專利名稱：用于產生功率的設備和為此的混合燃料汽化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率產生設備和為此的燃料汽化系統。
近年來，為便攜式電子設備、通信設備、醫療器械及遠程服務中的其它儀器設備供電的需求不斷增加，這增加了對于高效移動功率系統的需求。這些應用需要能夠提供大功率和高能量密度的功率源，同時還要求最小尺寸和重量、低排放和低成本。
迄今為止，電池已經成為提供便攜式功率源的主要裝置。然而，由于其尺寸和重量以及再充電所需時間的原因，電池已經證明不便用于連續使用的應用情況。此外，便攜電池通常限于產生幾微瓦至幾瓦范圍內的功率且因此不能解決對于大電平的移動輕質功率產生裝置的需要。
還已經使用了由汽油或柴油燃料內燃機供電的小型發電機。然而，這種發電機的噪聲和排放特征使它們完全不適用于廣泛的各種移動功率系統且對于室內使用而言不安全。盡管由高能量密度液體燃料供電的常規熱機在尺寸方面提供了優點，但是熱力學標度和成本考慮傾向于使其適用于更大的功率設備。
考慮到這些因素，在規模處于約5.1至51kg-m/sec(50至500瓦)范圍內的功率系統方面存在空白。此外，為了利用高能量密度液體燃料，需要能夠提供低的加燃料速率的改進型燃料制備和輸送系統。此外，這種系統還必須能夠在最小排放的情況下進行高效燃燒。
在美國專利No.5,127,822中提出了一種燃燒裝置，其中通過超聲波霧化裝置使燃料霧化。根據該專利，提出了霧化器，其中燃料以細液滴的形式被供應至燃燒室以加速燃料的汽化且減少達到可接受的燃燒效率所需的燃燒器滯留時間。
美國專利No.5,127,822提出了一種布置，其中以5cc/min的速率供應燃料且燃料被霧化成具有40μm的沙得平均直徑(SMD)的液滴。在美國專利Nos.6,095,436和6,102,687中提出了其它霧化技術。在美國專利No.4,986,248中提出了一種用于將燃料供應至內燃機的超聲波霧化器。
美國專利No.4,013,396提出了一種燃料氣溶膠化設備，其中烴燃料(例如汽油、燃油、煤油等)被分配進入冷凝區域內，目的在于形成具有直徑小于1μm的相對平均尺寸的液滴的氣溶膠燃料。
在美國專利No.5,472,645中提出了一種據稱解決了與內燃機中的燃料氣溶膠的不完全燃燒相關聯的問題的燃料汽化裝置。根據美國專利No.5,472,645，由于氣溶膠燃料液滴在內燃機中沒有完全點燃和燃燒，因此未燃燒的燃料殘留物從引擎中排出成為污染物如烴(HC)、一氧化碳(CO)和醛，且伴隨產生了氮的氧化物(NOx)。美國專利No.5,472,645的提議旨在通過將液體燃料分解成汽化或氣相元素的空氣流體流，所述空氣流體流包含一些包含具有更高分子質量的烴的未汽化氣溶膠，而改進氣溶膠燃料的燃燒，更輕的燃料餾出物據稱迅速蒸發成氣相、與空氣混合且要供給至內燃機，而更重的燃料部分據稱在離開旋渦裝置且進入引擎的進氣歧管之前轉變成氣相汽化狀態。
美國專利No.4,344,404提出了一種用于將與空氣混合的氣溶膠燃料液滴供應至內燃機或燃燒器的設備，所述燃料液滴據稱具有0.5至1.5μm的尺寸。以氣溶膠形式存在的液體燃料旨在與空氣以約18∶1的空氣燃料比混合以產生最少的來自引擎的CO、HC和NOx排放物。
已經提出了多種裝置以將燃料加熱成汽化燃料，所述汽化燃料由燃燒器燃燒。例如參見美國專利No.4,193,755；4,320,180和4,784,599。
美國專利No.3,716,416披露了一種旨在用于燃料電池系統中的燃料計量裝置。燃料電池系統旨在是自動調節的，產生預定電平的功率。提出的燃料計量系統包括毛細管流動控制裝置以響應于燃料電池的功率輸出而節制燃料流動，而不是提供改進的燃料制備以進行隨后的燃燒。代替地，燃料旨在被供給至燃料重整器以轉換成H2且隨后供給至燃料電池。在優選實施例中，毛細管道由金屬制成且毛細管本身被用作電阻器，所述電阻器與燃料電池的功率輸出裝置電接觸。由于蒸汽流阻大于液體流阻，因此流動隨著功率輸出增加而被節制。建議使用的燃料包括易于通過施加熱量從液體轉變成蒸汽相且自由流動通過毛細管的任何流體。汽化似乎以汽車引擎中發生汽阻的方式而實現。
美國專利No.6,276,347提出了一種超臨界或近超臨界霧化器和用于實現液體的霧化或汽化的方法。美國專利No.6,276,347的超臨界霧化器據稱能夠使用重質燃料以點燃小型輕質、低壓縮比、火花點火活塞引擎，所述引擎通常燃燒汽油。霧化器旨在通過使燃料朝向其超臨界溫度移動且釋放燃料進入在與燃料相關聯的相圖中的氣體穩定區域上的更低壓力區域內而由液體或液體狀燃料形成細液滴噴霧，這導致燃料的細霧化或汽化。披露了用于應用情況如燃燒機、科學設備、化學處理、廢物處理控制、清洗、蝕刻、昆蟲控制、表面改性、濕化和汽化的實用性。
為了使分解最小化，美國專利No.6,276,347和6,390,076分別提出將燃料保持在超臨界溫度以下直至霧化限制器的遠端通過。對于某些應用情況，需要僅加熱限制器的尖端以使化學反應或沉淀的電位最小化。這據稱減少了與燃料流中的雜質、反應物或材料阻塞管線和過濾器相關聯的問題，所述雜質、反應物或材料要不然傾向于被排出溶液。在超臨界壓力或接近超臨界壓力下工作表示燃料供應系統在21.1至56.2kg/cm2(300至800psig)的范圍內操作。盡管使用超臨界壓力和溫度可減少霧化器的阻塞，但似乎需要使用相對更昂貴的燃料泵以及燃料管線、配件和能夠在這些升高的壓力下操作的類似裝置。
在美國專利Nos.4,638,172；5,836,150；5,874,798；5,932,940；6,109,222；和6,198,038中提出了功率轉換布置。在這些專利中，美國專利No.4,638,172提出了一種操作地聯接至小型內燃機的直流發電機，所述發電機據稱輸出4伏(V)與150毫安(mA)至110V與超過250mA之間的電壓和電流。美國專利No.5,836,150提出了一種可用作微機械輪機發電機的推力源的微型推力和熱發電機。美國專利No.5,874,798提出了一種微型渦輪機發電機裝置，其中空氣被供給進入裝置內以產生用于便攜電子產品的電力。美國專利No.5,932,940提出了一種用以驅動微型發電機的包括燃燒室的微型燃氣輪機，所述微型發電機旨在輸出11.0至3.1kg-m/sec(10至30瓦)的電功率以替換便攜電子裝置中的電池同時對于相同重量和體積而言產生20倍的功率(例如替換用于便攜計算機、收音機、電話、功率工具、加熱器、冷卻器、軍事應用設備等的電池)。美國專利No.6,109,222提出了一種微型熱機，所述微型熱機旨在產生1.0至3.1kg-m/sec(10至30瓦)的電功率，其中通過周期燃燒過程使自由活塞往復運動。
本發明提供了一種在用于由液體燃料源產生功率的設備中使用的混合燃料汽化系統。在用于燃燒來自液體燃料源的燃料的設備中使用的所述混合燃料汽化系統，包括(a)至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道具有入口端和出口端，所述入口端與所述液體燃料源流體連通；(b)沿所述至少一條毛細管流道布置的熱源，所述熱源可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平；和(c)具有第一表面和第二表面的汽化構件，所述第一表面暴露于由燃燒燃料的所述設備產生的熱量，所述汽化構件被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的所述出口端的燃料撞擊在所述第二表面上由此大體上汽化的燃料流被輸送以進行燃燒。
本發明還提供了一種用于由液體燃料源產生功率的設備。所述用于由液體燃料源產生功率的設備，包括(a)至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道具有入口端和出口端，所述入口端與所述液體燃料源流體連通；(b)沿所述至少一條毛細管流道布置的熱源，所述熱源可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平；和(c)具有第一表面和第二表面的汽化構件，所述第一表面暴露于燃燒燃料產生的熱量，所述汽化構件被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的所述出口端的燃料撞擊在所述第二表面上以產生大體上汽化的燃料流；(d)用于燃燒所述大體上汽化的燃料流和空氣的燃燒室，所述燃燒室與所述汽化構件的所述第一表面連通；和(e)可操作以將所述燃燒室中的燃燒所釋放出的熱量轉換成機械功率和/或電功率的轉換裝置。
還提供了一種產生功率的方法。所述產生功率的方法，包括(a)將液體燃料供應至至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的燃料撞擊在具有第一表面和第二表面的汽化構件上；(b)加熱撞擊在所述汽化構件上的所述燃料且導致形成大體上汽化的燃料流；(c)在燃燒室中燃燒所述汽化燃料；和(d)使用轉換裝置將由所述燃燒室中的所述汽化燃料的燃燒產生的熱量轉換成機械功率和/或電功率，其中所述汽化構件的所述第一表面被設置在接近所述燃燒室的位置處以使得由燃燒產生的熱量有效地加熱撞擊在所述汽化構件的所述第二表面上的所述燃料且供應所述大體上汽化的液體燃料流以進行燃燒。
在一個方面中，提供了具有燃料制備系統的發電機，所述燃料制備系統具有形成小液體液滴和/或蒸氣的能力、在低燃料供應壓力下操作、具有低寄生功率損耗特征且提供了控制結垢、阻塞和結膠的能力。
在另一個方面中，所述毛細管流道可包括毛細管道且所述熱源可包括電阻加熱元件，一部分所述管道受到通過其中的電流的加熱。
進一步地，在另一個方面中，所述轉換裝置包括微型渦輪機、具有發電機的微型渦輪機、外燃機如斯特林(Stirling)引擎、具有發電機的外燃機如斯特林引擎、熱電裝置或熱光電裝置。
在另一個方面中，提供了熱交換器，所述熱交換器包括排氣導管和空氣通道，從所述燃燒室中除去的排氣循環通過所述排氣導管，空氣循環通過所述空氣通道，所述熱交換器通過將熱量從所述排氣導管中的所述排氣傳遞至所述空氣而對所述空氣通道中的所述空氣進行預熱。該方面還可包括鼓風機，所述鼓風機將壓力下的空氣供應至所述燃燒室以使得所述加壓空氣與所述汽化燃料以適用于燃燒所述空氣-燃料混合物的所需空氣燃料比進行混合。
為了解決與在液體燃料的加熱過程中形成沉積物相關的問題，另一個方面提供了用于清洗在操作過程中形成的沉積物的裝置。
下面，結合僅通過實例給出的本發明的優選形式并結合附圖對本發明進行更詳細地描述，在所述附圖中
圖1示出了根據本發明的一個實施例的混合燃料汽化裝置的局部剖視圖，所述混合燃料汽化裝置包括毛細管流道和汽化室；圖2示出了可用以實現圖4所示的裝置和系統的具有多條毛細管布置和汽化室的混合燃料汽化裝置；圖3示出了沿線3-3截取的圖2所示裝置的剖視圖；圖4示出了可用以在混合燃料汽化裝置中使燃料汽化并使沉積物氧化的裝置的詳圖，所述混合燃料汽化裝置具有多條毛細管布置和汽化室用以輸送大體上汽化的燃料用以實踐本發明；圖5示出了用以將燃料和可選的氧化氣體輸送至具有毛細管流道和汽化室的混合燃料汽化裝置的控制裝置的示意圖；圖6是用于根據本發明產生功率的設備的示意圖，其中根據本發明一個實施例，外燃機如斯特林引擎被用以發電；圖7示出了根據本發明的另一個實施例的一種功率產生裝置的局部剖視示意圖；圖8示出了根據本發明的另一個實施例的另一種功率產生裝置的局部剖視示意圖；圖9示出了液滴百分比與液滴直徑之間的函數關系的液滴分布曲線，所述液滴分布曲線說明采用毛細管流道的燃料汽化裝置的優點；和圖10比較了循環阻塞/清除阻塞試驗的結果，所述試驗結果說明了混合燃料汽化系統所具有的長期可操作性的優點。
下面參考圖1-圖10所示的實施例，在所有附圖中，相似的附圖標記表示相似的部件。
本發明提供了一種功率產生設備和為此的燃料系統，所述燃料系統有利地燃燒高能量密度的液體燃料。該設備包括連接至燃料供應裝置的至少一條毛細管尺寸的流道、沿所述流道布置以充分加熱流道中的液體燃料從而輸送來自毛細管流道出口的汽化燃料流的熱源、與燃料通道的出口流體連通以供應液體燃料并使其汽化從而進行燃燒的燃料汽化室、在其中燃燒汽化燃料的燃燒室和將通過燃燒室中的燃燒產生的熱量轉換成機械功率和/或電功率的轉換裝置。
有利地，毛細管流道可在啟動時受到初始加熱以使燃料汽化且汽化燃料隨后可進行燃燒以產生火焰。汽化室優選位于火焰區域中以便提供快速加熱且導致進入所述汽化室的各種液體燃料被汽化。在啟動后不久，毛細管流道的電功率可逐漸減少以使得供應至常規汽化器的燃料是大體上預熱的液體。燃料離開汽化室且通過孔眼進入燃燒空氣流中，所述孔眼被設置和構造以促進燃料和空氣的良好混合從而進行燃燒。可通過使用可變速的定量泵控制通過混合毛細管燃料汽化系統的燃料流速，或另一種可選方式是，可調整和控制供應至毛細管流道的電功率以根據需要改變燃料的壓降/流動特征。對于固定的燃料供應壓力而言，將熱量施加到毛細管流道上導致燃料流速降低同時幫助燃料進行汽化。
已經觀察到在采用電加熱的連續加熱毛細管流道的操作中，隨著碳沉積物的形成和毛細管流道受到堵塞，燃料流速對壓降的性能降級。此外，電功率必須恒定供應至毛細管，這樣就限制了設備的總效率。
在啟動過程中，使用電加熱的毛細管流道以提供燃料蒸氣從而進行點火。毛細管流道將汽化燃料直接注入汽化室內。由于其優選處于接近燃燒室的位置處，因此汽化室的溫度升高，使得供應至毛細管通道的電功率能夠減少且最終甚至被消除。液體燃料隨后直接流入汽化室內，所述汽化室此時已充分變熱從而產生作用。在穩態操作過程中，通過毛細管的高液體流速幫助保持液體處于低溫以使阻塞減至最少。通過毛細管的高液體流速還用作溶劑以除去在啟動過程中形成的沉積物。所有這些效應有助于防止毛細管發生阻塞。汽化室的流口優選相對于毛細管流道大得多且因此更不易發生阻塞。
在穩態操作過程中，汽化所需要的熱能直接從燃燒系統中獲得。當用于獨立式功率系統中時，從燃燒系統中直接取得熱能比發電以為電阻加熱器供電有效得多。
通過混合燃料汽化器的燃料流速可受到多個裝置的控制。可調節燃料供應壓力以便根據需要和/或自動響應于由于混合燃料汽化器內的燃料汽化速率和燃料汽化位置的變化所致的系統壓力損失變化而改變流動。基于對可通過控制液體預熱/汽化/蒸氣過熱過程而在較寬的范圍內調節毛細管流道的壓力損失特征的認識，還可改變供應至電阻加熱毛細管的電功率以調節流動。另一種可選方式是，可通過使用調速正排量泵而控制燃料流速。
如所示，毛細管流道可以是受到電阻加熱器加熱的毛細管道，一部分所述管道受到通過其中的電流的加熱。毛細管流道的特征還在于具有低熱慣性以使得毛細管通道可達到所需溫度以便非常快速地，如在2.0秒內、優選在0.5秒內且更優選在0.1秒內使燃料汽化。毛細管尺寸的流體通道優選在毛細管本體如單層或多層金屬、陶瓷或玻璃本體中形成。所述通道具有通往入口和出口的封閉體積。加熱器可由一部分本體如一部分不銹鋼管道形成或加熱器可以是毛細管本體中或毛細管本體上包括的不連續層或電阻加熱材料的導線。
流體通道可以是包括通往入口和出口的封閉體積的任何形狀，流體可通過所述入口和出口。流體通道可具有任何所需橫截面，優選橫截面為具有均勻直徑的圓。其它毛細管流體通道橫截面包括非圓形形狀如三角形、正方形、矩形、橢圓形或其它形狀且流體通道的橫截面無需是均勻的。流體通道可直線或非直線地延伸且可以是單流體通道或多路徑流體通道。
毛細管尺寸的流道可設有優選小于2mm、更優選小于1mm且最優選小于0.5mm的水力直徑。“水力直徑”是用于計算通過流體承載元件的流體流動特征的參數且被限定為流體承載元件的流動面積的四倍除以與流體接觸的固體邊界的周長(通常稱作“浸濕”周長)。對于具有圓形流道的管道而言，水力直徑與實際直徑是相等的。在毛細管通道由金屬毛細管道限定的情況下，管道可具有0.01至3mm、優選0.1至1mm、最優選0.15至0.5mm的內徑。另一種可選方式是，毛細管通道可由通道的橫截面面積限定，所述橫截面面積可以是8×10-5至7mm2、優選為8×10-3至8×10-1mm2且更優選為2×10-3至2×10-1mm2。單條或多條毛細管、多種壓力、多種毛細管長度、施加到毛細管上的熱量以及不同形狀和/或橫截面積的多種組合適于給定應用。
轉換裝置可以是外燃機如斯特林引擎、微型渦輪機/發電機或具有能夠產生達約510kg-m/sec(5,000瓦)功率的可選發電機的將熱量轉換成機械功率或電功率的其它適當裝置。液體燃料可以是任何類型的烴燃料如噴氣燃料、汽油、煤油或柴油；含氧物質如乙醇、甲醇、甲基叔丁基醚(methyl tertiary butyl ether)；或任何這些物質的混合物，且燃料優選在優選小于7.0kg-m/sec(100psig)、更優選小于3.5kg-m/sec(50psig)、甚至更優選小于0.7kg-m/sec(10psig)且最優選小于0.4kg-m/sec(5psig)的壓力下被供應至流道。汽化燃料可與空氣混合以形成具有25μm或更小，且優選10μm或更小的平均液滴尺寸的氣溶膠，由此允許具有清潔和高效的點火性能。
根據一種優選形式，汽化燃料可在環境溫度下與空氣混合，所述空氣被吸入通往燃燒室內的空氣供應通道內。另一種可選方式是，汽化燃料可與已經受到例如熱交換器預熱的空氣相混合，所述熱交換器通過從燃燒室中除去的排氣熱量對空氣進行預熱。如果需要，那么空氣可在與汽化燃料混合之前例如由鼓風機進行加壓。
如所示，在加熱毛細管通道中的液體燃料的汽化過程中，碳和/或重烴的沉積物可在毛細管壁上積聚且燃料流動可嚴重受限，這最終可導致毛細管流道發生阻塞。這些沉積物的積聚速率是毛細管壁溫度、燃料流速和燃料種類的函數。盡管燃料添加劑可有助于減少這種沉積物，即使阻塞擴張的情況下，但是混合燃料汽化裝置可選地設置用于清洗在操作過程中形成的沉積物的裝置。
混合燃料汽化系統中的加熱毛細管流道具有當汽化燃料在環境溫度下與空氣混合時形成小燃料液滴(例如，25μm或更小，優選10μm或更小)的氣溶膠的能力，且所述流道在低于7.0kg-m/sec(100psig)、優選小于3.5kg-m/sec(50psig)、更優選小于0.7kg-m/sec(10psig)且甚至更優選小于0.4kg-m/sec(5psig)的液體燃料壓力下操作。混合燃料汽化系統擁有在低空氣供應壓力(如低于50.80mmH2O(2inH2O))下燃燒燃料的能力、迅速啟動、提供控制結垢、阻塞和結膠的能力、在減少的排氣排放物水平下操作且需要低點火能量以點燃燃料-空氣混合物。
由功率產生設備的混合燃料汽化系統提供的一個優點在于其點火能量需求特征。最小點火能量是用以描述通常利用點火器如火花點火源點燃霧化燃料/空氣混合物可具有的容易程度的術語。根據本發明的裝置可為汽化燃料和/或氣溶膠提供具有小于25μm、優選小于10μm且更優選小于5μm的沙得平均直徑(SMD)的液滴，這種微細氣溶膠有助于改進在燃氣輪機應用中的啟動特征和火焰穩定性。此外，對于具有25μm或低于25μm的沙得平均直徑值的燃料，最小點火能量可實現非常明顯的減少。例如，正如在Lefebvre，燃氣輪機燃燒(Gasturbine Combustion)(Hemisphere Publishing Corporation，1983)252頁中討論地，與點燃霧化燃料/空氣混合物可具有的容易程度相關的術語Emin被示出隨著使得沙得平均直徑的減小而銳減。最小點火能量與氣溶膠中燃料液滴的沙得平均直徑(SMD)的立方大略成比例。沙得平均直徑是表面積體積比等于整體噴霧的表面積體積比時的液滴的直徑且與噴霧的傳質特征相關。在Lefebvre中示出，不同燃料的Emin與沙得平均直徑之間的關系大略近似于以下關系logEmm＝45(logSMD)+k； 其中Emin的測量單位為毫焦(mJ)SMD的測量單位為μm，且k是與燃料種類相關的常數。
根據Lefebvre，重質燃油在115μm的沙得平均直徑下具有約800mJ的最小點火能量且在50μm的沙得平均直徑下具有約23mJ的最小點火能量。異辛烷在90μm的沙得平均直徑下具有約9mJ的最小點火能量且在40μm的沙得平均直徑下具有約0.4mJ的最小點火能量。對于柴油燃料而言，當沙得平均直徑等于100μm時，Emin為約100mJ。沙得平均直徑減少至30μm將導致Emin減少至約0.8mJ。正如可意識到地，對于低于25μm的沙得平均直徑值，點火系統要求大大減少。
已發現根據本發明的功率轉換設備呈現出高度希望的低點火能量需求。低點火能量需求通過減少與點火系統相關聯的寄生功率損耗而減小系統總重并使功率輸出最大化，從而改進本發明的功率產生優點。
考慮到上文所述的優點，低能量火花點火裝置優選用于所述功率產生設備的點火器。優選的是能夠提供火花能量在約5至7毫焦(mJ)范圍內的小型壓電點火裝置。這種裝置已公知是簡單緊湊的且不存在寄生負載問題。由混合燃料汽化系統提供的超細燃料汽化與低能壓電點火裝置協同作用以提供優越的點火特征。
液體燃料燃燒裝置的排放特征已公知易受到燃料液滴尺寸分布質量的影響。高質量的細噴霧促進了燃料的蒸發且增強了混合性能，由此減少了對于燃料富燃的需要和常常伴隨產生的煙塵和煤煙。小液滴沿循流線且更不傾向于撞擊在燃燒器壁上。相反地，大液滴可撞擊燃燒器壁并導致CO和烴排放物以及碳沉積物增加。該問題在火焰高度受限的裝置中更為顯著。
在汽化燃料的燃燒過程中產生的熱量可轉換成電功率或機械功率。例如，熱量可被轉換成任何所需量的電功率或機械功率，例如達510kg-m/sec(5000瓦)的電功率或機械功率。與僅可提供約2.0kg-m/sec(20W)的功率達幾小時的便攜式電池技術或產生高于102kg-m/sec(1kW)的有噪聲的高排放內燃機/發電機相比，根據本發明的一個優選實施例的設備提供了在幾百瓦范圍內的安靜清潔的功率源。
存在多種技術以將在根據本發明的燃燒室中產生的熱量轉換成電功率或機械功率。例如，在2.0至510kg-m/sec(20至5000瓦)范圍內，至少下列技術被預期用于將熱量轉換成可用以驅動發電機的機械功率的外燃機如斯特林引擎、可用以驅動發電機的微型燃氣輪機、將熱量直接轉換成電的熱電裝置和將輻射能量直接轉換成電的熱光電裝置。
熱電裝置在安靜和耐久性以及與外燃系統聯接方面提供了許多優點，提供了低排放的潛能和對于燃料的柔性。可用作轉換裝置的多種類型的熱電發電機包括美國專利Nos.5,563,368；5,793,119；5,917,144；和6,172,427中披露的那些熱電發電機。
熱光電裝置在安靜、提供適中等功率密度和與外燃系統聯接方面提供了許多優點，提供了低排放的潛能和對于燃料的柔性。可用作轉換裝置的多種類型的熱光電裝置包括美國專利Nos.5,512,109；5,753,050；6,092,912；和6,204,442中披露的那些熱光電裝置。正如美國專利No.6,204,442中所示，可使用熱輻射本體以從燃燒氣體中吸收熱量且從熱輻射本體中輻射出來的熱量被引導至光電池以轉換成電，由此保護光電池不直接暴露于燃燒氣體中。
微型燃氣輪機在高比功率方面可能是所希望的。可用作轉換裝置的微型渦輪機裝置包括美國專利Nos.5,836,150；5,874,798；和5,932,940中披露的那些微型渦輪機裝置。
斯特林引擎在尺寸、安靜操作、耐久性和與外燃系統聯接方面提供了許多優點，提供了低排放的潛能和對于燃料的柔性。本領域的技術人員將易于理解可用作轉換裝置的斯特林引擎。
現在參見圖1，圖中示出了用于功率產生裝置中的混合燃料汽化裝置。混合燃料汽化裝置10包括具有入口端14和出口端16的毛細管流道12。燃料汽化構件，其可以是燃料汽化室130，如圖所示被設置以使得第一表面136暴露于燃燒室(未示出)中，而離開與燃料汽化室130流體連通的毛細管流道12的出口端16的燃料撞擊在第二表面134上。當處于或接近處于操作溫度時，燃燒熱量加熱燃料汽化室130，導致撞擊第二表面134的燃料汽化。
燃料汽化室130具有至少一個孔口132以供應汽化液體燃料從而進行燃燒。可選地，可設置控制閥18以將毛細管流道12的入口端14置于與液體燃料源F流體連通的狀態且將大體上處于液體狀態的液體燃料引入毛細管流道12內。控制閥18可由螺線管(未示出)操縱。熱源20沿毛細管流道12進行布置。
正如特別優選地，通過由電阻材料管道形成毛細管流道12提供熱源20，當電流源在連接處22和24處被連接至管道以輸送通過其中的電流時，一部分毛細管流道12形成加熱器元件。在設備啟動過程中，或正如可能需要地，熱源20可操作以將毛細管流道12中的液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平且輸送大體上汽化的燃料流離開毛細管流道12的出口端16并進入汽化室130內。大體上汽化意味著至少50％的液體燃料被汽化；優選至少70％且更優選至少80％的液體燃料被汽化。
燃料汽化裝置10可選地包括用于清洗在操作過程中形成的沉積物的裝置。圖1所示的用于清洗沉積物的裝置包括控制閥18和熱源20，所述控制閥可以是將毛細管流道12可選地置于與液體燃料源F或氧化劑源C流體連通的狀態的三通閥。在操作中，熱源20被用以將毛細管流道12中的氧化劑C加熱至足以使在液體燃料F的加熱過程中形成的沉積物氧化的水平。在一個實施例中，為了從加燃料模式切換至清洗模式，氧化劑控制閥26可操作以在將液體燃料F引入毛細管流道12與將氧化劑C引入毛細管流道12之間交替變換且使得當氧化劑被引入毛細管流道時能夠就地清洗毛細管流道。
一種用于氧化沉積物的技術包括使空氣或蒸汽通過毛細管流道。如所示，毛細管流道優選在清洗操作過程中被加熱以使得氧化過程開始并發展直至沉積物被消耗掉。為了增強該清洗操作性能，催化物質可被用作毛細管壁上的涂層或部件以減少完成清洗所需的溫度和/或時間。為了連續操作燃料汽化裝置，可使用多于一條毛細管流道12以使得當例如使用傳感器檢測到阻塞狀態時，燃料流可被轉向另一條毛細管流道12且氧化劑流C被引進通過要進行清洗的阻塞毛細管流道。作為一個實例，可提供閥門布置以選擇性地將液體燃料或空氣供應至每條流道。
另一種可選方式是，燃料流可轉移離開毛細管流道且在預定間隔下引進氧化劑流。可通過控制器實現將燃料輸送至毛細管流道。例如，控制器可啟動燃料輸送達預定時間且在該預定時間量后使燃料輸送停滯。控制器還可基于一個或多個檢測狀態實現對液體燃料壓力和/或供應至毛細管流道的熱量的調節。所述檢測狀態其中可包括燃料壓力、毛細管溫度或空氣燃料比。控制器還可控制一條或多條毛細管流道以清洗沉積物。
清洗技術還可應用于具有多個單毛細管流道混合燃料汽化裝置的燃燒裝置。清洗之間的時間間隔可基于實驗確定的阻塞特征是固定的，或可采用檢測和控制裝置以檢測阻塞且根據需要開始清洗過程。例如，控制裝置可通過檢測混合燃料汽化裝置的毛細管流道中的燃料供應壓力而檢測阻塞程度。
如所示，氧化清洗技術還可應用于需要連續操作的單個混合燃料汽化裝置。在這種情況下，采用多條毛細管流道。圖2和圖3示出了一種典型的混合多條毛細管流道燃料汽化裝置80。圖2示出了采用多條毛細管道布置的混合燃料汽化器80的示意圖，所述多條毛細管道布置被整合到單個毛細管組件94內，每條毛細管道具有入口端和出口端。燃料汽化構件，其可再次是燃料汽化室230，被設置以使得第一表面236暴露于燃燒室(未示出)中，而離開與燃料汽化室230流體連通的毛細管流道的出口端的燃料撞擊在第二表面234上。當處于或接近處于操作溫度時，燃燒熱量加熱燃料汽化室230，導致撞擊第二表面234的燃料汽化。
汽化室230具有至少一個孔口232以輸送大體上汽化的燃料流從而進行燃燒。與圖2一致地，優選采用多個孔口232。圖3示出了沿圖2中線3-3截取的端視圖。如圖所示，組件可包括三條毛細管道82A、82B、82C和可包括固體不銹鋼桿的正電極92。管道和桿可被支承在由電絕緣材料制成的本體96中，且功率可通過配件98被供應至桿和毛細管道。例如，直流可被供應至一條或多條毛細管道的上游端且其下游端處的連接處95可形成電流通過桿92的返回路徑。
現在參見圖4，圖中示出了混合多條毛細管道汽化系統80。該系統包括毛細管道82A至82C，所述毛細管道分別與汽化室230、燃料供應管線84A至84C、氧化劑供應管線86A至86C、控制閥88A至88C、功率輸入管線90A至90C以及共用地線91流體連通。該系統80允許清洗一條或多條毛細管道同時通過一條或多條其它毛細管道繼續進行燃料輸送。例如，通過毛細管流道82B和82C供應的燃料可在毛細管流道82A的清洗過程中進行燃燒。可通過截斷毛細管道82A的燃料供應、將空氣供應至毛細管流道82A以及充分加熱以氧化毛細管流道中的沉積物而完成對毛細管流道82A的清洗。因此，可實施一條或多條毛細管的清洗而同時連續輸送燃料。在清洗過程中優選通過電阻加熱器或來自應用的熱反饋加熱進行清洗的一條或多條毛細管流道。再次地，對于任何給定毛細管流道來說，清洗之間的時間間隔可基于已公知的阻塞特征是固定的、實驗地確定或可采用檢測和控制系統以檢測累積的沉積物且根據需要開始清洗過程。
圖5示出了操縱根據本發明的設備的控制系統的典型示意圖，所述設備包括用于清洗阻塞的毛細管通道的氧化氣體供應裝置。所述控制系統包括可操作地連接至燃料供應裝置102的控制器100，所述燃料供應裝置將燃料且可選地將空氣供應至與汽化室330流體連通的流道如毛細管流道104。汽化室330擁有至少一個孔口332以輸送大體上汽化的燃料。控制器還可操作地連接至功率供應裝置106，所述功率供應裝置將功率輸送至電阻加熱器或直接輸送至金屬毛細管流道104以充分加熱管道從而使燃料汽化。如果需要，燃燒系統可包括多條流道和可操作地連接至控制器100的加熱器。控制器100可以可操作地連接至一個或多個信號發送裝置如通斷開關、熱電偶、燃料流速傳感器、空氣流速傳感器、功率輸出傳感器、電池電荷傳感器等，由此可對控制器100進行編程以響應于由信號發送裝置108輸出至控制器的信號自動控制燃燒系統的操作。
再次參見圖1，在操作中，設備中的混合燃料汽化裝置被設置在燃燒室內以使得燃燒產生的熱量加熱汽化室130，從而使得在預熱和減少或中止毛細管通道加熱后，變暖或未加熱的液體燃料被充分加熱以使得當液體燃料通過汽化室孔口132時被大體上汽化，這減少或消除了對毛細管流道12進行電加熱的需要。
應該意識到，圖1至圖5所示的燃料汽化裝置和附隨系統還可與本發明的另一個實施例結合使用。再次參見圖1，用于清洗沉積物的裝置包括控制閥18，所述控制閥可再次為三通閥，所述閥用于將毛細管流道12可選地置于與溶劑或液體燃料源流體連通的狀態，使得當溶劑被引入毛細管流道12內時能夠就地清洗毛細管流道12。盡管多種溶劑具有實用性，但溶劑可包括來自液體燃料源的液體燃料。當情況如此時，可不需要控制閥，這是因為不需要在燃料和溶劑之間交替變換，且熱源在毛細管流道12的清洗過程中應該處于停用或停滯狀態。
圖6示出了根據本發明的設備的示意圖，所述設備包括自由活塞斯特林引擎30和燃燒室34，其中通過往復式活塞將處于550至750℃的熱量轉換成機械功率，所述往復式活塞驅動交流發電機32以產生電功率。所述組件還包括混合燃料汽化器80、加熱器組件36、控制器38、整流器/調節器40、電池42、燃料供應裝置44、回流換熱器46、燃燒鼓風機48、冷卻器50和冷卻器/鼓風機52。在操作中，控制器38可操作以控制混合燃料汽化器80的燃料輸送且控制室34中的燃料的燃燒以使得燃燒熱量驅動斯特林引擎中的活塞從而使得引擎從交流發電機32輸出電。如果需要，斯特林引擎/交流發電機可由輸出機械功率的運動斯特林引擎替換。燃燒室和空氣預熱布置的實例可見于美國專利Nos.4,277,942、4,352,269、4,384,457和4,392,350中。
圖7示出了根據本發明的另一個實施例的功率產生裝置的局部剖視示意圖，所述裝置可形成熱轉換裝置如斯特林引擎組件的一部分。如圖7所示，由鼓風機輸送至空氣入口的空氣進入燃燒室34內且與由混合燃料汽化器80輸送至室的汽化燃料混合。室34中的燃燒熱量加熱斯特林引擎30的端部且滑動活塞以發電的方式在交流發電機內進行往復運動。室34可被設計以允許排氣對引入空氣進行預熱且因此降低了燃燒燃料的能量需求。例如，殼體可包括多壁布置，所述多壁布置允許引入空氣在受到在排氣通道中循環的排氣加熱的壓力通風裝置中循環。可通過使空氣通過燃燒室34周圍的旋流葉片56而導致入口氣體(由箭頭55所示)在燃燒室中旋動。燃燒的空氣-燃料混合物對熱轉換裝置(斯特林引擎)30進行加熱且從燃燒室中除去排氣(由箭頭57所示)。
在圖8中，圖中示出了作為部分熱轉換裝置的混合燃料汽化器的另一個實施例，所述熱轉換裝置可以是外燃機組件如斯特林引擎。圖中示意性地示出了混合燃料汽化器和熱轉換裝置的局部剖視圖。混合燃料汽化裝置400包括具有入口端414和出口端416的毛細管流道412，出口端416被設置在緊接燃料汽化構件530的位置處。燃料汽化構件530被有利地構造以具有相對較大的表面積從而幫助將燃燒熱量從燃燒室600中傳遞出來。如圖所示，燃料汽化構件530被設置以使得第一表面536暴露于燃燒室600中，而離開毛細管流道412的出口端416的燃料撞擊在第二表面534上。當熱轉換裝置處于或接近處于操作溫度時，燃燒熱量加熱燃料汽化構件530，導致撞擊第二表面534的燃料汽化。
燃料汽化構件530具有外周部532，當所述外周部被設置在通道610內時形成周部間隙532。正如可意識到地，當通道610和燃料汽化構件530的橫截面都是圓形時，周部間隙532將是環形間隙。離開周部間隙532的汽化燃料流動通過通道610以進行隨后的燃燒。可選地，可提供控制閥418以將毛細管流道412的入口端414置于與液體燃料源F流體連通的狀態且將大體上處于液體狀態的液體燃料引入毛細管流道412內。控制閥418可受到螺線管(未示出)的操縱。
沿毛細管流道412布置熱源420。正如特別優選地，通過由電阻材料的管道形成毛細管流道412而提供熱源420，當電流源在連接處422和424處被連接至管道以輸送通過其中的電流時，一部分毛細管流道412形成加熱器元件。在設備啟動過程中，或正如可能所需要地，熱源420可操作以將毛細管流道412中的液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料由液體狀態改變成蒸氣狀態的水平且輸送大體上汽化的燃料流離開毛細管流道412的出口端416。
正如前述實施例一樣，燃料汽化裝置400可選地包括用于清洗在操作過程中形成的沉積物的裝置。圖8所示的用于清洗沉積物的裝置包括控制閥418和熱源420，所述控制閥可以是將毛細管流道412可選地置于與液體燃料源F或氧化劑源C流體連通狀態的三通閥。在操作中，使用熱源420以將毛細管流道412中的氧化劑C加熱至足以使在液體燃料F的加熱過程中形成的沉積物氧化的水平。在一個實施例中，為了從加燃料模式切換至清洗模式，氧化劑控制閥418可操作以在將液體燃料F引入毛細管流道12與將氧化劑C引入毛細管流道12之間交替變換且使得當氧化劑被引入毛細管流道412時能夠就地清洗毛細管流道412。
空氣或蒸汽可通過毛細管流道412。毛細管流道412優選在清洗操作過程中受到加熱以使得氧化過程開始并發展直至沉積物被消耗掉。為了增強該清洗操作，催化物質可被用作毛細管壁上的涂層或部件以減少完成清洗所需的溫度和/或時間。為了連續操作燃料汽化裝置，可使用多于一條毛細管流道412以使得當例如使用傳感器檢測到阻塞狀態時，燃料流可被轉向另一條毛細管流道412且氧化劑流C被引進通過要進行清洗的阻塞毛細管流道，且采用閥門以選擇性地將液體燃料或空氣供應至每條流道。
清洗技術還可應用于具有多個單條毛細管流道混合燃料汽化裝置400的燃燒裝置。清洗之間的時間間隔可基于實驗確定的阻塞特征是固定的，或可采用檢測和控制裝置以檢測阻塞且根據需要開始清洗過程。例如，控制裝置可通過檢測混合燃料汽化裝置400的毛細管流道中的燃料供應壓力而檢測阻塞程度。
具體參見圖8所示的熱轉換裝置，燃燒空氣可由鼓風機輸送至空氣入口且進入燃燒室600以便與由混合燃料汽化器400輸送至燃燒室600的汽化燃料混合。正如圖7所示的實施例一樣地，燃燒室600中的燃燒熱量加熱外燃機如斯特林引擎的端部且滑動活塞以發電的方式在交流發電機內往復運動。室600可被設計以允許排氣對引入空氣進行預熱且因此降低了燃燒燃料的能量需求。例如，殼體可包括多壁布置，所述多壁布置允許引入空氣在受到在排氣通道中循環的排氣加熱的壓力通風裝置中循環。可通過使空氣通過燃燒室600周圍的旋流葉片(未示出)而導致入口氣體在燃燒室600中旋動。燃燒的空氣-燃料混合物對熱轉換裝置(外燃機如斯特林引擎)進行加熱且排氣從燃燒室中被除去。
正如可意識到地，兩個混合燃料汽化器可一起用于相同的功率產生設備的燃燒室中，一個供應燃料進行燃燒，而另一個通過氧化或溶劑清洗進行沉積物的吹掃，正如上面討論地。
通常，功率轉換設備可包括液體燃料源，至少一個混合燃料汽化器具有一條或多條加熱毛細管道，通過所述加熱毛細管道，來自燃料供應裝置的燃料被汽化且被輸送至燃燒室，在所述燃燒室中汽化燃料進行燃燒，且燃燒室中產生的熱量被用以驅動外燃機如斯特林引擎或其它熱轉換裝置。當空氣行進通過熱交換器中的空氣通道時，熱交換器可用于對空氣進行預熱，由此使裝置效率最大化，即通過對與汽化燃料混合的空氣進行預熱以支持室中的燃燒，需要更少的燃料以將外燃機維持在所需操作溫度。排氣可行進通過熱交換器中的排氣導管，由此來自排氣的熱量可被傳遞給輸送至燃燒室的空氣。
燃燒室可包括任何適當布置，其中空氣與汽化燃料混合和/或空氣-燃料混合物進行燃燒。例如，燃料可在文氏管中與空氣混合以提供空氣-燃料混合物且空氣-燃料混合物可在文氏管下游的生熱區域中燃燒。為了開始燃燒過程，空氣-燃料混合物可被限制在點火區域中，其中點火器如火花發電機點燃混合物。點火器可以是能夠點燃燃料的任何裝置如機械火花發電機、電火花發電機、電阻加熱的點火引線或類似裝置。電火花發電機可由任何適當功率源如小型電池供電。然而，電池可由手動操作的壓電換能器進行替換，所述壓電換能器在啟動時產生電流。通過這種布置，電流可由于換能器受到壓縮而機電地產生。例如，可布置撞擊器以便當觸發器被壓下時，撞擊器以預定的力撞擊換能器。可通過適當電路將由換能器產生的電供應至火花發生機構。這種布置可用以點燃燃料空氣混合物。
一些由轉換裝置產生的電功率可被儲存在適當儲存裝置如電池或電容器中，所述電池或電容器可用以為點火器供電。例如，可使用手動操作的開關將電流輸送至電阻加熱元件或直接通過一部分金屬管道，所述電阻加熱元件或一部分金屬管道使流道中的燃料汽化，和/或電流可被供應至點火器以使輸送至燃燒室的燃料-空氣混合物開始燃燒。
如果需要，燃燒燃料所產生的熱量可用以操縱依靠機械功率或電功率的任何類型的裝置。例如，可使用熱轉換源以產生用于便攜電氣設備如電話通信裝置(如無繩電話)、便攜計算機、功率工具、器具、露營設備、軍用設備、運輸設備如機動自行車、電動輪椅和船舶推進裝置、電子傳感裝置、電子監控設備、電池充電器、發光設備、加熱設備等的電力。熱轉換裝置還可用以將功率供應至非便攜裝置或接近電力網不可實現、不便或不可靠的位置。這種位置和/或非便攜裝置包括遠郊生活區和軍事營地、自動售貨機、船用設備等。
實例1為了證實增強燃料制備的潛在優點而進行試驗，其中通過微隔膜泵系統在恒定壓力下將燃料供應至加熱毛細管流道而使JP8噴氣燃料汽化。在這些試驗中，使用(內徑(ID)和外徑(OD)，單位為厘米cm(英寸(in)))0.025ID/0.046OD(0.010ID/0.018OD)的毛細管道。管道由長度為7.6cm(3in)的304不銹鋼構成。通過使電流通過一部分金屬管道而產生使液體燃料汽化的熱量。使用由Malvern制造的Spray-Tech激光衍射系統測量液滴尺寸分布。圖9示出了這些試驗的結果。如圖所示，該試驗的結果顯示液滴具有1.7μm與3.0μm之間的沙得平均直徑(SMD)。沙得平均直徑是表面積體積比等于整體噴霧的表面積體積比的液滴的直徑且與噴霧的傳質特征相關。
根據本發明的設備還生產可測量的單模態和雙模態噴霧分布。測量顯示單模態沙得平均直徑為2.3μm且雙模態沙得平均直徑為2.8μm，單模態提供絕大多數處于1.7μm與4.0μm之間的氣溶膠液滴尺寸，而雙模態分布提供80％或更多處于1.7μm至4.0μm范圍內而剩余液滴尺寸處于95μm至300μm范圍內的氣溶膠液滴。
實例2進行試驗以將混合燃料汽化系統的阻塞特征和優點與實例1中的加熱毛細管通道的那些阻塞特征和優點進行比較。圖1所示類型的混合燃料汽化器連續運行，且燃料供應壓力在0.4至0.5kg/cm2(6至7psig)范圍內且汽化器部分被安放在明火上。0.7kg-m/sec(7W)的最小電輸入在該試驗過程中被供應至毛細管流道以幫助對燃料進行預熱。所采用的汽化室的直徑為0.64cm(0.25″)且長度為0.95cm(0.375″)且由304不銹鋼構成。汽化室的出口孔的直徑為0.05cm(0.02″)。
為了進行比較，使用包括(內徑(ID)和外徑(0D)，單位為厘米cm(英寸(in)))0.025ID/0.046OD(0.010ID/0.018OD)且具有7.6cm(3in)的長度的304不銹鋼的毛細管道的毛細管流道。采用在大略1.4kg/cm2(19.5psig)的燃料供應壓力下進行5分鐘燃料汽化和5分鐘低壓空氣流以進行氧化清洗的循環阻塞/清除阻塞試驗模式。圖10示出了這些試驗的結果，其中證實了在此披露的混合燃料汽化系統的長期可操作性的清晰優點。
盡管已經結合本發明的優選實施例對本發明進行了描述，但本領域的技術人員應該理解可在不偏離本發明的范圍的情況下做出多種改變并且可采用等效方式。
權利要求
1.一種在用于燃燒來自液體燃料源的燃料的設備中使用的混合燃料汽化系統，包括(a)至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道具有入口端和出口端，所述入口端與所述液體燃料源流體連通；(b)沿所述至少一條毛細管流道布置的熱源，所述熱源可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平；和(c)具有第一表面和第二表面的汽化構件，所述第一表面暴露于由用于燃燒燃料的所述設備產生的熱量中，所述汽化構件被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的所述出口端的燃料撞擊在所述第二表面上，由此大體上汽化的燃料流被輸送以進行燃燒。
2.根據權利要求1所述的燃料系統，其中所述熱源包括電阻加熱元件。
3.根據權利要求1或2所述的燃料系統，進一步包括控制來自所述液體燃料源的液體燃料流動的控制閥。
4.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中所述至少一條毛細管流道包括至少一條毛細管道。
5.根據權利要求4所述的燃料系統，其中所述熱源包括一部分所述毛細管道，所述部分通過使電流通過其中而受到加熱。
6.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，進一步包括用于清洗在所述燃料系統的操作過程中形成的沉積物的裝置。
7.根據權利要求6所述的燃料系統，其中所述用于清洗沉積物的裝置包括所述控制閥和所述熱源，所述控制閥可操作以將所述至少一條毛細管流道置于與氧化劑流體連通的狀態，所述熱源還可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述氧化劑加熱至足以使在所述液體燃料的加熱過程中形成的沉積物氧化的水平，其中所述控制閥可操作以在將液體燃料引入所述毛細管流道內和將氧化劑引入所述毛細管流道內之間交替變換且使得當所述氧化劑被引入所述至少一條毛細管流道內時能夠就地清洗所述毛細管流道。
8.根據權利要求7所述的燃料系統，其中所述至少一條毛細管流道包括多條毛細管流道，每條所述毛細管流道與燃料供應裝置和氧化氣體供應裝置流體連通。
9.根據權利要求7或8所述的燃料系統，其中所述氧化劑包括空氣、排氣、蒸汽及其混合物。
10.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中所述用于燃燒來自液體燃料源的燃料的設備包括選自包括微型渦輪機、具有發電機的微型渦輪機、外燃機、具有發電機的外燃機、熱電裝置和熱光電裝置的組群的轉換裝置。
11.根據權利要求6所述的燃料系統，其中所述用于清洗沉積物的裝置包括所述流體控制閥，所述流體控制閥可操作以將所述至少一條毛細管流道置于與溶劑流體連通的狀態，且使得當所述溶劑被引入所述至少一條毛細管流道內時能夠就地清洗所述毛細管流道。
12.根據權利要求11所述的燃料系統，其中所述溶劑包括來自所述液體燃料源的液體燃料且所述熱源在所述毛細管流道的清洗過程中處于停用狀態。
13.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，進一步包括燃料源，所述燃料源能夠在100psig或更小的壓力下將加壓液體燃料輸送至所述至少一條毛細管流道。
14.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中氣溶膠具有一定的顆粒尺寸分布，形成的一部分的所述顆粒尺寸分布為25μm或更小。
15.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中所述汽化室被設置以受到燃燒燃料的加熱以使得所述汽化室中的燃料汽化。
16.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中所述汽化構件包括與所述至少一條毛細管流道的所述出口端流體連通的汽化室，所述汽化室具有至少一個出口孔以輸送大體上汽化的燃料流從而進行燃燒。
17.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其中所述燃料汽化構件具有設置在通道內以便形成周部間隙的外周部。
18.根據權利要求17所述的燃料系統，其中所述通道和所述燃料汽化構件的橫截面是圓形的且所述周部間隙是環形間隙。
19.一種用于由液體燃料源產生功率的設備，包括(a)至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道具有入口端和出口端，所述入口端與所述液體燃料源流體連通；(b)沿所述至少一條毛細管流道布置的熱源，所述熱源可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平；(c)具有第一表面和第二表面的汽化構件，所述第一表面暴露于燃燒燃料產生的熱量中，所述汽化構件被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的所述出口端的燃料撞擊在所述第二表面上以產生大體上汽化的燃料流；(d)用于燃燒所述大體上汽化的燃料流和空氣的燃燒室，所述燃燒室與所述汽化構件的所述第一表面連通；和(e)可操作以將所述燃燒室中的燃燒所釋放出的熱量轉換成機械功率和/或電功率的轉換裝置。
20.一種產生功率的方法，包括(a)將液體燃料供應至至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的燃料撞擊在具有第一表面和第二表面的汽化構件上；(b)加熱撞擊在所述汽化構件上的所述燃料且導致形成大體上汽化的燃料流；(c)在燃燒室中燃燒所述汽化燃料；以及(d)使用轉換裝置將由所述燃燒室中的所述汽化燃料的燃燒產生的熱量轉換成機械功率和/或電功率，其中所述汽化構件的所述第一表面被設置在接近所述燃燒室的位置處以使得由燃燒產生的熱量有效地加熱撞擊在所述汽化構件的所述第二表面上的所述燃料且供應所述大體上汽化的燃料流以進行燃燒。
全文摘要
一種混合燃料汽化系統和一種用于由液體燃料源產生功率的設備。所述混合燃料汽化系統包括(a)至少一條毛細管流道，所述至少一條毛細管流道具有入口端和出口端，所述入口端與所述液體燃料源流體連通；(b)沿所述至少一條毛細管流道布置的熱源，所述熱源可操作以將所述至少一條毛細管流道中的所述液體燃料加熱至足以將至少一部分所述液體燃料從液體狀態改變至蒸氣狀態的水平；和(c)具有第一表面和第二表面的汽化構件，所述第一表面暴露于由用于燃燒燃料的所述設備產生的熱量中，所述汽化構件被設置以使得離開所述至少一條毛細管流道的所述出口端的燃料撞擊在所述第二表面上，由此大體上汽化的燃料流被輸送以進行燃燒。
文檔編號B05B1/24GK1846055SQ200480025044
公開日2006年10月11日 申請日期2004年7月1日 優先權日2003年7月1日
發明者R·O·佩利扎里, J·莫蘭 申請人:菲利普莫里斯美國公司