(57)【要約】  本願は、粉末燃料、粉末燃料源の生成方法、および粉末燃料のディスパージョン、ならびに粉末燃料を唯一の燃料源として燃焼させ、あるいは既存の燃料源との組み合わせにおいて燃焼させるために、燃焼装置を製造および適合させるためのシステム、キット、および方法を説明する。典型的な態様は、粉末燃料を燃焼させるように構成されたエンジンおよび炉を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性の粉末ディスパージョンを形成すること、
爆発性の粉末ディスパージョンを、点火源を通過する制御された流れに誘導すること、および
爆発性の粉末ディスパージョンに点火し、静止の爆燃波を生成することによって、爆発性の粉末を実質的に消費してエネルギーを生成することの工程
を含む、エネルギーを生成する方法。
【請求項２】
エネルギーが、熱エネルギーである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エネルギーが、作業を実施するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
制御された流れの爆発性の粉末ディスパージョンが、粉末燃料のエネルギー含量、粉末燃料のサイズ、酸化ガスの特性、および酸化ガスの温度から成る群より選択される１つ又はそれ以上によって規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
爆発性の粉末が、粉末にしたバイオマス、粉末にした広葉樹材、粉末にした針葉樹材、粉末にした草、粉末にした金属、粉末にしたプラスチック、およびこれらの何れもの組み合わせから成る群より選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
当該エネルギーを、装置の作動を通じて変換することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
当該装置が、炉、エンジン、ボイラー、穀物乾燥機、衣服乾燥機、温水器、炉／温水器の組み合わせ、熱気球、スペースヒーター、薪を燃やすストーブ、ガス暖炉、ガスタービン、および発電機から成る群より選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
爆発性の粉末を得ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法によって得られるエネルギーを使用して作動する装置。
【請求項１０】
装置がエネルギーを使用して作動するように装置の一次設計を適合させている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
エネルギーを使用して作動するための一次設計を有している、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性の粉末ディスパージョンを形成すること、
爆発性の粉末ディスパージョンを、制御された流れにて点火源へ誘導すること、および
爆発性の粉末ディスパージョンに点火し、静止の爆燃波を生成することによって、爆発性の粉末を実質的に消費してエネルギーを生成し、このエネルギーを使用して燃焼装置を作動させること
を含む、燃焼装置を作動させる方法。
【請求項１３】
気流を生成すること、
制御された量の粉末燃料を気流へ分散させ、爆発性の混合物を生成すること、および
爆発性の混合物を爆燃のための燃焼エリアへ導入することによって、燃焼装置を作動させること
を含む、燃焼装置を作動させる方法。
【請求項１４】
気流が、乱流チャンバ内にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
気流を測定すること、および
分散させる制御された量の粉末燃料を、気流の関数として調節すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
分散させる制御された量の粉末燃料を調節することが、粉末分散装置の速度を調節することを含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
二次気流を測定すること、および
分散させる制御された量の粉末燃料を、二次気流の関数として調節すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
分散させる制御された量の粉末燃料を調節することが、粉末分散装置の速度を調節することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
排気ガスを分析すること、および
制御された量の粉末燃料を、化学量論の爆発性混合物を生成するように調節すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
燃焼装置に、或る粉末燃料に対する液体燃料の比を有している第１の燃料混合物を供給すること、および
粉末燃料に対する液体燃料の比を徐々に減少させて、第２の燃料混合物を生成することによって、燃焼装置を動作させることを含む、燃焼装置を作動させる方法。
【請求項２１】
第１の燃料混合物が、液体燃料のみを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
第２の燃料混合物が、粉末燃料のみを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
比が、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサから成る群より選択される少なくとも１つの入力の関数として調節される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
炉が、
ノズル、
ノズルに接続された乱流チャンバ、
乱流チャンバに接続された粉末分散装置、および
乱流チャンバに接続された加圧ガス源
を含んでいる、粉末燃料の爆燃に適合させた炉。
【請求項２５】
ノズルおよび乱流チャンバが、直接接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項２６】
ノズルおよび乱流チャンバが、第１の導管によって接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項２７】
粉末分散装置および乱流チャンバが、直接接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項２８】
粉末分散装置および乱流チャンバが、第２の導管によって接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項２９】
加圧ガス源および乱流チャンバが、直接接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項３０】
加圧ガス源および乱流チャンバが、第２の導管によって接続されている、請求項２４に記載の炉。
【請求項３１】
粉末分散装置が、ホッパーを含有している、請求項２４に記載の炉。
【請求項３２】
粉末分散装置が、さらに振動装置をホッパーに接触させて含んでいる、請求項３１に記載の炉。
【請求項３３】
粉末分散装置が、
ホッパーの内部に配置されたオーガ、および
オーガを回転させるべくオーガに接続された動力源
をさらに含んでいる、請求項３１に記載の炉。
【請求項３４】
粉末分散装置が、ホッパーの下方に配置された水平オーガをさらに含んでいる、請求項３１に記載の炉。
【請求項３５】
ホッパーが、エアロックを含んでいる、請求項３１に記載の炉。
【請求項３６】
粉末分散装置が、ホッパーの内部に位置するミキサをさらに含んでいる、請求項３１に記載の炉。
【請求項３７】
ホッパーが、先細りである、請求項３１に記載の炉。
【請求項３８】
点火源をさらに含んでいる、請求項２４に記載の炉。
【請求項３９】
点火源が、電気火花を生成する、請求項３８に記載の炉。
【請求項４０】
点火源が、パイロット灯である、請求項３８に記載の炉。
【請求項４１】
火炎クレードルをさらに含んでいる、請求項２４に記載の炉。
【請求項４２】
熱交換器をさらに含んでいる、請求項２４に記載の炉。
【請求項４３】
ボイラーをさらに含んでいる、請求項２４に記載の炉。
【請求項４４】
ボアを有するシリンダブロック、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッドおよび、シリンダブロックのボアに収容されたピストンによって規定されるシリンダ、
シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、
吸気バルブに隣接している吸気マニホールド、
粉末分散装置、および
ガス流センサ
を含んでいるエンジン。
【請求項４５】
粉末分散装置が、吸気マニホールドに接続されている、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項４６】
ガスと粉末燃料の爆発性の混合物を分散させるためのノズル、
ノズルに接続された乱流チャンバ、および
乱流チャンバに接続されたガス供給源
をさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項４７】
ノズルが、吸気マニホールドに接続されている、請求項４６に記載のエンジン。
【請求項４８】
ノズルが、シリンダに接続されている、請求項４６に記載のエンジン。
【請求項４９】
ガス流センサが、質量流量センサである、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５０】
ガス流センサが、ベインメータ質量流量センサ、ホットワイヤ質量流量センサ、コールドワイヤ質量流量センサ、および膜質量流量センサから成る群より選択される、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５１】
ガス流センサが、吸気マニホールドの内部に位置している、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５２】
ガス流センサが、吸気マニホールドに接続されている、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５３】
ガス流センサが、粉末分散装置に連絡可能に接続されている、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５４】
粉末分散装置の速度が、ガス流センサによって制御される、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５５】
エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサから成る群より選択される１つ又はそれ以上のセンサ、および
１つ又はそれ以上のセンサに連絡可能に接続され、粉末分散装置から放出される粉末燃料の量を調節するように構成された燃料コントローラ
をさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５６】
ノズル対シリンダが１対１の比である、請求項４６に記載のエンジン。
【請求項５７】
ノズルが、ベンチュリ吸引装置である、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５８】
ノズルが、粉末噴霧ポンプである、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項５９】
粉末燃料を帯電させるための電極をさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６０】
シリンダブロックを帯電させるための電極をさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６１】
油中のグラファイトのコロイドディスパージョンをさらに含んでおり、ディスパージョンが、シリンダブロックのボアに位置している、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６２】
コロイドディスパージョンが、油中に３００メッシュのグラファイト粉末を含んでいる、請求項６１に記載のエンジン。
【請求項６３】
液体燃料を分散させるべく吸気マニホールドに接続された液体燃料ノズルをさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６４】
液体燃料ノズル対シリンダが１対１の比である、請求項６３に記載のエンジン。
【請求項６５】
液体燃料ノズルが、ベンチュリ吸引装置である、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６６】
吸気マニホールドの内部で吸気バルブに隣接して位置しているスロットルプレートをさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６７】
エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、排気ガスセンサ、質量空気流量センサ、空気／燃料比センサ、燃料流センサ、酸素センサ、加速度センサ、粉末供給センサ、音響センサ、粉末センサ、真空センサ、圧力センサ、位置センサ、インジェクタタイミングセンサ、粉末供給速度センサ、静電気センサ、湿度センサ、水分センサ、粒子サイズセンサ、およびノッキングセンサから成る群より選択される１つ又はそれ以上のセンサ、および
１つ又はそれ以上のセンサに連絡可能に接続され、ノズルから放出される爆発性混合物の量を調節するように構成されている燃料コントローラ
をさらに含んでいる、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項６８】
燃料コントローラが、排気ガス中に少なくとも最小限の割合の酸素を維持するように、爆発性混合物の量を調節する、請求項６７に記載のエンジン。
【請求項６９】
燃料コントローラが、排気ガス温度を５００℃未満に維持するように、爆発性混合物の量を調節する、請求項６７に記載のエンジン。
【請求項７０】
燃料コントローラが、閉ループシステムである、請求項６７に記載のエンジン。
【請求項７１】
燃料コントローラに連絡可能に接続されたユーザインターフェイスをさらに含んでいる、請求項６７に記載のエンジン。
【請求項７２】
ユーザインターフェイスが、ユーザによる所望の燃料の選択を可能にするように構成されている、請求項７１に記載のエンジン。
【請求項７３】
ユーザインターフェイスが、ユーザによる所望の燃料ブレンドの選択を可能にするように構成されている、請求項７１に記載のエンジン。
【請求項７４】
ユーザインターフェイスが、ユーザが燃料コントローラに優先して燃料ブレンドの特性を手動で選択できるように構成されている、請求項７１に記載のエンジン。
【請求項７５】
シリンダヘッドに接続された液体バルブをさらに含んでおり、当該液体バルブが、液体をシリンダへと放出するように構成されている、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項７６】
液体バルブが、点火前に液体をシリンダへと放出するように構成されている、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項７７】
液体バルブが、点火後に液体をシリンダへと放出するように構成されている、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項７８】
液体が、水である、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項７９】
液体が、潤滑剤である、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項８０】
液体が、燃焼を促進する、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項８１】
液体が、ジメチルエーテルを含む、請求項７５に記載のエンジン。
【請求項８２】
エンジンが４ストロークエンジンである、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項８３】
エンジンが２ストロークエンジンである、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項８４】
エンジンが、シリンダヘッドに接続された潤滑剤バルブをさらに含んでいる、請求項８３に記載のエンジン。
【請求項８５】
エンジンが、５ストロークエンジン、６ストロークエンジン、バークエンジン、ロータリーエンジン、およびヴァンケルエンジンから成る群より選択される形式である、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項８６】
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末を含む、粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項８７】
粒子サイズ分布が、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択される、請求項８６に記載のエンジン。
【請求項８８】
粒子の５重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の１５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化針葉樹材粒子を含む、粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項８９】
粒子の５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも３０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化広葉樹材粒子を含む、粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項９０】
粒子の５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の少なくとも６５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化草粒子を含む、粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項４４に記載のエンジン。
【請求項９１】
ボアを有するシリンダブロック、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッド、およびシリンダブロックのボアに収容されたピストンによって定められるシリンダ、
シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、
吸気バルブに隣接している吸気マニホールド、
第１の燃料を送出するための第１の燃料送出装置、
第２の燃料を送出するための第２の燃料送出装置、および
ガス流センサ
を含んでいる、二元燃料エンジン。
【請求項９２】
第１の燃料が、粉末燃料である、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９３】
第１の燃料送出装置の作動が、１つ又はそれ以上のシリンダの少なくとも１つにおいて燃焼が生じるまで遅延させられる、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９４】
第１の燃料が、粉末にしたバイオマスを含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９５】
第１の燃料が、粉末にした広葉樹材を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９６】
第１の燃料が、粉末にした針葉樹材を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９７】
第１の燃料が、粉末にした草を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９８】
第２の燃料が、液体燃料を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項９９】
第２の燃料が、気体燃料を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１００】
第２の燃料が、ガソリンを含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０１】
第２の燃料が、水素、植物油、バイオディーゼル、バイオアルコール、ブタノール、バイオエタノール、バイオメタノール、バイオガス、ＤＭＦ、ＤＭＥ、バイオＤＭＥ、フィッシャー−トロプシュディーゼル、ウッド・ディーゼル、エタン、メタン、プロパン、ブタン、ディーゼル燃料、燃料油、ジェット燃料、ケロシン、液化石油ガス、および天然ガスから成る群より選択される燃料を含む、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０２】
第１の燃料送出装置が、容積式の粉末分散装置である、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０３】
第２の燃料送出装置が、キャブレタである、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０４】
第２の燃料送出装置が、燃料インジェクタである、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０５】
ガスセンサが、第１の燃料送出装置に連絡可能に接続されている、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０６】
ガスセンサが、第２の燃料送出装置に連絡可能に接続されている、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０７】
ガス流センサに連絡可能に接続された燃料コントローラ
をさらに含んでおり、当該燃料コントローラが、燃料送出装置のうちの１つ又はそれ以上から放出される燃料の量を調節するように構成されている、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０８】
燃料コントローラが、第１の燃料送出装置に連絡可能に接続されている、請求項１０７に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１０９】
燃料コントローラが、第２の燃料送出装置に連絡可能に接続されている、請求項１０７に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１１０】
第１の燃料を分散させるための補助ガス源をさらに含んでいる、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１１１】
補助ガス源が、燃料コントローラに連絡可能に接続されている、請求項１０７および１１０に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１１２】
補助ガス源が、当該エンジンのクランキングに先立って作動する、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１１３】
シリンダブロックを加熱すべくシリンダブロックに接続されたヒータをさらに含んでいる、請求項９１に記載の二元燃料エンジン。
【請求項１１４】
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している、
粒子サイズ分布を有する粉末を含む粉末燃料であって、
粒子サイズ分布が、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択されている粉末燃料。
【請求項１１５】
粒子サイズ分布が、個別のサイズの複数の粉末の組み合わせの産物である、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１１６】
粉末が、２つ又はそれ以上の粉末材料の混合物を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１１７】
粒子の約１重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１１８】
すべての粒子が、２００メッシュ以下のサイズを有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１１９】
粒子の少なくとも約３０重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２０】
粉末が、バイオマスである、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２１】
粉末が、木材である、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２２】
粉末が、ステムウッドである、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２３】
粉末が、セルロースを含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２４】
粉末が、リグニンを含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２５】
粉末が、約３重量％未満のアッシュの割合を有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２６】
粒子が、約１重量％未満のアッシュの割合を有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２７】
粒子が、約０．５重量％未満のアッシュの割合を有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２８】
粉末が、約５重量％未満の揮発マスの割合を有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１２９】
粉末が、約５重量％未満の水分の割合を有している、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３０】
粉末が、石炭を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３１】
粉末が、ウルトラクリーン炭を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３２】
粉末が、金属を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３３】
粉末が、マグネシウム、アルミニウム、鉄、チタニウム、タンタル、およびジルコニウムから成る群より選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３４】
粉末が、プラスチックを含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３５】
粉末が、炭化水素を担持している固体を含む、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３６】
粉末が、燃焼時に１ポンド当たり少なくとも約５，０００ＢＴＵのエネルギー出力を有する、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３７】
粉末が、燃焼時に１ポンド当たり少なくとも約６，０００ＢＴＵのエネルギー出力を有する、請求項１１４に記載の粉末燃料。
【請求項１３８】
粒子の５重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の１５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している、
粒子サイズ分布を有する粉末化針葉樹材粒子を含む、粉末燃料。
【請求項１３９】
粒子の１重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有している、請求項１３８に記載の粉末燃料。
【請求項１４０】
粒子が、５０メッシュ以下のサイズを有している、請求項１３８に記載の粉末燃料。
【請求項１４１】
粒子の１０重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有している、請求項１３８に記載の粉末燃料。
【請求項１４２】
粒子の６重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有している、請求項１３８に記載の粉末燃料。
【請求項１４３】
粒子の少なくとも２５重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している、請求項１３８に記載の粉末燃料。
【請求項１４４】
・粒子の５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
・粒子の少なくとも３０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している、
粒子サイズ分布を有する粉末化広葉樹材粒子を含む、粉末燃料。
【請求項１４５】
粒子の１重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有している、請求項１４４に記載の粉末燃料。
【請求項１４６】
粒子が、８０メッシュ以下のサイズを有している、請求項１４４に記載の粉末燃料。
【請求項１４７】
粒子の少なくとも３５重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している、請求項１４４に記載の粉末燃料。
【請求項１４８】
粒子の５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の少なくとも６５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化草粒子を含む、粉末燃料。
【請求項１４９】
粒子の１重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有している、請求項１４８に記載の粉末燃料。
【請求項１５０】
粒子のすべてが、２００メッシュ以下のサイズを有している、請求項１４８に記載の粉末燃料。
【請求項１５１】
粒子の少なくとも７０重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している、請求項１４８に記載の粉末燃料。
【請求項１５２】
粒子の少なくとも３０重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している、請求項１４８に記載の粉末燃料。
【請求項１５３】
ガス、および
ガス７部に対して粉末１部の質量比でガス中に分散させられた粉末燃料
を含む、粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５４】
ガスが、空気である、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５５】
粉末燃料が、セルロースを含む、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５６】
粉末燃料が、
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分散を有している、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５７】
粒子の約１重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有している、請求項１５６に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５８】
実質的にすべての粒子が、２００メッシュ以下のサイズを有している、請求項１５６に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１５９】
粒子の少なくとも約３０重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している、請求項１５６に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１６０】
粉末燃料が、
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末を含んでおり、
粒子サイズ分布が、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択されている、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１６１】
粉末燃料が、
粒子の５重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の１５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有している、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１６２】
粉末燃料が、
粒子の５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも３０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有している、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１６３】
粉末燃料が、
粒子の５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の少なくとも６５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有している、請求項１５３に記載の粉末燃料ディスパージョン。
【請求項１６４】
キットが、
乱流チャンバ、
粉末分散装置、
加圧ガス源、および
ガス流センサ
を含む、燃焼装置を粉末燃料の爆燃に適合させるためのキット。
【請求項１６５】
ノズルをさらに含む、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１６６】
ノズルが、乱流チャンバに接続されるように構成されている、請求項１６５に記載のキット。
【請求項１６７】
ガス流センサが、質量流量センサである、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１６８】
ガス流センサが、ベインメータ質量流量センサ、ホットワイヤ質量流量センサ、コールドワイヤ質量流量センサ、および膜質量流量センサから成る群より選択される、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１６９】
ガス流センサが、燃料コントローラに接続されるように構成されている、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７０】
ガス流センサが、粉末分散装置に連絡可能に接続されるように構成されている、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７１】
粉末分散装置の速度が、ガス流センサによって制御される、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７２】
エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサから成る群より選択される１つ又はそれ以上のセンサ、および
１つ又はそれ以上のセンサに連絡可能に接続され、そして粉末分散装置から放出される粉末燃料の量を調節するように構成されている燃料コントローラ
をさらに含む、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７３】
燃料コントローラが、排気ガス中の過剰な酸素を維持すべく、粉末分散装置から放出される粉末燃料の量を調節する、請求項１７２に記載のキット。
【請求項１７４】
粉末分散装置が、容積式の粉末分散装置である、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７５】
粉末分散装置が、ホッパーを含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１７６】
粉末分散装置が、さらに振動装置をホッパーに接触させて含んでいる、請求項１７５に記載のキット。
【請求項１７７】
粉末分散装置が、
ホッパーの内部に配置されたオーガ、および
オーガを回転させるべくオーガに接続された動力源
をさらに含んでいる、請求項１７５に記載のキット。
【請求項１７８】
粉末分散装置が、ホッパーの下方に配置された水平オーガをさらに含んでいる、請求項１７５に記載のキット。
【請求項１７９】
ホッパーが、エアロックを含んでいる、請求項１７５に記載のキット。
【請求項１８０】
粉末分散装置が、ホッパーの内部に位置するミキサをさらに含んでいる、請求項１７５に記載のキット。
【請求項１８１】
ホッパーが、先細りである、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１８２】
乱流チャンバとノズルとを接続する導管をさらに含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１８３】
粉末分散装置につながる第２の導管、および
第２の導管につながる第２の粉末分散装置
をさらに含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１８４】
第２の粉末分散装置が、第２のホッパーを含んでいる、請求項１８３に記載のキット。
【請求項１８５】
第２の粉末分散装置が、
第２のホッパーの内部に配置された第２のオーガ、および
第２のオーガを回転させるべく該オーガに接続された第２のモータ
をさらに含んでいる、請求項１８４に記載のキット。
【請求項１８６】
第２の粉末分散装置が、さらに第２の振動装置を第２のホッパーに接触させて含んでいる、請求項１８４に記載のキット。
【請求項１８７】
第２のホッパーが、エアロックを含んでいる、請求項１８４に記載のキット。
【請求項１８８】
第２のホッパーが、先細りである、請求項１８４に記載のキット。
【請求項１８９】
当該キットを組み立てるための指示書をさらに含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９０】
キットを炉に設置するための指示書をさらに含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９１】
当該キットをエンジンに設置するための指示書をさらに含んでいる、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９２】
粉末分散装置が、乱流チャンバに接続されるように構成されている、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９３】
加圧ガス源が、乱流チャンバに接続されるように構成されている、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９４】
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末を含む粉末燃料であって、
粒子サイズ分布が、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択されている粉末を含む粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９５】
粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末粒子を含む粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９６】
粒子の５重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の１５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化針葉樹材粒子を含む粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９７】
粒子の５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも３０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化広葉樹材粒子を含む粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項１６４に記載のキット。
【請求項１９８】
粒子の５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、
粒子の少なくとも６５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、そして
粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している
粒子サイズ分布を有する粉末化草粒子を含む粉末燃料の使用に合わせて構成された、請求項１６４に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００６年１１月１７日付の米国特許仮出願第６０／８５９，７７９号、２００６年１２月４日付の米国特許仮出願第６０／８６８，４０８号、および２００７年９月１０日付の米国特許仮出願第６０／９９３，２２１号の優先権の利益を主張する。これらの出願は、それらの全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
科学者および技術者らは、石油ベースの燃料の実行可能な代案を発見するために、何十年もの苦労を続けてきている。この長きにわたる努力にもかかわらず、そのような代案は、商業的な成功を得ることに失敗している。しかしながら、この失敗を、完全に経済的な状況によるものとすることはできない。実際、とくには第二次世界大戦および１９７０年代のエネルギー危機などの石油不足の時期に、市場の状況は、石油の代案に有利であった。
【０００３】
代替燃料の商業的失敗を、少なくとも部分的には、従来のシステムの欠点によるものと説明することができる。代替燃料利用の従来のシステムおよび方法の大きな欠点の１つは、そのようなシステムが、石油ベースのシステムの運転の利益を提供できないことにある。例えば、ペレット燃焼薪ストーブおよび給炭サイクロン燃焼炉は、ガスおよび油バーナーのオン／オフ機能を欠いている。炉は、所望の温度に達したか否かに関わらず、バーナー室へと加えられた燃料を、燃料が消費されるまで燃やし続ける。同様に、既存のパレットおよび粉末ベースのシステムは、新たに加えられた燃料の点火に要する「立ち上げ」時間のために、性能向上の要求に迅速に応答することができない。
【０００４】
さらに、既存の代替燃料システムの欠点は、驚くべきものとなりうる。これらのシステムが、石油ベースのシステムが発生させる汚染よりもさらに悪い汚染を生じさせることも多い。例えば、既存の木材ボイラーは、肺および眼を刺激しかねない不快な臭気および大きな粒子状物質を発生させる。例えば、Anahad O’ConnorのWood Boilers Cut Heating Bills. The Rub? Secondhand Smoke, N.Y. Times, Dec. 18, 2006を参照されたい。さらに、これらのシステムは、効率的な燃焼に適した条件を生成することすらできず、例えば結果として、過剰な一酸化炭素を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存の技術は、代替燃料システムを生み出すためには明らかに不適切であるため、クリーンであり、信頼でき、かつ効率的な代替燃料、ならびにそのような代替燃料を使用するシステムについて、ニーズが依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）  
本発明は、爆発性の粉末燃料源のエネルギー変換を提供する方法、手段、プロセス、およびシステム、ならびに粉末燃料源を生成する方法を提供する。本発明の特定の態様は、静止した爆燃波からエネルギーを生成する方法、およびこのエネルギーを利用するシステム／装置、ならびにこの燃料源を含む。さらに、本発明は、この粉末燃料を単独または既存の燃料源との組み合わせにおいて燃焼させるために、装置を作成し、さらには既存の装置を改作するための方法を提供する。
【０００７】
さらに、これまでにも粉末燃料をエネルギーのために利用しようとする試みがなされているが、そのような試みは本明細書に記載の仕様および方法に適合するように粉末燃料を利用してはおらず、そのために、このエネルギー源の真の可能性、ならびにそのような燃料の清浄であって、予測可能性があり、かつ効率的であるという性質は認識されていない。
【０００８】
したがって、本発明の一態様は、エネルギーの生成方法を提供する。この方法は、実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性の粉末ディスパージョンを形成する工程、爆発性の粉末ディスパージョンを、点火源を通過する制御された流れに誘導する工程、および爆発性の粉末ディスパージョンに点火し、静止の爆燃波を生成する工程を含む。この方法の結果として、爆発性の粉末が、エネルギーを生成するために実質的に消費される。
【０００９】
本発明の別の態様は、この方法によって導出されるエネルギーを使用して作動する装置を提供する。
【００１０】
さらなる態様において、本発明は、燃焼装置を作動させる方法を提供する。この方法は、実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性の粉末ディスパージョンを形成すること、爆発性の粉末ディスパージョンを、制御された流れにて点火源へ誘導すること、および爆発性の粉末ディスパージョンに点火し、静止の爆燃波を生成することを含み、これにより、爆発性の粉末を実質的に消費してエネルギーを生成し、このエネルギーを使用して燃焼装置を作動させる。
【００１１】
別の態様において、本発明は、燃焼装置を作動させる方法であって、気流を生成すること、制御された量の粉末燃料を気流に分散して爆発性の混合物を生成すること、および爆発性の混合物を爆燃のための燃焼エリアへと導入することによって、燃焼装置を作動させることを含む方法を提供する。
【００１２】
別の態様は、燃焼装置を作動させる方法であって、或る粉末燃料に対する液体燃料の比を有している第１の燃料混合物を燃焼装置に供給すること、および粉末燃料に対する液体燃料の比を徐々に減少させて、第２の燃料混合物を生成することを含み、これにより燃焼装置を作動させる方法を提供する。
【００１３】
さらに別の態様は、粒子の約５重量％未満が２００メッシュ以上のサイズを有し、粒子の少なくとも約２５重量％が３２５メッシュ未満のサイズを有している粒子サイズ分布を有する粉末を含む粉末燃料であって、粒子サイズ分布が、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択される粉末燃料を提供する。
【００１４】
別の態様は、粒子の５重量％未満が５０メッシュ以上のサイズを有しており、粒子の１５重量％未満が８０メッシュ以上のサイズを有しており、粒子の少なくとも２０重量％が２００メッシュ未満のサイズを有している、粒子サイズ分布を有する粉末化針葉樹材（softwood）粒子を含む粉末燃料を提供する。
【００１５】
別の態様は、粒子の５重量％未満が８０メッシュ以上のサイズを有しており、粒子の少なくとも３０重量％が２００メッシュ未満のサイズを有している、粒子サイズ分布を有する粉末化広葉樹材（hardwood）粒子を含む粉末燃料を提供する。
【００１６】
別の態様は、粒子の５重量％未満が２００メッシュ以上のサイズを有しており、粒子の少なくとも６５重量％が３２５メッシュ未満のサイズを有しており、粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している、粒子サイズ分布を有する粉末化草粒子を含む粉末燃料を提供する。
【００１７】
他の態様は、ガスと、ガス７部に対して粉末１部の質量比でガス中に分散している粉末燃料と、を含む粉末燃料ディスパージョンを提供する。
【００１８】
別の態様は、燃焼装置を粉末燃料の爆燃に適合させるためのキットであって、乱流チャンバ、粉末分散装置、加圧ガス源、およびガス流センサを含むキットを提供する。
【００１９】
別の態様は、ボアを有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッドと、シリンダブロックのボアに収容されたピストンとによって規定されるシリンダ、シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、吸気バルブに隣接する吸気マニホールド、粉末分散装置、およびガス流センサを含んでいるエンジンを提供する。
【００２０】
別の態様は、粉末燃料の爆燃に適合させた炉であって、ノズル、ノズルに接続された乱流チャンバ、乱流チャンバに接続された粉末分散装置、および乱流チャンバに接続された加圧ガス源を含んでいる炉を提供する。
【００２１】
エンジンの別の態様は、ボアを有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッドと、シリンダブロックのボアに収容されたピストンとによって規定されるシリンダ、シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、吸気バルブに隣接する吸気マニホールド、第１の燃料を送出するための第１の燃料送出装置、第２の燃料を送出するための第２の燃料送出装置、およびガス流センサを含んでいる二元燃料エンジンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】図１ａは、粒子の燃焼時間と粒子サイズとの間の関係を示している。
【図１ｂ】図１ｂは、伝熱率と粒子サイズとの間の関係を示している。
【図１ｃ】図１ｃは、本明細書において提示される粉末燃料の典型的な粒子サイズ分布および既存のバイオマス燃料の粒子サイズ分布を示している。
【図１ｄ】図１ｄは、本明細書において提示される粉末燃料の３つの典型的な粒子サイズ分布を示している。
【図２】図２は、粉末燃料を利用して燃焼装置を作動させる方法を示しているブロック図である。
【図３ａ】図３ａは、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図３ｂ】図３ｂは、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図４】図４及び４ａは、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図５】図５は、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図５ａ】図５ａは、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図６】図６は、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図７】図７は、粉末燃料ディスパージョンを生成するためのキットおよびシステムの態様を示している。
【図８ａｂ】図８ａ及び８ｂは、回転ディスクを含む典型的な容積式の粉末分散装置の構成要素および態様を示している。
【図８ｃｄ】図８ｃ及び８ｄは、回転ディスクを含む典型的な容積式の粉末分散装置の構成要素および態様を示している。
【図８ｅｆ】図８ｅ及び８ｆは、回転ディスクを含む典型的な容積式の粉末分散装置の構成要素および態様を示している。
【図８ｇ】図８ｇは、回転ディスクを含む典型的な容積式の粉末分散装置の構成要素および態様を示している。
【図８ｈ】図８ｈは、回転ディスクを含む典型的な容積式の粉末分散装置の構成要素および態様を示している。
【図９】図９は、吸引粉末ポンプを含む粉末分散システムの態様を示している。
【図１０】図１０は、火炎クレードルを含むバーナーシステムの態様を示している。
【図１１】図１１は、粉末燃料炉の態様を示している。
【図１２】図１２は、粉末燃料エンジンの態様を示している。
【図１３ａ】図１３ａは、粉末燃料エンジンの態様を示している。
【図１３ｂ】図１３ｂは、粉末燃料エンジンの態様を示している。
【図１３ｃ】図１３ｃは、粉末燃料エンジンの態様を示している。
【図１４ａ】図１４ａは、粉末燃料エンジンのさらなる態様を示している。
【図１４ｂ】図１４ｂは、粉末燃料エンジンのさらなる態様を示している。
【図１５】図１５は、ガスのバーストを生成するためのシステムを示している。
【図１６】図１６は、粉末燃料燃焼装置を制御するためのマイクロプロセッサの概略図である。
【図１７】図１７ａ及びｂは、粉末燃料燃焼装置を制御するためのデータの流れを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（発明の詳細な説明）
Ｉ．序論
先行技術の挑戦は、粉末燃料のクリーンであり、信頼でき、かつ効率的な燃焼が可能なシステムに対するニーズを明らかにしている。
【００２４】
そのように、本明細書に記載される発明は、熱の生成または作業の実施のために、酸化ガスと混合した爆発性の粉末のディスパージョンの使用を提供する。本発明の特定の態様においては、ディスパージョンの組成が、特定の適用に合わせた爆発性を達成するように選択される。他の態様においては、ディスパージョンが、爆発可能な範囲にある化学量論の空気／燃料比の混合物を実現および維持するために、制御された機構を通して実施される。本明細書における本発明により、静止した爆燃波の物理学、熱力学、流体力学、および化学が、静止かつ持続的な火炎前面を生成するために利用される。
【００２５】
本明細書に記載の本発明は、多くの利点を提供する。粉末燃料ディスパージョンは、ガソリンまたはプロパンなどの気体および液体燃料から視覚的に区別できない様相で燃焼する。この特徴は、初期に大量の熱を入力する必要なく、瞬時の点火および持続的な燃焼を可能にする。定常状態の燃焼への到達が、速やかである。既存の気体および液体燃料と同様に、粉末燃料ディスパージョンの燃焼によって生成される火炎は、ディスパージョンの流量を調節することによって、広い熱出力の範囲にわたって精密に制御することが可能である。粉末燃料ディスパージョンの燃焼は、ほぼ完全に煤煙および臭気を出さず、ほぼ完全にカーボンニュートラルである。さらに、提供される粉末燃料ディスパージョンは、特定の燃焼への適用に限定されず、さまざまな燃焼装置において使用することが可能であり、単一の燃焼装置を、変更または調節をほとんど必要とせず、あるいは全く必要とせずに、さまざまな燃料（例えば、広葉樹材、針葉樹材、草（ｇｒａｓｓ）、金属、プラスチック）を含む粉末燃料ディスパージョンの燃焼に使用することを可能にする。
【００２６】
さらなる重要かつ予期しない利点は、この新規な形態の燃焼流体が、油、ガソリン、プロパン、液化石油ガス、およびメタンなどの石油製品に比べてはるかに安全であり、すなわち、この燃料がこぼれ、あるいは或る表面上に集まった場合に、ブロートーチに触れても火炎を伴って燃焼することがない。対照的に、こぼれた石油製品は、深刻な健康上および安全上の危険を引き起こす。
【００２７】
粉末の爆発性は、例えば、粉末粒子の表面積、粉末のエネルギー含量、粉末ディスパージョンにおける酸素などの酸化剤の濃度、粉末および酸化剤の温度、伝熱率、ならびに粉末粒子のサイズなど、いくつかの要因によって左右される。一般に、より小さい粒子は、より大きな粒子よりも速く燃焼し、爆発性のディスパージョンを特徴付ける火炎の伝搬をもたらす。図１ａは、粉末粒子の粒子サイズと粒子の燃焼時間との間の一般的な関係を示している。破線１０２が、粉末の爆発性の限界を示しており、すなわちこれを超えるとディスパージョンが爆発性でなくなる、しきい値を示している。このしきい値は、個々のディスパージョンごとに異なり、たとえディスパージョン間で粉末が同じであっても、上記他の要因ゆえに異なる可能性がある。例えば、酸化剤の濃度に関して、特定の粉末を含む第１のディスパージョンが、当該ディスパージョンが２０．９５％の酸素を有する空気を含む場合、爆発性でないかもしれない一方で、同じ粉末を含む第２のディスパージョンは、当該ディスパージョンが純粋な酸素を含む場合は、爆発性であり得る。本発明の開示を考慮して、粉末の爆発性の限界を決定するための方法および装置が、Wolfgang Bartknecht, Dust Explosions: Course, Prevention, Protection §2.3(1989)に記載されていることを理解されたい。
【００２８】
図１ｂに示されているように、伝熱率と粒子サイズとの間には、おおむね反比例の関係が存在する。より小さな粒子の伝熱率は、一般に、より大きな粒子の伝熱率よりも高い。また、破線１０２が、爆発性の限界を示している。図１ｂは、例えば５００μ程度の粒子など、大きな粒子で主に構成される燃料を、長期間にわたって炉内に保たなければならない理由についての説明が示される。
【００２９】
図１ｃは、本明細書に提示される粉末燃料ディスパージョンと、既存の燃焼装置において使用される微粉炭およびバイオマス燃料の間の相違を、一般的に示している。見ての通り、従来の燃料の粒子サイズ分布を表している曲線１０６は、本明細書に開示されている粉末燃料の一態様の粒子サイズ分布を表している曲線１０８の右側へずれている。線１０４が、本明細書に記載される本発明の粉末粒子サイズの中央値を表しており、いくつかの態様において、これは５０μ〜８０μの間であってよい。
【００３０】
図１ｄに示されるように、本発明の態様の粒子サイズ分布は、さまざまな統計的特徴を有していてよい。
【００３１】
爆発性となるために充分な酸化ガスが存在する限りにおいて、粒子サイズ分布が線１０４によって表される中央値を有している粉末ディスパージョンを選択することによって、粉末粒子の表面積、粉末のエネルギー含量、酸素などの酸化剤の濃度、粉末および酸化剤の温度、ならびに伝熱率などの変数にかかわらずに、爆発性であるディスパージョンを達成できる。したがって、本発明の態様は、種々の粉末材料について調節をほとんど、または全く必要とせずに、粉末燃料のディスパージョンを爆燃させることができる。
【００３２】
したがって、本明細書の開示を考慮して、ここに物理学、熱力学、流体力学、および化学を使用して本発明の爆発性粉末ディスパージョンを生成するためのおおよその条件を決定することができる。
【００３３】
しかしながら、本発明をさらに説明する前に、本発明をより容易に理解することができるよう、特定の用語を最初に定義して、便宜上ここにまとめている。
【００３４】
ＩＩ．定義
本明細書に使用される、用語「アッシュ」は、燃焼の不燃性残留物を示す。
【００３５】
本明細書に使用される、用語「バイオマス」は、再生可能または再発性の基盤において利用できる何れかの有機物を示す。Ashraf Elfasakhany，Modeling of Pulverized Wood Flames 3-4(2005)を参照されたい。バイオマスとして、農業廃棄物（草、ナッツの殻、麦の殻、トウモロコシ茎葉、サトウキビ、および麦わら、など）、草（これらに限定されないが、パンパスグラス、柳、雑種ポプラ、カエデ、スズカケノキ、スイッチグラス、および他のプレーリーグラス等）のようなエネルギー作物、家禽、ウシ、および馬などの動物からの動物排せつ物、下水スラッジ、伐採、製粉、木工、建設、および製造などの産業の廃材（広葉樹材および／または針葉樹材）、ならびに糖類およびコーンスターチなどの食品など、幅広くさまざまな物質を挙げることができる。例えば、上記文献を参照されたい。選択されたタイプのバイオマスの化学的組成は、http://www.esru.strath.ac.uk/Documents/MSc_2006/hamilton.pdfにより入手できるKirsten Hamilton, Feasibility Study: Grain-dust Burner(2006)に記載されていて、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３６】
本明細書に使用される、用語「混合粉末燃料」は、２つ又はそれ以上の別個の粉末燃料を含む粉末燃料を示し、２つ又はそれ以上の別個の粉末燃料のそれぞれが、さまざまな粒子サイズまたは材料／組成であってよい。
【００３７】
本明細書に使用される、用語「ＢＴＵ含量」は、燃料が燃焼したときに生み出されるエネルギーの量（単位は、英熱量；British Thermal Unit）を示す。
【００３８】
本明細書に使用される、用語「閉ループシステム」は、結果が所望の値からの偏差について監視され、そのような偏差を最小にすべく１つ又はそれ以上の入力が調節されるシステムを示す。
【００３９】
本明細書に使用される、用語「燃焼装置」は、何れもの種類の燃料を燃焼および／または爆燃させる何れものシステムを包含する。そのような燃焼装置として、内燃機関、炉、穀物乾燥機、および発電機を含む。
【００４０】
「当該エネルギーを変換」という文言において使用されるような用語「変換」は、本明細書において、例えば当該エネルギーを作業の実行または熱の生成などの結果を生み出すために利用または使用する行為を示す。特定の態様においては、エネルギーの変換が、装置の作動によって測定され、すなわち測定可能な結果を生み出す装置の動作によって生じてもよい。
【００４１】
用語「燃焼」または「燃焼する」は、本明細書において（装置の種類、すなわち燃焼装置に言及せずに）使用されるとき、爆燃の活動を示す。これらの用語は、単なる燃焼（burning）の活動から区別することができる。
【００４２】
本明細書に使用される、用語「燃焼エリア」は、例えばノズルの付近、エンジンのシリンダ内、など、燃焼が生じる場所を示す。
【００４３】
本明細書に使用される、用語「連絡可能に接続した」は、２つ又はそれ以上の構成要素が当業者にとって公知の何れもの技法および／または装置によって連絡できることを示す。
【００４４】
用語「完全燃焼」は、当該技術分野において周知であり、酸化剤が燃料を消費して限定された数の生成物を生成する燃焼反応を示すために用いられる。すなわち、酸素における炭化水素の完全燃焼は、二酸化炭素および水をもたらす。空気中での炭化水素または何れもの燃料可燃物の完全燃焼は、さらに窒素をもたらす。
【００４５】
「制御された量」という文言に使用されるような、用語「制御された」は、情報のフィードバックループを使用することによって、例えば微細にまたは大まかに変更することができるというパラメータの特徴を示す。例えば、「制御された量」という文言は、例えば情報のフィードバックループなど、フィードバック変更にもとづいて選択される測定量を示す。
【００４６】
本明細書に使用される、用語「制御された流」は、例えばフィードバック変更によって、流量、物質移動速度、出力／熱出力、温度調節、などのパラメータにもとづいて、直接的に制御および変更することができる粒子の移動または流れを示す。流れを、特定の適用が必要としうるように微細または大まかに変更することができる。さらに、本明細書に後述するセンサなどの装置を、流れの制御または変更に必要なデータをもたらすために使用することができる。特定の態様においては、流れを、一貫した爆発性の粉末ディスパージョンを製造するという目的のために制御することができる。
【００４７】
用語「接続した」は、当該技術分野において周知であり、本明細書において、当業者にとって公知の何れもの技法および／または装置によって２つ又はそれ以上の構成要素の接続を示して使用される。接続は、直接的（２つの構成要素が互いに物理的に接触している）であっても、間接的（第１の構成要素が、第２の構成要素に物理的に接触している１つ又はそれ以上の構成要素に物理的に接触している）であってもよい。例えば、「ノズルおよび乱流チャンバが第１の導管によって接続されている」という表現において、用語「接続」は、粉末ディスパージョンが乱流チャンバから第１の導管を通ってノズルへと流れることができるというノズルと乱流チャンバとの間の関係を示している。
【００４８】
本明細書に使用される、用語「分解（ｄｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）」は、塊へと凝集している小さな粒子のグループで構成されている大きな粒子を細分化または除去する行為を示す。
【００４９】
用語「爆燃（ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｎｇ）」は、当該技術分野において周知であり、通常は熱伝導によって伝搬する亜音速の燃焼を示す（例えば、燃焼している物質が、低温の物質の次の層を加熱して、点火を生じさせる）。爆燃が爆轟（超音速であり、衝撃圧縮によって伝搬する）から区別されることを、理解すべきである。
【００５０】
本明細書に使用される、用語「誘導」は、本発明の爆発性粉末ディスパージョンなどの物質を、（例えば装置の使用または構成要素の接続によって）指定の位置へと意図的または故意に誘導することを示す。これは、最初は静止している粉塵／空気の混合を通って伝搬する爆燃の波面と定義できる粉塵爆発などにおける、静止したままの物質と区別することができる。
【００５１】
本明細書に使用される、用語「爆発性」は、適切な条件のもとで粉末−気体混合物として分散されたときに、点火後に爆燃の火炎伝搬が可能な粉末の特性を示す。爆発性の粉末ディスパージョンを形成する爆発性の粉末は、適切な比の酸化ガスと混合された場合に火炎伝搬が可能である。多数の爆発性粉末（点火可能な粉末と区別できる）が、Rolf K. Eckhoff，Dust Explosions in the Process Industry(3d ed.2003)（その内容は参照により本明細書に組み込まれる）の表Ａ．１に記載されている。
【００５２】
本明細書に使用される、用語「ガス」および「酸化ガス」は、爆発性の粉末ディスパージョンを生成するための最小限の量（すなわち、完全燃焼をもたらすためには不充分でも）の酸化ガス（例えば、Ｏ２）を含んで気体の状態で存在する何れもの物質を示し、同じ意味で使用される。例えば、加圧ガスの供給源からの加圧ガス、すなわち爆発性の粉末ディスパージョンを生成するために使用される加圧ガスは、空気などの酸化ガスである。この用語は、例えばＯ２などの単一組成のガス、および空気などのガス混合物を包含することを意図している（これは、この用語を、ガソリン、液化石油ガス、または天然ガスの短縮形として使用することと対照的である）。本発明の特定の態様においては、ガスを、粉末燃料ディスパージョンを生成するために使用することができる。
【００５３】
用語「不完全燃焼」は、当該技術分野において周知であり、燃焼によって燃料が不完全に消費される燃焼反応を示す。不完全燃焼は、大量の副生成物を発生させる。例えば、炭化水素の不完全燃焼は、一酸化炭素、純炭素（煤煙またはアッシュ）、および種々の他の化合物（窒素酸化物など）を生成しうる。本発明のとくに有利な態様においては、不完全燃焼の程度が低減される。
【００５４】
本明細書に使用される、用語「メッシュ」は、粒子のサイズを、メッシュの特定の規格によって規定されるように粒子ふるいの開放間隔との比較によって示す。メッシュの尺度について、ＩＳＯ ５６５、ＩＳＯ ３３１０、およびＡＳＴＭ Ｅ １１−７０を含むさまざまな規格が存在する。本明細書に示されるすべてのメッシュサイズは、ＡＳＴＭ Ｅ １１−７０規格を使用して測定される。
【００５５】
用語「得る」は、材料、構成要素、または物質を得るとき、材料を購入し、合成し、あるいは他の手段で入手することを包含する意図である。本発明の特定の態様において、その方法は、本発明の方法において使用するための爆発性粉末を得る更なる工程を含む。
【００５６】
本明細書に使用される、用語「粒子サイズ」は、例えば粒子がどのサイズのメッシュスクリーンを通過できるかに関して粒子のサイズを説明し、あるいはサイズをメートル法（例えば、ミクロン）で記載することによって粒子のサイズを説明する。さらに、粉末燃料の特定の態様は、部分的に、粒子サイズによって規定される。粒子サイズは、メッシュの尺度によって規定することができ、大きい数字ほど、粒子が小さいことを示している。本明細書に記載されるように、粉末燃料の態様では、５０メッシュ以下の粒子サイズを有していてもよい。粉末燃料は、例えば約６０メッシュよりも小さく、例えば約７０メッシュよりも小さく、例えば８０メッシュ、例えば９０メッシュ、例えば１００メッシュ、例えば１１０メッシュ、例えば１２０メッシュ、例えば１３０メッシュ、例えば１４０メッシュ、例えば１５０メッシュ、例えば１６０メッシュ、例えば１７０メッシュ、例えば１８０メッシュ、例えば１９０メッシュ、例えば２００メッシュ、例えば２１０メッシュ、例えば２２０メッシュ、例えば２３０メッシュ、例えば２４０メッシュ、例えば２５０メッシュ、例えば２６０メッシュ、例えば２７０メッシュ、例えば２８０メッシュ、例えば２９０メッシュ、例えば３００メッシュ、例えば３１０メッシュ、例えば３２０メッシュ、例えば３２５メッシュ、例えば３３０メッシュ、例えば３４０メッシュ、例えば３５０メッシュ、例えば３６０メッシュ、例えば３７０メッシュ、例えば３８０メッシュ、例えば３９０メッシュ、例えば４００メッシュ、例えば４１０メッシュ、例えば４２０メッシュ、例えば４３０メッシュ、例えば４４０メッシュ、例えば４５０メッシュの粒子を含む粉末燃料など、より厳しい要件の粉末燃料も包含する。
【００５７】
本明細書に使用される、用語「粒子サイズ分布」は、種々のサイズ範囲の粒子の含有率、すなわち粉末サンプルにおける種々のサイズの粒子の分布を示す。
【００５８】
本明細書に使用される、用語「プラスチック」は、これらに限定されるわけではないが、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニようにル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリメチル・メタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、フェノール樹脂、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、およびポリ乳酸など、合成または半合成の重合生成物を示す。本明細書に使用される、「プラスチック」は、再生利用可能および再生利用不可能なプラスチックの両者の一般的カテゴリを包含する。
【００５９】
本明細書に使用される、用語「容積式」は、単位行程、単位指標、または単位時間などの単位動作あたりに既知の体積の材料を移動させる装置を使用する技法を示す。特定の態様においては、容積式の装置が、流体または固体を正確に計り取るために有用である。
【００６０】
本明細書に使用される、用語「粉末」は、振動または傾斜時に自由に流れることができる多数の微細粒子で構成される固体化合物を示す。粉末の組成ならびに／あるいは粒子サイズ（および、粒子サイズ分布）は、当該粉末を用いる適用にもとづいて選択されてもよい。例えば、特定の態様においては、粒子サイズ分布および／または粒子の材料が、特定の持続性を必要とする所望の有用性にもとづいて意図的に選択され、例えば４サイクルエンジンへ供給される粉末燃料は、炉へ供給される粉末燃料よりも微細な粒子の分布を有してもよい。本発明の粉末は、粒子分布において爆発性のサイズ限界を超える粒子が限られており、粉末ディスパージョンの点火および持続可能な静止の爆燃波の生成を妨げる量よりも少ない点で、少なくとも「実質的に爆発性」である。特定の態様においては、粒子分布において爆発性のサイズ限界を超える粒子が、２０％未満であり、例えば１５％未満であり、例えば１４％未満であり、例えば１３％未満であり、例えば１２％未満であり、例えば１１％未満であり、例えば１０％未満であり、例えば９％未満であり、例えば８％未満であり、例えば７％未満であり、例えば６％未満であり、例えば５％未満であり、例えば４％未満であり、例えば３％未満であり、例えば２％未満であり、例えば１．５％未満であり、例えば１．０％未満であり、例えば０．７５％未満であり、例えば０．５％未満であり、例えば０．２５％未満である。特定の態様においては、粒子分布において爆発性のサイズ限界を超える粒子が、２％未満である。他の態様においては、粒子分布において爆発性のサイズ限界を超える粒子が存在しない。
【００６１】
本明細書に使用される、用語「粉末化」は、粉末へと小さくされた物質を示す。
【００６２】
本明細書に使用される、用語「粉末燃料ディスパージョン」および「粉末ディスパージョン」は、粉末の性質（例えば、構成粒子のサイズおよび／または組成）および酸化ガスに対する粉末の比にもとづいて爆発性であるように選択される粉末燃料および酸化ガスの実質的に均一の混合物を示し、同じ意味で使用される。粉末燃料ディスパージョンの爆発性は、例えば、粉末粒子の表面積、粉末のエネルギー含量、粉末ディスパージョンにおける酸素などの酸化剤の濃度、粉末および酸化剤の温度、伝熱率、ならびに粉末粒子のサイズなど、多数の要因によって左右されうる。また、用語「粉末燃料ディスパージョン」および「粉末ディスパージョン」は、爆発性粉末の不完全な分布で形成された不完全な分布混合物を含むディスパージョンも、そのようなディスパージョンが爆発性である限りにおいて、包含することを意図する。
【００６３】
本明細書に使用される、用語「化学量論」は、例えば「化学量論の燃焼」または「化学量論の混合物」の文言に関連して用いられるように、粉末燃料／酸化ガスの混合物（すなわち、本発明の粉末燃料ディスパージョン）における爆発性の粉末燃料の酸化ガスに対する比であって、爆燃を支持し、混合物またはディスパージョン中の爆発性の粉末を実質的に消費するために適した比を示す。燃焼エリアの爆発性の粉末を消費するために必要な酸化ガスの化学量論量は、爆発性の混合物を生み出すために充分な粉末ディスパージョンの酸化ガスの量（典型的には、粉末を完全に消費することができる酸化ガスの総量よりも少ない）と区別することができる。したがって、本発明の粉末は、たとえ化学量論の酸化剤を有していなくても、爆発性である。
【００６４】
本明細書に使用される、「実質的に消費する」という文言は、本発明の爆発性粉末の消費のレベルを示す。実質的に消費される本発明の粉末は、例えば４重量％未満、例えば３重量％未満、例えば２．５重量％未満、例えば２重量％未満、例えば１．５重量％未満、例えば１．２５重量％未満、例えば１重量％未満、例えば０．７５重量％未満、例えば０．５重量％未満、例えば０．２５重量％未満など、５重量％未満の残留物を生成する。特定の態様においては、実質的に消費することが、完全な消費である。特定の態様において、本発明は、不完全燃焼の量または上記の燃焼残留物の生成を少なくすることを指向する。
【００６５】
用語「乱流燃焼」は、当該技術分野において周知であり、乱流によって特徴付けられる燃焼を示す。本発明の特定の態様においては、爆燃が、燃料と酸化剤との間の混合プロセスを助ける乱流燃焼である。
【００６６】
本明細書に使用される、用語「ウルトラクリーン炭」は、例えば１．００重量％未満、例えば０．９５重量％未満、例えば０．９０重量％未満、例えば０．８５重量％未満、例えば０．８０重量％未満、例えば０．７５重量％未満、例えば０．７０重量％未満、例えば０．６５重量％未満、例えば０．６０重量％未満、例えば０．５５重量％未満、例えば０．５０重量％未満、例えば０．４５重量％未満、例えば０．４０重量％未満、例えば０．３５重量％未満、例えば０．３０重量％未満、例えば０．２５重量％未満、例えば０．２０重量％未満、例えば０．１５重量％未満、例えば０．１０重量％未満、例えば０．０５重量％未満など、アッシュ含有量の少ない何れもの石炭を示す。
【００６７】
本明細書に使用される、用語「揮発マス」は、粉末燃料の燃焼温度以下で蒸発または揮発する材料または化合物（水など）を含む粉末燃料粒子の質量を示す。
【００６８】
ＩＩＩ．粉末燃料の使用方法
一態様において、本発明は、実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性粉末ディスパージョンを形成すること、爆発性粉末ディスパージョンを、点火源を通過する制御された流に誘導すること、および爆発性粉末ディスパージョンに点火して、静止の爆燃波を生成することの工程を含むエネルギーの生成方法を提供する。これにより、この方法は、爆発性の粉末を実質的に消費してエネルギー（例えば、熱エネルギーまたは作業の実行に使用されるエネルギー）を生成する。特定の態様においては、制御された流中の爆発性粉末ディスパージョンを、粉末燃料のエネルギー含量、粉末燃料のサイズ、酸化ガスの特性、および酸化ガスの温度から成る群より選択される１つ又はそれ以上によって規定することができる。さらに、爆発性粉末は、粉末バイオマス（例えば、粉末にした広葉樹材、針葉樹材、草）、金属粉末、プラスチック粉末、およびこれらの何れもの組み合わせから成る群より選択される材料を含むことができる。特定の態様においては、この方法が、爆発性粉末を得る工程をさらに含む。
【００６９】
さらに、この方法は、装置の作動によって／装置の作動を通じて／装置の作動において、生成されたエネルギーを変換する工程を含むことができる。そのような装置を、炉、エンジン、ボイラー、穀物乾燥機、衣服乾燥機、温水器、炉／温水器の組み合わせ、熱気球、スペースヒーター、薪を燃やすストーブ、ガス暖炉、ガスタービン、および発電機から成る群より選択することができる。
【００７０】
したがって、本発明のさらなる態様は、この方法によってもたらされるエネルギーを使用して作動する装置を提供する。特定の態様においては、装置が、当該装置の第一の設計から、そのようなエネルギーを使用して作動するように適合させられている。他の態様においては、装置が、そのようなエネルギーを使用して作動するための第一の設計を有している。
【００７１】
他の態様において、本発明は、燃焼装置を作動させる方法であって、実質的に爆発性の粉末を酸化ガスと混合して、爆発性粉末ディスパージョンを形成すること、爆発性粉末ディスパージョンを、制御された流中で点火源へ誘導する、および爆発性粉末ディスパージョンに点火して、静止の爆燃波を生成することで、爆発性粉末を実質的に消費してエネルギーを生成し、そしてこのエネルギーを使用して燃焼装置を作動させる工程を含む方法を提供する。
【００７２】
図２は、粉末燃料の利用方法２００を示している。工程２０２において、ガスの流れが生成される。工程２０４において、制御された量の粉末燃料が、所望の燃料／ガスディスパージョンを生成すべくガスの流れへと送り出される。いくつかの態様においては、制御された量の粉末燃料が、容積式の粉末送出器から送り出される。本明細書に記述の容積式の粉末送出器は、粉末の高度に制御可能な放出を可能にする。いくつかの態様においては、容積式の粉末送出器の粉末分散速度が、この容積式の粉末送出器を駆動する電圧に対して線形または準線形であってよい。
【００７３】
工程２０６において、粉末／空気ディスパージョンが、燃焼エリアへと放出される。粉末／空気ディスパージョンを、ガス流からの気圧によって、このディスパージョンの形成場所から運ぶことができる。粉末／空気ディスパージョンは、導管、ノズル、マニホールド、およびバルブなどの１つ又はそれ以上の構成要素を通って流れて、燃焼エリアへと達することができる。
【００７４】
工程２０８において、粉末／空気ディスパージョンが点火される。粉末／空気ディスパージョンを、メタンまたはプロパンを消費するパイロット灯などのパイロット灯（ｐｉｌｏｔ  ｌｉｇｈｔ）または火炎、ならびに例えばスパークプラグからの電気火花またはアークなど、当業者にとって公知のさまざまな技法および装置によって点火することができる。
【００７５】
本発明のいくつかの態様においては、工程２１０に示されるように、排気ガスが分析される。排気ガスを、さまざまな物質の存在および／または量を検出するために分析することができる。いくつかの態様においては、排気ガスの酸素レベルが、燃料／ガスディスパージョンが化学量論であるか否かを判断するために分析される。排気ガスに充分な酸素が存在していない場合、燃料／ガスディスパージョンが濃すぎ、したがって送り出される粉末燃料の量が減少する。酸素が過剰に存在する場合、ディスパージョンが薄すぎ、したがって追加の粉末燃料が送出される。これに加え、あるいはこれに代えて、排気ガスを、燃料／ガス混合物が濃すぎることを示す、一酸化炭素の存在について分析することができる。
【００７６】
さらに、本発明は、燃焼装置を作動させる方法であって、作動しているエンジンに、或る粉末燃料に対する液体燃料の比を有する第１の燃料混合物を供給すること、および粉末燃料に対する液体燃料の比を徐々に減少させて第２の燃料混合物を生成することによって、燃焼装置を作動させることを含む方法を提供する。特定の態様においては、第１の燃料混合物が、液体燃料のみを含む。特定の態様においては、第２の燃料混合物が、粉末燃料のみを含む。比を、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサから成る群より選択される少なくとも１つの入力の関数として調節することができる。
【００７７】
別の態様において、本発明は、燃焼装置を作動させる方法であって、空気流を生成すること、制御された量の粉末燃料を空気流に分散させて、爆発性の混合物を生成すること、および爆発性の混合物を爆燃のための燃焼エリアへと導入することによって、燃焼装置を作動させることを含む方法を提供する。特定の態様においては、空気流が乱流チャンバ内にある。さらに、この方法は、空気流を測定すること、および分散させる粉末燃料の制御された量を空気流の関数として調節することを含むことができ、例えば分散させる粉末燃料の制御された量の調節が、粉末分散装置の速度の調節を含む。さらに、この方法は、二次空気流を測定すること、および分散させる粉末燃料の制御された量を二次空気流の関数として調節することをさらに含むことができ、例えば分散させる粉末燃料の制御された量の調節が、粉末分散装置の速度の調節を含む。
【００７８】
上記の態様は、液体または気体燃料を使用したエンジンの始動、および完全または部分的な粉末燃料の燃焼への移行を促進する。このような方法は、燃焼装置の「低温始動」に特に有用となりうる。いくつかの態様においては、液体または気体燃料を、ガソリン、水素、植物油、バイオディーゼル、バイオアルコール、ブタノール、バイオエタノール、バイオメタノール、バイオガス、２，５−ジメチルフラン（ＤＭＦ）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、バイオＤＭＥ、フィッシャー−トロプシュ（Fischer-Tropsch）ディーゼル、ウッド・ディーゼル、エタン、メタン、プロパン、ブタン、ディーゼル燃料、燃料油、ジェット燃料、ケロシン、液化石油ガス、および天然ガスから選択することができる。これに加え、あるいはこれに代えて、液体または気体燃料は、ジメチルエーテルなどの始動用流体を含むことができる。
【００７９】
ＩＶ．粉末燃料の爆燃のためのキット
他の態様において、本発明は、装置を、上記の方法によって導出されるエネルギー（すなわち、静止の爆燃波を生成すべく制御された流を点火源へ誘導することによって生み出されるエネルギー）を用いる作動に適合させるために有用な機械的要素の組み合わせをさらに提供する。例えば、本明細書に記載されている本発明は、燃焼装置を粉末燃料の爆燃に適合させるためのキットを提供する。したがって、本発明の一態様は、燃焼装置を粉末燃料の爆燃に適合させるためのキットであって、乱流チャンバ、粉末分散装置、加圧ガス源（例えば、乱流チャンバとの接続に適合した構成の加圧ガス源）、および随意によるガス流センサ（例えば、質量流量センサ）を含むキットを提供する。随意によるガス流センサを含めることは、適合させる燃焼装置にもとづく。特定の態様においては、キットが、さらにノズルを備えており、そのようなノズルを、特定の態様においては、乱流チャンバとの接続に適合した構成とすることができる。
【００８０】
特定の態様においては、ガス流センサが、ベインメータ（vein meter）質量流量センサ、ホットワイヤ質量流量センサ、コールドワイヤ質量流量センサ、および膜質量流量センサから成る群より選択される。特定の態様においては、ガス流センサが、燃料コントローラとの接続に合わせた構成である。さらなる特定の態様においては、ガス流センサが、粉末分散装置との連絡接続に合わせた構成である。さらに、粉末分散装置の速度を、ガス流センサによって制御することができる。質量流量センサは、Sensata Technologies of Attleboro, Massachusetts; Robert Bosch GmbH of Gerlingen, germany; DENSO Corporation of Aichi, Japan; Visteon of Van Buren Township, Michigan; Delphi Corporation of Troy, Michigan; Hitachi,Ltd. of Tokyo, JapanおよびKolbenschmidt Pierburg AG of Neckarsulm, Germanyから入手することができる。
【００８１】
粉末分散装置に関しては、本発明の技術範囲において、多くの態様を考慮することができる。例えば、粉末分散装置は、容積式の粉末分散装置であってよい。さらに、粉末分散装置は、例えば先細りのホッパーを含むことができる。さらに、粉末分散装置は、振動装置をホッパーに接触させて含むことができる。いくつかの態様においては、振動装置が、超音波振動装置であってよい。また、粉末分散装置は、ホッパー内に配置されたオーガ（auger）およびオーガを回転させるオーガへと接続された動力源をさらに含むことができる。さらに、粉末分散装置は、ホッパーの下方に配置された水平オーガ、エアロック（air lock）、ホッパー内に位置するミキサ、乱流チャンバとノズルとを接続する導管をさらに含むことができ、さらには／あるいは乱流チャンバとの接続に合わせて構成されてよい。
【００８２】
さらなる態様においては、粉末分散装置が、粉末分散装置との接続のための第２の導管、および導管に接続される第２の粉末分散装置をさらに含むことができる。さらに、特定の態様においては、第２の粉末分散装置が、例えば先細りである第２のホッパーを含むことができる。別の態様においては、第２の粉末分散装置が、第２のホッパー内に配置された第２のオーガ、および第２のオーガを回転させるオーガへと接続された第２のモータを含むことができる。特定の態様においては、第２の粉末分散装置が、第２の振動装置を第２のホッパーに接触させてさらに含むことができる。第２のホッパーも、エアロックを含むことができる。
【００８３】
本発明の典型的な態様は、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサから成る群より選択される１つ又はそれ以上のセンサと、これら１つ又はそれ以上のセンサに連絡可能に接続され、粉末分散装置から放出される粉末燃料の量を調節するように構成されている燃料コントローラとをさらに含むキットを提供する。特定の態様においては、燃料コントローラが、排気ガス中に過剰な酸素を維持するように、粉末分散装置から放出される粉末燃料の量を調節する。
【００８４】
本発明のキットを、粉末燃料（例えば、本明細書に記載の粉末燃料）の動力のもとで作動することができる何れもの動力装置を改造するために使用することができる。実際、特定の態様においては、キットを、本明細書に記載の粉末燃料の使用に適用することができる。本発明の限定を意図するものではないが、特定の態様では、炉、エンジン、ボイラー、穀物乾燥機、衣服乾燥機、温水器、炉および温水器の組み合わせ、熱気球、スペースヒーター、薪を燃やすストーブ、およびガス暖炉を含む。そのような態様を、燃料を燃焼させるための既存のシステムの置換および／または補完によって達成することができる。例えば、Farm Fans, Incorporated of Assumption, Illinois から市販されているような穀物乾燥機において、粉末燃料バーナーは、プロパンまたは天然ガスを必要とする従来のバーナーと置換できそして／またはこれを補完することができる。同様に、衣類乾燥機またはスペースヒーターにおいて、粉末燃料バーナーが、従来の電気または天然ガスの加熱要素を補完または強化することができる。薪を燃やすストーブを、当該薪ストーブの燃焼エリアに粉末燃料バーナーを取り付けることによって、本明細書に記載の粉末燃料技術を利用するように改造することができる。暖炉の態様においては、粉末燃料バーナーが、天然ガスなどの液体または気体燃料によって生み出される火炎を補完または置換することができる。
【００８５】
したがって、キットは、既存の装置が粉末燃料での動作に適合するようにキットを組み入れるための指示書を含むことができる。特定の態様においては、キットが、キットを炉に設置するための指示書をさらに含むことができる。別の特定の態様においては、キットが、キットをエンジンに設置するための指示書をさらに含むことができる。
【００８６】
本発明は、典型的な態様およびその改変を利用することによって、さらに明らかにされ得る。改変は、キット全般に適用可能であると理解されるべきである。図３は、そのようなキット、すなわちキット３００を示している。
【００８７】
Ａ．例示およびその改変
キット３００は、ノズル３０２を含む。ノズル３０２は、乱流チャンバ３０４へと接続されるように設計されている。乱流チャンバ３０４は、粉末分散装置３０６に接続されるように設計されている。乱流チャンバ３０４は、ガス供給源３０８に接続されるように設計されている。キット３００の構成要素３０２、３０４、３０６、３０８を、それぞれ独立に分離された構成要素として製造および販売することができ、あるいはこれらの構成要素のうちの１つ又はそれ以上を、製造時および／または製造後に一体化させてもよい。
【００８８】
ノズル３０２を、さまざまな位置への接続、取り付け、および／または配置に合わせることができる。内燃機関に関する本発明の適用においては、ノズル３０２を、吸気マニホールド、スロットルボディ、または燃焼室の内部に、従来のガソリンまたはディーゼル燃料インジェクタと同様の方法で接続することができる。本発明の炉への適用においては、ノズル３０２を、バーナー室に配置することができる。同様に、たいまつまたは火炎放射器などの装置への適合のためのキットに関しては、ノズル３０２を、装置の外部かつ作動時の火炎の直近に位置させることができる。ひとたび粉末燃料混合物が、ノズル３０２およびノズルの延長部を出ると、粉末燃料混合物は、プロパンまたはメタンなどの液体燃料のための燃焼装置と同様に、二次酸素の存在下で点火して、燃焼する。燃焼のための二次酸素を利用することによって、ノズル速度を小さくし、持続可能な火炎の生成を可能にすることができる。
【００８９】
したがって、ノズル３０２を、ノズル３０２が配置される環境（例えば、高温、高振動の環境）を反映すべく、種々の材料で構成することができる。典型的な材料として、これらに限定されるわけではないが、鉄、鋼、ステンレス鋼、タングステン鋼、銅、真ちゅう、アルミニウム、金、銀、チタニウム、これらの合金、およびポリマー類を含む。
【００９０】
ノズル３０２のいくつかの態様においては、ノズルが、燃料混合物を排出するためのただ１つのオリフィスを含むことができる。燃焼ガスを排出するためのさらなるオリフィスは、不要であるが、特定の流量および／または燃料分散パターンを実現するために含んでいてもよい。燃焼のための充分なガスが、通常は燃料混合物および燃焼環境（バーナー室またはエンジンのシリンダなど）へ供給される。炉の適用においては、経済的動機および騒音低減の動機のために、燃料／ガスディスパージョンが実用可能な限り低い圧力および流量でノズルを通過するシステムを構成することが望ましいかもしれない。
【００９１】
ノズル速度を、ノズル３０２の選択および／またはガス供給源の調節によって制御することができる。種々の適用が、種々のノズル速度を必要としてもよい。より低い速度が、自動車の適用においておそらくは望ましい一方で、より高い速度が、炉により適切であってもよく、より高い速度が、いくつかの商業的にまたは産業的に適用されてもよい。より低い速度は、火炎が燃料混合物の方向から横に広がることを可能にし、これが、炉の適用において望ましいであろう。一般に、ノズル速度が増すにつれ、火炎の長さが増し、点火点とノズル３０２との間の距離を増大する必要があるかもしれない。例えば、約２００ｍｐｈのノズル速度をもたらす３点ノズルを使用する場合、点火点は、ノズルから４フィート以上であってよい。
【００９２】
燃料混合物の特性を反映するためにノズル速度を調節することで、持続可能な火炎を生成することができる。通常は、持続する火炎（すなわち、連続的な点火源を必要としない火炎）を、ノズル速度が爆燃の波面の速度よりも低い場合に実現することができる。
【００９３】
いくつかの態様においては、ノズル３０２が、従来のガソリンまたはディーゼル燃料のインジェクタであってよく、あるいはそのようなインジェクタと同様であってよい。また、ノズル３０２が、例えば Nordson Corporation of Westlake, Ohio; EXAIR of Cincinnati, Ohioおよび Powder Parts,Inc. of Elgin, Illinoisによって製造されているノズルなど、粉末の噴射に合わせて設計されたノズルであってもよい。
【００９４】
いくつかの態様においては、ノズル３０２を所望の粉末分散位置から離して配置することができるよう、ノズル延長具または延長チューブを、ノズル３０２へと接続することができる。適切なチューブとして、ミシガン州のGenova Products, Inc. of Davison, Michigan から入手できる1/2” CTS Genova CPVC 4120、ならびにNordson Corporation of Westlake, OhioおよびEXAIR of Cincinnati, Ohio から入手できる他のチューブを含む。
【００９５】
乱流チャンバ３０４を、粉末−ガス混合物またはディスパージョンの形成に使用される乱流圧力流に耐えることができる何れもの材料で構成することができる。例として、これらに限定されないが、鉄、鋼、ステンレス鋼、タングステン鋼、銅、真ちゅう、アルミニウム、金、銀、チタニウム、これらの合金、プラスチック、およびポリマー類で構成されたパイプおよびチューブを含む。いくつかの態様においては、乱流チャンバ３０４を、粉末燃料と乱流チャンバ３０４との間の引力を最小にするために、帯電させることができる。
【００９６】
いくつかの態様においては、乱流チャンバ３０４を、導管（図示されていない）によってノズル３０２に接続することができる。導管は、鉄、鋼、ステンレス鋼、タングステン鋼、銅、真ちゅう、アルミニウム、金、銀、チタニウム、これらの合金、プラスチック、およびポリマー類で構成されたパイプおよびチューブなど、ノズル３０２へ粉末−ガスディスパージョンを導くために適した何れもの材料を含むことができる。導管のサイズは、キットの特定の適用を反映して、さまざまである。チューブの典型的な内径は、１／４”、３／８”、１／２”、５／８”、３／４”、７／８”、１”、１と１／４”、１と１／２”、１と３／４”、および２”である。典型的なチューブとして、Nordson Corporation of Westlake, Ohio および EXAIR of Cincinnati, Ohio から入手できるチューブを含む。いくつかの態様においては、導管を、粉末燃料と導管との間の引力を最小にするために、帯電させることができる。
【００９７】
粉末分散装置３０６は、制御された量の粉末燃料を届けることができる何れもの装置であってよい。粉末分散装置３０６の一態様が、図１に示される。粉末分散装置３０６は、ホッパー３１０、オーガ３１２、およびオーガを回転させるためのモータ３１４を含む。ホッパー３０６は、粉末燃料を保持することができる何れもの容器であってよい。典型的なホッパーが、Franklin D. Jones, Ingenious Mechanisms For Designers and Inventors 483-94(1930)に記載されている。モータ３１４がホッパー３１０内に描かれているが、モータ３１４を、内部または外部のいずれかに配置することができ、オーガ３１２に直接または当業者にとって公知の何れものリンクを介して接続することができる。オーガ３１２を、自動車においてエンジンによって駆動してもよい。オーガ３１２は、何れもの長さであってよいが、通常は、１２”未満の長さである。オーガシステムの実例が、Morimotoらの米国特許第４，８９５，２７４号、Wegmanの米国特許第６，９５１，２３０号、およびKressinらの米国特許出願公開第２００３／００９０９５７号公報に記載されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。粉末分散装置の実例を、ALLFILL Inc. of Exton, Pensylvenia および Carolina Conveying, Inc. of Canton, North Carolina から入手することができる。
【００９８】
ホッパー３１０において粉末３１６の移動を促進し、凝集の発生を少なくするために、１つ又はそれ以上の振動装置３１８を、ホッパー３１０、粉末３１６、および／または両者に接触させ、あるいは近接させて配置することができる。振動装置は、当該技術分野において周知であり、Matsubaraらの米国特許第７，２７１，５１６号、Kiの米国特許出願公開第２００７／０１４５８４０号公報、およびOlivierの米国特許出願公開第２００７／０１５９０１６号公報に記載されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００９９】
加圧ガス源３０８は、当該技術分野において公知のように、加圧ガスを生成するための何れもの装置であってよい。加圧ガス源３０８を、機械的または電気的に作動させることができる。例えば、家庭用暖炉などの暖房への適用においては、加圧ガスを、Harbor Freight Tools of Camarillo, California から市販されているCentral Pneumatic １２ボルト、１５０ｐｓｉ 大容量ガス圧縮機（カタログ番号９３１８６−ｏｖｇａ）など、１５０ｐｓｉの大容量ガス圧縮機によってもたらすことができる。より大きなガス流量が、自動車または産業の適用において望ましい可能性があり、例えばHarbor Freight Tools of Camarillo, California から市販されているCentral Pneumatic １１５ｐｓｉ、２ガロンガス圧縮機（カタログ番号９４７２４−ｏｖｇａ）または４０ｐｓｉで３．４ｃｆｍを届けることができる圧縮機によってもたらすことができる。
【０１００】
他の態様においては、加圧ガス源３０８が、加圧ガスタンクであってよい。加圧ガスタンクは、当該技術分野において周知であり、バージニア州のthe Compressed Gas Association of Chantilly, Virginia などの団体からの種々の刊行物に記載されている。１つ又はそれ以上の加圧ガスタンクが、ガスまたはガスの混合物を乱流チャンバ３０４へと供給することができる。
【０１０１】
乱流チャンバ３０４へ供給されるガスは、空気など、さまざまなガスのうちのいずれかであってよい。特定の態様においては、ガスが、酸素、オゾン、フッ素、塩素、または臭素などの酸化剤であってよい。特定の態様においては、ガスが、空気または他の酸素源（例えば、Ｏ２ガス）である。
【０１０２】
いくつかの態様においては、キットが、乱流チャンバ３０４へ放出される燃料の量を調節するための燃料コントローラを含む。燃料コントローラは、コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびＲＩＳＣマイクロプロセッサなど、当業者に公知の何れものハードウェア、ソフトウェア、または機械的な構成要素であってよい。典型的なシステムおよび構成要素が、Ross Bannatyne, Electronic Control Systems(2003)、Ali Emadi, ed., Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives(2005)、Ronald K.Jurgen, Automotive Microcontrollers(1998)、及びRonald K.Jurgen, Automotive Software(2006)を含む多くの文書に記載されている。
【０１０３】
燃料コントローラを、１つ又はそれ以上のセンサへ接続することができる。自動車の態様においては、センサとして、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ（タコメータ）、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサを含んでよい。自動車用のセンサは、当該技術分野において周知であり、Delphi Corporation of Troy, Michigan など、さまざまな供給元から入手することができる。
【０１０４】
特定の炉の適用においては、センサとして、火炎温度センサ、加圧ガス温度センサ、サーモスタットからの温度を測定するセンサ、炉の内部からの温度（例えば、ボイラーからの水温または熱交換器の温度）を測定するセンサ、酸素センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサを含んでよい。温度センサは、熱電対など、当業者にとって公知のさまざまな装置を含むことができる。
【０１０５】
さらに、燃料コントローラは、燃焼装置において使用される燃料についてのデータを示すさらなる入力を受け取ることもできる。例えば、粉末燃料についてのデータとして、燃料の種類（例えば、広葉樹材、針葉樹材、金属、石炭）および燃料の仕様（例えば、粒子サイズ、アッシュの割合、揮発マスの割合）を含むことができる。液体燃料についてのデータとして、燃料の種類（例えば、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、灯油）および燃料の仕様（例えば、オクタン量、添加剤）を含むことができる。入力を、例えば車両の）コンソール、炉に連絡しているコンピュータまたはサーモスタット、あるいは燃料の貯蔵または搬送システムのセンサによって送信することができ、あるいは入力をあらかじめ設定してもよい。
【０１０６】
燃料コントローラは、１つ又はそれ以上のセンサからの１つ又はそれ以上の入力にもとづいて、燃料の流量を調節する。例えば、より多くのガスを吸気マニホールドへと流すことができるようにスロットルが開かれるとき、または乱流チャンバ３０４へより多くの燃料を可能にするために加圧ガス源３０８が調節されるとき、追加の燃料が必要とされる可能性がある。さらに進んだレベルにおいては、燃料の流れを、排出物を最小にするために制御することができる。粉末燃料および他のすべての燃料を完全に酸化するための充分な酸素が存在している化学量論の燃焼反応（例えば、酸素の排出を監視することによって確認できる（すなわち、排出物中の過剰な酸素が、燃焼プロセスに充分な酸素が存在していることを知らせる））を維持することによって、排出物を減らすことができる。
【０１０７】
さらに、燃料コントローラは、燃焼装置の性能を最大にするために燃料の流量を調節する。例えば、エンジンにおいて、粉末燃料は、１００％の液体燃料で運転しているときに生み出される最大エンジン馬力の５０％未満しか必要としない条件下で、とくに有効でありうる。さらに、排気温度を５００℃未満に保つことで、アッシュの生成を最小限にし、バルブの汚損および／または粒子状物質の生成を少なくすることができる。
【０１０８】
燃料／ガスディスパージョンのための空気の流量を、いくつかの態様において調節することができるが、多くの状況において、空気の流量は調節を必要としない。これは、多くの場合に、二次空気が、化学量論のディスパージョンを補償するために充分であるからである。これは、とくには、粉末燃料ディスパージョンを、燃料に対する空気の比がはるかに大きいことが必要な、ガソリンなどの液体燃料と組み合わせて使用する場合に当てはまる。
【０１０９】
他の態様においては、燃料コントローラは、応答性の粉末分布のために必要でない。単純なシステムが、コンピュータまたは他のマイクロプロセッサを使用することなく製造される。１つ又はそれ以上のガス流センサが、加圧ガス源３０８、乱流チャンバ３０４、スロットル、または吸気マニホールドの付近に配置される。ガス流センサが、燃焼装置に進入するガスの量を測定し、測定したガス流を表す電気信号（例えば、ＤＣ電圧）を生成する。これらの電気信号が、粉末分散装置３０６を制御するために使用される。例えば、粉末分散装置３０６が、オーガ３１２を回転させるためのＤＣモータを含むことができ、モータの速度を、完全または部分的に、ガス流センサによって生成される電気信号によって制御することができる。
【０１１０】
さらなる態様において、キットは、排気センサなどのセンサからの入力が粉末分散装置３０６を制御するために使用されるフィードバックループを含むことができる。排気ガスの酸素含有量などの値を監視することによって、燃焼装置を、燃焼が化学量論であることを保証すべく監視することができる。その結果、燃料混合物が薄すぎ、あるいは濃すぎる場合に、燃料混合物を調節することができる。
【０１１１】
さらに、分散せん断速度を、火炎の点火の直前において監視／調節すべきである。なぜならば、完全に分散した粒子のサスペンションをガス中に閉じ込め続けることが、粒子がノズルからの８インチの延長部の壁に衝突するときに、ＰＶＣパイプの化学的特性ゆえに、たとえパイプの内径がわずか３／８インチであっても、再凝集につながる可能性があるためである。ガスの流量が５〜１０ｍｐｈの範囲にある場合に、より大きな粒子および／または凝集物がガスの流れから脱落する可能性がある一方で、１／８インチのノズル開口を有する態様において、４０〜８０ｍｐｈの範囲のガス流せん断速度が、粉末粒子凝集物を再び分散させるために充分であることが、一般的に観察されている。
【０１１２】
特定の態様においては、粉末は、ガス流に最終的に分散させられるまで、ホッパーの底部を出た後の何れの地点においても、蓄積することがなく、あるいは制限されることがない。水平オーガシステムにおいては、粉末が、充分なＲＰＭで回転している運動中のオーガのフライトへ、フライトが完全に満たされることがないように自由に落下すべきである。粉末が前進させられるときにこれらのフライトが満たされると、粉末が、オーガのモータを停止させるほどに充分に詰まる傾向を有する。粉末は、オーガのチューブの端部から落下した後に、高せん断の出口ノズルへと直接的につながっている分散ガスジェット室へと、無制限に直接に落下すべきである。特定の設計が、これらの地点のすべてにおける粉末の蓄積を防止する。したがって、粉末が乱流チャンバ３０４へと直接落下するならば、落下ホッパーが、オーガがなくても機能することができる。
【０１１３】
燃料供給速度を１０倍の範囲にわたって精密に制御する必要がある暖房または他の適用においては、中間貯蔵タンク内の垂直オーガシステムが、粉末を内径１／２〜１インチの計量セクションへ駆動することができる（垂直オーガシステムの概略図を参照）。オーガのＲＰＭを変化させることによって、粉末の供給速度を、毎分５グラムから毎分１００グラムへと増加させることができる。さまざまなオーガの直径によって、この２０倍の範囲を、ずらすことができ、広げることができ、あるいは縮小することができる。
【０１１４】
本明細書に記載の本発明の態様は、ガス火炎パイロット灯または連続電気アークを点火源として使用することができる。電気アーク点火源は、従来の点火プラグであってよく、あるいはそのような点火プラグに類似してよい。何れもの点火源を、ノズル３０２と組み合わせることができる。
【０１１５】
特定の落下ホッパーの構成に関し、２００メッシュにおいて、供給速度をオーガの速度を変化させることによって部分的に制御することができるが、この制御が、ホッパーの振動および形状ならびに出口開口によって制御される基本的な落下粉末の供給速度によって制限される可能性があることが、実証済みである。したがって、特定の態様においては、炉に使用される基本的な中間ホッパーシステムを、使用される粉末およびユニットのＢＴＵ等級に合わせたサイズにすることができる。
【０１１６】
具体的な態様において、ガス流中の小さな圧密されていない凝集物の分散を、３立方フィート／分（ｃｆｍ）の範囲のガス流量を使用して、個々の粒子の爆発性の流れへと小さくすることができる。このガス流は、３ｐｓｉのガス圧および１／１６インチのノズル開口によって得た。粉末を、１と１／２インチの開口から３／８インチのノズル出口開口へと滑らかに先細りである１インチの直径のチャンバのガスジェットへと落下させた。このノズルシステムを出る粉末−ガスディスパージョンは、２００メッシュの粉末の使用において、眼に見える凝集物の証拠を示さず、点火後に実質的な完全燃焼が得られた（燃焼後の回収が０．１％未満であった）。
【０１１７】
図３ｂは、図３ａに示したホッパーおよびオーガと同様のホッパーおよびオーガを示している。図３ａと同様、ホッパー３１０は先細りである。オーガ３１２が、ホッパー３１０の内部に位置している。図３ｂは、複数の長手方向の支持部材３２０を示している。これらの部材３２０は、いくつかの態様において、ホッパー３１０へとさらなる構造的な支持を提供する。ホッパー３１０の別の態様は、支持部材を持たないが、他の態様は、例えば環状など、さまざまな方法で配向させることができる支持部材を含む。
【０１１８】
Ｂ．さらなる例示
別の態様、すなわち図４に示したシステム４００は、落下ホッパー４０２を使用している。落下ホッパー４０２は、ホッパー４０２内に収容された粉末の攪拌および垂直移動のためのオーガが存在しないことを特徴とする。粉末は、主として重力によって垂直に移動する。粉末の移動を促進し、ホッパー内での凝集の発生を少なくするために、１つ又はそれ以上の振動装置４０３を、ホッパー４０２、粉末、および／または両者に接触または近接させて配置することができる。このホッパー４０２の設計は、ホッパー４０３の粉末を攪拌するための機構を取り入れることができる。
【０１１９】
粉末の供給が、大量貯蔵タンク４０４から落下ホッパー４０２の上部へと届けられ、落下ホッパー４０２によって水平方向のオーガチューブ４０６へと送られ、オーガチューブ４０６が、計り取られた量の粉末をオーガチューブ４０６の端部４０８へ運び、オーガチューブ４０６の端部４０８において、粉末が上記のように乱流チャンバ４０９およびノズル４１０へ落下する。オーガチューブ４０６は、動力源４１１によって駆動されるオーガ（図示されていない）を収容している。粉末を、種々の態様における所望の何れかの距離だけ落下させることができる。例えば、粉末を、１インチ、１〜２インチ、２インチ、２〜６インチ、６〜１２インチ、および１〜１２フィートだけ落下させることができる。あるいは、乱流チャンバ４０９へのガス流を、ガスジェットの真空生成環状アレイによって届けることができ、その場合、中間貯蔵ホッパー４０２を大気圧へと開放することができる。粉末の送出速度は、ホッパーの中身へと加えられる振動および攪拌、ホッパー４０２の底部（例えば、先細りである）の寸法、ならびにチューブ４０６内のオーガ（図示されていない）の回転速度に支配される。この設計は、低ガス流および圧力低下を使用するという利点を有しており、５０グラム／分という低い粉末流量において効果的であり得る。より高い粉末流量を、より大きなガス流量、ノズル直径、およびより大きな粉末送出速度によって達成することができる。
【０１２０】
落下ホッパー４０２の重力送りの底部開口が、１インチ以上の直径の範囲にあることが望ましい。また、粉末を、粉末が蓄積できる前にこの落下出口領域から取り除くことが望ましい。したがって、粉末を、１インチの直径の水平なオーガチューブ４０６のフライトへと落下させることができ、あるいは水平なオーガチューブ４０６が省略される場合には、粉末を、分散ノズル４１０およびノズルの延長部（必要であれば）へと直接続くガスジェット（加圧ガス源４０７によって供給される）へと落下させることができる。ノズル４１０を出た後、ディスパージョンは、点火源４１１を通り過ぎる。
【０１２１】
図４ａは、水平なオーガチューブ４０６、乱流チャンバ４０９、およびノズル４１０を、さらに詳しく示している。一態様において、オーガチューブ４０６は、オーガ４１２を収容している直径１”のパイプである。オーガ４１６が、粉末燃料を地点４０８に達するまで前進させるべく作動し、地点４０８において、粉末燃料が乱流チャンバ４０９へと落下する。この態様においては、乱流チャンバが、一端がガス流のための１／１６”の開口を残して閉じられている内径３／４”の「Ｔ字」形の継手である。乱流チャンバは、ノズル４１０に接続されている。図示されるように、ノズル４１０を、延長チューブ４１６に接続することができる。あるいは、ノズル４１０を、延長チューブ４１６を介して乱流チャンバ４０９に接続することができる。
【０１２２】
例えば８０メッシュの燃料が使用されるいくつかの態様においては、オーガチューブ４０６の端部４１８を通気することによってさらなるガス流をもたらすことが有利であるかもしれない。これは、例えば端部４１８に穴を設け、あるいは端部４１８に着脱式のキャップを含む、種々の手段にて実現できる。この通気のための手段が、調節式であってもよい。
【０１２３】
本発明の別の態様が、図５に示されている。やはり、粉末燃料を分配するためにホッパーが使用されている。粉末燃料が、ホッパー５０２の斜めの横開口５０４へ届けられ、ここを介して、垂直なオーガ３０６が、粉末をオーガチューブの計量部３０８へと下方に駆動し、ここから計量済みの粉末の流れが、ガスジェットディスパージョンチャンバ５１０へと落下し、ガスジェットディスパージョンチャンバ５１０の出口が、ノズル５１２へと続いている。貯蔵ホッパーからの連続的な粉末の供給のために、落下システムのすべては、粉末を届けるための横入り口ポートを有することが有利であると考えられる。ノズル５１２は、ホッパー５０２に取り付けられた金属製の延長部であってよい。ノズル５１２の端部を、ノズル延長部において形成される凝集物を再び分散させるために充分なスロットになるように波形にすることができる。やはり、粉末の送出速度は、図２と同じ中間ホッパーの寸法因子によって支配されるが、このシステムにおける粉末の送出速度は、オーガのｒｐｍによって直接制御することが可能である。オーガの計量部５０８の長さを、使用される粉末に応じて短縮することが可能である。
【０１２４】
図５に示した態様は、本発明の多数の適用を反映するために、さまざまな寸法を有することができる。可能な１つの態様、すなわちシステム５００ａが、図５ａに示されている。粉末の供給が、振動（振動装置５１４ａによってもたらされる）および垂直オーガ５０６ａによる攪拌を伴う落下ホッパー５０２ａの斜めの横開口５０４ａへと届けられ、垂直オーガ５０６ａが、粉末をオーガチューブの計量部５０８ａへと下方に駆動し、ここから計量済みの粉末の流れが、乱流チャンバ５１０ａへと落下し、乱流チャンバ５１０ａの出口が、ノズル５１２ａへと続いている。ホッパーの先細りの寸法、表面の特性、振動、および攪拌が、オーガへの粉末の滑らかな供給を保証し、オーガのｒｐｍによって粉末の送出速度を直接制御できるようにしている。オーガの計量部５０８ａの長さは、使用される粉末に応じて短縮可能である。
【０１２５】
この態様において、オーガ５０６ａは、７／８”の直径および１と１／４”のフライト間隔であり、内径１”のパイプに囲まれている。
【０１２６】
分散のためにただ１つのガスジェットを使用するノズルシステムにおいて、粉末が、オーガの端部から、この例では長さ２インチ、内径３／４インチのチューブである乱流チャンバ５１０ａへと落とされる。別の態様は、乱流チャンバ５１０ａに「Ｔ字」形の継手を使用することができる。この乱流チャンバ３１０ａの一端が、ガス供給源との接続のための１／１６”の穴を除いて塞がれる。ガス供給源が、約３〜１０ｐｓｉの圧力および毎分約１〜３立方フィートの流量で、ガスを供給する。乱流チャンバ５１０ａの他端が、ノズル５１２ａへと続いている。この場合には、ノズル５１２ａが、乱流チャンバ５１０ａとの接続のために内径３／４”インチＩＤへと開いている内径５／１６インチＩＤの開口を有しており、１と１／２インチの長さを有している。このシステムは、２００メッシュの広葉樹材および８０メッシュの松、３２５メッシュの粉末にした草、ならびに粉末にした糖、でんぷん、または小麦粉のいずれにおいても、効果的に使用することができる。
【０１２７】
このシステムの一態様においては、Exair Line Vacが、ディスパージョンチャンバの排気を助けるためにガスジェットの環状アレイをもたらし、上述の出口ノズルの代わりに使用することが可能である。Exairの出口の内径１／２インチＩＤの開口が、プラスチックチューブによって内径３／８インチへと縮小される。
【０１２８】
上記態様を、本明細書に記載の他の態様と同様に、さまざまな構成要素から組み立てることができる。上記の例では、Nordson Corporation of Westlake, Ohioから入手できる Nordson #900650c CHO6F 延長ホースを、ノズルに接続した。振動装置５１４、５１４ａを、１０グラムのおもりをシャフトから約３’ずらして有する約１，８００ｒｐｍで作動する１２ボルトのＤＣファンモータから製作した。攪拌器の羽根を約２０ｒｐｍとするように減速させた１２ボルトのＤＣファンモータが、オーガを作動する。
【０１２９】
本発明の別の態様が、図６に示されている。やはり、ホッパー６０２が粉末燃料を保持および送出する。第２のガス供給源６０８を、落下ガス分散ノズル室６１０への粉末の移動を促進するために使用できるため、粉末燃料を、斜めの横開口６０６の上方のエアロック６０４によって届けることができる。あるいは、送出ノズル６１４へのガス流６１２を、ガスジェットの真空生成環状アレイによって届けることができ、その場合、中間貯蔵ホッパー６０２を大気圧へと開放できる。これらのシステムにおいて、オーガは不要である。振動装置６１６、６１８、６２０が、ホッパーの下方の分散チャンバ６１０への一貫した粉末の流れを保証するために、ホッパーの壁へと振動を加え、中身を攪拌できる。
【０１３０】
本発明のさらに別の態様が、図７に示される。先の態様と同様に、ホッパー７０２が粉末燃料を保持および送出する。図示の態様は、随意的な斜めの横開口７０４を含む。上記態様と異なり、システム７００は、粉末燃料を攪拌するための内部のミキサ７０６を含む。歯車モータ７０８が、ミキサを駆動できる。
【０１３１】
上記の概略図はすべて、ホッパーに粉末を供給するためのエアロックシステム、または開いた横ポートの粉末送入点のいずれかを備えて示されている。特定の態様においては、ガスの供給がホッパーへと導入されるときに、エアロックが使用される。別の態様においては、斜めの横ポートが、例えばこれらの何れのシステムにおいても使用される。
【０１３２】
上記の態様は、本明細書に記載の他の態様と同様に、さまざまな構成要素から組み立てることができる。上記の例では、内部のミキサ７０６が、約１５ｒｐｍを生み出すように減速される、StrikeMaster Ice Augers of Big Lake, Minesotaから入手できるStrikeMaster model VO6829AA83 ２４ボルト ＤＣモータによって攪拌される。オーガのモータは、１２ボルトで約１６０ｒｐｍで動作するように設定された、Denso Corporation of Aichi, Japan から入手できるDenso １２ボルト １０ｕ Ｒ７３０５５７−７０３０モータである。
【０１３３】
オーガシャフトチューブは、Charlotte Pipe and Foundry Company of Charlotte, North Carolina から入手できる３／４”のＰＶＣパイプである。全体を通して列挙される他のパイプ構成要素は、特定の内径（特定される場合）を有するＰＶＣパイプを示す。しかしながら、本明細書に記述する実施例は、本発明の概念を説明するために提示される例示である。この理由によって、例えばステンレス鋼など、当業者にとって公知の何れもの材料を、ＰＶＣまたは本明細書に記載の何れもの他の構成要素と、置き換えることができる。
【０１３４】
図８ａ〜８ｆは、容積式の粉末分散のためのいくつかの回転ディスク８００、８０６、８１２を示している。それぞれのディスク８００、８０６、８１２は、或る体積の粉末燃料を受け入れるための複数の凹所８０２、８０８、８１４を含む。図８ａ〜８ｆに示されるように、粉末の分散速度および粉末の分散パターンのような特定の目的を達成するために、さまざまなパターンを使用することができる。いくつかの態様においては、回転ディスクが、取り付けおよび回転のための中央穴８０４、８１０、８１６を含む。
【０１３５】
図８ｇは、回転ディスク８１６およびホッパー８１８を含んでいる容積式の粉末分散システムを示している。回転ディスク８１６が、制御された量の粉末燃料を分散させるために回転する。回転ディスク８１６が回転するとき、回転ディスク８１６の凹所が、ホッパー８１８の底部のプレート（図示されていない）の１つ以上の穴に整列し、粉末燃料が凹所へと流入できる。回転ディスク８１６が回転を続けると、遠心力が、粉末を回転ディスク８１６から分散させる。いくつかの態様においては、ホッパー８１８が、軸８２２および１枚又はそれ以上の羽根８２４を含んでいるオーガを含有する。いくつかの態様においては、軸８２２が回転ディスク８１６を回転させる。さらなる態様においては、ホッパーが、粉末の流れを促進するための振動装置８２６を含むことができる。いくつかの態様においては、振動装置８２６が、超音波を生成できる。回転ディスク８１６（および、いくつかの態様においては、オーガ）は、電動モータ、サーボ、または他の動力源によって回転する。
【０１３６】
図８ｈは、ホッパー８１８の底部のプレートと回転ディスク８１６との間の相互作用を示している。上記のように、プレートは、穴８２８を含む。傾斜領域８３０において、回転ディスク８１６の穴８２８および凹所８３２が一致し、凹所８３２へと粉末が流入する。回転ディスク８１６が回転するとき、粉末が、遠心力によって分散する。分散のパターンを、回転ディスク８１６の回転速度を調節することによって調節できる。例えば、破線８３４が、より低い回転速度における分散の半径を示しており、線８３６は、より高い回転速度における分散の半径を示している。
【０１３７】
いくつかの態様においては、粉末分散システムが、粉末において形成できる凝集物を流動化させるために、ホッパーの内部またはホッパーの下方に取り付けられた回転ワイヤブラシを含むことができる。適切なブラシを、DEWALT Industrial Tool Co. of Baltimore, Maryland を含むさまざまな製造者から入手できる。
【０１３８】
他の容積式の粉末分散装置を、本発明の態様において使用できる。往復する容積式の粉末分散装置においては、固定のスライダが、往復するスライダの直下に組み合わされる。整列時に、粉末燃料の１つまたは複数の小さい部位が、上側の計量スライダから同時に放出され、下側のマスクスライダを通って、速やかな分散のために空気流へと落下するか、あるいは本明細書に別に説明される技術を用いる続く分散のために、コンベアベルト、棚、またはテーブルへと落下する。この態様の主要な利点は、正確な体積供給制御のために、爆発性の粉末の好適に制御された小さい部位が連続的な流れへと変換されることである。
【０１３９】
他の態様においては、粉末分散装置を満たすために、直線オーガシステムが使用される。１つ又はそれ以上の直線オーガが、互いに近接して位置することが可能な複数の粉末分散装置へ供給を行う。例えば、直列４気筒エンジンにおいて、単一の直線オーガが、４つの粉末分散装置へ供給を行うことができる。別の例では、Ｖ８エンジンにおいて、第１の直線オーガが、エンジンの片側の４つの粉末分散装置へ供給を行うことができる一方で、第２の直線オーガシステムが、エンジンの他方の側の残りの４つの粉末分散装置へ供給を行うことができる。この直線オーガシステムは、図１３ａに示され本明細書で説明される個々のシリンダへの供給システムに特に適合可能である。
【０１４０】
ミニ−ホッパーの供給を保証するために、さまざまな制御技術を使用することができる。最も単純な態様においては、４気筒のＰＤＰＤ構成のために、粉末のほぼ連続的な流れが、長いオーガによって駆動されてそれぞれのホッパーの上方を通過し、供給システムの最近から最遠の優先度にて満たされる完全なミニ−ホッパーを維持するために、粉末を利用可能な空間に応じて落下させる。最遠のホッパーのレベルの検出が、粉末供給システムに伝達され、供給の頻度および速度を最終的に制御する。
【０１４１】
他の態様においては、連続するかつ円滑なＰＤＰＤ粉末の供給のために、積層式マルチディスクホッパー計量を使用する。このシステムは、計量、運搬、および線形分散の各機能の不連続な流れを一種の「バケツリレー」の方式で実施するために、ホッパーの下方に積層する３枚のディスクを使用する。それぞれがマスクであり、次のディスクのための出口である。一番上のディスクが、供給ゾーンの確立および最大体積の設定のために、半径／直径の線に沿った１つ又はそれ以上の貫通溝を有している。最も簡単な態様においては、固定的要件ではないが、このディスクは静止している。これは同一機能をより好適に達成するために、ディスクの回転比を共に減速させるためである。
【０１４２】
作動中に、粉末が、第１のディスクの開口溝を通って落下し、直下に密に接している第２のディスクの固体ブランク面に位置する一方で、第２の同一に溝が設けられた下方のディスクが、回転を続ける。第２の下側のディスクの溝が静止している上側のディスクに整列するとき、或る体積の粉末が、ディスク＃２の溝の空洞へと速やかに落下する。その底部は、第３または最も下方の回転ディスクのブランク面によって形成されている。ディスク＃３は、ディスク＃２との比において、より大きな速度で回転する。ディスク＃３の溝は、半径方向にではなく、斜めに構成されており、粉末燃料が、ディスク＃３の斜めの溝を通って、ディスク＃３の斜めの溝から線形に運ばれる。
【０１４３】
最終的結果は、粉末の連続的な体積流量であり、次いでこれが、ディスク＃３の下方の領域へと分散させられ、本願の別に記載される方法を使用する空気／粉末ディスパージョンへと取り込まれる。結果は、一様で、円滑な、かつ脈動のない流れである。超音波エネルギーが、この態様の高度に正確な実施を促進できる。当業者は、この３枚のディスクの集合体を、比形式の歯車駆動部を使用して製造可能であり、ＤＣまたは電子制御による他の駆動部によって駆動させるとき、広範囲の速度にわたって機能させることができる。
【０１４４】
他の態様において、粉末分散装置は、体積的な矩形の「ラダー」またはポケットのコンベア計量供給システムを含む。この態様は、既知の量の粉末材料を上方の円形、長円形、または矩形のサージまたは供給ホッパーから取り出すために、体積測定方法である、一種のポケットコンベアを使用する。このホッパーへの供給は、計量装置への経時的に一様な流入および幅広い動的な作動範囲を保証するために、粉末供給制御のためのレベル検出および振動（例えば、超音波振動）を使用するリモートシステムによって実施される。
【０１４５】
「ラダーコンベア」は、粉末を計量するための一連の既知の体積を生成するために、分割されてセグメントにされた「ラング（ｒｕｎｇ）」を伴う直線チェーン式のコンベアの使用を含んでいる。これらの「ラング」は、可撓搬送チェーン機構との容易な接続およびホッパー表面との滑らかな接触のための薄い金属の羽根または他の分割する「壁」であってよい。この分割する羽根のチェーンを、コンベアの可撓な底部と一体にして、１つの連続的な集合体を形成することができ、あるいは同じ速度で走行する、より伝統的なコンベアベルト（「ポケット」体積の底部を形成する）の上に乗せることができる。
【０１４６】
この手法の主要な利点は、流れの状態および速度の幅広い動的範囲にわたり、可変速のモードで作動し、ＤＣまたはパルスステッピングモータによって駆動されているときに、爆発性の粉末のあらかじめ測定された体積部分を連続的に供給できることである。
【０１４７】
図９は、粉末燃料を分散させるためのキット／システム９００の別の態様を示している。粉末燃料貯蔵ホッパー９０２が、粉末燃料を貯蔵するために設けられている。振動装置９０４が、粉末燃料の流れを促進するための攪拌をもたらすように、ホッパー９０２に取り付けられている。粉末燃料が、ホッパー９０２からオーガ駆動の送りラインまたは導管９０６へ流れ、オーガ駆動の送りラインまたは導管９０６が、粉末燃料を中間粉末貯蔵タンク９０８へ移動させる。振動装置９１０が、粉末燃料を攪拌するために中間粉末貯蔵タンク９０８に接続されている。圧縮ガスが、粉末の流動化のために、加圧ガス源９１２から中間粉末貯蔵タンク９０８へ送られる。いくつかの態様においては、加圧ガスが、中間粉末貯蔵タンク９０８の底部に進入する。他の態様においては、加圧ガスが、側壁または上部など、他の領域からタンク９０８に進入する。
【０１４８】
吸引粉末ポンプ９１６が、中間粉末貯蔵タンク９０８へ延びている。ポンプ９１６は、導管９１８から加圧ガスの流れを受け取る。ポンプ９１６が、ポンプを通って高速で移動するガスによって粉末燃料の上方への流れを可能にする局所的なガス圧の低下が生み出されるベンチュリ効果によって、タンク９０８から粉末燃料を吸い上げる。ポンプ９１６によってタンク９０８から吸い出された粉末燃料を、導管９２０からのさらなるガスと混ぜ合わせることができる。加圧ガスおよび／または粉末燃料混合物を、いくつかの場合には高電圧電極であってよい、電極９２２によって電気的に帯電させることができる。
【０１４９】
粉末燃料混合物が、導管９２４にて燃焼装置９２６へ運ばれる。燃焼装置９２６は、炉またはエンジンなど、本明細書に記載のように幅広くさまざまな装置を含むことができる。この特定の態様において、燃焼装置９２６は、粉末燃料混合物を点火するための電気アーク装置９２８を含んでいる。発電機９３０が、電気アーク装置９２８を作動することができる。制御システム９３２は電気アーク発電機９３０を制御することができ、そしてアークおよび／または火炎の存在を検出するために、光または熱センサ９３４、９３６などのセンサに接続することができる。制御システム９３２を、粉末燃料混合物の生成を制御および／または調整するために、システム９００の他の構成要素のいずれかに接続することができる。
【０１５０】
図１０は、本明細書に記載のシステムおよび方法において使用するための火炎クレードルおよびデフレクタを示している。そのようなクレードルを使用することで、特に２００メッシュよりも大きい粉末粒子が粉末燃料に含まれる場合に、粉末燃料の燃焼が向上する。粉末−ガス混合物がノズル１００４から噴霧されて点火源１００６によって点火されるときに、粒子が完全には燃焼しない場合、粒子が、火炎１００８の付近に位置する火炎クレードルへと落下する。クレードル１００２上で、未燃焼の粒子が高い熱にさらされ、燃焼する。
【０１５１】
例えば、８０メッシュの針葉樹材を使用し、毎分３立方フィート（ｃｆｍ）未満の燃料流量および８ｐｓｉのノズル圧力において、粉末の約４％が、完全に燃焼することなく火炎から落下することが実証されている。火炎クレードルを使用することで、これらの粒子の完全燃焼がもたらされた。
【０１５２】
さらに、火炎クレードル１００２は、湾曲した端部または斜めの端部１０１０を追加することによって、デフレクタとしても機能できる。炉の態様において使用されるとき、クレードル／デフレクタは、火炎をボイラーに向かって上方に偏向させる。クレードル／デフレクタは、特定の燃焼装置における使用に適した何れの寸法であってもよく、例えばクレードルは、６インチの幅および１０インチの長さであって、端部に５インチにわたって延びる上向きのデフレクタを備えることができる。
【０１５３】
火炎クレードル１００２は、それがなければ火炎クレードルの方向に失われてしまうエネルギーを反射させることによって、燃焼装置の効率を改善させることもできる。この特徴を増強するために、火炎クレードル１００２の態様を、反射コーティングで処理することができる。他の態様においては、火炎クレードル１００２が、火炎クレードル１００２を通っての熱損失を抑えるために、絶縁材料を含むことができる。典型的な絶縁材料は、これらに限定されないが、グラスファイバーおよびセラミクスを含む。
【０１５４】
点火源１００６は、例えばパイロット灯または火炎（メタンまたはプロパンを消費するパイロットなど）ならびに電気火花またはアークなど、燃料混合物に点火することができる何れかの装置であってもよい。火炎クレードル１００２の上面が、固体セラミックなどの熱保持および／または熱伝導材料である場合、火炎クレードル１００２が、燃料／ガスディスパージョンの点火のための充分な熱をもたらすことができる。この態様においては、点火源１００６は、低温始動のためだけに必要であろう。
【０１５５】
Ｖ．粉末燃料に合わせた炉
既存の装置を粉末燃料源の使用に適合させるための既存の装置へのキットの追加と対照的に、粉末燃料の利用のための装置への改変を、何れもの装置の一次設計へと取り入れることができる。例えば本発明の粉末燃料の使用を可能にする設計など、そのような一次設計および改変方法は、本発明の技術的範囲に包含されるように意図されている。
【０１５６】
したがって、ある特定の態様は、粉末燃料の爆燃を通じて本明細書に記載のエネルギー源を使用して作動するように構成された炉であって、
・ノズル、
・ノズルに接続された乱流チャンバ、
・乱流チャンバに接続された粉末分散装置、および
・乱流チャンバに接続された加圧ガス源
を含む炉を提供する。特定の態様において、ノズルおよび乱流チャンバを、直接的に接続しても、あるいは第１の導管によって接続してもよい。さらには、粉末分散装置および乱流チャンバを、直接的に接続しても、あるいは第２の導管によって接続してもよい。さらに、加圧ガス源および乱流チャンバを、直接的に接続しても、あるいは第２の導管によって接続してもよい。
【０１５７】
粉末分散装置は、ホッパーを含むことができ、例えば、ホッパーは、エアロックを含んでいて、さらには振動装置をホッパーに接触させて含むことができる。ホッパーは、先細りであってよい。さらに、粉末分散装置は、ホッパー内に配置されたオーガ、およびオーガを回転させるためのオーガへと接続された動力源をさらに含むことができる。あるいは、粉末分散装置は、ホッパーの下方に配置される水平オーガをさらに含むことができる。特定の態様においては、粉末分散装置が、ホッパー内に位置するミキサをさらに含んでいる。
【０１５８】
さらなる態様においては、本発明の炉が、点火源、火炎クレードル、熱交換器、および／またはボイラーをさらに含むことができる。特定の態様においては、点火源が、電気火花を生み出す。特定の態様においては、点火源がパイロット灯である。
【０１５９】
本発明を、典型的な態様およびその改変を利用することによって、さらに明らかにすることができる。改変は、一般にキットに適用可能であると理解すべきである。
【０１６０】
Ａ．例示およびその改変
図１１は、粉末燃料に合わせた炉１１００の態様を示している。炉１１００を、一次設計において、とくに粉末燃料および／または液体燃料に合わせて製造することができ、あるいは炉１１００を、例えば本明細書に開示のキットのうちの１つを使用して、粉末燃料の使用に適合させてもよい。粉末分配装置１１０２が、本明細書に記載のように設けられる。粉末燃料分配装置１１０２が、粉末を乱流チャンバ１１０４へと供給し、乱流チャンバ１１０４において、粉末燃料がガスに分散される。この燃料混合物が、ノズル１１０６によって炉１１００へと放出され、点火源１１０８によって点火される。本明細書に述べるように、点火源１１０８は、火花プラグおよび圧電装置などの電気火花装置ならびにパイロット灯など、燃料に点火するための何れもの公知の装置であってよい。火炎１１１０が生成される。
【０１６１】
粉末燃料の燃焼から生成される熱を、炉１１００に応じたさまざまな方法で利用することができる。ボイラー式の炉においては、サブシステム１１１２は、蒸気を生成するために沸騰させられる水などの液体を含むタンクである。この蒸気は、所望のエリアを暖めるために使用する。強制高温空気システムなど、他の炉においては、サブシステム１１１２が熱交換器であり、火炎１１１０によって生成された高温の燃焼ガスが、熱を提供するために熱交換器に通される。炉１１００は、二酸化炭素などの燃焼ガスを排気するために、１つ又はそれ以上の煙道９１４ａ、９１４ｂを含むことができる。煙道の位置は、炉の種類ならびに他の考慮事項（炉１１００の設置に利用可能な寸法など）に依存してもよい。
【０１６２】
いくつかの態様では、炉９００が、火炎クレードル１１１６を含む。本明細書に述べるように、火炎クレードルは、未燃焼の粒子を捕捉して火炎１１１０によってさらに燃焼させることで、粉末燃料のより効率的な燃焼を促進する。
【０１６３】
ＶＩ．粉末燃料に適合するエンジン
別の特定の態様は、例えば粉末燃料の爆燃を通じて本明細書に記載のエネルギー源を使用して作動するように構成されたエンジンであって、
・ボアを有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッドと、シリンダブロックのボアに収容されたピストンと、によって規定されるシリンダ、
・シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、
・吸気バルブに隣接する吸気マニホールド、
・粉末分散装置、および
・ガス流センサ
を含むエンジンを提供する。
【０１６４】
いくつかの態様では、粉末分散装置が、吸気マニホールドに接続されている。それらの態様では、吸気マニホールドが、空気中の粉末燃料の分散に充分な空気流および／または乱流を提供し、乱流チャンバを実質的に置き換える。粉末の分散は、１枚以上のスロットルプレートを、例えば粉末分散装置と吸気マニホールドとの間の境界付近において、吸気マニホールド内に追加することによって、向上させることができる。
【０１６５】
別の態様は、
・ボアを有するシリンダブロック、シリンダブロックの上部に接続されたシリンダヘッドと、シリンダブロックのボアに収容されたピストンと、によって規定されるシリンダ、
・シリンダヘッドに連絡している吸気バルブ、
・吸気バルブに隣接する吸気マニホールド、
・ガスと粉末燃料の爆発性の混合物を分散させるためのノズル（例えば、ベンチュリ吸引装置または粉末噴霧ポンプである）、
・ノズルに接続された乱流チャンバ、
・乱流チャンバに接続された粉末分散装置、
・乱流チャンバに接続されたガス供給源、および
・ガス流センサ（例えば、質量流量センサ）
を含むエンジン（例えば、４ストロークエンジンまたは２ストロークエンジン）を提供する。ノズルを、例えば、吸気マニホールドおよび／またはシリンダに接続することができる。特定の態様では、ガス流センサが、ベインメータ質量流量センサ、ホットワイヤ質量流量センサ、コールドワイヤ質量流量センサ、および膜質量流量センサから成る群より選択される。特定の態様においては、このガス流センサを、吸気マニホールド内に配置でき、吸気マニホールドに接続でき、さらには／あるいは粉末分散装置に連絡可能に接続できる。特定の態様では、粉末分散装置の速度が、ガス流センサによって制御される。
【０１６６】
特定の態様では、エンジンが、５ストロークエンジン、６ストロークエンジン、バーク（Bourke）エンジン、ロータリーエンジン、およびヴァンケル（Wankel）エンジンから成る群より選択される形式のエンジンである。
【０１６７】
本明細書において構成要素の複数の態様が考慮される。例えば、本発明のエンジンは、シリンダ対ノズルの１対１の比を有することができ、粉末燃料またはシリンダブロックを帯電させるための電極をさらに含むことができ、油中のグラファイトのコロイドディスパージョンをさらに有することができ、そのようなディスパージョンを、シリンダブロックのボアに位置させることができ、例えばコロイドディスパージョンは、３００メッシュのグラファイト粉末を油中に有している。さらに、エンジンは、例えばベンチュリ吸引装置などの液体燃料ノズルを、液体燃料を分散させるために吸気マニホールドに接続してさらに含むことができ、シリンダ対液体燃料ノズルが１対１の比で存在する。別の態様では、本発明のエンジンが、吸気マニホールド内に位置して吸気バルブに隣接するスロットルプレートをさらに含むことができる。
【０１６８】
さらなる態様では、エンジンが、シリンダヘッドに接続された液体バルブをさらに含むことができ、液体バルブは、爆発性混合物の点火前、点火時、および／または点火後に、シリンダ内に水を放出するように構成される。流体は、水、潤滑剤、および／または燃焼を促進する物質であってよい。燃焼の促進に適した物質として、ジメチルエーテルを含有するもののような始動用流体を含む。さらに、エンジンは、シリンダヘッドに接続された潤滑剤バルブを含むこともできる。
【０１６９】
特定の態様では、エンジンが、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、排気ガスセンサ、質量空気流量センサ、空気／燃料比センサ、燃料流センサ、酸素センサ、加速度センサ、粉末供給センサ、音響センサ、粉末センサ、真空センサ、圧力センサ、位置センサ、インジェクタタイミングセンサ、粉末供給速度センサ、静電気センサ、湿度センサ、水分センサ、粒子サイズセンサ、およびノッキングセンサから成る群より選択される１つ又はそれ以上のセンサを含む。
【０１７０】
さらに、エンジンは、１つ又はそれ以上のセンサに連絡可能に接続され、ノズルから放出される爆発性混合物の量を調節するように構成された燃料コントローラを含むことができる。燃料コントローラを、排気ガス中に少なくとも最小限の割合の酸素を維持し、あるいは排気ガス温度を５００℃未満に維持するように、爆発性混合物の量を調節するために使用できる。特定の態様では、燃料コントローラが、閉ループシステムである。
【０１７１】
いくつかの態様では、エンジンが、燃料コントローラに連絡可能に接続されたユーザインターフェイスを含むことができる。ユーザインターフェイスを、ユーザが所望の燃料および／または燃料ブレンドを選択できるように構成できる。いくつかの態様では、ユーザインターフェイスによって、ユーザが燃料コントローラに優先して燃料および／または燃料ブレンドの特性を手動で選択できるようにできる。そのような構成は、寒冷時の始動および／またはエンジンが粉末で「溢れた」場合に、有利である。
【０１７２】
ユーザインターフェイスは、当業者にとって公知の何れものインターフェイスであってよい。インターフェイスは、Split Second of Santa Ana, California から入手することができるアナログ装置など、単純なアナログコントローラであってよい。ユーザインターフェイスの他の態様は、これらに限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、およびタッチ画面インターフェイスなど、デジタルコントローラおよび／または表示装置を含んでいてよい。
【０１７３】
本発明のエンジンを、本明細書に記載の粉末燃料の使用に特異的に適合させることができる。例えば、エンジンを、本明細書に記載のように広葉樹材の粒子、針葉樹材の粒子、または草の粒子の使用に適合させることができる。
【０１７４】
本発明を、典型的な態様およびその改変を利用することによって、さらに明らかにすることができる。改変は、一般にキットに適用可能であると理解すべきである。
【０１７５】
Ａ．例示およびその改変
本明細書に記載される本発明の別の態様は、部分的または完全に粉末燃料で作動するように最適化された内燃機関である。本明細書に記載される概念は、２ストロークエンジン、４ストローク（オットーまたはディーゼルサイクル）エンジン、５サイクルエンジン、６サイクルエンジン、バークエンジン、ロータリーエンジン、およびヴァンケルエンジンなど、あらゆる種類の内燃機関に適用可能である。効率性のため、本明細書の説明は、別段に記載されない限り、粉末燃料を爆燃させるように構成された４ストロークエンジンを記述する。
【０１７６】
図７に示されるように、４ストロークエンジン１２００は、ボア１２０４を有するシリンダブロック１２０２、シリンダブロック１２０２の上部に接続されたシリンダヘッド１２０６と、シリンダブロック１２０２のボア１２０４に収容されたピストン１２０８と、によって規定される１つ又はそれ以上のシリンダを含むことができる。典型的には、複数のシリンダブロック１２０２が、鋳造および機械加工による単一のエンジンブロックまたは１つ又はそれ以上のモジュールから形成されるエンジンブロックに組み合わせられる。シリンダブロック／エンジンブロックを、鋳鉄およびアルミニウムなど、さまざまな材料から製作することができる。
【０１７７】
吸気バルブ１２１０および排気バルブ１２１２が、ガス、燃料、および排気のシリンダへの導入および排出を可能にするために、シリンダヘッド１２０６に接続されている。バルブ１２１０、１２１２ならびに吸気および排気バルブ１２１０、１２１２を作動させるための動弁系集合体は、周知であり、ヘッドの上方のカムシャフトによって駆動されるバルブ、カムがブロック内に位置するシステム（プッシュロッドシステム）、およびソレノイド等の電子システムを使用するカム無しの動弁系など、既存のまたは今後発見される何れもの動弁系技術を、これらの態様に適合させることができる。
【０１７８】
吸気バルブ１２１０は、燃料ガス混合物が存在する吸気マニホールド１２１４に隣接している。燃料混合物は、種々の燃料を、エンジン１２００の作動中のさまざまな時点において、さまざまな量および／または比にて含むことができる。例えば、始動時には、エンジンが、空気および液体（ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、およびジェット燃料など）の混合物を燃焼させることができる。他の時点では、エンジン１２００が、空気ならびに液体および粉末燃料の混合物を燃焼させることができる。他の時点では、エンジン１２００が、空気および粉末燃料の混合物を燃焼させてもよい。これら複数種の燃料への対応を促進するために、吸気マニホールド１２１４が、粉末−空気混合物を分散させるための１つ又はそれ以上のノズル１２１６に連絡している。吸気マニホールド１２１４は、液体−空気混合物を分散させるために、１つ又はそれ以上の燃料インジェクタまたはキャブレタ（図示されていない）にも連絡することができる。ノズル１２１６を、吸気マニホールド１２１４の壁に位置させることができ、例えば各シリンダの吸気バルブ１２１０の付近に１つのノズル１２１６など、複数のノズル１２１６を存在させることができる。あるいは、シリンダ当たりのノズル１２１６が１個未満であってもよい。このノズル１２１６は、依然として吸気マニホールド１２１４に位置してよい。あるいは、エンジン１２００が吸気マニホールド１２１４の一部と見なせないスロットルバルブまたはキャブレタ（図示されていない）を使用している限りにおいて、ノズル１２１６を、スロットルバルブ（スロットルボディ）またはキャブレタの付近に位置させることができ、あるいはスロットルバルブ（スロットルボディ）またはキャブレタへと接続することができる。ノズル１２１６は、本明細書あるいは本願全体を通して記載される何れの種類のノズルであってもよい。特定の適用において、ベンチュリ吸引装置または粉末噴霧ノズルを使用することができる。
【０１７９】
いくつかの態様では、吸気マニホールド１２１４を省略でき、ノズル１２１６を、シリンダヘッドに直接接続することができる。
【０１８０】
他の態様では、個々のスロットルプレートが、吸気マニホールド１２１４の内部に吸気バルブ１２１０に隣接して配置される。スロットルプレートは、より良好な粉末の分配のために、吸気バルブ１２１０を通過してシリンダへと入るガスの流れを調節し、かつ／または乱流のガス流を生成するように機能させることができる。さらに、特定の態様では、スロットルプレートによって、吸気マニホールドを標準大気の条件で作動させることができ、すなわち標準大気圧未満ではなく、標準大気圧で作動させることができる。吸気マニホールドが標準大気圧の保持を保証することによって、この態様では、粉末燃料が、吸気マニホールドと粉末分配システムとの間の圧力の勾配によってオーガを通って引き出されることがないから、粉末分散システムは流れをより良好に調節することができる。
【０１８１】
特定の態様では、とくには加速時の応答性能を向上させるために、粉末分配システム１２１８を、エンジン１２００のすぐ近くに配置することができ、さらに詳しくは、粉末分配システムを、例えば粉末分配システム１２１８を吸気マニホールド１２１４の外側に取り付けることによって、それぞれの吸気バルブ１２１０の付近に配置することができる。粉末分配システムは、本明細書にさらに詳しく説明されている。上記のように、粉末分配システム１２１８は、より大きな粉末分配システム（図示されていない）から、導管１２２０を介して粉末燃料の供給を受けることができる。いくつかの態様では、より大きな粉末分配システムを、車両の後部に配置できる一方で、エンジン１２００およびより小さな粉末分配システム１２１８が、車両の前部に配置され、それによりエンジンの付近の価値ある空間が保存される。
【０１８２】
粉末分配システム１２１８が、制御された量の粉末燃料を乱流チャンバ１２２２へ送出し、乱流チャンバ１２２２において、粉末が、いくつかの態様では導管１２２４を経由した加圧ガス源（図示されていない）からのガスと混合される。加圧ガス源は、本明細書に説明されている。特定の態様では、加圧ガスを、エンジンからの排気ガスで駆動されるターボチャージャによってもたらすことができる。ターボチャージャは、当該技術分野において周知であり、さらなる説明は行わない。加圧ガスの流量を、粉末−ガス混合物を生成するために充分な何れの量にも設定することができるが、通常は８ｃｆｍ未満である。
【０１８３】
粉末分配システム１２１８からの流量を、例えば１０オームの可変抵抗などの可変抵抗を粉末分配システム１２１８の電源回路へ追加することによって改変することができる。ガス流量は、ディスパージョンおよび搬送ガスの供給が、おそらくはエンジン吸気ガスのわずかな部分でしかないため、必ずしも改変する必要はない。
【０１８４】
４ストロークエンジンの作動は周知であり、したがってここでは簡単に概説するだけにする。４ストロークエンジンは、（１）吸気／導入行程、（２）圧縮行程、（３）出力行程、および（４）排気行程によって特徴付けられる。サイクルは、ピストンがクランクシャフトから最も離れて位置し、すなわちシリンダヘッドに最も近くに位置する上死点から出発する。吸気／導入行程において、ピストンが降下し、ガスおよび燃料の混合物が吸気バルブを通ってシリンダに引き込まれる。吸気バルブが閉じ、圧縮行程が、燃料混合物を圧縮する。
【０１８５】
出力行程は、ガス−燃料混合物が、オットーサイクルエンジンにおいては火花プラグ１２２６または他の点火源によって、ディーゼルサイクルエンジンにおいては熱および圧力によって、点火されたときに始まる。結果として燃焼ガスが膨張することで、出力行程においてピストンが下方へと押される。排気行程において、排気バルブが開き、ピストンが上死点へと戻ることで、排気ガスがシリンダから押し出される。
【０１８６】
本明細書に記載のエンジンに対するいくつかの機能強化を、エンジンの性能および寿命を向上させるために使用することができる。例えば、エンジンが２種の燃料の消費に合わせて設計される場合に、添加剤を、バルブシールからタールを取り除くために液体燃料へと加えることができる。適切な添加剤が、Rathらの米国特許第５，１１２，３６４号およびCampbellの国際公開第ＷＯ８５／０１９５６号公報に記載されている。これに加え、あるいはこれに代えて、STP of Boca Raton, Florida から市販される燃料添加剤、およびSOPUS Products of Houston, Texas から入手できる製品GUMOUT（登録商標）。
【０１８７】
ガス吸気クリーナの通常の使用も、粉末燃料を使用するように構成されたエンジンの性能および寿命を向上させることができる。吸気システムクリーナは市販されており、3M of St. Paul, MinnesotaおよびMotorVac of Santa Ana, California から入手することができる。
【０１８８】
他の態様では、１つ又はそれ以上のバルブを、シリンダ内に物質を放出するために、シリンダブロックまたはシリンダヘッドに接続することができる。水バルブが、例えば出力行程の最中にシリンダへ水を放出することができる。いくつかの態様では、水バルブがノズルを含んでいてもよく、水を噴霧でき、あるいは霧化させることができる。例えば２ストロークエンジンにおける他の態様では、潤滑剤バルブが、２ストロークエンジンが消費する燃料／油混合物に典型的に含まれる潤滑剤の代替および／または補完として、シリンダ内に潤滑剤を放出することができる。いくつかの態様では、潤滑剤を噴霧することができ、あるいは霧化させることができる。
【０１８９】
他の態様では、ノズルを、吸気マニホールドに進入するときの粉末燃料粒子に負の電荷を付与するように構成することができる。キャブレタ、吸気マニホールド、シリンダブロック、などのエンジンの構成要素にも負の電荷を加えることで、燃料粒子が、エンジンの構成要素から反発し、エンジンの汚損が少なくなる。負の電荷を、１５〜７０マイクロアンペアの漏れ電流で３０〜９５ｋＶに充電した電極によって加えることができる。
【０１９０】
油中のグラファイトのコロイドディスパージョンを、さらなるエンジン潤滑のために使用することができる。グラファイト油は、例えばKrex, Inc. of Northbrook, Illinois によってKREX（登録商標）という商品名で市販されている。グラファイトディスパージョンは、シリンダブロックから負の電荷を吸収し、粒子を潤滑剤から反発させるという更なる利点を有している。
【０１９１】
いくつかの態様では、燃料コントローラが、吸気マニホールドへ放出される燃料（液体および／または粉末）の量を調節することができる。燃料コントローラは、コンピュータ、マイクロプロセッサ、およびＲＩＳＣマイクロプロセッサなど、当業者にとって公知の何れものハードウェア、ソフトウェア、または機械な構成要素であってよい。典型的なシステムおよび構成要素が、Ross Bannatyne, Electronic Control Systems(2003)、 Ali Emadi, ed., Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives(2005)、 Ronald K.Jurgen, Automotive Microcontrollers(1998)、およびRonald K.Jurgen, Automotive Software(2006)など、多くの文書に記載されている。
【０１９２】
燃料コントローラを、エンジン温度センサ、エンジン速度センサ（タコメータ）、スロットルセンサ、吸気温センサ、排気温センサ、吸気ガスセンサ、および排気ガスセンサなど、１つ又はそれ以上のセンサに接続することができる。センサは、当該技術分野において周知であり、Delphi Corporation of Troy, Michigan など、さまざまな供給元から入手することができる。
【０１９３】
さらに、燃料コントローラは、車両において使用される燃料についてのデータを示すさらなる入力を受け取ることもできる。例えば、粉末燃料についてのデータとして、燃料の種類（例えば、広葉樹材、針葉樹材、草、金属、石炭、プラスチック）および燃料の仕様（例えば、粒子サイズ、アッシュの割合、揮発マスの割合）を含んでいてよい。液体燃料についてのデータとして、燃料の種類（例えば、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン）および燃料の仕様（例えば、オクタン量、添加剤）を含んでいてよい。入力を、例えば車両のコンソール、あるいは燃料の貯蔵または搬送システムのセンサによって送信することができ、あるいは入力をあらかじめ設定してもよい。
【０１９４】
燃料コントローラは、１つ又はそれ以上のセンサからの１つ又はそれ以上の入力にもとづいて、燃料の流量を調節することができる。例えば、より多くのガスを吸気マニホールドへ流すことができるようにスロットルが開かれるとき、追加の燃料が必要となる可能性がある。さらに進んだレベルにおいては、燃料の流れを、排出物を最小にするように制御することができる。粉末燃料および他のすべての燃料を完全に酸化／燃焼させるための充分な酸素が存在している化学量論の燃焼反応を維持することによって、排出物を減らすことができる。
【０１９５】
さらに、燃料コントローラは、エンジンの性能を最大にするために燃料の流量を調節することができる。例えば、粉末燃料は、１００％の液体燃料で運転しているときに生み出される最大エンジン馬力の５０％未満しか必要としない条件下で、とくに有効でありうる。さらに、排気温度を５００℃未満に保つことで、アッシュの生成を最小限にし、バルブの汚損を少なくすることができる。
【０１９６】
図１３ａは、粉末燃料エンジン１３００ａの典型的な態様を示している。ガス（例えば、空気）が、吸気口１３０２ａを通ってエンジンに進入する。ガスは、吸気口１３０２ａへの進入前、進入時、または進入後に、当該技術分野において公知の自動車用空気フィルタなど、フィルタを通過することができる。吸気口１３０２ａを通過するガスの量が、質量空気流量センサ１３０４ａなどの空気センサによって測定される。質量空気流量センサは、本明細書にさらに説明される。ガスの一部は、吸気口１３０２ａから、例えば遠心ブロアなどの圧縮機１３０６ａへ迂回する。スロットルプレート１３０８ａが、圧縮機１３０６ａへのガスの流れを調節する。別のスロットルプレート１３１０ａ（スロットルボディ）が、吸気マニホールド１３１２ａへの残りのガスの流れを調節する。
【０１９７】
圧縮機１３０６ａが、導管１３１６ａを介して容積式粉末送出装置（ＰＤＰＤ）１３１４ａへガスの流れを供給する。ＰＤＰＤ１３１４ａは、吸気マニホールド１３１２ａに接続している。いくつかの態様では、内部のＰＤＰＤ１３１４ａが、吸気マニホールドの真空圧力で作動する。いくつかの態様では、ＰＤＰＤ１３１４ａが、完全または部分的に吸気マニホールド１３１２ａの内部に位置している。粉末燃料が、粉末送出装置から吸気マニホールド１３１２ａへ送出され、吸気マニホールド１３１２ａにおいて燃料／ガスディスパージョンが生成される。このディスパージョンが、本明細書に記載のようにバルブ１３２０ａを通ってシリンダ１３１８ａに吸い込まれる。
【０１９８】
本明細書に記載のように、エンジン１３００ａは、自動車用エンジンなどの種々の出力燃焼装置における粉末燃料の使用に対する主要な困難を克服する。粉末燃料エンジンにおけるこれまでの試みは、粉末燃料ディスパージョンを生成および維持するためにガス流が使用されるため、低温始動など、スロットル１３１０ａが閉じられているときに、満足できる性能を提供できないでいる。本明細書に提示の態様は、圧縮機１３０６ａへスロットル１３０８ａを通過し、ＰＤＰＤ１３１４ａへ導管１３１６ａを通過する「補償（ｍａｋｅ−ｕｐ）ガス」を使用することによって、この困難を克服する。この補償によって、たとえスロットル１３１０ａが閉じられ、あるいは途中まで閉じられているときでも、粉末燃料ディスパージョンを生成および維持することができる。
【０１９９】
いくつかの態様では、「補償ガス」が、点火に先立って補助ガス源から供給される。いくつかの態様では、圧縮機１３０６ａを、エンジンの点火に先立って作動させることができ、エンジンのクランキングに先立って粉末燃料ディスパージョンを生成できるよう、スロットルプレート１３０８ａを途中まで、または完全に開くことができる。他の態様では、純酸素などのガスを、クランキングに先立って加圧酸素タンクから供給することができる。
【０２００】
図１３ｂは、粉末燃料エンジン１３００ｂの別の典型的な態様を示している。やはり、ガス（例えば、空気）が、吸気口１３０２ｂを通ってエンジンに進入する。吸気口１３０２ｂを通過するガスの量が、質量空気流量センサ１３０４ｂなどの空気センサによって測定される。ガスの一部が、吸気口１３０２ａから、例えば遠心ブロアなどの圧縮機１３０６ａへ迂回する。スロットルプレート１３０８ａが、圧縮機１３０６ａへのガスの流れを調節する。別のスロットルプレート１３１０ａ（スロットルボディ）が、吸気マニホールド１３１２ａへの残りのガスの流れを調節する。
【０２０１】
図１３ａのように単一のＰＤＰＤへガス流をもたらす代わりに、図１３ｂの圧縮機１３０６ｂは、各シリンダの導管１３１６ｂへガスの流れを供給する。導管１３１６ｂが、それぞれのシリンダのＰＤＰＤ１３１４ｂ（例えば、本明細書に記載のようにホッパーシステム）へガスの流れを誘導する。別の態様では、それぞれのシリンダ１３１８ｂにＰＤＰＤ１３１６ｂが存在する必要はない。むしろ、いくつかのシリンダに対して１つのＰＤＰＤ１３１４ｂが存在してもよい。シリンダに対するＰＤＰＤの典型的な比として、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、および４：１１を含む。
【０２０２】
ＰＤＰＤ１３１４ａは、各シリンダの付近で吸気マニホールド１３１２ｂに接続されている。いくつかの態様では、内部のＰＤＰＤ１３１４ｂが、吸気マニホールドの真空圧力で作動する。いくつかの態様では、ＰＤＰＤ１３１４ｂが、完全または部分的に吸気マニホールド１３１２ｂの内部に位置している。粉末燃料が、粉末送出装置から吸気マニホールド１３１２ｂへ送出され、吸気マニホールド１３１２ｂにおいて燃料／ガスディスパージョンが生成される。このディスパージョンが、本明細書に記載のようにバルブ１３２０ｂを通ってシリンダ１３１８ｂに吸い込まれる。
【０２０３】
図１３ｃは、粉末燃料エンジン１３００ｃの別の典型的な態様を示している。やはり、ガス（例えば、空気）が、吸気口１３０２ｃを通ってエンジンに進入する。吸気口１３０２ｃを通過するガスの量が、質量空気流量センサ１３０４ｃなどの空気センサによって測定される。図１３ｂに示したシステム１３００ｂと異なり、システム１３００ｃは、吸気マニホールド１３１２ｃをバイパスするガスのための個別のスロットルプレートを利用していない。さらに、システム１３００ｃは、圧縮機または遠心ブロアの代わりに、分配器１３２２ｃを含む。この態様は、大気圧が粉末燃料ディスパージョンを生成および維持するために充分であり得るという事実を認識したものである。さらに、この態様は、吸気ガスの圧力を高めるターボチャージャを含むエンジンに適している。分配器１３２２ｃは、単純に複数の導管１３１６ｃへガスの流れを分割することができる。他の態様では、分配器が、個々のＰＤＰＤ１３１４ｃへのガスの流れを振動させるために、ソレノイドなどの１つ又はそれ以上の制御装置を含むことができる。
【０２０４】
図１４ａは、本明細書に記載の粉末燃料エンジンのさらなる態様を示している。エンジン１４００ａは、加圧ガス源１４０２ａ、乱流チャンバ１４０４ａ、および粉末分散装置（例えば、容積式の粉末分散装置）１４０６ａをシリンダに接続して含む点で、本明細書に記載のいくつかの態様に類似する。粉末分散装置１４０６ａは、性能を向上させるためのさらなる態様を含む。超音波振動装置が、粉末の流れおよび分散を促進するために、粉末分散装置１４０６ａに接続されている。さらに、レベルセンサ１４１２ａが、粉末分散装置１４０６ａ内の粉末の量を監視するために、粉末分散装置１４０６ａに接続されている。
【０２０５】
図１４ｂは、本明細書に記載の粉末燃料エンジンの別の態様を示している。エンジン１４００ｂは、少なくとも部分的に吸気マニホールド１４１４ｂの内部に位置する粉末分散装置１４０６ｂを含む。エアロック１４２０ｂが、粉末分散装置１４０６ｂの内部に一定のガス圧を維持する一方で、粉末貯蔵タンクからの粉末の流れおよび粉末貯蔵タンクへの粉末の流れを可能にする。粉末分散装置１４０６ｂは、いくつかの点で、本明細書に記載の他の粉末分散装置とは異なる。粉末分散装置１４０６ｂは、粉末燃料の流れを調節するためのゲート付き開口１４１６を含む（別の態様においては、ゲート付き開口を、段階的なエアロックで置き換えることができる）。粉末分散装置１４０６ｂ内の粉末の流れは、超音波振動装置１４１０ｂによって促進される。加圧ガス源１４０２ｂが、ゲート付き開口１４１６ｂを通って放出される粉末燃料を分散させるために、段階的なエアブラストを供給する。いくつかの態様では、超音波振動装置１４１８ｂが、粉末の分散およびガスの乱流を促進するために、吸気マニホールド１４１４ｂ内でゲート付き開口１４１６ｂの下方に配置される。超音波装置は、当該技術分野において公知であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料から製造することができる。
【０２０６】
図１５は、粉末燃料を分散させるためにガスの短いブラストを生成するためのシステム１５００を示している。ガスが、吸気口１５０２を通って進入する。いくつかの態様では、空気が、空気の流れをそれぞれの粉末分散装置のための空気の流れに分割するために、圧縮機１５０４または分配器を通って流れる。いくつかの態様では、粉末燃料を分散させるための空気のブラストを生成するために、ソレノイドバルブ１５０６が、短い期間にわたって開かれる。他の態様では、回転バルブ１５０８が、空気のブラストを生成するためのステッピングモータ１５１０によって駆動される。
【０２０７】
図１６は、１つ又はそれ以上の粉末分散システムを制御するためのマイクロプロセッサ１６００の概要図である。マイクロプロセッサ１６００は、当該技術分野において周知のような数学演算を実行できる当該技術分野において公知の電機部品である。マイクロプロセッサ１６００は、８ビット、１６ビット、３２ビット、６４ビット、マルチコアマイクロプロセッサ、およびＲＩＳＣマイクロプロセッサなど、現時点において公知であり、あるいは今後開発される何れのタイプのマイクロプロセッサであってもよい。マイクロプロセッサ１６００は、外部でのデータ分析、故障診断、および参照テーブル（ＬＵＴ）のロードのために、センサおよび制御部からの入力、ユーザインターフェイスなどのオペレータ制御部からの入力、エンジン制御コンピュータからの入力、燃料供給システムからの入力、ならびにさらなる装置からの入力など、さまざまな入力を受信する。マイクロプロセッサは、外部でのデータ分析、故障診断、および参照テーブル（ＬＵＴ）のロードのために、粉末分散装置を制御するためのアクチュエータ、出力表示装置、エンジン制御コンピュータ、燃料データ供給モニタ、およびさらなる装置など、さまざまな装置へと出力することができる。
【０２０８】
マイクロプロセッサは、有線のシリアルまたはパラレル通信、ＵＳＢ、ＵＳＢ−２、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、無線または他のポートプロトコル、スマートカード、メモリカード、キー、ＲＦトランスポンダ、およびインターネットなど、当業者にとって公知の通信技術によって他のモジュールおよび構成要素と通信することができる。
【０２０９】
図１７ａは、粉末分散装置の制御についての概略を示している。必要な燃料流量１７０２ａが、エンジン制御コンピュータ１７０４ａからの入力を参考にして、スロットル位置および質量空気流量によるガスの流量によって決定される。いくつかの態様では、エンジン制御コンピュータ１７０４ａが、エンジンが複数の燃料を使用する場合において、エンジンの性能を最適化するように構成されている。ひとたび必要な燃料流量１７０２ａが決定されると、設定点が粉末分散制御部へ連絡され、粉末分散制御部は、さらなる入力１７０８ａを受信し、圧縮機、ゲート付き開口、ソレノイド、などの関連の装置のための出力１７１０ａを生成することができる。
【０２１０】
図１７ｂは、閉ループシステムを使用する粉末分散装置の制御についての概略を示している。図１７ａと同様、必要な燃料流量１７０２ｂが、エンジン制御コンピュータ１７０４ｂからの入力を参考にして、スロットル位置および質量空気流量センサによるガスの流量によって決定される。いくつかの態様では、エンジン制御コンピュータ１７０４ｂが、エンジンが複数の燃料を使用する場合において、エンジンの性能を最適化するように構成されている。ひとたび必要な燃料流量１７０２ｂが決定されると、設定点が、フィードバック補償制御ユニット１７１２ｂへ連絡される。フィードバック補償制御ユニットは、センサからのフィードバックに応答して設定点を変更できる。いくつかの態様では、センサが、排気ガス酸素センサ、排気ガス流量センサ、および排気ガス温度センサを含むことができる。いくつかの態様では、フィードバックを、特定の性能目的を達成するために、エンジン制御コンピュータ１７０４ｂによって変更または調整することができる。
【０２１１】
ＶＩＩ．粉末燃料に適合する装置のさらなる態様
本明細書に開示の粉末燃料、システム、キット、および方法は、既存の燃焼装置を粉末燃焼装置で置換または補完することによって、これらに限定されないが、温水ヒータ、衣服乾燥機、熱気球、穀物乾燥機、スペースヒーター、およびオーブンなど、さまざまな適用が可能である。
【０２１２】
本明細書に記載の粉末燃料を、本願に記載の燃焼装置を含むさまざまな燃焼装置に使用することが可能である。他に適切な燃焼装置として、以下の製造者、すなわちVarmeTeknisk Service AB of Nykoping, Sweden、  Petrokraft AB of Goteborg, Sweden、  TPS Termiska Processer AB of Nykoping, Swden、  Coen Company,Inc. of Woodland, California、  LBE Feuerungstechnick GmbH of Wuppertal, Germany、  Thermix Combusion Systems,Inc. of Queebec, Canada、およびAlternative Green Energy Systems,Inc. of Quebec, Canadaの1つ又はそれ以上によって製造されるバーナーを含む。
【０２１３】
ＶＩＩＩ．粉末燃料
本発明の粉末燃料は、代替的、効率的であって、費用効率に優れ、清浄であって、かつ再生可能なエネルギー源が望ましい、多数の適用において有用である。本発明の粉末燃料は、既存の代替エネルギー源に対してのみならず、世界で最も利用されている燃料源である石油に対しても、大きな利点を有している。利点には、例えば費用効率、燃料効率、および安全性を含む。
【０２１４】
この点に関し、本発明の一態様は、粉末燃料を提供する。粉末燃料は、粒子の約５重量％未満が２００メッシュ以上のサイズを有しており、粒子の少なくとも約２５重量％が３２５メッシュ未満のサイズを有している特定の粒子サイズ分布を有する粉末を含む。さらに、粒子サイズ分布を、爆発性の燃料としての粉末の使用にもとづいて選択することができる。特定の態様では、粒子サイズ分布が、個別サイズの複数の粉末の組み合わせの産物である。さらに、粉末は、２つ又はそれ以上の粉末材料の混合物を含むことができる。
【０２１５】
粉末は、粉末−ガス混合物が、空気などの酸化剤と混合されたときに、点火後に火炎伝播可能である場合に、爆発性であり得ることは周知である。例えば、Marin Hertzberg & Kenneth L.Cashdollar, Introduction to Dust Explosions, in ASTM Committee E-27 on Hazard Potential of Chemicals, et al., Industrial Dust Explosion 5-13 (1987)を参照されたい。しかしながら、本発明は、燃料源としてそのような爆発性を制御／利用するために、粒子サイズの選択を提供している。
【０２１６】
本発明の粉末燃料の爆発性は、部分的には、粒子サイズによって制御され、一般に、より小さい粒子ほど、大きな粒子に比べてより爆発性である。そのように、本発明の粉末は、粉末の由来となる材料に何ら限定されない。粉末燃料の典型的な態様は、バイオマスを含んでよい。いくつかの態様では、粉末燃料が、ステムウッド（stem wood）、リムウッド（limb wood）、ステムバーク（stem bark）、またはリムバーク（limb bark）であってよい。粉末状の広葉樹材は、PJ. Murphy Forest Products Corp. of Montville, New Jersey から入手可能である。粉末状の針葉樹材は、Custom Grinding of Oklahoma City, Oklahoma から入手可能である。
【０２１７】
粉末燃料のいくつかの態様は、セルロースおよび／またはリグニンを含む。例えば、粉末燃料が、例えば２０％、例えば３０％、例えば４０％、例えば５０％、例えば６０％、例えば７０％、例えば８０％、例えば９０％など、約１０％を超えるセルロースを含むことができる。特定の態様では、リグニンの含有量が多い粉末燃料は、リグニンの含有量が少ない粉末燃料よりも速く点火するが、燃焼により多くの酸素を必要とする。特定の態様では、粉末燃料は、例えば約１０重量％未満、例えば９重量％、例えば８重量％、例えば７重量％、例えば６重量％、例えば５重量％、例えば４重量％、例えば３重量％、例えば２重量％、例えば１重量％、例えば０．９５重量％、例えば０．９０重量％、例えば０．８５重量％、例えば０．８０重量％、例えば０．７５重量％、例えば０．７０重量％、例えば０．６５重量％、例えば０．６重量％、例えば０．５５重量％、例えば０．５０重量％、例えば０．４５重量％、例えば０．４０重量％、例えば０．３５重量％、例えば０．３０重量％、例えば０．２５重量％、例えば０．２０重量％、例えば０．１５重量％、例えば０．１０重量％、例えば０．０５重量％という少量のアッシュを含む。さらなる態様は、乾燥後に少量の揮発マスを含む。例えば、揮発マスの割合は、約１０重量％未満、例えば９重量％、例えば８重量％、例えば７重量％、例えば６重量％、例えば５重量％、例えば４重量％、例えば３重量％、例えば２重量％、例えば１重量％、例えば０．９５重量％、例えば０．９０重量％、例えば０．８５重量％、例えば０．８０重量％、例えば０．７５重量％、例えば０．７０重量％、例えば０．６５重量％、例えば０．６重量％、例えば０．５５重量％、例えば０．５０重量％、例えば０．４５重量％、例えば０．４０重量％、例えば０．３５重量％、例えば０．３０重量％、例えば０．２５重量％、例えば０．２０重量％、例えば０．１５重量％、例えば０．１０重量％、例えば０．０５重量％であってよい。揮発マスの割合を、さまざまな期間にわたる粉末燃料の乾燥によって、減少させることができる。例えば、燃料を、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、または２４０分乾燥させることができる。乾燥温度は、１５０°Ｆ〜５００°Ｆの範囲であってよく、例えば約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、または５００°Ｆであってよい。これに加え、あるいはこれに代えて、粉末の乾燥を、超音波周波数の使用によって達成することができる。
【０２１８】
粉末燃料の他の態様は、ウルトラクリーン炭など、微細に粉砕された石炭で構成される。さらに、油砂、油頁岩、およびコールタールなど、炭化水素を担持している粉砕可能なおよび／または破砕可能な固体を、粉末燃料として使用することができる。
【０２１９】
他の何れもの爆発性の粉末を、粉末燃料として、本明細書に記載の本発明の態様のいずれかにおいて使用することができる。他の典型的な材料として、例えばマグネシウム、アルミニウム、鉄、チタニウム、タンタル、亜鉛、およびジルコニウムなどの金属、ならびにマグナリウム、フェロチタン、水素化チタン（ＩＩ）、および水素化ジルコニウム（ＩＩ）などとのこれらの化合物および合金を含む。他の材料として、ホウ素、リン、ケイ素、および硫黄、ならびにケイ化カルシウムおよび輝安鉱などのこれらの化合物を含む。さらに、ＰＥＥＴなどの多数のプラスチックも、粉砕されたときに爆発性の粉末となりうる。
【０２２０】
さらに、多種の粉末燃料が、燃料が特定の粒子サイズ分布に一致するときに、より大きな消費効率を有することができる。特定の粉末燃料を含む材料にもとづいて、これらの粒子分布を選択することは、本発明の範囲内である。この点に関し、粉末化針葉樹粒子を含む粉末燃料の典型的な態様は、５０メッシュ以上のサイズを有する５％未満（例えば４％、例えば３％、例えば２％、例えば１％、例えば０％）の粒子、８０メッシュ以上のサイズを有する１５％未満（例えば１４％、例えば１３％、例えば１２％、例えば１１％、例えば１０％）の粒子、および２００メッシュ未満のサイズを有する少なくとも２０％（例えば２１％、例えば２２％、例えば２３％、例えば２４％、例えば２５％）の粒子を有する混合物の適切な粒子サイズ分布を提供する。これら列挙したパーセンテージが、重量によるものであることを理解されたい。
【０２２１】
粉末化広葉樹材粒子を含む粉末燃料の別の典型的な態様では、適切な粒子サイズ分布は、８０メッシュ以上のサイズを有する５％未満（例えば４％、例えば３％、例えば２％、例えば１％、例えば０％）の粒子、および２００メッシュ未満のサイズを有する少なくとも３０％（例えば３１％、例えば３２％、例えば３３％、例えば３４％、例えば３５％）の粒子を有する混合物である。これら列挙したパーセンテージが、重量によるものであることを理解されたい。
【０２２２】
粉末化草粒子を含む粉末燃料の別の典型的な態様では、適切な粒子サイズ分布は、２００メッシュ以上のサイズを有する５％未満（例えば４％、例えば３％、例えば２％、例えば１％、例えば０％）の粒子、３２５メッシュ未満のサイズを有する少なくとも６５％（例えば６６％、例えば６７％、例えば６８％、例えば６９％、例えば７０％）の粒子、および４００メッシュ未満のサイズを有する少なくとも２５％（例えば２６％、例えば２７％、例えば２８％、例えば２９％、例えば３０％）の粒子を有する混合物である。燃料は、例えば１．０％または０．５％未満のアッシュの、少量のアッシュ含量を有することもできる。これら列挙したパーセンテージが、重量によるものであることを理解されたい。
【０２２３】
粉末燃料の種々の態様は、燃料の性能を向上させるための添加剤を含むことができる。ブレンド燃料を、寒中走行、多湿環境、および高いエネルギー出力要件のような特定の適用に合わせて生成することができる。さらに、添加剤を、流動性の改善ならびに架橋および／または凝集の低減のために、粉末燃料に追加することができる。適切な添加剤が、例えばSchapiraらの米国特許第５，２０３，９０６号およびSchapiraらの米国特許第５，４５６，７７５号に記載されている。
【０２２４】
また、本明細書に記載の粉末燃料は、燃焼時にさまざまなエネルギー出力を生成でき、粉末燃料のそのようなエネルギー出力を、燃料の適用または使用にもとづいて選択できることも、理解されたい。例えば、粉末燃料は、粉末燃料１ポンドにつき約１０００、例えば１５００、例えば２０００、例えば２５００、例えば３０００、例えば３５００、例えば４０００、例えば４５００、例えば５０００、例えば５５００、例えば６０００、例えば６５００、例えば７０００ＢＴＵを超えるエネルギー出力を生み出すことができる。
【０２２５】
さらに、本発明の粉末燃料は、異なる時点において、異なる適用のために、固体、液体、および気体として挙動することができる。静止時の粉末は、固体として挙動する。架橋が生じ、重量を保持することができる。攪拌、振動、および／またはかき混ぜると、粉末は、液体として挙動する。ガスまたは流体媒体に懸濁すると、粉末は、気体として挙動する。より具体的には、粉末燃料が適切にガスに混合されると、混合物は、プロパンおよびメタンなどの燃料ガスと（構造的、化学的、および経済的に）同様に挙動する。
【０２２６】
Ａ．粉末燃料ディスパージョン
燃焼装置における本発明の粉末燃料の有用性は、特に粉末燃料の組成に由来するだけでなく、キャリアガス中の粉末燃料、すなわち粉末燃料ディスパージョンの分散比にも由来している。したがって、本発明の一態様は、ガス（例えば、空気）および粉末燃料（例えば、セルロース）を含む粉末燃料ディスパージョンであって、粉末燃料がガス中に、質量におけるガス７部に対して粉末１部の比で分散させられている粉末燃料ディスパージョンを提供する。
【０２２７】
いくつかの態様、特に加熱の適用においては、粉末燃料ディスパージョンがより濃くてもよい。さらに、粉末燃料ディスパージョンを、システムの全体にわたる多数地点で形成できる。例えば、いくつかの態様では、ディスパージョンをノズルで形成できる。他の態様、例えばエンジンの態様では、ノズルから放出されるディスパージョンを、吸気マニホールドからの追加の空気によって希釈して、所望の比のディスパージョンを達成することができる。
【０２２８】
粉末化木材のための適切な粉末燃料ディスパージョンは、１立方フィートの空気に対して１グラムの粉末化木材〜１立方フィートの空気に対して１１０グラムの粉末化木材の比を含む。具体的な比（１立方フィートの空気に対する粉末化木材のグラム数）は、例えば１、例えば２、例えば３、例えば４、例えば５、例えば６、例えば７、例えば８、例えば９、例えば１０、例えば２０、例えば３０、例えば４０、例えば５０、例えば６０、例えば７０、例えば８０、例えば９０、例えば１００、例えば１１０を含む。
【０２２９】
本発明の他の態様は、粉末燃料が上記の粉末燃料である粉末燃料ディスパージョンを提供する。
【０２３０】
例えば、一態様では、粉末燃料ディスパージョンが、
・粒子の約５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、例えば粒子の約１重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、例えば粒子のすべてが、２００メッシュ以下のサイズを有しており、
・粒子の少なくとも約２５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、例えば粒子の少なくとも３０重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有している
粉末燃料を含む。
【０２３１】
別の態様では、粉末燃料ディスパージョンが、
・粒子の５重量％未満が、５０メッシュ以上のサイズを有しており、
・粒子の１５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、
・粒子の少なくとも２０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粉末燃料を含む。
【０２３２】
さらに別の態様では、粉末燃料ディスパージョンが、
・粒子の５重量％未満が、８０メッシュ以上のサイズを有しており、
・粒子の少なくとも３０重量％が、２００メッシュ未満のサイズを有している
粉末燃料を含む。
【０２３３】
またさらなる態様では、粉末燃料ディスパージョンが、
・粒子の５重量％未満が、２００メッシュ以上のサイズを有しており、
・粒子の少なくとも６５重量％が、３２５メッシュ未満のサイズを有しており、
・粒子の少なくとも２５重量％が、４００メッシュ未満のサイズを有している
である粒子サイズ分布を有している粉末燃料を含む。
【０２３４】
特定の態様では、本明細書に記載のディスパージョンが、視覚的に区別することができず、実質的に単一相燃焼プロセスである２相燃焼プロセスを生成する。
【０２３５】
理論に捕われることなく、本発明のプレ混合粉末ディスパージョンの爆発性を、粒子の燃焼時間が燃焼可能な気体燃料のためのガス中の爆燃波の通過時間に比較できるという条件で、液滴の燃焼の物理学によって改変されるようにプレ混合液体燃料／ガス混合物と同様の理論的検討から経験的に導出すことが提案される。
【０２３６】
気体および液体との類似性にかかわらず、粉末燃料は、清浄であって、信頼でき、かつ効率的な燃焼を達成するために克服すべき、異なる特性を有している。液体が燃焼するとき、燃焼は、液滴から或る距離だけ離れて位置する仮想の表面において生じ、液体からの蒸気が、この表面に拡散する。対照的に、粉末燃料の燃焼は、粉末粒子の表面で生じる。したがって、粉末燃料の利用においては、液体燃料システムと比べ、粒子のサイズおよび燃料対ガスの比が、より大きな重要性を有する。
【０２３７】
したがって、本明細書に記述する発見にもとづき、本発明の一態様は、液滴の燃焼の物理学を利用する装置、装置を適合させるためのキット、および粉末燃料の設計に関する。例えば、応答および性能特性におけるより高い予測可能性を伴い、粉末燃焼システムのためのバーナーにおいて使用するために、本明細書に記載のノズルなどの特定の構成要素を設計および利用することは、本発明の範囲内である。
【０２３８】
Ｂ．粉末燃料の作製
本発明の粉末燃料を、本明細書に記載の確立された基準の範囲内の粒子状物質をもたらす何れの方法でも作製することができる。
【０２３９】
したがって、一態様では、本発明の粉末燃料を、物質を粉末へと砕くためのミル（例えば、衝撃式製粉機）を使用することによって製造することができる。メッシュまたはふるいを、物質を粉末燃料の仕様へと篩うために使用することができる。適切なミルとして、例えばBauermeister USA, Inc. of Memphis, Tennessee が製造するＨＳ ２０ミルを含む。いくつかの態様では、ミルが、粉末の製造における爆発事故の危険を最小にするために、二酸化炭素雰囲気で運転される。
【０２４０】
ハンマーミルが、シャフト上で高速で回転する鋭い縁のハンマーで構成されており、シャフトがハンマーを、所与のサイズの粒子を供給流とともに導入するガスの流れと一緒に通過させることができる、スクリーンの間の周辺に設定された切断バーを過ぎて駆動する。更なる記述は、Bauermeister USA, Inc. の Equipment の http://www.bauermeisterusa.com/Equipment05/Equip_frame.html （最後のアクセスは２００７年１０月１９日）、およびhttp://www.bliss-industries.com/pdfs/condmill.pdf （最後のアクセスは２００７年１０月１９日）から入手することができる BLISS INDUSTRIES,INC., ELIMINATOR HAMMERMILL(2007) に提示されている。ハンマーと切断バーとの間のすき間を変化させることによって、供給流は、スクリーンを通過するために充分に小さい粒子に切断される一方で、より大きな粒子は、周辺を巡って循環を続ける。
【０２４１】
他の態様では、摩砕（attrition grinding）が、ハンマー、ナイフ縁、およびスクリーンに過剰な摩耗を生じさせることなく繊維を生成する。スクリーンが、付着した繊維で詰まりがちであるが、粒子サイズ／密度による分類は、繊維を分離できない。長くて細い繊維においては、表面対体積の比が、平均で、繊維と同じ直径の個々の粒子の表面対体積の比の半分である。この差は、加熱の適用においては有意でないかもしれないが、自動車の適用においては有意となる可能性がある。したがって、特定の態様では、本発明の粉末は、繊維、あるいは粒子および繊維の混合物を含む。特定の他の態様では、本発明の粉末は、繊維を含まない。
【０２４２】
衝撃粉砕と対照的に、摩砕プロセスは、供給材料が回転面の間で粉砕されることを必要とし、回転面の間で、粒子には切断よりもむしろ摩滅が加えられ、生成物は、スクリーンよりもむしろ遠心空気分類にもとづいて分離される。この手法は、Bauermeister USA, Inc. of Memphis, Tennessee から入手することができるClassifier Mill BM-CLM によって示されている。First American Scientific Corp. of Delta, British Columbia によって製造されているKDS MICRONEX（登録商標）リダクションシステムが、衝撃または摩砕によって生じる熱を未乾燥の原料チップの水を蒸発させるために使用できると理解されるこの手法の拡張を示している。
【０２４３】
上記のすべてのミルは、３２５メッシュの粉末を生成できるように特定されている。例えば、本明細書に記載の実施例で使用される２００メッシュの広葉樹材粉末が、ハンマーミル／スクリーン分別によって製造されたと報告されている。８０メッシュの針葉樹材を、木材チップを粗いスクリーンによってハンマーミル処理し、次いで得られたものを、より大きな粒子を再粉砕に戻しつつ８０メッシュの振盪スクリーンに通すことによって製造した。
【０２４４】
Ｃ．本発明の粉末燃料の特段の利点
粉末燃料は、本明細書に開示のように、既存のバイオマス技術を超える利点を有している。制御および選択された微細等級の粉末を供給することによって、より効率的な燃焼が生じ、結果として粒子状物質の排出が少なくなる。さらに、本明細書に開示される本発明は、他のバイオマス燃料および装置に関連する粒子状物質の排出および臭気に悩まされることがない。これは、部分的には、これまでのバイオマスのサイズでは、結果として拡散火炎としての燃焼となり、関連の煤煙の形成につながっていたためである。対照的に、本明細書に記載の本発明の態様では、ガスに混合された粉末燃料を使用し、いくつかの場合に、プレ混合の火炎または爆燃の波面を生成する。結果として、本発明の態様では、木材の燃焼に特徴的な臭気を伴わずに、広葉樹材および針葉樹材の両方の粉末を消費する。
【０２４５】
さらに、木材チップなどのより大きなバイオマスに依存するバイオマスシステムと異なり、本発明の粉末燃料により、液体燃料に通常は関連するオン／オフおよび調節の能力を有するバイオマス燃焼が可能である。粉末がほぼ瞬時に燃焼するため、火炎を遅延なく消すことができる。同様に、粉末がほぼ瞬時に燃焼するため、燃焼装置からのエネルギーの出力を、追加の粉末およびガスを加えることによって迅速に高めることができ、あるいは粉末ガスディスパージョンを取り除くことによって低下させることができる。これらの特性が、自動車などの制御可能な性能が重要であるシステムにおいて、バイオマスを使用することを可能にする。
【０２４６】
さらに、既存の代替エネルギーシステムでは、特定の種類の燃料を燃焼させることができるだけである。結果として、現在のところ、幅広い種類の材料が、エネルギーの生成に利用されることなく、廃棄物として捨てられている。本明細書に開示の方法および装置は、これまでは利用されていなかった材料からエネルギーを取り出すことによって、環境上の利益を達成できる。例えば、バイオマス燃料へのいくつかのアプローチは、いわゆる「バイオスクラップ」、すなわち現時点では価値が低すぎて収穫のコストに見合わない材料を、見過ごしている。例としては、草類、トウモロコシの茎、植物固形物（plant solids）、およびサトウキビを含む。サトウキビの例においては、本明細書に開示する本発明によれば、砂糖の製造において捨てられているサトウキビのＢＴＵ含量の８０％を得ることができる。
【０２４７】
本明細書に記載の本発明を使用することで、エネルギーを、現時点において油などの液体燃料にて可能であるよりも優れた費用効果で、粉末燃料から生成することができる。例えば、本発明を使用し、木材の価格が５０ドル／乾燥トン（現時点の価格である）であって、油の価格が約１００ドル／バレル（近い将来に達すると予想されている）である場合に、粉末木材燃料の燃焼は、油の燃焼に比べ、１ドル当たり５倍も多いエネルギーを生成することができる。
【０２４８】
さらに、本明細書に開示の方法および装置は、エネルギーの自給自足にも貢献する。バイオマスなどの粉末燃料源の財産を利用することによって、個人または国家は、石油依存の経済から、再生可能であり、かつ個人による生成または国内での生成が可能である資源を利用する経済へと移行することができる。
【０２４９】
（参照による取り込み）
本明細書において引用したすべての特許、特許出願公開、および他の文献の全内容は参照により、明確に本明細書に組み込まれる。
【０２５０】
（均等物）
当業者であれば、本明細書に記載した具体的な手順について、多数の均等物を認識することができ、あるいは日常的な実験を使用して確認できるであろう。そのような均等物は、本発明の範囲に包含されると考えられ、以下の特許請求の範囲に含まれる。本出願の各所で引用したすべての文献、交付済みの特許、および特許出願公開の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａｂ】
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【図８ｃｄ】
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【図８ｅｆ】
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【図８ｇ】
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【図８ｈ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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