(57)【要約】燃料蒸気（１１）および空気（１０）が触媒（６）に供給され、触媒が燃料の無炎燃焼を促進し発熱させる携帯用触媒燃焼ヒーター。燃料が液体として供給され、選択的透過性を有する膜（８）を通過することにより、燃料蒸気が膜を抜けて触媒（６）に供給される。その他の特徴には、多孔性担体、触媒燃焼の反応速度を制御・促進する手段、熱出力を調節する手段等がある。【選択図】図１
2005505738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給源と、燃料供給源につながる燃料供給システムと、多孔性基材に分散しており、酸化気体が拡散により接触する触媒と、燃料を選択的に触媒に供給する選択的透過性を有する膜とを備えることを特徴とする発熱機器。
【請求項２】
触媒が燃料と酸化剤を触媒に通し反応生成物を除去させる素材のコーティングを備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３】
触媒が選択的透過性を有する素材のコーティングを備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項４】
選択的透過性を有する素材は燃料と酸化気体を選択的に透過させるものであることを特徴とする請求項3に記載の機器。
【請求項５】
触媒はゴム、シリコーンゴム、高分子、イオン高分子、ナフィオン(Nafion)、スルホン化ブチルゴム、ポリスチレン及びそれらの組合せからなるグループから選択される選択的透過性を有する素材のコーティングを備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項６】
多孔性基材がポリベンゾオキサゾール（PBO）、ポリベンゾイミダゾール（PBI）、パラアラミド、ポリイミド、炭化ケイ素、アルミナ、炭素、繊維硝子、ジルコニア、石英及びそれらの組合せからなる材料のグループから選択されるものであることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項７】
触媒が燃料の触媒燃焼を可能とすることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項８】
触媒が高分散のプラチナ、パラジウム、ニッケル、ルテニウム、鉄、モリブデン、タングステン、スズ及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項7に記載の機器。
【請求項９】
燃料が水素を含む化合物であることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１０】
燃料はメタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸、1,3,5-トリオキサン、ジメチルエーテル及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１１】
触媒のコーティングによる触媒の性能向上をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の機器。
【請求項１２】
向上される性能が、表面の保護、接着性、外部からの汚染物の除去、燃料に対する異なる親和性、酸化気体に対する異なる親和性、反応物質の触媒表面への拡散律速、温度依存性、反応物質の触媒表面への拡散率の制御、表面の酸性化、表面のアルカリ化及びそれらの組合せからなるグループから選択される特性の向上であることを特徴とする請求項11に記載の機器。
【請求項１３】
燃料の沸騰による熱出力の上限温度の設定をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１４】
燃料が液体燃料であり、該燃料が沸騰により触媒反応部位から除去されることを特徴とする請求項13に記載の機器。
【請求項１５】
燃料の沸点を制御するためにバルブ、流量制限器、または圧力逃し装置をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の機器。
【請求項１６】
選択的透過性を有する膜を含む容器から通気する気体を触媒燃焼させるために機器の最適条件をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１７】
燃料の自己加圧機能による燃料の供給速度調節をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１８】
燃料の流れを制御するために温度反応性電気機器をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項１９】
機器から燃料へ熱を伝達するために熱交換器をさらに備える請求項1に記載の機器。
【請求項２０】
触媒に移動する空気を予熱するために熱交換器をさらに備える請求項1に記載の機器。
【請求項２１】
機器からの熱の伝達、機器内の温度の調節、流体と固体への熱の伝達のためにヒートパイプをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２２】
温度の調節および発熱量の制御のために燃料添加剤をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２３】
温度の調節および発熱量の制御のために燃料の混合物をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２４】
電気的エネルギーの抽出のために熱電素子をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２５】
電気的エネルギーをバッテリー、電動機、電子機器に供給するために供給システムをさらに備えることを特徴とする請求項24に記載の機器。
【請求項２６】
燃料の燃焼により発生する水をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２７】
機器が、水分の凝縮に適するものであり、また凝縮後に水を回収する排気システムを備えることを特徴とする請求項26に記載の機器。
【請求項２８】
選択的透過性を有する膜が触媒への酸化剤の供給を制御することを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項２９】
選択的透過性を有する膜の表面に液体燃料を分散させるウィックをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３０】
選択的透過性を有する膜が、機器内で気体及び沸騰する燃料を選択的に透過する膜であって、膜の選択的透過性により燃料の吸引と循環をさせ、または燃料の移動を阻止することを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３１】
選択的透過性を有する膜が温度の変化に伴い拡散率を変化させることが可能であることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３２】
機器の温度を調節するために温度の変化に伴い選択的透過性を有する膜が拡散率を変化させることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３３】
発熱量を調節するために温度の変化に伴い選択的透過性を有する膜が拡散率を変化させることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項３４】
選択的透過性を有する膜が高温において加圧および加圧による燃料の封じ込め効果により、燃料または酸化剤の機器内の触媒反応部位への供給を制御することを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３５】
燃料または酸化剤の触媒部位への供給を調節するために送風機またはポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３６】
触媒部位における熱交換を調節するために送風機またはポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３７】
機器の最適作動条件を引き起こすための電気ヒーターをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３８】
燃料と空気を点火し、触媒を予熱するための点火システムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３９】
触媒を担持するプロトン伝導材料と、プロトン伝導材料のどちらかの面に少なくとも二つの電極と、電圧を供給するために電極につながる電源とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項４０】
プロトン伝導材料の両端に電圧を印加することにより触媒燃焼率に影響を与える機能をさらに備えることを特徴とする請求項39に記載の機器。
【請求項４１】
機器が収納される収納体をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項４２】
収納体が衣類、毛布、機械、住居、運送用コンテナ、保管用容器、香りの散布器、加湿器、虫の誘引器及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項41に記載の機器。
【請求項４３】
触媒部位に燃料を注入する手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項４４】
燃料を保管し放出させるために燃料を透過させる壁を有する燃料アンプルをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の機器。
【請求項４５】
使用する前の燃料漏れを防ぐためにアンプル保管用の不透過性材料をさらに備えることを特徴とする請求項44に記載の機器。
【請求項４６】
発熱機器と、燃料供給源から供給される燃料と、燃料を選択的に供給する選択的透過性を有する膜と、触媒と、酸化剤または空気を供給する手段とを備えることを特徴とする発熱装置。
【請求項４７】
機器が携帯用触媒燃焼ヒーターであることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項４８】
触媒に燃料と酸化剤または空気とを供給するための、また放熱させるために触媒の無炎燃焼を起こすための燃料と空気の供給システムをさらに備えることを特徴とする請求項47に記載の装置。
【請求項４９】
燃料蒸気が膜を通して触媒に供給されるように、燃料が選択的透過性を有する膜を通り抜ける液体燃料であることを特徴とする請求項48に記載の装置。
【請求項５０】
膜を担持する多孔性担体をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項５１】
発熱量を制御し、触媒燃焼の反応速度を制御・促進する手段をさらに備えることを特徴とする請求項50に記載の装置。
【請求項５２】
機器が収納される収納体をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項５３】
収納体が衣類、毛布、食物、住居、コンテナ、機械、虫の誘引器、加湿器、香りの散布器及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項52に記載の装置。
【請求項５４】
燃料が選択的透過性を有する膜を通して供給されることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項５５】
選択的透過性を有する膜が燃料を透過させるが、燃焼副産物の逆流による燃料の希釈を防止することを特徴とする請求項54に記載の装置。
【請求項５６】
副産物が水であることを特徴とする請求項55に記載の装置。
【請求項５７】
選択的透過性を有する膜は酸素を透過させ、燃料を保持するために燃料の透過を減少させる機能を備えることを特徴とする請求項54に記載の装置。
【請求項５８】
二酸化炭素およびその他の気体が選択的透過性を有する膜を透過し、機器内で沸騰する燃料中を循環することを特徴とする請求項54に記載の装置。
【請求項５９】
触媒が分散される多孔性基材をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項６０】
選択的透過性を有する膜が、触媒に被覆する燃料と酸化剤を透過させる保護コーティングであることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６１】
選択的透過性を有する膜が、触媒に被覆する選択的透過性を有するコーティングであることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６２】
触媒に被覆する燃料保持コーティングをさらに備えることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６３】
触媒の性能を向上させるために触媒に被覆するコーティングをさらに備えることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６４】
触媒に被覆するコーティングが、電解物質、酸性物質、塩基性物質及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６５】
燃料蒸気が選択的透過性を有する膜を通して触媒の反応部位に移動し、触媒反応の上限温度を設定する調節機能を備えることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６６】
燃料の沸騰及び充填を制御するために、また温度及び／または発熱量を制御するために、バルブまたは流量制限の仕組みをさらに備えることを特徴とする請求項65に記載の装置。
【請求項６７】
触媒燃焼の燃焼温度を調整するために燃料添加剤をさらに備えることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６８】
燃料添加剤をさらに備えることを特徴とする請求項59に記載の装置。
【請求項６９】
燃料添加剤が異なる沸点を有する炭化水素を含むことを特徴とする請求項68に記載の装置。
【請求項７０】
燃料添加剤が水を含むことを特徴とする請求項68に記載の装置。
【請求項７１】
燃料の蒸発・液化による熱交換機能をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項７２】
熱交換器がヒートパイプであることを特徴とする請求項71に記載の装置。
【請求項７３】
反応部位の温度を保つために燃料の沸騰による温度上昇機能をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項７４】
発熱機器から電気的エネルギーを抽出するために、また発熱機器の中で熱を伝達するために熱電対列をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項７５】
熱交換器が、発熱機器に入る空気を予熱し、また発熱機器の中で熱を交換することを特徴とする請求項71に記載の装置。
【請求項７６】
排気システムと、発熱機器の排気凝縮水を抽出する抽出機とをさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項７７】
選択的透過性を有する膜が空気または酸化剤の触媒反応部位への供給を調節することを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項７８】
触媒部位に入る空気または酸化剤を温度で制御するための気孔をさらに備えることを特徴とする請求項77に記載の装置。
【請求項７９】
燃料および/または空気若しくは酸化剤の反応部位への供給を調節するために送風機またはポンプをさらに備えることを特徴とする請求項78に記載の装置。
【請求項８０】
反応部位における熱交換を調節するために送風機またはポンプをさらに備えることを特徴とする請求項78に記載の装置。
【請求項８１】
触媒が、触媒の性能を向上させる電気化学的触媒反応を起こすことを特徴とする請求項78に記載の装置。
【請求項８２】
発熱機器を動作させる電気ヒーターの電源をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項８３】
熱出力を制御するために燃料の加圧を制御する機能をさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項８４】
制御機能が受動的・機械的制御であることを特徴とする請求項83に記載の装置。
【請求項８５】
選択的透過性を有する膜に燃料を分散させるためにウィックをさらに備えることを特徴とする請求項46に記載の装置。
【請求項８６】
発熱機器が収納される収納体をさらに備えることを特徴とする請求項85に記載の装置。
【請求項８７】
収納体が衣類、毛布、機械、住居、運送用コンテナ、保管用容器、虫の誘引器、加湿器、香りの散布器及びそれらの組合せからなるグループから選択されるものであることを特徴とする請求項86に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
無炎燃焼ヒーターはよく知られた技術である。一般の原理は、空気（または酸素）雰囲気中で適切な炭化水素系燃料が適切な触媒と接触すると、燃料が燃焼し発熱することである。熱を伝達し、様々な目的に使用することができる。
【０００２】
人体を暖めるために上記のような機器を上着やベルト等の衣類に組み込むことが様々な特許に記述されている。主に述べられるのは燃料を送り込む方法、燃料と空気の混合物を予熱する方法（発火によることが多い）、燃料と空気の混合物の触媒部位への供給および反応により発生する熱の伝達を制御する方法である。これらのシステムは、それらが組み込まれた製品を非常に複雑にし、またコストを高くすることが多い。
【０００３】
その上、上記の特許に記述されるヒーターの多くはプロパンやブタン等のアルカン系燃料の使用を基本とする。この燃料は気体であり、衣類のような携帯する用途には向いていない。燃料として液体アルコールを使用する場合は触媒燃焼が起こる前に燃料と空気の混合物は予熱・発火される。この分類に入る燃料にメタノール、ナフサおよびエタノールがある。それらを気相中空気と触媒下で反応させるのは有利である。作動状態のアルコールが液体であるため、USP6,062,210のようにメタノール燃料を触媒に近接するフィードチューブの細孔を通して供給することは気相で反応させる一つの方法である。但し、この方法には選択性がなく、メタノール燃料に含まれているその他の物質も細孔を通過することができる。また、液体燃料の通過により触媒での燃料供給過剰（フラッディング）が起こる可能性もある。
これらの欠点を矯正するのが本発明である。
【０００４】
本願発明は燃料蒸気および空気（またはその他の酸素供給源）が触媒に供給される携帯用触媒ヒーターである。触媒が燃料の無炎燃焼を促進することにより発熱する。液体燃料は選択的透過性を有する膜を使用して供給することにより燃料蒸気として触媒に供給される。触媒は、触媒コーティング付多孔性ファイバーフェルト等の反応物質の拡散や混合を可能とする担体に置かれる。また、選択的透過性を有する膜が触媒を担持することもできる。選択的透過性を有する膜に燃料を供給することや選択的透過性を有する膜そのものの特徴で触媒ヒーターの発熱量を調節することができる。選択的透過性を有する膜で燃料を選択的分子ろ過することにより、燃料に含まれている塩類等の不純物による触媒の汚染を防ぐ。膜の選択性で燃料（例えば、メタノール）が反応生成物（すなわち、水）より優先的に膜を透過するので、液体燃料貯めは反応生成物で汚染されることなく、燃料濃度および一定の燃料供給量を保つ。選択的透過性を有する膜で燃料を隔離し拡散法を用いて燃料を供給することにより、供給量を左右するのは燃料の蒸気圧ではなく、膜と接触する液体の濃度である。従って、触媒への燃料と空気の供給が温度により影響されることを少なく出来る。
【０００５】
本発明のさらなる特徴は、追加のコーティングにより燃焼触媒の汚染を防ぐ、また触媒効果を高めることが出来ることである。コーティングがイオン（すなわち、プロトン）を導電することができる場合は、触媒における電気化学過程（つまり、触媒表面に水素・プロトン中間体を加えること、または触媒表面から水素・プロトン中間体を除去すること）により触媒燃焼の反応速度を制御・促進することが可能である。このような調節は、コーティングの両側に電極を挿入し電圧を印加することにより実現できる。コーティングは燃料、燃焼反応生成物に対してある程度の透過性を有する。触媒の粉末を担体の基板に固定する機能を有するコーティングは、触媒燃焼の反応速度を制御することにより本発明のさらなる調節機構となる。コーティングは燃料の効果を上げるために、燃料、酸化剤、反応生成物に対する親和性を有することも可能である。触媒ヒーターを様々な用途のシステムに組み込むことが可能である。液体燃料と選択的透過性を有する膜の組み合わせが触媒ヒーターに近接するという仕組みの独特の特徴の一つには、燃料が沸点に達すると触媒反応部位から熱が除去され、最高温度が制限されるということがある。蒸発した燃料を熱交換器で液化させることにより効率的に発生する熱を伝達することが可能である。燃料の沸点を設定し、それ故にヒーターの最高温度を設定するために、様々な混合燃料や燃料貯めの最高圧力を選択することができる。燃料の沸騰作用は二酸化炭素と窒素の逆拡散とともに燃料の均一性を保ち、自浄化を可能とする。均一燃料が直接触媒に接触しないので、燃料を排出することによりヒーターの燃料による汚染を簡単に除去することができる。
【０００６】
本願発明のさらなる特徴に、燃料が透過する膜は破壊しやすいものではないことがある。燃料が多孔性のチューブを通るというUSP6,138,665と違って、本発明に述べる膜の透過機構は拡散である。この特徴の実用的な重要性は、水を加えずに、純粋メタノールで触媒ヒーターを作動させる能力にある。
【０００７】
本発明のさらなる特徴は、選択的透過性を有する膜を使用する燃料供給システムにより触媒ヒーターは角度に依存しないことである。一定の液体燃料・気体燃料が選択的透過性を有する膜との接触を維持するために供給されなければならない。膜の表面が燃料に接液している限り、燃料にある気泡や気体のポケットは燃料の膜を通して拡散することに大きな影響を与えない。ウエットコーティングや芯（ウィック）を使用して選択的透過性を有する膜の表面に液体燃料を均一に伸ばすことができる。水圧の上昇は選択的透過性を有する膜に接する燃料の濃度を著しく高くしない。従って、システムを逆さにすることにより膜への水圧が高くなっても、または水圧が低くなっても、燃料の拡散率は変わらない。また、本発明は、ヒーターの複雑さやコストを増大させるポンプの使用によらず、燃料酸化剤混合物を作製する。
【０００８】
本発明のさらなる特徴は、選択的透過性を有する膜の裏で燃料を加圧することと、燃料・空気の拡散の均一な透過を制御することを可能とする膜の柔軟性にある。温度により選択的膜を通して拡散することで燃料供給を促進・制御することができる。また、本願発明は柔軟なポリマーやゴム素材を使用するため、柔軟性のある包装形態も可能である。従って、衣類、毛布、機械、住居、輸送用コンテナ、保管用容器、虫の誘引器、加湿器、香りの散布器等の幅広い用途に使用できる。
【０００９】
従来の技術
ウェイス（Weiss） US 2,764, 969、"加熱デバイス"。この特許は、反応で発生する熱を使用者の人体の様々な部位に伝達するのに数本のチューブを含む触媒加熱システムについて述べているが、選択的透過性を有する膜の使用は述べていない。
【００１０】
バルス等（Bals et al.） US 5,331,845、"探針及びアルコールの検出方法"。この特許は、アルコールの濃度を測定するための探針について述べている。探針に膜を使用してアルコール蒸気を通すが、液体アルコールを殆ど通さない。触媒燃焼ヒーターへのシステムの用途は教示されていない。
【００１１】
ウェルス（Welles） US 5,901,698、"機械的に従順で携帯用の触媒ヒーター"。この特許は、マイラー製の封筒に囲まれた、触媒を含浸させた硝子繊維でシート状の織布のような構造に織られた多孔性チューブを通して反応物質が均一に供給される携帯用触媒ヒーターについて述べている。選択的透過性を有する膜素材の使用は述べていない。
【００１２】
イェーツアンドイェーツ（Yates and Yates） US 5,928,275、"人体ウォーマーベルト"。この特許は、使用者の腎臓の周辺を暖めるためのベルト状加熱システムについて述べている。活性炭、鉄の粉末、塩水および木質繊維を含むヒートポーチを使用する。透過膜で熱量を調整することやデバイスを止める方法は述べていない。
【００１３】
ウェルス（Welles） US 6,062,210、"携帯用発熱装置"。この特許は、反応物質が柔軟性のある薄型エラストマー系シートのチャンネルを通過する携帯用触媒ヒーターについて述べている。触媒加熱部分は同チャンネルに含まれる。選択的透過性を有する膜素材の使用は述べていない。
【００１４】
花田等（Hanada et al.） US 6,138,664、"ウォーミングジャケット"。この特許は、使用者の人体を暖めるための触媒ヒーターが組み込まれた上着について述べている。選択的透過性を有する膜素材の使用は述べていない。
【００１５】
ウェルス（Welles） US 6,138,665、"携帯用発熱装置"。この特許は、マイラー製の封筒に囲まれた、触媒を含浸させた硝子繊維でシート状の織布のような構造に織られた多孔性チューブを通して反応物質が均一に供給される携帯用触媒ヒーターについて述べている。選択的透過性を有する膜素材の使用は述べていない。
【００１６】
花田等（Hanada et al.） US 6,206,909、"人体に適した携帯用ウォーマー"。 この特許は、使用者の人体を暖めるための触媒ヒーターが組み込まれたベルトについて述べている。選択的透過性を有する膜の使用は述べていない。
【００１７】
商品名・素材
シリコーンゴム膜
Specialty Silicone Products
Corporate Technology Park
3 McCrea Hill Road
Ballston Spa, NY 12020
【００１８】
DAIS高分子電解質  (DAC589- 9.1%固溶体)
DAIS-Analytic Corp.
11552 Prosperous Drive
Odessa, FL  33556
【００１９】
ザイロン製フェルト
東洋紡
〒530-8230  大阪市北区堂島浜2-2-28
【００２０】
Pt-Ru black担持カーボン
Alfa-Aesar
30 Bond Street
Ward Hill, MA  01835-8099
【００２１】
Cool Max
DuPont Corporation
1007 Market Street
Wilmington, Delaware  19898
【００２２】
Engelhard
Chemical Catalysts Group
554 Engelhard Drive
Seneca, SC  29678
【００２３】
Nafion: パーフルオロスルホン酸
DuPont Corporation
アルコール溶液の供給先：
Solutions Technology, Inc.
P.O. Box 171
Mendenhall, PA 19357
【００２４】
Aldrich Chemical Company
P.O. Box 2060
Milwaukee, WI  53201
【００２５】
図1はメタノール燃料11を充填した燃料タンク10である。アルミ製タンク10の表面には、シリコーンゴム膜8（Specialty Silicone Products, Corporate Technology Park, 3 McCrea Hill Road, Ballston Spa, NY 12020）がシリコーンゴム100%のシール材（GE Silicones, Waterford, NY 12188）により接着してある。メタノール燃料11は優先的にシリコーンゴム膜8を通して拡散し空気12と混合する。代用燃料11にはホルムアルデヒド、ギ酸、1,3,5-トリオキサン、ジメチルエーテル、アセトン、ペンタン等がある。高性能の耐熱繊維であるポリベンゾオキサゾール（PBO）のフェルト5（ザイロンフェルト、東洋紡、〒530-8230大阪市北区堂島浜2-2-8）はプラチナ/ルテニウム触媒6（Pt/Ru black, Alfa-Aesar 30 Bond Street, Ward Hill, MA 01835-8099）でコーティングされている。フェルトの代用繊維にポリベンズイミダゾール（PBI）、ポリイミド、アルミナ、硝子繊維、ジルコニア、石英、パラ型アラミド等がある。触媒層は、固体高分子電解質のDAIS（DAIS-Analytic Corporation, 11552 Prosperous Drive, Odessa, FL 33556）またはNafion (Solution Technology, Inc., Mendenhall, PA 19357)、またはシリコーンゴムの薄いコーティング7で上塗りされる。例に挙げられたコーティング及び素材は、触媒粉末の懸濁液をエアブラシで吹き付けることにより付着させることができる。上塗りのコーティングは、固体高分子電解質を溶剤に溶解しエアブラシで吹き付けることにより被覆させ、空気または不活性ガス下で乾燥させる。作動時に空気と燃料がコーティング付フェルト5に拡散し、触媒燃焼がPt/Ru black触媒の表面で起こる。フェルト5は耐熱性があり、熱容量が低い基材である。触媒6はメタノールを分解し、空気中の酸素で酸化する。触媒燃焼プロセスの最終段階である炭化水素・一酸化炭素を酸化できる触媒を使用する。触媒の上塗りのコーティング7は、触媒と触媒コーティングを保護し、フェルト5に固定する機能を持つ。その上、燃料、水に対して高い溶解度および親和性を有するので、触媒6に届く燃料の濃度を高める。また、上塗りのコーティング7は燃料、酸素に対する透過性が高いが限界があるため、触媒における触媒燃焼の反応速度を制御し、高温燃焼、有炎燃焼を防ぐ。高温燃焼は構成部品に損傷を与える可能性がある。触媒を被覆する選択的透過性を有するコーティング7は大きな有機高分子や塩類が触媒表面6へ付着するのを防止するので触媒を保護することができ、水等の反応生成物の触媒表面への付着量を制御するため周囲の汚染からも触媒表面を保護する。DAISやNafionのような電解質により上塗りされるコーティング7は触媒による酸化を促進させることができる。さらに、触媒6の表面に上塗りされるコーティング7の透過性は温度と共に変動するので、燃料・酸化剤の供給を調節することができる。例を挙げると、固体高分子電解質（Nafion、DAIS等）のような素材は温度の上昇により脱水する場合、メタノール透過性が低くなる。酸素12が周囲の空気から拡散し、メタノールが選択的透過性を有する膜8を通して拡散すると、触媒コーティング付フェルト3でメタノールと空気の混合物は触媒燃焼する。選択的透過性を有する膜8は、燃料の供給量減少の原因となる水による燃料の希釈を防止する。燃料に含まれる可能性のある汚染物を除去するので触媒6を保護する。膜は、濃度勾配および温度とともに変化する透過性により選択的拡���性が変化する。従って、選択的透過性を有する膜が燃料に浸された時に、燃料の供給は燃料の蒸気圧に影響されない。触媒コーティング付フェルト3で発生する熱はアルミ製燃料タンク10、アルミ製カバー4に伝達される。熱はタンク、カバーの表面から応用機器に伝達し、流通させることができる。また、メタノール等の燃料を燃料タンクで蒸発させ、通気管路2で液化することにより熱を移動させることができる。メタノール等の燃料11は通気管路2で液化し重力により燃料タンク10に戻る。触媒バーナーで発生する二酸化炭素は拡散供給路12またはシリコーン膜8を通して排気される。ヒーターが作動中の場合は温度が燃料の沸点を超え、燃料が沸騰することがある。燃料の蒸気が通気管路2を上り通気管路の壁2で液化する。燃料の気化が熱を除去するので、燃料の沸騰はヒーター3の温度を制御する。燃料に含まれる溶解二酸化炭素も燃料11の沸騰9により除去され、通気管路2から排気1される。
【００２６】
図2は触媒粒子13がシリコーンゴム、Nafion、DAIS等の素材またはその他の選択的透過性を有する固定材21に組み込まれたヒーターである。触媒粒子13はPt/Ruの触媒のコーティング、または表面積の高いゼオライト、アルミナ、あるいは活性炭の粒子22の表面に分散されたプラチナの極小触媒クラスター23である。ここでは、燃料が選択的透過性を有する膜18、固定材21を通して拡散し触媒粒子13に到着する。空気15中の酸素は，シリコーンゴム、あるいは、微孔性ポリテトラフルオロエチレン14（DuPont Corporation, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898）やNafionパーフルオロスルホン酸(Dupont Corporation)等の埃や液状水を除去する多孔質フィルターからなる外膜を通して拡散する。Nafionのアルコール溶液は、Solutions Technology, Inc., P.O. Box 171, Mendenhall, PA 19357 Wilmington, DEから市販されている。酸素に対する選択性を高めて燃料を選択的に保持させるために、外膜14にポリパーフルオロプロピレンオキサイドやポリパーフルオロプロピレンオキサイドコパーフルオロホルムアルデヒド（Aldrich Chemical Company, P.O. Box 2060, Milwaukee, WI 53201）等のパーフルオロポリアルキレンオキサイドのコーティングを被覆することができる。酸素膜は触媒燃焼を制御するために温度により酸素の拡散率を高くしたり低くしたりする物質的または機械的な仕組みも可能である。外膜14は、低温で断熱し高温で熱を伝達するという、断熱機能を変動させる物質的または機械的な仕組みも可能である。連続多孔質ポリテトラフロロエチレン（PTFE）、ポリベンゾイミダゾール（PBI）、フェルト、有孔ポリイミドシート等の微孔性素材は、触媒13と外部の空気15の間に拡散フィルターおよび断熱域14を設けるために有用である。酸素は拡散により触媒粒子13の表面に移動し、触媒23で燃料と反応する。触媒燃焼により発生する熱は燃料タンク、空気フィルター14の外側に伝達する。熱は、ケース20(アルミ製、ポリ塩化ビニール製またはステンレススチール製)、液化チューブ17、あるいは空気膜14の表面を通して応用機器に伝達することが可能である。メタノール燃料21は沸点に達すると沸騰し燃料膜18の表面から熱を除去する。触媒13での燃焼反応により発生する水と二酸化炭素は固定材および燃料膜18を通して、また空気膜14を通して抜ける。空気膜14に比べて燃料膜18は水より燃料を優先的に通すので、反応生成物である水は燃料21に拡散せずに主に外膜14から抜ける。シリコーンゴム、Nafion、DAISは全て二酸化炭素の透過性が高い。反応により生成する二酸化炭素の大部分は燃料膜18を通して燃料21に拡散する。燃料19が沸騰し液化チューブ17で液化78することにより熱が除去されるが、二酸化炭素も沸騰しているメタノール19と共に燃料から排気16される。排気チューブ17で液化するメタノール78は重力により燃料タンクに戻される。燃料供給システムを加えることにより上記に説明した機器は衣類のポケットヒーターとして使用できる。
【００２７】
図3では、メタノール燃料26がCool Max（DuPont）製のポリエステル繊維の湿潤するチューブライナー33を有するシリコーンゴムのチューブ28に収容されている。シリコーンゴムのチューブ28は触媒30でコーティングされたPBOまたは不織布の筒状多孔質フェルト31に囲まれている。触媒コーティングされたフェルトチューブ31はコーティングを施していないPBO製不織布29に囲まれている。作動時にメタノール燃料26はシリコーンゴムチューブ28の壁を通して触媒粒子30に拡散する。周囲の空気27から酸素が外側のPBO製不織布を通して拡散する。触媒燃焼により発生する熱は外側のPBO製不織布を通して周囲に伝達する。ここで長いチューブは被加熱機器に巻き付けるか、その表面に蛇行曲線で設置することができる。ヒーターの温度が燃料の沸点に達すると燃料26は沸騰25する。燃料の蒸気25はチューブを上り通気管路2で液化する32。液化した燃料32はチューブライナー33に吸着されチューブ内の燃料に戻される。
【００２８】
図4はメタノール燃料49と空気35が平行するチューブ36,38に収容される筒状チューブの断面図である。メタノール燃料49は片方のチューブ36に収容され、空気35は隣接する一本あるいは数本のチューブ38にポンプで注入される。空気チューブ38はシリコーンゴム製あるいはその他のポリマー製であり、空気35を通す小さな通気孔47を有する。燃料チューブ36はシリコーンゴム製であり、燃料がシリコーンゴムを介して触媒粒子39でコーティングされている周囲のPBOフェルトあるいは不織布に選択的に拡散する。触媒粒子39はゼオライト、アルミナ、または活性炭の粒子43の多孔質素材に担持される。それにスパッタでPt/RuまたはPtのフィルムが被覆される。触媒42担持活性炭43はEngelhard社（Chemical Catalysts Group, 554 Engelhard Drive, Seneca, SC 29678）から購入することも可能である。エアブラシでPBO製フェルトチューブ45に触媒粒子39を付着させる。それから、触媒粒子39を含むPBO製不織布45を濡らし、エアブラシで溶剤に溶解し1-プロパノールで希釈した固体高分子電解質DAIS 41のコーティングを被覆する。固体高分子電解質41は触媒粒子39をPBO製フェルトに固定する。触媒コーティング付PBO製フェルトチューブ45はもう一つのPBO製フェルトチューブ44に囲まれる。このPBO製フェルトチューブ44は表皮のチューブ40に対して断熱機能を有する。表皮のチューブ40の端部に設けられる通気孔46はステンレススチールまたはシリコーンゴム製である。作動時にメタノール燃料49は燃料だめ37から燃料チューブ51に流れる。メタノール燃料49は燃料チューブ36のシリコーンゴム製壁を通して触媒粒子39に拡散する。メタノールは触媒粒子にあるコーティング41を通して触媒表面42に拡散する。空気は空気チューブ38にポンプにより注入され空気チューブ38の通気孔、バイパス排気口48を通る。空気はコーティング41を通してPt/Ru触媒42に拡散する。メタノールと酸素はPt/Ru触媒の表面42で燃焼することにより二酸化炭素と水が生成される。二酸化炭素は触媒のコーティング41から拡散し、流れる空気と通気孔46から排気されるか、あるいは燃料チューブの壁36を通して燃料49に拡散する。燃料49に溶解する二酸化炭素は燃料チューブ36の流れと共に燃料だめ37に流れ、燃料だめ37の通気孔34から排気される。生成される水は触媒表面42から触媒のコーティング41を通して拡散し空気と共に通気孔42から排除される。燃料チューブ26の選択的透過性により、生成する水は殆ど燃料49に逆拡散しない。これにより、燃料の純度および燃料チューブの壁36を通す拡散率は一定に保たれる。触媒燃焼により発生する熱は、触媒表面42からコーティング41、フェルト45及び44を介して燃料チューブ、空気チューブ、表皮面40に伝達する。熱は、表皮40から応用機器に伝達したり、または燃料チューブ36、空気チューブ38のそれぞれに流れる燃料49と空気35により応用機器に伝達することができる。また、メタノール燃料49が沸騰50することにより熱を除去する機能もある。熱は、バイパス排気口48外への空気の流れ、通気孔46からの排気ガスの流れ、および燃料だめ37の壁での燃料の液化により伝達することも可能である。
【００２９】
図5は熱交換部と熱電対列を含む浸透循環システムである。この図において、メタノール燃料76は燃料だめに充填される。燃料は重力75により供給チューブ70から燃料膜58の下部に流れる。燃料76は燃料膜58を通してPt/Ru触媒56コーティングをスパッタにより付着させたPBO製フェルト77およびDAIS固体高分子電解質57に拡散する。酸素は周囲の空気73から熱交換用アルミ塊72のチャンネルを通して拡散する。反応生成物である二酸化炭素と水はアルミ塊72のチャンネルを通して外部へ拡散する。二酸化炭素は燃料フィルター58を介して燃料に拡散することもある。Pt/Ru触媒56コーティング付PBO製フェルト77での触媒燃焼により発生する熱はチャンネル付アルミ塊72に入り、燃料膜58を通して燃料76に伝達する。燃料の温度が沸点に達すると燃料が沸騰し、燃料に気泡68ができる。気泡はアルミ製熱交換部60に浮上する。熱交換部60で燃料の蒸気68が液化61し、熱を伝達する。燃料が液化してから二酸化炭素の気泡59は残るが、これは流れる燃料63と共に燃料だめタンク74に移動する。燃料に溶解しない二酸化炭素59は通気管路チューブ62の通気バルブ64から抜ける。通気するガスと一緒に移動するメタノールは、通気管路チューブ62と通気バルブ64を覆う触媒コーティング付フェルト71により触媒燃焼される。チャンネル付アルミ塊72に伝わる熱はセラミック製絶縁体53を通して熱電対列54に伝達する。熱電対列はテルル化ビスマス合金の塊54、金属の導体52および出力リード線55,69からなるペルチエ接合である。熱は熱電対列を通して第２のセラミック製絶縁体66に伝達し、それからチャンネル付アルミ製熱交換部67に伝達する。触媒ヒーターの作動時に、熱電対列は熱と共に電気を発生させる。
【００３０】
図6は熱交換部、熱電対列、ポンプで注入する空気、燃料制御バルブ、電子制御装置を含む触媒ヒーターである。この図は、触媒ヒーターの電子温度調節の通気型加熱器の応用例である。燃料だめはメタノール燃料81で充填されている。燃料は重力により燃料チューブ80から燃料チューブ80にある燃料膜108の下部に供給される。供給チューブの燃料膜供給口の近辺に遮断弁100が設置される。燃料タンクの出口の近辺にもう一つの弁79が設置される。両方のバルブの電子制御は可能であるが、最も実用性が高い作動方法は上部の弁79だけを電気で閉めることによりシステム中の通気を止めることである。下部の遮断弁100は手動弁とすることが可能である。ヒーター115, 106, 107は続けて発熱するが、燃料蒸気が燃料膜108から燃料を排除する。これによりヒーターの圧力・温度の均衡が保たれるので、ヒーターは少量の燃料でアイドリングができる。温度が燃料の沸点を下回ると、燃料が液化し燃料膜の周辺に移動するので、加熱サイクルが再度開始する。遮断弁100を閉めると燃料の供給が止まるが、燃料蒸気99および液体燃料110が燃料だめ103に戻るか、あるいは触媒バーナー115、106、107で燃焼されるまでヒーターは作動し続ける。その後、ヒーターシステムの作動が停止する。過剰の圧力と二酸化炭素ガスを逃がすために、燃料だめの通気チューブ82および上部の弁79のどちらかの側に安全弁104、114を設置することができる。安全弁104、114および通気口はバネ付シールの蓋として組み込むことができる。安全弁の開放した圧力でメタノール燃料、あるいはその他の燃料の沸点が設定される。触媒バーナーの最高外部温度を調節するために様々な燃料を使用することができる。沸騰液と定量の沸騰しないガスを含む平行する配管を使用することにより触媒バーナーの最高外部温度を調節することも可能である。触媒ヒーターに加熱した空気を供給するために、出口の熱交換器85と平行する管路92を設置する。空気84は触媒バーナーに到着する前に送風機89により熱交換器85に吸い込まれ予熱される。空気は触媒バーナーのアルミ製チャンネル116を通り、排気101として燃料タンク103のそばを通過する。排気101は燃料タンク103を通過すると冷却され、排気101に含まれる燃焼の生成物である水分が液化し排気チューブ92に回収することができる。仕切り112の向こう側で熱電対列113にあるアルミ製の熱交換器87を冷やすために冷たい空気90は管路95に吸い込まれる。空気83は送風機97により熱交換器96を通して応用機器に送風される。作動時に燃料81は燃料膜108を通してPt/Ru触媒106コーティングをスパッタにより付着させたPBO製フェルト115およびDAIS固体高分子電解質107に拡散する。酸素は周囲の空気から送風機89により熱交換用アルミ塊116のチャンネルに吸い込まれる。予熱された空気は燃料だめと熱交換器のそばを通過し排気される。燃焼反応の生成物である二酸化炭素と水は流れる空気と共にアルミ塊116のチャンネルを通って運ばれる。排気101が冷えると、液化する生成水の一部は回収することができる。生成された二酸化炭素の一部は燃料膜108を通して燃料に拡散する。Pt/Ruコーティング106付PBO製フェルト115における触媒燃焼により発生する熱はチャンネル付アルミ塊116に伝達したり、また燃料膜108を通して燃料81に伝達する。燃料の温度が沸点に達すると、燃料���沸騰し燃料99に気泡ができる。燃料にある気泡はアルミ製熱交換器85に浮上する。熱交換器で燃料の蒸気が液化し熱を伝達する。燃料が液化111してから二酸化炭素の気泡109は残るが、これは流れる燃料と共に燃料だめタンク103に移動する。燃料に溶解しない二酸化炭素109は通気管路チューブ82の通気バルブ104から抜ける。チャンネル付アルミ塊116に伝わる熱はセラミック製絶縁体93を通して熱電対列113に伝達する。熱電対列はテルル化ビスマス合金の塊105、金属の導体117および出力リード線165,94からなるペルチエ接合である。熱は熱電対列を通して第２のセラミック絶縁体86に伝達し、チャンネル付アルミ製熱交換器87に伝達する。触媒ヒーターの作動時に熱電対列は熱と共に電気を発生させる。熱電対列で発生する電力は、送風機の電動機98を作動させたり、バッテリーを充電したり、また、温度調節器の電子温度制御や電気的駆動弁を作動させるために使用することができる。作動時にバルブ100、110は開放する。燃料は燃料だめから燃料膜に流れることによりヒーターが作動し熱くなる。非常に低温の状態の場合は、抵抗加熱器88が図7に示されているバッテリー122からのエネルギーを使用し、燃料膜108及び触媒付フェルト115、106、107が燃料81を蒸発させ触媒燃焼を開始させる。温度が燃料81の沸点に達すると蒸発・液化による熱交換量は大きくなる。熱電対列113は送風機98の電動機や図7に表示されるバッテリー122の充電のために充分な電気を発電する。応用機器に充分な熱が供給されたら、図7に表示される温度調節器118は第２のバルブ79を閉めることにより送風機89、97が停止する。燃料蒸気99は燃料膜108の周辺から液体燃料81を排除し、燃料だめ103に戻す。触媒ヒーター115、106、107は燃料の供給量が減り酸素ばかりが入口、出口管路から拡散してくるために燃焼の反応速度が遅くなる。簡略化した温度調節可能な加熱システムでは、第２のバルブ79の温度調節のみで温度の調整が可能となる。この簡略化した温度調節システムでは、気体は対流および燃料の沸騰・液化により循環する。バルブを金属の差圧弁や流体膨張バルブとすることにより、電気系統を不要とすることが可能である。上記に説明した加熱装置は部品を調整することにより衣類、毛布、機械、住居、運送用コンテナ、保管用容器、香りの散布器、加湿器、虫の誘引器等の幅広い用途に使用できる。
【００３１】
図7は図6に表示されるヒーターの電子制御システムの略図である。熱電対列119の電気出力はバッテリー122を充電するためにダイオード124に供給される。バッテリー122の電気出力および熱電対列119の電気出力は温度調節器118により切替えられる。簡略化のために、ここで温度調節器118を概略的にバイメタルスイッチとして表示する。サーミスタ、統合型電子制御等、他に使用できる温度調節方式は数多くある。温度調節器118の温度が所定の設定温度に達するとスイッチが閉路し、触媒ヒーター部と空気の供給のための送風機121が電流で稼働する。電気機械的バルブ120は電流により開放されるので、図6に表示される触媒ヒーター115、106、107に供給するために燃料が拡散膜108に流れる。この略図7にもう一つのバイメタル温度調節スイッチ171が表示される。これは温度がヒーター115、106、107における触媒燃焼を開始させる温度を下回る時に閉路するように設定できる。スイッチが閉路することにより電流は抵抗コイルヒーター123、または図8に示す触媒の電解セルに流れる。抵抗ヒーターの他に、触媒の回りの燃料・空気混合物を点火させるために繰り返して火花を散らすイグニション・コイルを使用することもできる。これにより触媒燃焼が開始するので、触媒ヒーターが反応を持続できる温度に達する時点でバイメタル温度調節スイッチ171は開路し、電気的補助により起こる触媒燃焼が停止する。ヒーターは負荷の設定温度に達するために充分な熱を伝達したら、温度調節器171は開路し送風機121が停止する。電気で作動するバルブは閉まり、拡散膜108への燃料供給が停止する。触媒ヒーター115、106、107は拡散膜108の回りの燃料を消耗するまで、または排除するまで作動する。熱電対列119は、触媒ヒーターの温度が降下し、熱電対列の電圧がバッテリーの電圧を下回る時までバッテリー72を充電し続ける。ダイオード124はバッテリー122から熱電対列119への放電電流を防ぐ。
【００３２】
図8は電気化学的燃焼セルである。このセルは金をスパッタ蒸着したPBO製フェルト135、133からなる二つの電極129、126である。気体はフェルト135、133の通気孔140から電極に透過する。Pt/Ru black、またはスパッタ蒸着Pt/Ru136、134はPBO製フェルトに吹き付けてコーティングされ、Pt/Ru black 136、134の上に固体高分子電解質DAIS137、125の1-プロパノール溶液が吹き付けられてコーティングされる。電解質DAISのシート138は二つの電極126、128の間に挟まれる。セルに近接する選択的透過性を有する膜128および燃料139のタンク130からのメタノール拡散によりメタノール燃料がセルに供給される。作動時にメタノール燃料132と空気131が触媒136の表面に拡散する。電極126、129を通してセルに電位差が発生する。メタノールと酸素は触媒136の表面で酸化する。膜に印加する電圧の調整により触媒燃焼を促進したり、または制御することができる。この方法により、触媒性能を微細に制御することができる。触媒136、134の表面でメタノールから分解されるプロトンは電解質コーティング137、電解質の隔離板138を通して他方の電解質コーティング125に移動する。プロトンが電解質を通して移動することにより、メタノール燃料のイオンも電解質の隔離板138を通して引っ張られるので酸化可能な燃料供給量を増加させることができる。燃料供給側132と空気供給側131のそれぞれの濃度により、外部から電圧を印加せずにセルが燃料電池のように作動することがある。セルの生成物はセルの外に拡散する二酸化炭素と水である。この電気化学的燃焼セルに五つの特徴がある。第一、触媒を電極の電位差により浄化することができる。第二、触媒の表面からプロトンを除去することは触媒の性能を促進する。第三、電流がオーム抵抗により触媒部を加熱することができる。第四、触媒と燃料における電気化学ポテンシャルは常温で遅い触媒反応を促進することができる。第五、電位差の調整により触媒の分解ルートを変えることができる。従って、非極性触媒に比べて、幅広い燃料や燃料供給条件が可能となる。
【００３３】
図9は触媒燃焼に供給される燃料及び／または酸素の供給量を調整するために拡散膜を感圧式バルブとして使う方法を表す。本願発明のこの形態では、選択的透過性を有する膜158に厚くした部分144、または厚板152の開口153に相当する位置の膜158にアルミ等の円盤状不透過性フィルム144がシリコーンシール材あるいはスパッタ装着で付けられる。触媒のフェルト143は開口付厚板152に敷設される。二枚の空気を拡散させる非整列開口145、149付アルミ製厚板148、157は触媒フェルト143に敷設される。開口付厚板148、157の縁はシリコーンシール材で触媒フェルト143、開口付厚板162に接着される164、150。二枚の拡散用厚板148、157の間の間隙の幅は接着剤のシール164、150の厚みにより定められる。柔軟性のあるシール用厚板の使用、あるいは開口が非整列に押し合うことが可能な厚板の使用により燃料・酸素の拡散速度も調整できる。図9は両方の仕組みを示す。酸素拡散用開口145の入口側における酸素の触媒フェルト143から第１の柔軟性外板148への拡散は、燃料供給と同様に調整できる。第２の外板157および非整列開口149またはシール付開口が酸素用厚板と一緒に使用される。燃料膜158が燃料側開口付厚板152、触媒フェルト143および外板148、157に押し付けられる時に酸素の拡散量が減少する。排気141の排出口142に圧力調整弁または流量調整弁154が設置される。燃料タンク160はアルミ製である。シリコーンゴム燃料膜148は、シリコーンシール材でアルミ製タンク160に接着されている。アルミ製タンク160およびシリコーンゴムの膜148からなる燃料マニホールドにメタノール燃料151が含まれる。作動時に燃料151は膜158を通して拡散する。酸素は周囲の空気から開口付厚板157、148を通して触媒フェルト143に拡散し、燃料と酸素が燃焼する。燃焼反応で発生する熱は燃料タンク160を加熱し、燃料159を沸騰させ、外板157を加熱する。燃料151に二酸化炭素や窒素等の気体が拡散するため、燃料タンク160は加圧される。加圧によりタンクが燃料膜158をたわませ、開口付厚板152、148、157および触媒フェルト143に押し付けるので、燃料と空気の触媒フェルト143への拡散が絞られる。燃料膜158、開口付厚板152、148、157による拡散の絞り具合により、触媒燃焼器の発熱が停止する、あるいは減少する。発熱量およびヒーターの温度は排気バルブ154における流量の調整により調節できる。バルブを通過する流量が多ければ多いほど、沸騰した燃料159や燃料に拡散した気体の排気量が多くなる。気体は燃料膜158の温度および燃料151の沸騰により拡散する。燃料に拡散する気体および燃料蒸気は燃料タンクにおける気体源となる。排出管で調整弁154により気体を排気141させることにより燃料タンクの圧力が調整され、膜を通す燃料供給量も調整されるので、結果として発熱量も調整される。調節弁から排出される燃料蒸気141は排出口を囲む触媒コーティング付スリーブ146、155、147により燃焼される。さらなる触媒燃焼の制御方法は、燃料膜158が開口付厚板152に押し付けられる時に触媒フェルト143が外側の熱損失面148、157に押し付けられることである。これにより触媒燃焼フェルト143の断熱性が少なくなるので、触媒燃焼部が冷え、反応速度が遅くなる。
【００３４】
図10は、選択的透過性を有する密閉燃料アンプルを含む触媒ヒーターの断面図である。触媒ヒーターの燃料は燃料アンプルの壁を通して触媒ヒーターに拡散する。触媒ヒーターのこの形態では、燃料アンプル196はメタノール燃料197を含むシリコーンゴムの筒または袋をシリコーンシール材で密封したものである。このアンプル196は使用するまで図11に表示されるメタノールを透過しない容器に保管できる。縁にシール180があるアルミ容器170、192等の再び密閉できる、メタノールを透過しない、熱を伝達する容器を成型する。使用する前に、容器は外側からシールされる（不図示）。容器170、192をシールするには、縁のガスケット180を圧縮する縁190のちょうつがいと締め具等様々な機構がある。アルミ容器170の壁191に吸気孔がある。メタノールを透過しない、熱を伝達する容器170、192の中に燃料アンプル196およびPBI製フェルト193が収納される。触媒付フェルト193はPt/Ruをコーティングした炭素担持粉末触媒194およびDAISの透過性保護コーティング195からなるもので、吸気孔191に隣接するように設置される。作動時に燃料アンプル196は容器170、192に挿入され、締め具で固定される。メタノール燃料はアンプルの壁196および触媒の保護コーティング195を通して触媒194に拡散するが、酸素はアルミ容器192の吸気孔191および触媒の保護コーティング195を通して触媒194に拡散する。メタノール燃料と酸素は触媒194で燃焼するが、反応生成物である水と二酸化炭素は保護コーティングを通して通気孔191から拡散する。二酸化炭素の一部は燃料アンプル196に拡散する。平衡を達成すれば密閉アンプルから拡散していく。燃料の沸点に達すると燃料が沸騰198する。アルミ容器170に熱が移動すると燃料は液化する199。燃料アンプルが燃料の沸騰198により加圧すると、アンプル196は膨らみ、触媒フェルト195、194、193と容器の壁192に押し付けられる。これにより触媒フェルトからの熱伝達速度が速くなり、触媒フェルトへの空気の拡散を遮断することにより触媒ヒーターの熱出力が小さくなる。従って、このヒーターは温度の自動調節機能を有する。
【００３５】
図11は選択的透過性を有する燃料アンプルおよび燃料を透過させない容器の断面図である。燃料アンプルはメタノール182を含むシリコーンゴムの筒183をシリコーンシール材で密封したものである。燃料アンプルはポリエチレン製袋181内にヒートシールされる。シリコーンゴムの壁はメタノール燃料の透過性が高いが、ポリエチレン製袋の透過性は低い。外部容器181の使用により燃料アンプル183は使用するまで保管することが可能となる。燃料アンプルを使用する時にポリエチレン製袋181を破りアンプル183を図10に示すヒーターにセットする。シリコーン容器とポリエチレン製袋の大きさがぴったり合えば、袋の中のデッドボリュームが減り、保管できる燃料の量が増える。
【００３６】
図12はポンプ付アンプルを含む触媒ヒーターの断面図である。この形態のヒーターには弾力性のあるアンプルがあり、燃料が拡散する区域に弾力性があるものであるか、またはチューブ200に入っている気体201は弾力性を加えるために充分な量であるものである。ヒーターシステムは熱可塑性ゴム（Santoprenea thermoplastic rubber, Advanced Elastomer Systems, 388 S. Main St., Ste. 60, Akron OH 44311）からなる。燃料袋は厚い膜218と薄い膜220の縁をヒートシールしたものである。メタノールを透過しない柔軟性のあるゴムを使用する。燃料袋218はメタノール燃料219で満たされる。燃料袋にバネ付227、228シール221、217を有する入口、出口の接続部がある。燃料袋218は留め金222、216、あるいはネジ接続により燃料ホース200、212に接続される。接続部221、217はVitona(Quality Gasket Company, 511 Gates Street, Philadelphia, PA 19128)のゴムシール223、215により燃料ホース200、212にシールされる。ホースが固定され、バルブを開けるピン224、214がバネ付バルブ228、277を押すと接続部が開放する。二つの一方向弁225、213は燃料ホース200、212に設置される。一方向弁225、213の圧締圧力は復元バネ226、229等により調整できるので、燃料袋218、220から燃料を供給するための必要最低限の圧力も設定できる。一方向弁225、213はホースで燃料輸送袋、または導管210につながっている。燃料輸送袋は肉厚0.5mm〜0.025mmのシリコーンゴム製導管210、230（Sio Flex Tubing、Specialty Silicone Fabricators, 3077 Rollie Gates Drive, Paso Robles, CA 93446）からなる。あるいは、シリコーンの袋230は肉厚0.5mm〜0.025mmのポリエステル強化シリコーン膜210（Vulcanized Sheeting, Specialty Silicone Fabricators）からなる。燃料の戻り管212は燃料輸送袋210、230と一方向弁213の間に設置される。燃料輸送袋210、230はPt/Ru Blackコーティング207およびDAIS高分子電解質の上塗り層208付PBOフェルト206からなる触媒ヒーターフェルトに近接する。アルミまたはシリコーンゴム製箱204の中で燃焼空間209を設けるために触媒付フェルト203および燃料輸送袋210、230はシリコーンシール材で張り合わせられる。アルミ製箱204に通気孔205がある。作動時に燃料タンクは接続部215、223でヒーターシステムに接続される。使用可能な燃料タンクにはピン接続が燃料接続部のシールを破裂させる、または開放させる燃料充填済みアンプル等がある。燃料隔壁220を指で押すことにより燃料袋218が加圧され、燃料219が結合部221、一方向弁225、チューブ200を通して燃料輸送袋または導管230に流れる。燃料輸送袋230への逆流を防ぐために一方向弁213は閉鎖される。燃料吸い上げの原因となる重力による水圧上昇を防ぐために、一方向弁225、213の閉鎖状態を保つようにバネ226、229の開き力が調整される。燃料タンクの隔壁220から指の圧力を下げると、一方向弁225が閉鎖し、燃料袋218の圧力が低くなると一方向弁213が開く。これにより燃料輸送袋230から燃料219および燃料蒸気211が吸い込まれる。メタノール燃料219が輸送袋230に入っている時は、燃料が膜202を通して触媒フェルトの燃焼空間209に拡散する。メタノール燃料219は触媒コーティング208の表面、触媒の表面207に拡散する。同時に酸素は通気孔205を通して触媒フェルトの燃焼空間209に拡散し、また触媒コーティング208を通して触媒207に拡散する。酸素とメタノール燃料は触媒207の表面で触媒燃焼される。反応生成物である水と二酸化炭素は触媒表面の���ーティング208を通して触媒フェルトの燃焼空間に拡散し、通気孔205から排気される。触媒燃焼による発熱が燃料を沸騰させると燃料輸送袋210、230は加圧される。燃料輸送袋の加圧により一方向弁213は開放し、メタノール蒸気211および液219が燃料袋218に流れる。メタノール蒸気は燃料袋218で液化する。燃料蒸気および燃料沸騰により拡散する気体で加圧される燃料輸送袋は拡散膜210を膨らませ、触媒フェルト203を容器の壁204に押し付ける。これにより触媒部位207から外部の空気への熱伝導率を高くし触媒207を冷却する。触媒フェルト203を壁に押し付けることにより、酸素が拡散できる空間が狭くなり、触媒部位203への酸素の拡散が減少するので、触媒燃焼が遅くなる。触媒部位およびメタノール燃料211の冷却により触媒燃焼システムに温度のフィードバック制御が可能となる。使用者が燃料袋220を押すことにより発熱させる衣類等、燃料をポンプする特徴は様々な用途に適用できる。この特徴により使用者は加熱時間および加熱量を管理できる。
【００３７】
基本的な特徴
1. 燃料は選択的透過性を有する膜を通して供給される。
2. 選択的透過性を有する膜の使用により燃料は供給されるが、反応生成物である水の逆流による燃料の希釈が防止される。
3. 選択的透過性を有する膜は酸素を透過させるが、燃料を逃さないために燃料の透過が制限される。
4. 二酸化炭素およびその他の気体は膜及び通気孔に拡散し、沸騰する燃料中を循環する。
5. 多孔性基材に分散された触媒がある。
6. 触媒に燃料と酸化剤を透過させる保護コーティングがある。
7. 触媒に選択的透過性を有するコーティングがある。
8. 触媒に燃料を逃さないコーティングがある。
9. 触媒に触媒の性能を向上させるコーティングがある。
10. 触媒に電解質、および／または、酸性または塩基性のコーティングがある。
11. 最高温度を制限する調節機能として燃料が蒸発し膜から触媒反応部位に移動する。
12. 温度の加熱速度を制御するために燃料の沸騰または充填を制御するバルブまたは流量制限の仕組みがある。
13. 触媒ヒーターの温度を調節するために水やその他の炭化水素燃料等の異なる沸点を有する燃料添加剤を使用する。
14. 燃料の蒸発、液化機能を熱交換器として使用する。
15. 燃料の沸騰により反応部位の温度を保つ。
16. 熱電対列を組み込むことにより電気的エネルギーをヒーターから抽出し熱を伝達する。
17. 熱交換器によりヒーターに入る空気を予熱し、負荷の熱を伝達する。
18. ヒーターの排気から凝縮する水を抽出する。
19. 選択的透過性を有する膜の使用により触媒反応部位に入る酸化剤を制限する。
20. 触媒部位に入る気体酸化剤を温度で制御するために気孔を使用する。
21. 触媒部位、熱交換部に供給される燃料または酸化剤を調節するために送風機またはポンプを使用する。
22. 性能を向上させるために電気化学的触媒を使用する。
23. 触媒ヒーターを稼働させるために電気加熱を使用する。
24. 発熱量を制御するために受動的・機械的制御および燃料の加圧を使用する。
25. 選択的透過性を有する膜に燃料を分散させるためにウィックを使用する。
26. ヒーターを衣類、毛布、機械、住居、運送用コンテナ、保管用容器、虫の誘引器、加湿器、香りの散布器等の幅広い用途に使用する。
【００３８】
本願発明の具体的な実施例を説明したが、下記の請求項に定められる発明の範囲から離れることなく本願発明の改良や変形形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料タンク、膜、触媒担持フェルトの断面図。
【図２】燃料タンク、膜、マトリックスに包埋された触媒、外側の拡散膜の断面図。
【図３】選択的透過性を有するチューブを含む燃料供給システム、周辺のチューブ状触媒担持不織布の断面図。
【図４】囲まれたチューブ状触媒担持フェルトまたは不織布へ燃料・空気を供給するチューブ状供給システムの断面図。
【図５】燃料タンク、膜を使用したヒーター、熱電対列、熱交換面の断面図。
【図６】触媒ヒーターシステム、熱電対列、バルブ、送風機、電子温度調節器、気体流路の断面図。
【図７】触媒ヒーターシステムの電気制御システムの略図。
【図８】触媒ヒーターの電気化学セル、拡散による燃料供給システムの断面図。
【図９】膜のバルブによる温度調節機能を有する触媒ヒーターの断面図。
【図１０】選択的透過性を有する密閉の燃料アンプルを含む触媒ヒーターの断面図。
【図１１】選択的透過性を有する燃料アンプル、燃料を透過させない容器の断面図。
【図１２】ポンプ付アンプルを含む触媒ヒーターの断面図。
【図１】
2005505738.tif 000003
【図２】
2005505738.tif 000004
【図３】
2005505738.tif 000005
【図４】
2005505738.tif 000006
【図５】
2005505738.tif 000007
【図６】
2005505738.tif 000008
【図７】
2005505738.tif 000009
【図８】
2005505738.tif 000010
【図９】
2005505738.tif 000011
【図１０】
2005505738.tif 000012
【図１１】
2005505738.tif 000013
【図１２】
2005505738.tif 000014
【国際公開パンフレット】
2005505738.tif 000015
2005505738.tif 000016
2005505738.tif 000017
2005505738.tif 000018
2005505738.tif 000019
2005505738.tif 000020
2005505738.tif 000021
2005505738.tif 000022
2005505738.tif 000023
2005505738.tif 000024
2005505738.tif 000025
2005505738.tif 000026
2005505738.tif 000027
2005505738.tif 000028
2005505738.tif 000029
2005505738.tif 000030
2005505738.tif 000031
2005505738.tif 000032
2005505738.tif 000033
2005505738.tif 000034
2005505738.tif 000035
2005505738.tif 000036
2005505738.tif 000037
2005505738.tif 000038
2005505738.tif 000039
2005505738.tif 000040
2005505738.tif 000041
2005505738.tif 000042
2005505738.tif 000043
2005505738.tif 000044
2005505738.tif 000045
2005505738.tif 000046
2005505738.tif 000047
2005505738.tif 000048
2005505738.tif 000049
2005505738.tif 000050
2005505738.tif 000051
2005505738.tif 000052
2005505738.tif 000053
2005505738.tif 000054
2005505738.tif 000055
2005505738.tif 000056
2005505738.tif 000057
2005505738.tif 000058
2005505738.tif 000059
2005505738.tif 000060
2005505738.tif 000061
2005505738.tif 000062
2005505738.tif 000063
2005505738.tif 000064
2005505738.tif 000065
2005505738.tif 000066
2005505738.tif 000067
【国際調査報告】
2005505738.tif 000068