料燃烧而产生的热量。在锅炉型熔炉中，子系统1112是包含如水的液体的箱，该液体被煮沸以便产生蒸汽。这个蒸汽被用于加热所需区域。在其他熔炉中，例如在受迫热空气系统中，子系统1112是热交换器，其中由火焰1110产生的热燃烧气体经过热交换器而提供热量。熔炉1110可以包括一个或多个烟道914a、914b从而排放例如二氧化碳的燃烧气体。熔炉的类型以及例如对于熔炉1110安装的可用尺寸的其他考虑因素可影响烟道的位置。
在一些实施例中，熔炉900包括火焰支架1116。如在此所述，火焰支架通过捕获未燃烧颗粒以便被火焰1110进一步燃烧而促进粉状燃料的更有效燃烧。
VI.粉状燃料改造发动机
另一具体实施例提供一种发动机，该发动机例如被改造成使用在此描述的能量源通过粉状燃料爆燃而运转，该发动机包括被具有孔的汽缸体限定的汽缸；汽缸盖，其连接于汽缸体的顶部；以及被接收在汽缸体的孔内的活塞；与汽缸盖连通的进气阀；邻近进气阀的进气歧管；粉末弥散装置；以及气流传感器。
在一些实施例中，粉末弥散装置被连接于进气歧管。在这些实施例中，进气歧管提供足量的空气流和/或湍流以便粉状燃料弥散在空气内，并且进气歧管有效地代替湍流腔。可以通过在进气歧管内增加一个或多个节流板(例如在邻近粉末弥散装置和进气歧管之间的接口处)而增强粉末弥散。
其他实施例提供例如四冲程发动机或二冲程发动机的发动机，包括：被具有孔的汽缸体限定的汽缸；汽缸盖，其连接于汽缸体的顶部；以及被接收在汽缸体的孔内的活塞；与汽缸盖连通的进气阀；邻近进气阀的进气歧管；用于弥散气体和粉状燃料的可爆混合物的喷嘴，例如其中喷嘴是文氏抽吸器或粉末喷射泵；连接于喷嘴的湍流腔；连接于湍流腔的粉末弥散装置；连接于湍流腔的气体源；以及气流传感器，例如质量流量传感器。例如喷嘴可以连接于进气歧管和/或汽缸。在具体实施例中，气流传感器选自包括脉管仪质量流量传感器、热丝质量流量传感器、冷丝质量流量传感器和隔膜质量流量传感器的组。在某些实施例中，这个气流传感器可以位于进气歧管内，连接于进气歧管，和/或与粉末弥散装置连通地连接。在某些实施例中，通过气流传感器来管理粉末弥散装置的速度。
在某些实施例中，发动机是选自包括五冲程发动机、六冲程发动机、Bourke发动机、旋转发动机和Wankel发动机的组中的一种类型。
在此考虑部件的多种实施例。例如，本发明的发动机中的喷嘴与汽缸可以具有1比1的比，且本发明的发动机还包括用于为粉状燃料或汽缸体充电的电极，并且还包括在油中的石墨胶质弥散体，该弥散体位于汽缸体的孔上，例如其中胶质弥散体包括在油中的300目石墨粉末。发动机还可以包括液体燃料喷嘴，例如文氏抽吸器，其连接于进气歧管以便弥散液体燃料，例如其中液体燃料喷嘴与汽缸具有1比1的比。在另一实施例中，本发明的发动机还可以包括位于进气歧管内并且邻近进气阀的节流板。
在附加实施例中，发动机还包括与汽缸盖连接的液体阀，在可爆混合物点火之前、时及/或之后该液体阀适于将水释放到汽缸内。流体可以是水、润滑剂和/或促进燃烧的物质。促进燃烧的适当物质包括启动流体，例如包括二甲醚的启动流体。发动机还可以包括与汽缸盖连接的润滑剂阀。
在具体实施例中，发动机包括从如下组中选择的一个或多个传感器，该组由发动机温度传感器、发动机速度传感器、节气门传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气传感器、排气传感器、空气质量流量传感器、空气/燃料比传感器、燃料流量传感器、氧传感器、加速计传感器、粉末供应传感器、声音传感器、粉末传感器、真空传感器、压力传感器、位置传感器、喷射持续时间传感器、粉末进料速度传感器、静电荷传感器、湿度传感器、水分传感器、颗粒尺寸传感器以及爆震传感器(knock sensor)组成。
发动机也可以包括燃料控制器，燃料控制器与一个或多个传感器连通地连接并且适于调整从喷嘴释放的可爆混合物的量。燃料控制器可被用于调节可爆混合物的量从而维持在排出气体中的至少最小百分比的氧气，或者用于将排出气体温度维持在500℃之下。在某些实施例中，燃料控制器是闭环系统。
在一些实施例中，发动机可以包括与燃料控制器通信地连接的用户界面。用户界面可以被设置成允许用户选择所需燃料和/或燃料混合物。在一些实施例中，用户界面可以运行用户超控燃料控制器而手动选择燃料和/或燃料混合物的性能。这种构造对于寒冷天气下启动以及/或者发动机“注满(flooded)”粉末时是有利的。
用户界面可以是本领域技术人员公知的任意界面。界面可以是简单的模拟装置，例如可从加利福尼亚Santa Ana的Split Second获得的模拟控制器。用户界面的其他实施例可以包括数字控制和/或显示器，包括但不限于发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)以及触摸屏界面。
本发明的发动机可以被特别改造成使用在此描述的粉状燃料。例如，如在此所述，发动机可以改造成使用硬木颗粒、软木颗粒或草料颗粒。
通过利用示例性实施例及其改型还可以了解本发明，改型应被大体认为是对于套件的应用。
A.范例及其改型
这里描述的本发明的另一个实施例是内燃发动机，其被优化成部分或全部基于粉状燃料运转。在此描述的原理可应用于任意类型的内燃发动机，例如二冲程发动机、四冲程(奥托循环或柴油循环)发动机、五冲程发动机、六冲程发动机、Bourke发动机、旋转发动机和Wankel发动机。为了有效率，说明书在此描述了改造成使粉状燃料爆燃的四冲程发动机(除非另作说明)。
如图7所示，四冲程发动机1200可以包含被具有孔1204的汽缸体1202限定的一个或多个汽缸、连接于汽缸体1202的顶部的汽缸盖1206以及被接收在汽缸体1202的孔1204内的活塞1208。代表性地，多个汽缸体1202被结合在单个的铸造和机加工发动机本体或由一个或多个模块形成的发动机本体内。汽缸体或发动机本体可以由各种材料形成，例如铸铁和铝。
进气阀1210和排气阀1212被连接于汽缸盖1206从而允许气体、燃料和排气进入并离开汽缸。阀1210、1212和用于操作进气阀和排气阀1210、1212的阀系组件(valve train assembly)是公知的，并且任意现存或以后发明的阀系技术可以适用于这些实施例，例如由顶置凸轮轴致动的阀、整体凸轮系统(推杆系统)以及使用如螺线管的电子系统的无凸轮阀系。
进气阀1210邻近进气歧管1214，在进气歧管1214处存在燃料气体混合物。在发动机1200运转期间，在不同点处燃料混合物可以不同地包含不同量和/或比例的燃料。例如，在启动时，发动机可以燃烧空气和液体的混合物，该液体例如汽油、柴油燃料、煤油和/或喷气式燃料。在其他时间，发动机1200可以燃烧空气以及液体和粉状燃料的混合物。在其他时间，发动机1200可以燃烧空气和粉状燃料的混合物。为了有助于这些多燃料的能力，进气歧管1214与用于弥散粉末-空气混合物的一个或多个喷嘴1216连通。进气歧管1214也可以与用于弥散液体-空气混合物的一个或多个燃料喷射器或化油器(未示出)连通。喷嘴1216可以位于进气歧管1214壁上并且可以具有多个喷嘴1216，例如接近每个汽缸的进气阀1210具有一个喷嘴1216。可替换地，每个汽缸具有少于一个喷嘴1216。这个喷嘴1216仍可以位于进气歧管1214上。可替换地，如果发动机1200使用不作为进气歧管1214的部分的节气门阀或化油器(未示出)，则喷嘴1216可以设置成接近或连接于节气门阀(节气门主体)或化油器。喷嘴1216可以是这里或全文中描述的任意类型喷嘴。具体应用可以使用文氏抽吸器或粉末喷射泵。
在一些实施例中，进气歧管1214可以被省略，并且喷嘴1216可以直接连接于汽缸盖。
在其他实施例中，单独节流板位于进气歧管1214内并且邻近进气阀1210。节流板可以用于调节通过进气阀1210进入汽缸的气流并且/或者为了更好的粉末分配而产生湍流气流。此外，在某些实施例中，节流板可以允许进气歧管在标准大气条件即标准大气压下运转(不同于低于标准大气压)。通过确保将进气歧管保持在标准大气压，这个实施例中的粉末弥散系统可以更好地调节流，因为粉状燃料不会被进气歧管和粉末分配系统之间的压力梯度抽吸通过推进加料器。
在某些实施例中，为了有助于响应性能，特别是当加速时，粉末分配系统1218可以设置成紧邻发动机1200，并且更具体地，粉末分配系统可以位于接近每个进气歧管1210，例如通过将粉末分配系统1218安装在进气歧管1214的外侧。粉末分配系统在此被更详细地描述。如上所述，可通过导管1220将粉状燃料从来自更大的粉末分配系统(未示出)进料给粉末分配系统1218。在一些实施例中，更大的粉末分配系统可以位于车辆后部，而发动机1200与更小的粉末分配系统1218位于车辆的前部，从而保留靠近发动机处的重要空间。
粉末分配系统1218将受控体积的粉状燃料分配到湍流腔1222，在一些实施例中，粉末经由导管1224与来自压缩气体源(未示出)的气体混合。在此描述压缩气体源。在具体实施例中，可通过被来自发动机的排气提供动力的涡轮增压器来提供压缩气体。涡轮增压器是本领域公知的并且不进一步在此描述。压缩气体的流率可以被设定成任意足以产生粉末-气体混合物的速率，不过一般小于8cfm。
可以通过将可变电阻器(例如10欧姆可变电阻器)附加到粉末分配系统1218的粉末供应电路来改变来自粉末分配系统1218的流率。如果弥散体和传输气体供应仅是发动机进气的一小部分，则气体流率不必改变。
四冲程发动机的运转是公知的并且因此在此仅简要概述。四冲程发动机的特征在于(1)进气/吸气冲程，(2)压缩冲程，(3)做功冲程，以及(4)排气冲程。当活塞距曲柄轴最远并且因此最靠近汽缸盖时，循环开始于上止点。在进气/吸气冲程中，活塞下降将气体和燃料的混合物通过进气阀抽吸到汽缸内。进气阀关闭并且压缩冲程压缩燃料混合物。
当气体-燃料混合物被奥托循环发动机内的火花塞1226或者其他点火源或者被柴油循环发动机内的热量和压力点火时，做功冲程开始。在做功冲程中，燃烧气体得到的膨胀将活塞下推。在排气冲程中，排气阀打开并且活塞返回到上止点，从而将排气推出汽缸。
这里描述的对发动机的几种增强可以被用于提高发动机的性能和使用寿命。例如，当发动机被设计成用于双燃料消耗时，添加剂可以被加入到液体燃料以便从阀密封中移除焦油。适当的添加剂描述于Rath等人的美国专利No.5,112,364以及Campbell的国际公布No.WO 85/01956中。附加地或可替换地，是从佛罗伦萨Boca Raton的STP商业获得的燃料添加剂，以及从德克萨斯Houston的SOPUSProducts获得的产品
定期使用进气清洁剂可以有助于提高适于使用粉状燃料的发动机的性能和使用寿命。进气系统清洁剂可商业获得并且包括可从明尼苏达St.Paul的3M以及加利福尼亚Santa Ana的MotorVac获得的清洁剂。
在其他实施例中，一个或多个阀可以被连接于汽缸体或汽缸盖以便将物质释放到汽缸内。水阀可以将水释放到汽缸内，例如在做功冲程期间。在一些实施例中，水阀可以包括喷嘴并且水可以被喷洒或喷雾。在其他实施例中，例如在二冲程发动机中，润滑剂阀可以将润滑剂释放到汽缸内作为一般容纳在燃料/油混合物中被二冲程发动机所消耗的润滑剂的代替和/或补充。在一些实施例中，润滑剂可以被喷洒或喷雾。
在其他实施例中，喷嘴可以改造成当粉状燃料颗粒进入进气歧管时将负电荷施加到粉状燃料颗粒上。通过同样将负电荷施加到例如化油器、进气歧管、汽缸体等的发动机部件，燃料颗粒可以排斥发动机部件从而减少发动机结垢。可以通过电极以30-95KV充电且在泄漏电流为15-70微安的情况下施加负电荷。
在油中石墨的胶质弥散体可以被用于附加的发动机润滑剂。石墨油可商业获得，例如伊利诺伊Northbrook的Krex，Inc.的商标名下。石墨弥散体具有附加优点：吸收来自汽缸体的负电荷，从而排斥来自润滑剂的颗粒。
在一些实施例中，燃料控制器可以调节被释放到进气歧管内的(液体和/或粉状)燃料体积。燃料控制器可以是本领域技术人员公知的任意硬件、软件或机械部件，例如计算机、微处理器以及RISC微处理器。示例性系统和部件被描述于大量文献中，所述文献包括RossBannatyne的Electronic Control Systems(2003)、AIi Emadi，ed.的Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives(2005)、Ronald K.Jurgen的Automotive Microcontrollers(1998)以及Ronald K.Jurgen的Automotive Software(2006)。
燃料控制器可以连接于一个或多个传感器，例如发动机温度传感器、发动机速度传感器(转速器)、节气门传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气传感器和排气传感器。传感器是本领域中公知的并且可从各卖主处获得，卖主包括密歇根Troy的DelphiCorporation。
燃料控制器也可以接收指示关于车辆内使用的燃料的数据的附加输入。例如，关于粉状燃料的数据可以包括燃料的类型(例如硬木、软木、草料、金属、煤炭、塑料)和燃料的规格(例如颗粒尺寸、灰分百分比、挥发物百分比)。关于液体燃料的数据可以包括燃料的类型(例如汽油、柴油燃料、煤油)和燃料规格(例如辛烷含量、添加剂)。输入可以被例如车辆内的控制台或者燃料存储或传输系统中的传感器所传输，或者输入可以被预置。
燃料控制器可以基于来自一个或多个传感器的一个或多个输入调节燃料流率。例如，当节气门打开以便允许更多气体流入进气歧管时需要附加燃料。在更高水平，可以控制燃料流从而最小化排放。可通过维持当量比燃烧反应来减少排气，在该燃烧反应中对于粉末燃料和任意其他燃料而言具有足量氧气以便完全氧化/燃烧。
此外，燃料控制器可以调整燃料流率从而最大化发动机性能。例如，当需要小于在基于100％液体燃料运转时所产生的最大发动机马力的50％的条件下，粉状燃料是特别有效率的。此外，将排气温度维持在500℃以下可以最小化灰分产生，从而减少阀结垢。
图13a示出了粉状燃料发动机1300a的示例性实施例的各个方面。例如空气的气体通过进气口1302a进入发动机。在进入进气口1302a之前、期间或之后，气体可以经过过滤器，例如本领域公知的汽车空气过滤器。经过进气口1302a的气体量由空气传感器测量，例如空气质量流量传感器1304a。空气质量流量传感器进一步在此被描述。一部分气体从进气口1302a转移到压缩机1306a，例如离心式鼓风机。节流板1308a调节进入压缩机1306a的气流。另一个节流板1310a(节气门主体)调节进入进气歧管1312a的剩余气流。
压缩机1306a通过导管1316a提供气流给容积式粉末分配器(PDPD)1314a。PDPD 1314a连接于进气歧管1312a。在一些实施例中，内部PDPD 1314a在进气歧管真空压力下运转。在一些实施例中，PDPD 1314a完全或部分地位于进气歧管1312a内。粉状燃料从粉末分配器分配到进气歧管1312a，在该进气歧管1312a中产生燃料/气体弥散体。如这里所述，该弥散体通过阀1320a被抽吸到汽缸1318a内。
如这里所述的发动机1300a克服了在可变输出燃烧装置(例如汽车发动机)中使用粉状燃料的主要问题。因为气流被用于产生并维持粉状燃料弥散体，所以当节气门1310a闭合(例如冷启动)时，在粉状燃料发动机中的先前尝试不能提供满意的性能。这里提供的实施例通过使用“补给气体(make-up gas)”克服了这个问题，该补给气体经过节气门1308a到压缩机1306a、经过导管1316a到PDPD 1314a。该生成允许产生并维持粉状燃料弥散体，即使当节气门1310a闭合或部分闭合时也是如此。
在一些实施例中，在点火前由辅助气体源提供“补给气体”。在一些实施例中，可以在发动机点火前致动压缩机1306a，并且在发动机发动前，节流板1308a部分或完全打开从而允许产生粉状燃料弥散体。在其他实施例中，可以在发动前由压缩氧气箱提供例如纯氧的气体。
图13b描述了粉状燃料发动机1300b的另一个示例性实施例。同样，例如空气的气体通过进气口1302b进入发动机。经过进气口1302b的气体量由空气传感器测量，例如空气质量流量传感器1304b。一部分气体从进气口1302a转移到压缩机1306a，例如离心式鼓风机。节流板1308a调节进入压缩机1306a的气流。另一个节流板1310a(节气门主体)调节进入进气歧管1312a的剩余气流。
取代图13中将气流提供到单个PDPD，在图13b中的压缩机1306b将气流提供给每个汽缸的导管1316b。导管1316b将气流引导到每个汽缸的PDPD 1314b(例如在此所述的漏斗系统)。在可替换实施例中，不需要每个汽缸均具有PDPD 1316b。相反，多个汽缸具有一个PDPD 1314b。PDPD与汽缸的示例性比包括1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6；1∶7、1∶8、1∶9、1∶10、1∶11、1∶12；2∶3、2∶5、2∶7、2∶9、2∶11、3∶2、3∶4、3∶2；3∶5、3∶7、3∶8、3∶10、3∶11、4∶3、4∶5、4∶7、4∶9和4∶11。
PDPD 1314a在接近每个汽缸处被连接于进气歧管1312b。在一些实施例中，内部PDPD 1314b在进气歧管真空压力下运转。在一些实施例中，PDPD 1314b完全或部分地位于进气歧管1312b内。粉状燃料从粉末分配器分配到进气歧管1312b，在该进气歧管1312b中产生燃料/气体弥散体。如这里所述，这个弥散体通过阀1320b被抽吸到汽缸1318b内。
图13c描述了粉状燃料发动机1300c的另一个示例性实施例。同样，例如空气的气体通过进气口1302c进入发动机。经过进气口1302c的气体量由空气传感器测量，例如空气质量流量传感器1304c。不同于图13b所示的系统1300b，系统1300c不为绕过进气歧管1312c的气体提供独立节流板。此外，系统1300c包括取代了压缩机或离心式鼓风机的分配器1322c。这个实施例意识到如下事实：大气压力可以足以产生并维持粉状燃料弥散体。此外，这个实施例适于包括涡轮增压器的发动机，该涡轮增压器增大进气压力。分配器1322c可以将气流简单地分到多个导管1316c。在其他实施例中，分配器可以包括例如螺线管的一个或多个控制装置从而将气流震荡到单独PDPD 1314c。
图14a示出了在此描述的粉状燃料发动机的附加实施例。发动机1400a与这里描述的其他实施例类似之处在于包括压缩气体源1402a、湍流腔1404a以及连接于汽缸的粉末弥散装置(例如容积式粉末弥散装置)1406a。粉末弥散装置包括增强性能的附加实施例。超声振动器被连接于粉末弥散装置从而促进粉末流动和弥散。此外，水平传感器1412a连接于粉末弥散装置1406a从而监测在粉末弥散装置1406a内的粉末量。
图14b示出了在此描述的粉状燃料发动机的另一个实施例。发动机1400b包括至少部分地位于进气歧管1414b内的粉末弥散装置1406b。气闸1420b维持粉末弥散装置1406b内的恒定气压，且同时允许粉末流出和流入粉末存储箱。粉末弥散装置1406b与在此描述的其他粉末弥散装置在几个方面不同。粉末弥散装置1406b包括门孔口(gated aperture)1416以便调节粉状燃料的流动。(在其他实施例中，门孔口可以被阶梯式气闸代替。)通过超声波振动器1410b来促进粉末弥散装置1406b内的粉末流动。压缩气体源1402b提供定相送风从而弥散通过门孔口1416b而释放的粉状燃料。在一些实施例中，超声波振动器1418b位于进气歧管1414b内的门孔口1416b之下从而促进粉末弥散和气体湍流。超声波(超声)装置是本领域公知的，并且可以由例如锆钛酸铅(PZT)的压电材料制成。
图15示出了系统1500，用于产生短暂送风从而弥散粉状燃料。气体通过进气口1502进入。在一些实施例中，空气流动通过压缩机1504或分配器从而将空气流分成每个粉末弥散装置的空气流。在一些实施例中，电磁阀1506开启短暂时间段，从而产生送风以便弥散粉状燃料。在其他实施例中，通过步进马达1510来致动旋转阀1508从而产生送风。
图16是用于控制一个或多个粉末弥散系统的微处理器1600的示意图。微处理器1600是本领域公知的能够执行本领域公知的数学操作的电子元件。微处理器1600可以是已知的或以后研发的任意类型微处理器，包括8-bit、16-bit、32-bit、64-bit、多核微处理器和RISC微处理器。微处理器1600接收各种输入，所述输入包括来自传感器和控制器的输入、来自例如用户界面的操作者控制器的输入、来自发动机控制计算机的输入、来自燃料供应系统以及外部数据分析、故障诊断和查阅表(LUT)加载的附加装置的输入。微处理器可以将输出提供给各种装置，所述装置包括用于控制粉末弥散装置的致动器、输出显示器、发动机控制计算机、燃料数据供应监视器以及外部数据分析、故障诊断和查阅表(LUT)加载的附加装置。
微处理器可以通过本领域技术人员公知的通信技术与其他模块和元件通信，通信技术包括硬件串行或并行通信、USB、USB-2、火线、无线或其他端口协议、智能卡、存储卡、密钥、RF发射机应答器以及互联网。
图17a示出了用于控制粉末弥散装置的示意图。通过节气门位置和气流量(通过空气质量流量传感器测量)并参考来自发动机控制计算机1704a的输入来确定燃料流需求1702a。在一些实施例中，发动机控制计算机1704a被构造成优化在发动机利用多种燃料时的发动机性能。一旦燃料流需求1702a被确定，则设定点被传送给粉末弥散控制器，该粉末弥散控制器可以接收附加输入1708a并且为相关装置产生输出1710a，相关装置例如压缩机、门孔口、螺线管等。
图17b示出了用于使用闭环系统来控制粉末弥散装置的示意图。如图17a所示，通过节气门位置和气流量(通过空气质量流量传感器测量)并参考来自发动机控制计算机1704b的输入来确定燃料流需求1702b。在一些实施例中，发动机控制计算机1704b被构造成优化在发动机利用多种燃料时的发动机性能。一旦燃料流需求1702b被确定，则设定点被传送给反馈补偿控制单元1712b。该反馈补偿控制单元可以响应来自传感器的反馈而改变设定点。在一些实施例中，传感器可以包括排气氧传感器、排气流率传感器和排气温度传感器。在一些实施例中，可以通过发动机控制计算机1704b来改变或修正反馈从而实现具体性能目标。
VII.粉状燃料改造装置的附加实施例
通过使用粉末燃烧装置来替换或补充现有燃烧装置，在此描述的粉末燃料、系统、套件和方法可被用于各种应用，包括但不限于热水加热器、衣物干燥器、热气球、草料干燥器、空间加热器和烤箱。
这里描述的粉状燃料可以与在本申请中描述的各种燃烧装置一同使用。其他合适的燃烧装置包括由一个或多个下列制造商生产的火炉：瑞典的Service AB、瑞典的Petrokraft AB、瑞典的TPS Termiska Processer AB、加利福尼亚Woodland的Coen Company Inc.、德国Wuppertal的LBEFeuerungstechnick GmbH、加拿大Queebec的Thermix CombusionSystems Inc.以及加拿大Quebec的Alternative Green Energy SystemsInc.。
VIII.粉状燃料
本发明的粉状燃料可以用于需要替代、高效率、成本有效、清洁且可再生的能源的大量应用中。本发明的粉状燃料不仅相对于替代能源而且还相对于油(世界上最常用燃料源)具有显著优点。例如，优点包括成本有效、燃料效率和安全。
为此，本发明的一个实施例提供粉状燃料。粉状燃料包括具有某种颗粒尺寸分布的粉末：按重量计小于大约5％的颗粒具有大于或等于200目的尺寸；以及按重量计至少大约25％的颗粒具有小于325目的尺寸。此外，可以基于作为可爆燃料的粉末的使用来选择颗粒尺寸。在某些实施例中，颗粒尺寸分布是具有单独尺寸的多种粉末结合的产物。此外，粉末可以包括两种或多种粉末材料的混合物。
公知的是如果粉末-气体混合物与例如空气的氧化剂混合时在点火前能够火焰传播则粉末是可爆的。例如参见Marin Hertzberg &Kenneth L.Cashdollar，Introduction to Dust Explosions，in ASTMCommittee E-27 on Hazard Potential of Chemicals，et al，Industrial DustExplosions 5-13(1987)。然而，本发明为颗粒尺寸提供选择从而控制/利用燃料源的这种可爆性。
通过颗粒尺寸来部分地控制本发明的粉状燃料的可爆性，其中小颗粒一般比大颗粒更具有可爆性。因此，本发明的粉末不以任何方式被粉末所用材料所限制。粉状燃料的示例性实施例包括生物质。在一些实施例中，粉状燃料可以是主干木料、枝干木料、主干树皮或枝干树皮。粉状硬木可以从新泽西Montville的PJ.Murphy ForestProducts Corp.获得。粉状软木可以从俄克拉何马Oklahoma City的Custom Grinding获得。
粉状燃料的一些实施例包含纤维素和/或木质素。例如，粉状燃料可以包括大于近似10％的纤维素，例如20％，例如30％，例如40％，例如50％，例如60％，例如70％，例如80％，例如90％。在某些实施例中具有高木质素含量的粉状燃料将比具有低木质素含量的粉状燃料更快地点火，不过需要更多的燃烧用氧。在具体实施例中，粉状燃料以重量计含有少量灰分，例如小于近似10％，例如9％，例如8％，例如7％，例如6％，例如5％，例如4％，例如3％，例如2％，例如1％，例如0.95％，例如0.90％，例如0.85％，例如0.80％，例如0.75％，例如0.70％，例如0.65％，例如0.6％，例如0.55％，例如0.50％，例如0.45％，例如0.40％，例如0.35％，例如0.30％，例如0.25％，例如0.20％，例如0.15％，例如0.10％，例如0.05％。在干燥后附加实施例含有少量挥发物。例如，以重量计挥发物的百分比可以小于近似10％，例如9％，例如8％，例如7％，例如6％，例如5％，例如4％，例如3％，例如2％，例如1％，例如0.95％，例如0.90％，例如0.85％，例如0.80％，例如0.75％，例如0.70％，例如0.65％，例如0.6％，例如0.55％，例如0.50％，例如0.45％，例如0.40％，例如0.35％，例如0.30％，例如0.25％，例如0.20％，例如0.15％，例如0.10％，例如0.05％。通过使粉状燃料干燥不同的时间段，挥发物的百分百可减小。例如，燃料可以被干燥近似10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230或240分钟。干燥温度可以从150°F到500°F，例如近似150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或500°F。附加地或可替换地，可以通过使用超声(超声波)频率来实现粉末干燥。
粉状燃料的其他实施例由例如超洁净煤的精细煤粉组成。此外，例如油砂、油页岩和煤焦油的可研磨且/或可碾碎的含碳氢化合物固体可被用作粉状燃料。
任意其他可爆粉末可以被用作粉状燃料并且用于这里描述的本发明的任意实施例。其他示例性材料包括例如镁、铝、铁、钛、钽、锌和锆的金属及其化合物和合金，例如镁铝合金、铁钛合金、氢化钛(II)和氢化锆(II)。其他材料包括硼、磷、硅和硫及其化合物，例如碳化钙和辉锑矿。此外，例如PEET的许多塑料当被磨碎时可以被制成可爆粉末。
此外，当燃料符合某种颗粒尺寸分布时，各种类型的粉状燃料可以具有更大的消耗效率。基于包括具体粉状燃料的材料选择这些颗粒分布是落入本发明范围的。在这方面，包括粉状软木颗粒的粉状燃料的示例性实施例提供的适当混合物颗粒尺寸分布为：小于5％(例如4％，例如3％，例如2％，例如1％，例如0％)的颗粒尺寸大于或等于50目，小于15％(例如14％，例如13％，例如12％，例如11％，例如10％)的颗粒尺寸大于或等于80目，并且至少20％(例如21％，例如22％，例如23％，例如24％，例如25％)的颗粒尺寸小于200目。应该理解所列出的百分百是以重量计的。
在包括粉状硬木颗粒的粉状燃料的另一个示例性实施例中，适当颗粒尺寸分布为，混合物中：小于5％(例如4％，例如3％，例如2％，例如1％，例如0％)的颗粒尺寸大于或等于80目，并且至少30％(例如31％，例如32％，例如33％，例如34％，例如35％)的颗粒尺寸小于200目。应该理解所列出的百分百是以重量计的。
在包括粉状草料颗粒的粉状燃料的另一个示例性实施例中，适当颗粒尺寸分布为，混合物中：小于5％(例如4％，例如3％，例如2％，例如1％，例如0％)的颗粒尺寸大于或等于200目，至少65％(例如66％，例如67％，例如68％，例如69％，例如70％)的颗粒尺寸小于325目，并且至少25％(例如26％，例如27％，例如28％，例如29％，例如30％)的颗粒尺寸小于400目。燃料还可以具有低灰分含量，例如小于1.0％或0.5％的灰分。应该理解所列出的百分百是以重量计的。
粉状燃料的各种实施例可以包括添加剂从而增强燃料的性能。混合燃料可被制造用于具体应用，例如寒冷天气驾驶、大湿度环境以及大能量输出要求。此外，添加剂可以被添加到粉状燃料中以便提高其流动性并且减少任意桥接(bridging)和/或团聚。适当添加剂被描述于例如Schapira等人的美国专利No.5,203,906以及Schapira等人的美国专利No.5,456,775。
也应该理解，这里描述的粉状燃料当被燃烧时可以产生各种能量输出，并且粉状燃料的这种能量输出可以基于应用或燃料的使用而被选择。例如，粉状燃料产生的能量输出可以超过近似1000，例如1500，例如2000，例如2500，例如3000，例如3500，例如4000，例如4500，例如5000，例如5500，例如6000，例如6500，例如7000BTU每磅粉状燃料。
此外，在不同时间且对于不同使用，本发明的粉状燃料可以呈现为固体、液体和气体。静止时粉末呈现为固体。可以发生桥接并且可以支撑重量。当被搅拌、振动和/或搅动时，粉末呈现为液体。当悬浮在气体或流体介质中时，粉末呈现为气体。更具体地，当粉状燃料与气体适当混合时，混合物呈现为(在结构上、化学以及经济性上)类似于燃料气体(例如丙烷和甲烷)。
A.粉状燃料弥散体
在燃烧装置中使用本发明的粉末燃料具体地不仅源自粉状燃料的成分，还源自粉状燃料在载体气体(即粉状燃料弥散体)中的弥散比。因此，本发明的一个实施例提供包括气体(例如空气)和粉状燃料(例如纤维质)的粉状燃料弥散体，其中粉状燃料弥散在气体中的比是以质量计一份粉末比七份气体。
在一些实施例中粉状燃料弥散体可以是更富足的，特别是对于加热应用而言。此外，粉状燃料弥散体可以在系统中的不同点处形成。例如，在一些实施例中，弥散体可以形成在喷嘴处。在其他实施例中，例如发动机实施例中，从喷嘴释放的弥散体可以被来自进气歧管的附加空气稀释从而实现弥散体的理想比。
用于粉状木料的适当粉状燃料弥散体包括的比从1克粉状木料比一立方英尺空气到110克粉状木料比一立方英尺空气。具体比(以克粉状木料比一立方英尺空气为单位)包括例如1，例如2，例如3，例如4，例如4，例如5，例如6，例如7，例如8，例如9，例如10，例如20，例如30，例如40，例如50，例如60，例如70，例如80，例如90，例如100以及例如110。
本发明的另一实施例提供粉状燃料弥散体，其中粉状燃料是上述粉状燃料。
例如在一个实施例中，粉状燃料弥散体包括一种粉状燃料，其中：以重量计小于大约5％的颗粒具有大于或等于200目的尺寸，例如以重量计小于大约1％的颗粒具有大于或等于200目的尺寸，例如所有颗粒具有小于或等于200目的尺寸；以及以重量计至少大约25％的颗粒具有小于325目的尺寸，例如以重量计至少30％的颗粒具有小于325目的尺寸。
在另一实施例中，粉状燃料弥散体包括一种粉状燃料，其中：以重量计小于5％的颗粒具有大于或等于50目的尺寸；以重量计小于15％的颗粒具有大于或等于80目的尺寸；以及以重量计至少20％的颗粒具有小于200目的尺寸。
在又一实施例中，粉状燃料弥散体包括一种粉状燃料，其中：以重量计小于5％的颗粒具有大于或等于80目的尺寸；以及以重量计至少30％的颗粒具有小于200目的尺寸。
在又一附加实施例中，粉状燃料弥散体包括一种粉状燃料，其中：所述粉状燃料具有如下颗粒尺寸分布，其中：以重量计小于5％的颗粒具有大于或等于200目的尺寸；以重量计至少65％的颗粒具有小于325目的尺寸；以及以重量计至少25％的颗粒具有小于400目的尺寸。
在某些实施例中，这里描述的弥散体产生两相燃烧过程，其不能视觉地区分于单相燃烧过程并且实际上是单相燃烧过程。
不希望被理论束缚，应当理解，本发明的预混合粉末弥散体的可爆性可以从与预混合物液体燃料/气体混合物类似的理论考虑经验获得，且被液滴燃烧物理特性(droplet combustion physics)所修正，只要颗粒的燃烧时间与爆燃波在可燃气体燃料的气体中的传送时间是相当的即可。
虽然类似于气体和液体，不过粉状燃料具有不同的特性从而实现清洁、可靠且高效的燃烧。当液体被点火时，燃烧发生在距离液滴一定距离处的虚拟表面处，并且来自液体的蒸汽扩散到该表面。相反，粉状燃料的燃烧发生在粉末颗粒表面。因此颗粒尺寸以及燃料与气体的比在利用粉状燃料时比在液体燃料系统中更重要。
因此，基于在此讨论的发现，本发明的一个实施例涉及装置的设计、改造装置的套件以及利用液滴燃烧物理特性的粉状燃料。例如，落入本发明范围内的是设计并使用例如在此描述的喷嘴的特殊元件从而用于例如粉末燃烧系统的火炉，且具有对响应和性能特征的更好预测。
B.粉状燃料的准备
本发明的粉状燃料可以以任意方式被准备，只要能提供符合在此描述的所设标准的颗粒。因此，在一个实施例中，通过使用例如冲击研磨机的研磨机将物质碾碎成粉末从而制备本发明的粉状燃料。网或筛可被用于将材料过滤成具体规格的粉状燃料。适当的研磨机包括例如来自Memphis，Tennessee的Bauermeister USA，Inc.生产的HS 20研磨机。在一些实施例中，研磨机在二氧化碳的环境下运转从而最小化生产粉末过程中爆炸事故的任何可能性。
锤式研磨机包括尖锐边缘的锤，所述锤在轴上以高速旋转，该轴驱动所述锤经过切割棒，所述棒被设置在周边内在滤网之间，给定尺寸的颗粒可随气流穿过所述滤网，该气流随进料流被引入。进一步描述被提供于Bauermeister USA，Inc.，Equipment，http://www.bauermeisterusa.com/EquipmentO5/Equip_frame.html(最后一次访问于2007年10月19日)以及可从http://www.bliss-industries.com/pdfs/condmill.pdf获得的Bliss Industries，Inc.，Eliminator Hammermill(2007)(最后一次访问于2007年10月19日)。通过改变锤和切割棒之间的间隙，进料被切割成小到足以穿过滤网的颗粒，而更大的颗粒继续绕周边旋转。
在另一个实施例中，摩擦研磨产生纤维而不会导致对锤、刀刃和滤网的过度磨损。滤网易于被粘住的纤维堵塞，不过被颗粒尺寸/密度分级的滤网不能分出纤维。细长纤维对于具有与纤维相同的直径的单个颗粒而言平均具有二分之一的表面与体积比。这个区别对于加热应用而言可能是不显著的，不过对于汽车应用而言可能是显著的。因此，在某些实施例中，本发明的粉末包括纤维或颗粒和纤维的混合物。在某些其他实施例中，本发明的粉末不包括纤维。
相对于冲击研磨，摩擦研磨过程需要进料材料在旋转表面之间被磨制，其中颗粒承受摩擦而不是切割且基于离心空气等级而不是过滤而分离产物。这个方法被描述于可从Memphis，Tennessee的Bauermeister USA，Inc.获得的Classifier Mill BM-CLM。由不列颠哥伦比亚Delta的First American Scientific Corp.生产的KDS MICRONEXTM还原系统代表这种方法的延伸，其认识到冲击或摩擦所产生的热可以被用于蒸发非干燥粗碎片中的水份。
上面引用的所有研磨机被规定能够产生325目的粉末。例如，据报道，已经通过锤式研磨/滤网制造方法制造在这里描述的示例中使用的200目硬木粉末。通过锤击研磨木料碎片通过粗滤网并且之后最终经过80目的摇动滤网且更大的颗粒返回以便再次磨制，从而可以制造80目软木。
C.本发明的粉状燃料的具体优点
这里描述的粉状燃料具有相对于现有生物质技术的优点。通过提供受控且选定的精细级粉末，产生更有效的燃烧，从而导致更少的颗粒排放。此外，这里公开的发明没有与其他生物质燃料和装置有关的颗粒排放和气味。部分是因为如下事实：前述生物质的尺寸导致燃烧成为扩散火焰，这又导致相关的烟灰形成。相反，在此描述的本发明的实施例使用与气体混合的粉状燃料从而在一些情况下产生预混合火焰或爆燃波前锋。结果，本发明的实施例消耗硬木和软木粉末而不会产生燃烧木料的独特气味。
此外，不同于依靠更大生物质(例如木料碎片)的生物质系统，本发明中的粉状燃料允许生物质燃烧具有通常与液体燃料相关的开/关和调节能力。因为粉末几乎即刻燃烧，所以火焰可以熄灭而没有延时。类似地，因为粉末几乎即刻燃烧，所以通过添加附加粉末和气体会快速增加来自燃烧装置的能量输出，或者通过移除粉末气体弥散体会快速减少来自燃烧装置的能量输出。这些特征允许在可控性能很重要的系统(例如汽车)中使用生物质。
此外，现有替代能量系统仅能够燃烧特殊类型的燃料。因此，较广范围的材料目前被抛弃不能利用代替能量生产。这里公开的方法和设备通过从未被利用的材料汲取能量从而实现环境优势。例如，生物质燃料的大量方法忽略了通俗而言被称为“生物废料(bioscrap)”的材料，目前该材料的使用价值过低不值得进行收割。示例包括草料、玉米杆、植物性固体以及甘蔗。在甘蔗的示例中，这里公开的发明允许获得甘蔗中在生产糖过程中被放弃的80％的BTU含量。
通过使用这里描述的本发明，与当前使用例如油的液体燃料相比，能从粉状燃料更有经济效率地生产能量。例如，使用这里的发明，如果木料价格为50美元/吨(干燥)(这是当前价格)并且油价近似100美元/桶(这是最近播报的油价)，则粉状木料燃料的燃烧将产生五倍于油的燃烧的能量(每美元)。
这里公开的方法和设备也有助于能量自足。通过利用如生物质的粉状燃料源的价值，个人或国家可以从依赖油的经济形式转变成利用可再生且能够被个人或在国家内生产的能源的经济形式。通过参考被并入
在此引用的所有专利、公开专利申请和其他参考的全部内容被明确地并入本文以供参考。
等价物
本领域的技术人员能够意识到或者能够从常规实验中得到在此描述的具体过程的大量等价物。这些等价物被认为落入本发明的范围内并且被所附权利要求所覆盖。在此申请全文中引用的所有参考、授权专利和公开专利申请的内容在此被并入本文以供参考。
相关申请
本申请要求2006年11月17日提交的美国临时专利申请No.60/859,779、2006年12月4日提交的美国临时专利申请No.60/868,408以及2007年9月10日提交的美国临时专利申请No.60/993,221的优先权。这些申请的全部内容被并入本文以作参考。