喷射腔催化加热器 相关申请的交叉引用 本发明要求 2008 年 12 月 26 日提交的美国临时专利申请 No.61/140,902 的优先权。技术领域 本发明大体上涉及加热系统， 且具体地涉及催化加热系统， 其经由在具有多孔催 化壁的腔内的氧化反应产生热和电。
背景技术 液体供料的加热系统的早期发明包括油灯和蜡烛。 每个早期的液体供料的加热系 统将燃料芯吸 （wick） 燃料可蒸发和燃烧的区域。油和煤油灯可直接使用灯芯。酒精灯、 特 别是甲醇燃烧器需要到灯芯的额外的导热体和套管， 以便输送足够的热以预热燃料和将汽 化的燃料引导至燃烧区。 在没有围绕酒精灯的这样的导热体和套管的情况下， 燃料、 火焰锋 或等离子体燃烧相关联的灯芯。
近来， 已出现清洁地燃烧酒精而不是其他碳氢化合物诸如油和煤油的需求。这样 的酒精可来源于也称为 “生物燃料” 的废料或者由 “替代性能源” 制成。
燃烧酒精而不是碳氢化合物具有多个优点。例如， 甲醇燃烧没有烟、 烟灰和气味。 与煤油对比， 酒精燃料燃烧较冷， 并且能用水熄灭。 甲醇与酒精在合适的催化剂上自行起动 催化燃烧， 并产生基本完全的燃烧。 另一方面， 催化的碳氢化合物燃烧器通常需要用于催化 剂的预热步骤。 在燃烧酒精而不是碳氢化合物中的这样的优点允许低的成本以及燃料有效 的加热器。
鉴于上文， 本发明的各种示例性实施例获得用于空间加热的有效的燃烧加热器和 传热。其他各种和类似的应用同样可由本发明的示例性实施例而产生。
将燃料和空气从分开的路线扩散到燃料中而不是将空气与燃料混合到一起然后 到达催化剂的机制导致显著改善的燃烧情形。
在腔内将燃料与空气混合在一起用于燃烧的常规的燃烧器可导致燃料和空气的 不稳定和爆炸性燃烧。通常， 常规燃烧器的腔越大， 则相关联的爆炸越强。这可导致燃烧器 疲劳以及灾难性的结果， 诸如加热器破裂。
已发现， 燃料空气混合物可随时间变化， 这在重建火焰时可导致火焰锋损耗和爆 炸。这在来自两种反应物流的精炼厂或催化反应系统的尾气的燃烧中尤其成问题。
为了避免这些可能的灾难， 在本发明的各种示例性实施例中， 燃料与空气被多孔 的催化床分开。 燃料与空气通过多孔的催化床彼此互相扩散， 并且理想的是， 没有显著的充 满空气燃料混合物的非催化的腔。
在本发明中， 令人惊讶地发现， 在多孔的催化床内具有腔存在降低的成本和操作 的优点， 并且等离子体在这样的腔内形成。燃料和空气通过多孔的催化床的互相扩散对于 分子在催化剂上获得对于所有存在的分子相等的高的占位时间， 而不是通过催化床的强制 流动中的情形。在后者中， 通过随机的多孔催化床的也称为 “流线流” 或 “非扩散地驱动” 的
质量流的层流导致气体成分径向地沿流动通道的不均匀性、 以及不均匀的流动分布， 使得 较大的通道流支配吞吐量， 并且其中的流率可能足够高以阻止到催化部位的足够的扩散从 而使燃料和空气的一部分催化地起反应。因此， 一些燃料空气混合物可在不互相作用的情 况下经过催化表面， 并产生不完全燃烧。对获得完全燃烧说来重要的是， 在催化床内， 互相 扩散的催化燃烧可获得从内部腔最高的温度梯度并然后向外部降低。本发明已发现， 如果 催化床的外表面在氧对甲醇燃料具有化学计量过量的情况下保持低于 400℃至 200℃ ( 摄 氏度 )， 并且岩棉 / 催化床均匀地催化活性， 则未燃烧的燃烧产物可降低到 10,000 份中的 1 份或者我们的测量装备的极限。取决于通过分开的催化床壁的互相扩散的该过程， 新的加 热器发明不需要风扇或泵。新的发明可使用对流气流和 / 或喷射， 以容许分布方式的燃料 蒸汽或空气， 导致简单、 安静、 清洁燃烧和稳健的加热器系统。面对气流的热的催化表面还 可充分氧化， 从而当空气流中的诸如碳氢化合物和一氧化碳的气体流过加热器时消除所述 气体。 可与加热器进气口耦联的另外的装置是空气过滤器、 静电空气过滤器、 光催化空气过 滤器、 吸收器、 吸附器、 洗涤器、 类似的装置或用于排气的水冷凝器和 / 或二氧化碳捕集器。 可使用布置有加热器的香味和香料发射器， 并且有些高分子量的示例可穿过未氧化的加热 器并因此可生成燃料的添加剂。 该加热器系统还可与在此以参考的方式并入的未决的美国 专利申请 No.10/492018 的膜催化加热器结合使用。 发明内容 本发明的各种示例性实施例包括催化加热器， 该催化加热器包括 ： 一个或多个燃 料储存器 ； 连接至一个或多个储存器的一根或多根管道 ； 连接至该一根或多根管道并被引 导到腔中的一根或多根多孔管， 并且所述腔由多孔的催化壁界定， 该多孔的催化壁与氧化 剂气体扩散接触， 以获得与来自所述一根或多根多孔管的燃料催化燃烧。氧化可在多孔的 催化壁上出现在从多孔的催化壁外面扩散的催化剂分子与腔内朝催化壁扩散的等离子体 之间。等离子体由经由所述一根或多根多孔管释放的汽化燃料形成， 使得氧化产生热。
附图说明
在以下结合附图的详细说明中描述本发明的随着说明的进行将变得更显而易见 的各种示例性实施例， 其中 ： 图 1 是根据本发明的示例性实施例的喷射腔加热器和加燃料系统的剖面视图的图示。
图 2 是根据本发明的示例性实施例具有流量控制阀、 毛细管网络、 热管、 气体产物 传感器和风扇的喷射腔加热器的剖面视图的图示。
图 3 是根据本发明的示例性实施例的加热器系统的剖面视图的图示， 其中加热器 系统应用热管或流体流动系统。
图 4 是根据本发明的示例性实施例的催化床中的催化反应梯度的剖面视图的图 示。
图 5 是根据本发明的热燃料电池的示例性实施例的剖面视图的图示。
图 6 是示出根据本发明的示例性实施例的照明或电器系统的图示。
图 7 是根据本发明的示例性实施例具有预热装置的喷射腔加热器和加燃料系统 的特写剖面视图的图示。附图标记说明 ： 参考附图， 相似的附图标记遍及所有附图表示相似的元件。以下是附图标记和相关联 的元件的列表 ： 1 催化床腔， 2 催化床， 3 多孔管， 4 压缩配件， 5 沸腾燃料， 6 一根或多根小的毛细管， 7 热差膨胀致动安全阀， 8 蜡型致动器， 9 阀封， 10 热差膨胀致动恒温阀， 11 蜡型致动器与阀座， 12 燃料管线， 13 重力自流进料箱， 14 燃料水平启动开关， 15 浮子， 16 轨道， 17 减压阀通风孔， 18 入口管线， 19 出口管线， 20 热电堆， 21 热电堆电插座， 22 散热器， 23 烟囱， 24 绝缘层， 26 电二极管， 27 电能源， 28 蠕动泵， 29 燃料管， 30 主燃料储存器， 31 燃料， 32 燃料入口和通气帽， 33 气流通道， 34 多孔管出口， 35 电线， 36 燃料过滤器， 37 气体入口喷嘴，38 39 40 41 43 77 87 88 89 90 91 92 94 95 97 150 151 152 153 154 155 159 169 170 171 203 206 207 211 213 214 216 219 218 220 223 225 229 230蜡型膨胀元件， 热启动阀， 气体供应管， 小直径燃料供给管， 进气口， 电池， 三通流量阀， 第一多流率毛细流量限制管， 第二多流率毛细流量限制管， 下热管， 第一侧前管， 第二侧前管， 风扇， 燃烧电子传感器， 密封管， 地平面， 进气口， 气孔盖， 出气口， 平板， 热管， 热交换器壁， 流体储存器， 冷却剂泵， 流体流动管， 流体回路， 外不锈钢罩， 岩棉床， 电连接， 灯芯， 冷凝， 工作流体， 传导层， 电绝缘层， 铜或铝块， 管道回路， 小直径孔， 热管， 内不锈钢罩，251 253 254 255 256 261 262 264 272 274 275 280 284 285 289 291 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 340源储存器， 空气电极， Nafion 膜， 燃料电极， 燃料输送膜， 不锈钢罩， 罩接触， 催化床的内表面， 热管储存器， 燃料独立热管， 氢气， 流阻管， 热交换储存器， 阀， 燃料歧管， 热管， 燃料电池， 止回二极管， 电容器， 电功率控制器， 发光二极管， 电扇， 电视， 第一开关， 第二开关， 第三开关， 预热装置。具体实施方式 图 1 是根据本发明的示例性实施例的喷射腔加热器和加燃料系统的剖面视图。在 该示例性实施例中， 主要部件包括催化燃烧器、 燃料分配系统、 流量控制系统和燃料箱系 统。
图示的催化燃烧器具有围绕催化床腔 1 的催化床 2 和烟囱 23。燃料分配系统由 多孔管 3、 压缩配件 4、 一根或多根毛细管 6 和气体入口喷嘴 37 组成。流量控制系统由阀封 9、 蜡型致动器与阀座 11 以及燃料过滤器 36 组成。燃料箱系统被图示成由燃料管线 12、 重 力自流进料箱 13、 入口管线 18、 蠕动泵 28 和燃料管 29 组成。还可存在到蠕动泵 28、 热电堆 20 和优选地以可充电电池的形式的电能源 27 的一根或多根电线 35。
在示例性实施例中， 加热器通过由烧结粉末不锈钢形成一根或多根多孔管 3 构 成。尽管在此使用术语 “多孔管” ， 但管只需具有一个出口孔。因此， 遍及详细说明为了简洁
起见， 术语 “多孔管” 用于与 “具有至少一个出口孔的管” 可互换以使得比较容易理解。在 优选实施例中， 这些多孔喷射具有大约 0.5 微米的有效平均孔径。一根或多根多孔管 3 的 其他成分例如包括陶瓷、 金属的布置、 玻璃或陶瓷毛细管、 它们的组合。编织纤维基体同样 可适于所述一根或多根多孔管。
优选的是， 该一根或多根多孔管 3 具有大约 0.125 英寸的内径和大约 0.25 英寸的 外径。在示例性实施例中， 该一根或多根多孔管 3 被切割至距附接的配件连接大约 5cm 的 长度。压缩配件 4 附接至该一根或多根多孔管 3。压缩配件例如可由铜或黄铜组成。
在图 1 图示的示例性示例中， 存在两根多孔管 3。多孔管 3 和相关联的管件通常 布置成具有从底部的燃料入口， 并且该一根或多根多孔管大致向上定向， 多孔管出口 34 位 于向上的位置。该示例性定向对于保持压缩配件 4、 小直径的燃料供给管 41 和燃料管线 12 中的燃料 31 是优选的， 直到加热器开始汽化燃料为止， 并且在其中大致限制燃料通过多孔 管出口 34 简单地倒出。
优选实施例中的压缩配件 4 具有直角弯头， 于是如图 1 所示用大约 0.25 英寸外径 的管道与另一多孔管形成大致的 T 形。压缩配件 4 和小直径燃料供给管 41 大致限制到该 一根或多根多孔管的流率， 并连接至热差膨胀致动安全阀 7、 蜡型致动器和阀封 9。热差膨 胀致动安全阀优选地安装在催化加热器的周缘架上。 这样的安装提供从催化加热器到热差 膨胀致动安全阀的足够的传热， 以允许热差膨胀致动安全阀从催化床 2 的加热打开， 并使 用传热煮沸燃料 5 以保持热差膨胀致动安全阀打开。优选的是， 热差膨胀致动安全阀是热 膨胀阀， 其在大约 63℃时打开， 并在大约 46℃时通过离开阀座 9 的蜡型致动器 8 关闭。
起动加热器燃料输送系统可形成有大约 0.010 英寸的内径、 0.0625 英寸的外径和 靠着催化床 2 的内部底表面放置的所述一根或多根小的毛细管 6。这样的毛细钢管可由不 锈钢形成。催化床可由散布在陶瓷纤维或岩棉床上的铂及其他催化材料形成。遍及催化床 可散布按重量计算涂有 1% 的铂的多个氧化铝球， 以获得热点起动。该一根或多根小的毛细 管 6 连接至燃料管线 12。该一根或多根小的毛细管 6 可具有有限的流率， 该有限的流率由 通过一根或多根小的毛细管的层流阻力、 并由燃料 31 进入所述一根或多根小的毛细管 6 的 压力决定。通过所述一根或多根小的毛细管 6、 小直径的燃料供给管 41、 燃料管线 12 和出 口管线 19 的流阻还可取决于来自重力自流进料箱 13 的压力形成加热器系统的功率上限。 如果所述一根或多根小的毛细管 6 和 / 或小直径的燃料供给管 41 中的温度超过燃料 31 的 沸点， 并且燃料沸腾， 则由于沸腾的燃料 5 具有明显较高的体积和流速以及在其中改变通 过所述一根或多根毛细管的阻力效应， 所以加燃料速率显著下降至燃料输送速率的粗略地 大约 5%。
输送的层流燃料 ( 流体 ) 流率与穿过特定的管的燃料的压力 (P)、 特定的管的半径 (r)、 特定的管的长度 (l)、 特定的燃料的粘度 (μ) 和流体的密度 (ρ) 的数学关系如下 ： 燃料输送速率 =ρ*π*P*r4/(8*μ*l)。
该层流阻力机制可用作对加热器的自我温度限制效应， 使得当燃料在所述一根 或多根小的毛细管 6 和小直径的燃料供给管 41 中沸腾时， 燃料流率降到大致 20 分之一， 并且加热器将自我限制。该效应是由于液体燃料的体积在海平面气压下在大约 65 ℃时 从大约 .79gm/ml 变成大约 0.00114gm/ml。这导致低 693 倍的体积变化。燃料的粘度 在 65 ℃时从液体大约 0.00403 泊的 μ( 液体 ) 变成甲醇气体大约 0.000135 泊的 μ( 气体 )。因此， 估计燃料输送速率对于除以液体燃料的燃料输送速率的气流降到 1/23.2 倍。 燃料输送比 = 气体燃料输送 / 液体燃料输送 =ρ( 气体 )*μ( 液体 )/(ρ( 液体 )*μ( 气 体 ))=0.04308=1/23.2。
在所述一根或多根多孔管 3 中， 燃料 31 可以以一流率流过所述一根或多根多孔管 的小的壁孔， 该流率可通过使相等的小孔数量乘以由所述一根或多根多孔管中的燃料的高 度形成的燃料输送速率和压头来数学地建模。当燃料被完全或基本汽化时， 通过小孔的燃 料流量显著减小， 并且流量由通过多孔管出口 34 的流量控制。
本质上， 在燃料的一些流量和扩散通过所述一根或多根多孔管 3 的小壁孔出来的 同时， 通过所述一根或多根多孔管的流量则由从多孔管出口 34 出来的射流控制。这样的射 流可根据需要节流或调节。通过小壁孔的燃料的流在所述一个或多根多孔管 3 的一侧上可 被催化地或等离子体地燃烧或重整， 在其中保持所述一根或多根多孔管被加热以将热传递 到燃料中从而保持燃料沸腾和通过供应燃料 31 的汽化热传递到蒸气流。尽管多孔管出口 在附图中被图示成打开的， 但多孔管大致可被覆盖或盖帽， 使得燃料的流必须逸出通过小 壁孔而不通过多孔管出口。 另外， 尽管多孔管被图示成处于大致竖直的方向， 但多孔管可相 对于加热器的基部设置成大致水平或者在大致竖直与大致水平的位置之间的任一位置。 因 此， 所述一根或多根多孔管的侧面在空气 ( 氧 ) 处于化学计量过量时可被覆盖在等离子体 或热等离子体中， 并且还可在汽化燃料从多孔管出口流出时维持火焰 / 等离子体。在所述 一根或多根多孔管 3 上在通过所述一根或多根多孔管的侧面的小壁孔流量之间可获得动 态平衡， 所述一根或多根多孔管燃烧并传递热， 以提供热来汽化和可能重整多孔管出口燃 料流中的燃料。 通过所述一根或多根多孔管 3 的侧面的燃料流量和扩散的速率应自动地调节， 以 保持通过所述一根或多根多孔管 3 的燃料流量为汽化燃料。如果燃料在所述一根或多根多 孔管中未被汽化， 则所述一根或多根多孔管 3 的内表面上的液体燃料将流过并扩散通过所 述一根或多根多孔管 3 的侧面， 并增强所述一根或多根多孔管的加热， 直到多孔管出口汽 化燃料 31 中的更多燃料为止， 并且反之亦然。如果当燃料到达所述一根或多根多孔管 3 时 燃料基本被汽化， 则通过所述一根或多根多孔管的侧面的燃料流率将降低， 并且燃料的直 到液体燃料接触为止的加热和汽化返回到所述一根或多根多孔管 3 的基部。
相似的动态平衡所述可通过在多孔管出口 34 处围绕被芯吸到燃烧区中的燃料的 垂直芯吸布置的所述一根或多根多孔管 3 获得， 并且来自所述一根或多根多孔管的表面的 一些燃烧热被传递以煮沸燃料。如果在这样的芯内完全汽化掉燃料， 则通过所述一根或多 根多孔管的侧面输送较少的燃料， 并且燃料的输送受到节流。 如果芯吸更多的液体燃料， 则 所述一根或多根多孔管的加热得到增强， 并且燃料的汽化得到增强。预热装置例如可以是 催化或电加热器。
对于通过所述一根或多根多孔管 3 的非常高的流率， 需要返回到液体燃料以汽化 液体燃料的传热， 以维持燃料的汽化。 在此的示例性实施例中， 通过所述一根或多根多孔管 3 的侧面的预热取决于闭合热回路中的液体或蒸汽， 以获得最大的响应性， 并从而形成响应 和动态的自我燃料汽化预热系统。图 7 图示邻近燃料管线 12 的预热装置 340。这样的预热 允许在无稳态燃料流的情况下加热初始的燃料量， 从而允许更有效的加热器加温和具有较 少的燃料损失。
预热装置是液体燃料穿过并且在其中煮沸液体燃料的装置。 预热装置的示例包括 简单的金属管到复杂的散热器状设计。 如何设计该预热装置的细节基于因素诸如期望的预 热装置的瓦特输出、 燃料行进通过热交换器的速率、 特定设计能将该热传递至燃料的效率、 燃料的温度、 燃料的沸点等。 预热装置还可紧密接近或者可能甚至附接至主加热器罩， 一旦 主加热器达到期望的或预定的温度该主加热器罩就可允许主加热器 “承接” 燃料预热。
预热装置优选地在其热输出方面受限制。这可经由如下实现 ： 经由到预热装置的 燃料限制或者经由某些恒温控制器装置诸如具有类似于热动式调节阀的阀、 或者经由某些 电装置例如从简单的双金属恒温器到具有温度输入的操作阀的计算机 ( 微控制器 )、 或者 甚至通过给预热装置加燃料的管， 该管正如热交换器由于当预热装置燃料沸腾时在管线中 的背压而使燃料流量显著降低一样通过或接近预热装置。
在催化床腔 1 中， 当催化床腔 1 中的燃料扩散遇上来自烟囱 23 中的空气的氧扩散 时， 燃料可在高温下与空气燃烧， 然后扩散到相邻的催化床 2 中， 以在催化床 2 中在较低的 温度下大致完全燃烧。
较低温度的催化燃烧更完全， 并且相对在高温燃烧中可产生的一氧化碳和氢促成 二氧化碳和水的产物。由从催化床腔 1 的内部最高到催化床的外表面 2 的传热所形成的温 度梯度产生用于燃料与空气的完全燃烧的所期望的温度梯度。实施例的测量给出的是， 催 化加热器产生的燃烧效率比在使作为燃料的甲醇与空气燃烧中的效率好 99.984%。 应提及的是， 这类燃烧可用于安全地燃烧各种燃料。示例是来自精炼厂的诸如尾 气的气体的不可燃的混合物的示例。这样的燃料可被液体燃料代替和 / 或与供给催化床腔 的并联加燃料布置混合或在所述并联加燃料布置中。甲醇、 二甲醚或液体加料的多孔喷射 例如可邻近气体入口喷嘴 37 供给燃料， 一旦温度足够高以打开蜡型膨胀元件 38 和热启动 阀 39， 该气体入口喷嘴 37 就输送作为预热气流的燃料。
还可使用催化可燃气体， 诸如氢、 一氧化碳、 甲烷、 丙烷、 戊烷、 乙醚、 乙烷、 丁烷、 乙 醇、 丙醇及其他碳氢化合物。 可送进精炼厂尾气中的气体示例是下面的气体， 该气体由一些 氢和甲烷以及一氧化碳组成， 但用足够的氮和不可燃的气体稀释， 使得该气体不能独自维 持火焰。
气体供应管 40 中的预热气流可由从烟囱 23、 催化床 2 和废气流通道 33 进入气体 供应管 40 和催化床 2 的传热加热， 从而催化地氧化催化床 2 中的燃料与通过催化床 2 扩散 的氧的贫燃料混合物。使燃料在与气流通道 33 和进气口 43 分开的气体供应管内预热的具 体优点是大致避免如在常规燃烧器中一样具有大体积的混合的燃料空气， 该大体积的混合 的燃料空气可导致伤害个人和财产的爆炸。
在示例性实施例中， 空气还可通过与从烟囱 23 传递到进气口 43 中的热的热交换 来预热。通过预热燃料和空气， 燃烧器更有效。此外， 对于气体供应管 40 中低的可燃性混 合物， 由于燃料空气混合物中的能量不足以将气体加热至燃烧温度和 / 或催化燃烧温度， 所以会需要维持燃烧。
在利用尾气的示例性实施例中， 由于化学浓度和温度变化， 所以混合物的可燃性 会在时间方面变化。这样的变化可导致不稳定的燃烧和爆炸。本加热器的示例性实施例的 恒温特征大致维持加热器中的操作条件 ； 以基本上补偿尾气变化的可燃性。 气流通道 33 中 在具有相对富氧环境的催化床 2 较冷的外表面上的催化氧化终止大致确保催化氧化促成
气体中的一氧化碳和氢的完全氧化。
来自催化加热器的排气扩散到经过催化床 2 的对流或强制气流中。催化床 2 向周 围烟囱 23 辐射。从催化床 2 将出现传导、 对流和辐射传热。附加的传热可通过到催化床 2 的传导接触或来自烟囱 23 的传导出现。热管和循环流体导体可放置在催化床 2 或烟囱 23 上。例如， 一个或多个热电堆 20 在烟囱 23 上热接触或者与催化床 2 辐射热接触。热电堆 在仍然热接触的同时优选地通过绝缘层为电绝缘的。这样的绝缘层优选地由氧化铝组成。 热电堆的也称为冷接点的散热器 22 可布置成预热进气口 43 中的空气。散热器 22 还通过 将空气对流到周围空气中而被冷却。加热器的低温散热器 22 可结合到诸如小地毯、 墙壁、 床、 汽车、 机械、 电子设备和衣服干燥架的结构中。
到小直径燃料供给管 41 和一根或多根多孔管 3 的燃料输送来自重力自流进料箱 13 和主燃料储存器 30。主燃料储存器 30 可具有燃料入口和通气帽 32。燃料经由泵 28、 燃 料管 29 和入口管线 18 从主燃料储存器 30 被引导至重力自流进料箱。重力自流进料箱可 包括减压阀通风孔 17。 从重力自流进料箱， 燃料通过管道系统和一系列流量控制部件， 包括 出口管线 19、 燃料过滤器 36、 热差膨胀致动恒温阀 10、 蜡型致动器与燃料座 11、 热差膨胀致 动安全阀 7、 蜡型致动器 8 和阀座 9。 主燃料储存器 30 可以是燃料箱， 诸如可位于要加热的建筑物外部的 50 加仑的箱。 这样的箱因美观需要而可被隐藏、 覆盖等。燃料入口和通气帽 32 基本防止在主燃料储存器 内过度的负压或正压累积。
泵 28 可以是例如蠕动泵或压电泵隔膜泵的形式。电功率通过电线 35 输送至泵。
示例性实施例的重力自流进料箱 13 可具有大约 300ml 的燃料体积， 以向加热器提 供稳定的重力压头供给。尽管在此描述成重力自流进料箱， 但燃料可通过压力和 / 或泵作 用流过本系统。在重力自流进料箱 13 内可能有位于浮子 15 和轨道 16 上的燃料水平启动 开关 14。该燃料水平启动开关在燃料水平被确定为低时接通主燃料储存器 31 中的燃料泵 28， 并且当燃料水平被确定处于预期水平或太高时断开。重力自流进料箱 13 具有减压阀通 风孔 17， 以大致调节重力自流进料箱内的压力和避免正压或负压累积， 从而允许该箱向加 热器输送精确的重力压头。减压阀通风孔 17 可结合在到重力自流进料箱 13 的进口帽。
在操作的起动模式中， 可通过使重力自流进料箱 13 充满燃料起动加热器系统。这 可给加热器加燃料， 并且能够产生通过电二极管 26 从热电堆 20 向热电堆插座 21 输送的足 够的电， 以使主燃料储存器 30 中的泵 28 运转或者给一个或多个电池形式的电能源 27 充 电， 其然后可使主燃料储存器 30 中的泵 28 运转。
燃料过滤器 36 例如可以是通过不锈钢支架设置在出口管线 19 中的具有平均 10 微米孔的多孔不锈钢过滤器板。
热差膨胀致动恒温阀 10 和蜡型致动器与阀座 11 在低于预定温度时打开以允许燃 料流动， 并然后在高于预定温度时关闭以停止或减缓燃料流动。 在变化中， 热差膨胀致动恒 温阀 10 和蜡型致动器与阀座 11 中仅一个打开， 从而停止或减缓燃料的流动。预定的温度 可通过蜡型致动器与阀座 11 的压抵在热差膨胀致动恒温阀 10 的螺旋度盘调节设定。还可 将诸如电致动阀或电动泵的其他类型的恒温阀用于热差膨胀致动恒温阀。
加热器系统还可包括诸如一氧化碳或氧含量传感器的传感器、 风扇和光等等。
在操作中， 加热热电堆 22 的邻近烟囱 23 的侧面， 其中热然后传递至热电堆 22 的
另一侧， 并传递到被通过在进气口中流动的空气冷却的散热器 22 中。由热电堆产生的电流 通过热电堆插座 21、 通过电二极管 26， 以给电池、 电能源 27 充电。 电二极管 26 是必须的， 以 当加热器停止时确保电池的单向电流充电并且不允许电池通过热电堆 20 往回放电。应指 出的是， 可使用超级电容器而不是电池来储存电能。电池例如可以是镍氢电池、 铅酸电池、 锂聚合物电池或锂离子电池的形式。当燃料水平启动开关 14 在燃料水平为低时闭合时， 电 池中的储存电能将流动。 电流流过泵 28， 并且更多的燃料 31 泵入重力自流进料箱 13。 当重 力自流进料箱中的燃料到达预定水平时， 燃料水平启动开关打开， 并停止到泵 28 的电流。 在有些情形下可能有用的是在入口管线 18 中具有止回阀， 使得当泵 28 停止泵送时， 不会通 过燃料管线 29 虹吸回主燃料储存器 30。
还可利用手动和 / 或自动泵泵送燃料， 以便使被预热的初始的燃料量前进， 使得 加热器可在无稳定燃料流的情况下更有效地达到期望的温度。
在图 2 中示出了加热器系统， 其具有分别具有三通流量阀 87 的第一与第二多流率 毛细流量限制管 88 和 89、 下热管 90、 分别在热电堆与烟囱 23 之间的电绝缘层上的第一与 第二侧前管 91 和 92、 风扇 94、 气流与燃烧电子传感器 95 的额外实施例。
在该示例性实施例中， 通过阀和毛细管的流量控制允许加热器的功率输出由通过 第一与第二多流率毛细流量限制管 88 和 89 的不同流率设定。第一与第二多流率毛细管还 可作为安全特征设置有与催化加热器热接触， 使得如果加热器诸如当气流在烟囱中被阻塞 时而过热， 则第一与第二多流率毛细管中的燃料沸腾并限制到加热器的燃料输送。在这样 的示例性实施例中， 热电堆与烟囱 70 之间的电绝缘层与下热管 90、 第一与第二侧前管 91 和 92 和散热器 22 结合使用， 该散热器 22 可以为翅式散热器的形式。热电堆的输出用于使气 流风扇 94、 泵 28 和电荷电池 77 运转。第一与第二多流率毛细流量限制管可设置在烟囱 23 的表面上， 或者设置在散热器 22 的表面上。
在图 2 图示的示例性实施例中， 更多的多孔管 3 由具有 0.5 微米的有效平均孔径 的烧结粉末不锈钢组成。多孔管优选地具有 0.125 英寸的内径和 0.25 英寸的外径， 并被切 割至距优选地由铜组成的压缩配件 4 为 5cm 的长度。压缩配件优选地具有直角弯头以及 0.25 英寸外径的管道， 以如图 2 所示与另一多孔管形成 T 形。小直径的燃料供给管 41 可由 1/8 英寸直径的管道铜焊成 1/4 英寸直径的铜管。小直径的燃料供给管毛细管限制喷射的 流率并连接至阀封 9， 该阀封 9 安装在催化加热器的催化床 2 或烟囱 23 的周缘架上。到催 化床 2 或烟囱 23 的这种安装和多孔管与小直径燃料供给管的导热性提供从加热器到热差 膨胀致动安全阀 7 的足够的传热， 以允许这样的阀从催化床的加热打开， 并使用到沸腾燃 料 5 中的传热以保持热差膨胀致动安全阀打开。
来自催化加热器的排气扩散到经过催化床 2 的对流或强制气流中。催化床 2 向周 围烟囱 23 辐射。从催化床 2 将出现传导、 对流和辐射传热。附加的传热可通过到催化床 2 的传导接触或来自烟囱 23 的传导出现。在示例实施例中， 热传递至烟囱 23 的壁， 并且热通 过热电堆行进。热电堆于是通过下热管 90 和第一与第二侧前管 91 和 92 散热， 该第一与第 二侧前管 91 和 92 通过散热器 22 向周围空气或如小地毯、 衣服、 家具、 管道、 机械、 汽车、 镜 子、 窗、 电子设备或建筑物墙壁的表面散热。
下热管 90 和第一与第二侧前管 91 和 92 可包括密封管 97 中的工作流体， 该密封 管 97 在该密封管 97 的内部具有芯吸材料的情况下可以为柔性壁热管的形式。重力回流用于使冷凝的工作流体返回至芯吸材料。如果向热管工作流体添加杂质或者使用密封管 97 的加压， 则可设定工作流体的沸点， 并且密封管可以以设定温度去除热和输送热。
三通流量阀 87 在图 2 图示的实施例中设置在燃料过滤器 36 之后。三通阀 87 通 常的位置为断开和到不同流率毛细管的两条流动路线。
用于本发明的示例性实施例的电气系统可包括热电堆发电机、 二极管、 一块或多 块电池、 燃料水平开关、 燃料泵、 气流风扇和废气流中的燃烧传感器。燃烧传感器可检测诸 如一氧化碳的气体、 未燃烧燃料、 热或氧含量。如果系统的氧含量太低， 或者如果一氧化碳 或者未燃烧燃料太高， 则燃烧传感器可切断到燃料泵的功率并停止加热器系统。其他可能 的布置用于切断燃料阀， 并向用户发出故障状态的警报、 光或视觉显示。 燃烧传感器还可检 测热， 并通过控制燃料输送阀调节加热器的功率， 以调节到房间、 衣服、 机械的温度或热输 送。气流风扇使空气运动通过加热器系统， 以增大通过烟囱 23 的气流， 并增大到催化床的 氧输送和在其中增强到周围的传热。
加热器可通过用通风孔覆盖的端口将燃料倒入重力自流进料箱 13 来起动。燃料 被自流供给通过过滤器， 然后通过三通流量阀 87 以及第一与第二多流率毛细流量限制管 88 和 89 中的一个。燃料流入所述一根或多根小的毛细管 6。燃料芯吸到催化床中， 在该催 化床处， 燃料被汽化、 扩散并在催化床中通过来自外部空气的氧的向内扩散催化地燃烧。 来 自催化燃烧的热提高多孔管、 密封管、 一根或多根小的毛细管、 多孔管和热差膨胀致动安全 阀的温度。 当温度达到打开热差膨胀致动安全阀的温度时， 这样的阀打开， 并且较大的燃料 流率到多孔管。一些燃料在多孔管中汽化， 并且燃料的一部分通过多孔管的侧面扩散。当 更多的燃料扩散遇到催化床中的氧扩散时， 增强的催化燃烧出现在催化床中， 直到加热器 本身温度通过热差膨胀致动恒温阀调节。 当获得加热器的稳态操作时， 由于通过辐射、 传导 和对流从外部的热消除， 所以温度在催化床的内部最高， 而在催化床的外部较冷。 通过在外 部最冷， 催化床最低的平衡温度利于完全燃烧， 从而使在催化床的外部上的一氧化碳形成 最少。
等离子体还可在催化床的催化床腔内形成。 该等离子体还可加热多孔管和所连接 的燃料管线， 以保持燃料以动态平衡汽化， 从而维持汽化燃料到催化床内的催化床腔的稳 定喷射。 这样的动态平衡是加热多孔管以汽化燃料和通过多孔管的侧面供应燃料以加热多 孔管的侧面的平衡。当多孔管为热时， 燃料被汽化， 并且较少的燃料通过多孔管的侧面输 送， 以减少多孔管的加热。当多孔管为冷时， 较多的燃料通过多孔管的侧面输送， 并增大通 过多孔管的侧面的燃料输送。
在操作中， 加热器形成横跨热电堆的高的温差， 以产生电流， 从而给电池充电， 使 主燃料储存器中的燃料泵运转， 使传感器系统运转和使气流风扇运转。例如包括下热管 90 和第一与第二侧前管 91 和 92 的热管系统可延伸离开加热器， 以实现诸如加热机械、 燃料电 池、 床、 衣服、 地板、 建筑物墙壁的任务。
图 3 图示具有热连接至热管或流体流动系统的催化床的示例性实施例。在该特定 的实施例中， 加热器低于预期冷凝区或热输送区的高度， 从而允许对流和冷凝， 以使流体和 气流循环通过催化加热器和管道。
在图 3 中， 示出地平面 150， 并且进气口 151 从地面出来。气孔盖或顶 152 用于防 止雨、 雪、 污垢等落入加热器系统。气孔盖还可用作换向器， 以防止出口废气与入口气流混合。 空气进入气孔 151， 并向下流入加热器系统。当空气流动时， 该空气通过将进气口 与出气口 153 分开的热交换器壁 159 被加热。从废气进入入口空气的该热交换允许加热器 通过从排气回收热而更有效。然而， 可出现废气中水的冷凝， 这在通道加热应用中是重要 的， 以减少冷凝杂质 (condensation plume) 和避免通道的遮蔽。热交换器壁上的冷凝水可 被收集并从系统去除。 当空气到达催化加热器床时， 该空气扩散到催化床和催化床腔中。 等 离子体燃烧可出现在催化床腔内， 于是催化燃烧可以相对较低的温度出现在催化床中。催 化床的外部与进气口和热管或流体流动管 171 传导、 辐射和对流热接触。这确保从催化床 的内部到外部存在温度梯度。催化床中这样的温度梯度、 反应物扩散和催化床的外表面上 过量的氧供应确保加热器获得大致完全的燃烧。
如果加热器用过量的燃料或类似地不足够的气流操作， 则加热器在排气中产生未 燃烧燃料， 并可用图 2 所示的排气灰中的催化传感器检测， 于是可节流或停止燃料泵。通过 与流体流动管的传导、 对流和辐射传热， 流体沸腾或通过加热器流动。 当流体的沸腾没出现 时， 泵 28 可用于使流体循环。流体的储存器 169 用于允许系统将全部流体保持在系统的管 中， 以允许停止流体循环。 因此， 流体的储存器 169 和泵 28 可用作热管 155 的开关机构。 流 体的储存器 169 还可用于简单地能够允许倒空管， 以修理管。
可以预料的是， 在管嵌入在跑道、 道路或建筑物的混凝土板的工作情形下， 可出现 泄露。热管操作通过允许空气进入管而受泄露阻碍， 但仍可通过利用冷却剂泵 170 使液体 或液体与气体蒸汽的混合物循环来操作系统。流体的储存器 169 可具有足够的尺寸， 以允 许流体循环系统不大的泄漏率和耐用的再填充。 管中的工作流体合乎需要地为具有高的热 容量的惰性低成本流体， 不冻结， 并且在如下温度处沸腾， 在该温度处， 加热器需要向跑道、 着陆垫、 道路、 走道、 运动场、 温室、 建筑物地板、 船甲板、 汽车、 机械或建筑物的表面输送足 够的热。这样的流体的示例例如包括含氯氟烃液体、 氨、 水、 甲醇、 乙醇、 二氧化碳。
诸如混凝土板 154 的特定应用可能需要高于地面的热储的温度， 因而加热器被接 通并将工作流体温度提高至高于加热器， 以获得较高的进入板 154 的热流率。热储可以是 由太阳能、 地热能、 或来自热管系统的废热或热电站的废热加热的地面 150、 工作流体或水 体。流体的热储 169 可通过来自热源的循环流体填充管与热源热接触， 并用于将热能储存 在流体的工作流体储存器 169 和地面 150 中。
在图 4 中示出耦联至热管和流体流动传热系统的加热器系统的示例性实施例。加 热器系统构造有大致被催化床 2 的催化床腔包围的多孔管。催化床可用作预热装置， 用于 在无稳定燃料流的情况下加热初始的燃料量。催化床腔优选地具有内部不锈钢罩 230 和外 部不锈钢罩 206， 该外部不锈钢罩 206 由多孔催化涂覆岩棉床 207 和嵌入多孔催化涂覆岩棉 床 207 的催化剂涂覆氧化铝球 232 组成。如自始至终所使用的术语 “罩” 意指具有打开、 穿 孔、 通风等的至少一些部分的围绕装置。多孔管在喷嘴的侧面上具有允许通过管的侧面的 低的燃料输送速率的小直径孔隙 255， 以维持喷嘴的加热， 从而维持液体燃料的沸腾和离开 多孔管出口的端部的射流。 获得稳定射流率的适度燃料加热速率由通过多孔管出口的小直 径孔隙 225 的液体与气体加燃料速率差之间的动态平衡维持。
气流在该实施例中流过围绕催化床的烟囱中的催化加热器床。来自催化床 2 的热 可通过一根或多根热管或者流体泵送或阀循环的系统传递至加热器和烟囱外部的空气或
流体。泵送或阀的流体循环系统可使液体、 沸腾液体和气体循环。示出的无源热管系统通 过铜或铝块 220 热接触至内部不锈钢罩 230 并通过从催化床内的催化床腔 1 的辐射传热。 在这样的布置中， 热接触是与催化床腔， 以获得横跨热电堆的最高可能的温差。 由于该催化 床的扩散性质的特性， 所以当来自催化床内部的排气产物冷却时， 在氧扩散出来的同时加 热在催化床的表面上扩散进去的氧， 加热器较高的温度是反应物互相扩散相遇的位置， 以 获得燃烧和 / 或催化燃烧。通过恒温控制燃料输送， 催化床中的最高温度区和催化床腔中 的等离子体可布置成靠近如下位置， 在该位置处， 不锈钢罩可收集热并将热输送至铜块 220 和热电堆以便最高效率。
在稳态操作中， 燃烧区在催化床内可以是不动的， 并且通过催化床的传导和辐射 的热损失与通过不锈钢罩 230 输送的热相比可保持小。这与流动燃烧系统形成对比， 在流 动燃烧系统中热通过在金属表面上流动的热气去除， 并且随后较低温度的热沿着流动被进 一步去除。在流动燃烧系统中， 通过用排气与输入空气之间的热交换器预热空气来获得有 效的热输送。因此， 催化加热器具有在不利用入口和出口气流和泵的热交换器的情况下通 过不锈钢罩有效地输送高势热的能力。 如早先所提及地， 这在催化地燃烧低能量值燃料、 小 型或不可燃的燃料气体混合物诸如来自精炼厂的尾气的情形下尤其有用。铜或铝块 220 放 置成大致邻近热接触氧化铝的电绝缘但导热的层 219、 或者在诸如铜上的金刚砂的涂层或 铜或铝块 220 上的阳极氧化涂层处。电绝缘层 219 与热电堆热接触。热电堆在热源与散热 器之间具有碲化铋半导体 ( 交替掺杂 ) 与金属导体的结， 以由热源与散热器之间的温度差 形成电压和电流。热电堆上的电连接 211 向诸如灯、 风扇、 收音机、 移动电话、 电视的外部应 用输送电功率。热管 229 通过诸如例如氧化铝片的电绝缘层 219 热连接至热电堆， 以通过 煮沸工作流体和通过冷凝向精细对流和辐射散热器 22 传递热来去除热。散热器将热消散 到如周围对流气流或诸如热水箱中的水体的流体中。该热管 229 可嵌入结构， 或机械加工 以维持结构或机器中的温度。在热管内是芯吸材料， 以将诸如水、 甲醇、 氨或氟利昂的液体 工作流体从冷凝的较冷区域吸取回到热的沸腾表面。
在图 4 中， 工作流体 216 的冷凝 214 被示出冷凝成小滴， 并且通过重力， 较大的小 滴沿冷凝表面的表面流动， 以返回至工作流体的储存器 216。然后， 工作流体的储存器与沸 腾表面接触， 并且灯芯 213 还用于移动液体流体与沸腾表面接触。流动自热电堆的热煮沸 工作流体液体， 然后作为气体行进至冷凝表面 214， 以当工作流体从气体冷凝成液体时将热 输送至散热器 22。在加热器的相对侧上， 较低温度的排热系统热耦联至不锈钢罩的外部。 铜或者不锈钢管道 223 的回路可铜焊至围绕催化床的不锈钢罩 206。可围绕催化床的不锈 钢罩上的管道泵送甲醇、 甲醇和水、 乙二醇和水、 水、 氨、 氢或氟利昂的工作流体。当工作流 体沸腾时， 工作流体能在液体的沸点处去除热。 如果流体不沸腾， 则当工作流体温度升高并 且向流体添加热时， 流体能在横跨加热器的表面的温度范围去除热。泵 28 可用于改变工作 流体循环的速率。这继而可以不同的温度输送热。如果使泵 28 停止或降速， 则流动降速或 者被阻塞， 并且热输送降速或者停止。
来自催化床的流体回路 203 穿过烟囱 23 外部的翅式或非翅式散热器 22， 该流体回 路 203 冷凝工作流体气体或降低工作流体温度， 并随后将热传递至散热器 22。散热器向诸 如空气或水的流体传导、 对流和辐射热。 散热器可嵌入地板、 道路、 跑道、 着陆垫、 走道、 运动 场、 温室、 壁、 家具、 气流管道、 衣服、 镜子、 窗、 电池、 电子设备、 机械或汽车。在图 5 中， 喷射加热器构造成加热燃料电池。在该示例性实施例中， 通过多孔的或 者选择性地可透过诸如硅橡胶的燃料输送膜 256 给燃料电池加燃料， 该燃料输送膜 256 基 本上阻塞液体通过燃料电池的自由流动， 但输送并控制燃料电池燃料电极的表面上的燃料 输送速率。 燃料电池包括燃料输送膜 256、 以活性炭颗粒上的铂和钌催化剂的形式的燃料电 极 255 和诸如 Nafion 膜 254 的电解质、 诸如活性碳颗粒上的铂催化剂的空气电极 253。在 该示例中使用的扩散供给甲醇燃料电池具有在 65℃比在 20℃时高 10 到 30 倍的性能。同 样重要的是在操作期间维持燃料电池的高温， 以允许产品水汽化， 并以足够的速率离开燃 料电池空气电极 253， 从而避免产品水淹没燃料电池的空气电极 253。
在碱性电解质燃料电池的情况下， 可提高燃料电池温度， 以防止电解质中碳酸盐 的形成。对于固体氧化物和碳酸盐电解质燃料电池， 人们必须保持电解质传导率足够高以 可用。由于使用在该实施例中的燃料的沸点并可设定燃料的压力， 所以设定到燃料电池的 输送燃料的冷凝点和温度。可使用具有较高沸点的诸如甲醇和水或乙醇的其他燃料， 但可 由该效应设定冷凝点和热输送。 当燃料电池温度超过冷凝温度时， 燃料不再冷凝在膜上， 并 且液体燃料可在储存器中沸腾， 并通过阀 285 被迫使回至源储存器 251。这样， 加燃料速率 降低， 而且催化床通过不向多孔管输送燃料而节流。燃料电池运行在穿过燃料输送膜 256 的燃料蒸汽上。这可降低燃料电池的功率输出， 并显著减少来自加热器的热和像恒温加热 器一样作用于燃料电池。因此， 人们应避免燃料电池过热的温度并维持燃料电池中的最适 温度。燃料首先通过将液体燃料输送至多孔管出口的毛细管 6 在多孔管 3 处输送至催化床 腔。毛细管 6 设定到加热器的燃料输送速率。当毛细管 6 中的温度达到燃料的沸点时， 在 气体代替液体穿过毛细管 6 时， 燃料输送速率将显著降低。当燃料沸腾并在储存器中被加 压时， 燃料水平在燃料被推回到源储存器 251 中时降低， 并且热交换储存器中的燃料水平 低于毛细管 6 降至所述至少两根管 281。流阻管 280 用作到热交换储存器 284 的燃料蒸汽 通风孔。这允许热交换储存器 284 通过该流阻管 280 通风至通过喷射腔加热器的大气， 并 避免过度加压。
热交换器中的汽化和冷凝取决于具有从回路和热交换储存器去除的大气的工作 流体。因此， 通过毛细管 280 的通风孔需要作为清洗路线。被清洗的燃料蒸汽和空气流过 多孔管， 并在催化床腔和催化床中燃烧。由于在不同的温度时该两个不同的加燃料路线的 流率对比， 所以可选择蒸汽蒸汽路线和液体路线管的直径和长度， 以设定加热器的冷加燃 料与热空闲率之间的功率输出率。 由于作为液体到达喷射的部分优选地通过多孔管出口的 多孔侧行进， 所以燃料流向多孔管。 多孔管和入口管线的壁的高温和催化特性足够高， 使得 诸如甲醇的燃料当它们通过喷嘴流入腔时分解成富氢气 ( 或等离子体 )。燃料的该分解进 一步增强腔壁处的燃料和氧的完全燃烧和催化反应。 由于作为蒸汽到达喷射的部分更优选 地通过多孔管的出口喷嘴进入腔， 所以燃料流向多孔管。当燃料通过来自烟囱中的周围气 流的氧的互相扩散扩散到内表面 264 中时， 催化燃烧的完成通过低氧催化燃烧出现在催化 床中， 并通过从外部空气朝富氧环境中的催化床的外表面的催化燃烧完成。 当不锈钢罩 261 和冷却回路通过沿烟囱的气流与辐射冷却和对流冷却一起去除热时， 在该情形下的温度梯 度从催化床腔中或催化床的内表面 264 上最高到催化床的周边。
耦联至燃料电池的加热器系统的另一示例是具有热连接至喷射腔加热器的外部 罩 261 的燃料独立热管 274。在该实施例中， 热管可以是具有诸如氟利昂、 水、 氨、 乙醇、 丙烷、 丁烷、 戊烷和甲醇的工作流体的热管 291。
在热管 291 内， 靠着热管 291 的加热器内表面包装诸如编织网或玻璃纤维布的芯 吸材料。 这用于将液体工作流体芯吸至热管 291 的内表面。 工作流体沸腾， 作为蒸汽穿过热 管， 然后冷凝在与燃料电池 289 热接触的热管的内表面上。这向燃料电池输送热。在该图 示中示出的是， 热管 291 与热管 291 的燃料歧管 289 热接触。冷凝物 268 液体工作流体于 是沿内部冷凝表面流动 ( 例如为重力所吸引 )， 以使液体工作流体返回至热管储存器 272。 芯吸材料可延伸至冷凝表面 268， 以便诸如当燃料电池 289 低于喷射腔催化加热器罩接触 262 的垂直高度时， 能够克服重力芯吸液体工作流体。 燃料电池 289 例如可以是氢加燃料的 燃料电池， 并且歧管 289 充满氢气 275 和允许导热性的纤维基体或通道 289。 这些燃料电池 289 还可以是与燃料电极 269 和 / 或用于氢气的流动路线接触的电导体。 应提及的是， 对于 氢燃料电池， 用来自燃料电池的氮稀释的排出气体可终止在催化腔 290 中， 以安全地燃烧 氢气， 诸如如图 1 中入口管 37 所示。氢燃料电池可包括燃料歧管 289、 气体入口线路 18、 涂 铂活性炭颗粒燃料电极 269、 电解质 270 例如氢离子传导电解质诸如 Nafion 或阴离子传导 电解质诸如氢氧化钾浸渍石棉毡、 涂铂活性碳颗粒空气电极 271。
在图 6 中示出电输出和接口系统。热电堆、 热电能量转换器和 / 或燃料电池 300 输送 DC 电流， 以给电池或电容器 302 充电。可通过诸如 DC-DC 转换器 300 的装置调制或转 换直流电流输出， 以匹配电池或电容器 302 上期望的充电电压。尤其地， 热电堆和燃料电池 的高电流低电压可通过开关 DC 电流、 升压变压器和整流器 300 转换成高电压低电流。止回 二极管 301 设置在电路中， 以阻止电流从电池或电容器 302 进入热电堆或燃料电池 300 的 回流。电功率控制器 303 电连接至电池 302， 以向诸如例如发光二极管 304、 荧光灯、 风扇、 收音机 306、 电视、 移动电话、 检测器、 电话机等等的电器输送合适的电。第一开关 307、 第二 开关 308 和第三开关 309 用于控制各种电器。
尽管已结合以上概述的特定的实施例描述了本发明， 但显然的是， 许多的替代、 变 型和变体将对本领域的技术人员显而易见。因此， 如上所述的本发明的优选实施例是说明 性的， 而非限制性的。在不偏离本发明的精神和范围的情况下可作出各种变化。