(57)【要約】燃料電池電力設備（１０）、主としてプロトン交換膜（ＰＥＭ）型のもののための保温システム。保温システムは、電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）（１２）および水管理システム（２８、３０）などの電力設備の凍結に敏感な部分が、非常に寒冷な外部温度下で、７日以上の長期間の保管（ＣＳＡ停止）の際に凍結するのを防止する。システムは、通常ＣＳＡのアノード（１６）に燃料を供給するための、主として水素（２５）である事前に貯蔵されかつ加圧された燃料を触媒燃焼器（６６）での触媒酸化反応のための燃料として用いる。水素あるいは他の適切な燃料は、空気（２２）などの酸化剤と触媒的に反応して、加熱されたガスを生成し、この加熱されたガスは、電力設備（１０）の凍結に敏感な部分（１２、２８、３０）内を熱交換関係で対流的に通過する。水素と空気の反応による大体２００°〜７００°Ｆの熱は、加熱されたガスを電力設備（１０）の必要な部分に分配し、燃焼器（６６）に空気流れを誘導する対流を生成する。この対流は、ポンプや送風機などの電気的な寄生負荷の必要性を未然に防止する。１つまたは複数の断熱手段（６４）が、凍結に敏感なＣＳＡ（１２）および水管理システム（２８、３０）の一方または両方と、触媒燃焼器（６６）からの加熱されたガスの対流とを実質的に囲み、システムの熱効率を向上させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池電力設備１０）のための保温システムであって、
ａ．アノード（１６）、カソード（１８）、電解質（１４）、および冷却器（２０）を含む燃料電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）（１２）と、
ｂ．少なくともいくらかの燃料がアノード（１６）に反応物として供給される、燃料の供給を提供する燃料供給手段（２５）と、
ｃ．動作可能なようにカソード（１８）に供給される酸化剤反応物の供給源（２２）と、
ｄ．動作可能なようにＣＳＡ（１２）の冷却器（２０）に接続された水管理システム（３０、２８）と、
ｅ．ＣＳＡ（１２）および水管理システム（３０、２８）の少なくとも一つを囲み、その断熱を提供する断熱手段（６４）と、
ｆ．動作可能なように燃料供給手段（２５）および酸化剤反応物の供給源（２２）に接続され、触媒的に燃料および酸化剤を反応させかつ熱の供給源を提供する触媒燃料燃焼器手段（６６）と、
を備え、燃焼器手段（６６）は、断熱筺体手段（６４）内へ、さらに断熱筺体手段（６４）内のＣＳＡ（１２）および水管理システム（３０、２８）の少なくとも一つに、加熱されたガスを供給するように配置されかつ動作可能であることを特徴とする、保温システム。
【請求項２】
触媒燃焼器手段（６６）は、酸化剤の存在下、約１０００°Ｆより下の温度範囲においてのみ熱を放出するように炎を出さない仕方で燃焼的に燃料を反応させるための触媒表面（７２）を含むことを特徴とする請求項１記載の保温システム。
【請求項３】
触媒燃焼器手段（６６）での触媒燃焼によって放出された熱は、約２００°〜７００°Ｆの温度範囲にあることを特徴とする請求項２記載の保温システム。
【請求項４】
酸化剤反応物の供給源（２２）は、周囲空気であり、空気は、触媒燃焼器手段（６６）に供給されて燃料供給手段（２５）からの燃料と混合され、混合物は、触媒表面（７２）の存在下、燃焼的に反応して熱を放出することを特徴とする請求項２記載の保温システム。
【請求項５】
燃料供給手段（２５）は、加圧下で貯蔵されている水素の容器を備えることを特徴とする請求項１記載の保温システム。
【請求項６】
ＣＳＡ（１２）および水管理システム（２８、３０）は両方とも、断熱手段（６４）によって実質的に囲まれていることを特徴とする請求項１記載の保温システム。
【請求項７】
ＣＳＡ（１２）の電解質（１４）は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）であり、燃料供給手段（２５）からの燃料は、水素であり、触媒燃焼器手段（６６）での触媒燃焼によって放出される熱は、約２００°〜７００°Ｆの温度範囲にあることを特徴とする請求項４記載の保温システム。
【請求項８】
アノード（１６）、カソード（１８）、電解質（１４）、および冷却器（２０）を含む燃料電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）（１２）と、少なくともアノード（１６）に燃料を提供するための燃料供給源（２５）と、少なくともカソード（１８）に供給するための酸化剤反応物の供給源（２２）と、動作可能なようにＣＳＡ（１２）の冷却器（２０）に接続された水管理システム（３０、２８）とを有する燃料電池電力設備（１０）において、
ａ．停止中に、加熱されたガスを触媒燃焼が提供するように燃料（２５）および酸化剤（２２）を選択的に触媒燃料燃焼器（６６）に流す（６２、６３、６９、６７）ステップと、
ｂ．燃料電池電力設備（１０）の凍結に敏感な部分と伝熱関係に前記加熱されたガスを対流的に流してその部分に熱を供給するステップと、
ｃ．燃料電池電力設備（１０）の凍結に敏感な部分と伝熱関係において流れる前記加熱されたガスを含む燃料電池電力設備（１０）の凍結に敏感な部分を断熱するステップと、
を含むことを特徴とする、停止中に燃料電池電力設備（１０）の凍結に敏感な部分内の水の凍結を防止する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、とりわけ輸送用車両や可搬式、固定式電力設備に用いるために適応あるいは意図された燃料電池電力設備に関する。本発明は、さらにとりわけ燃料電池電力設備、特にプロトン交換膜（ＰＥＭ）型燃料電池電力設備内の休止および保管期間の際における水の凍結を防止する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池電力設備は、一般に酸素または空気および水素などのそれぞれの酸化性流体おおび還元性流体から電気エネルギーを生成するために用いられる。電気エネルギーは、宇宙船、陸上車両、および／または多様な他の固定式および可動式用途などにおける多様な環境において電気装置に電力を供給するために用いられる。このような電力設備においては、多数の平面状の燃料電池が、通常水素などの還元性反応物、酸素あるいは空気などの酸化剤反応物、冷却剤および生成物流体の流れを受け取りおよび／または生成するスタック内に、配置されている。それぞれ個々の電池は通常、水素反応物を受け取るアノード電極、酸化剤反応物を受け取るカソード電極、および、アノードおよびカソード電極の間のプロトン交換膜（ＰＥＭ）などの電解質を含む。各電池は同様に通常、水などの冷却剤および生成流体の導入、貫流および／または除去のための関連構造を含む。
【０００３】
重要な利点を有するとはいえ、燃料電池、とりわけＰＥＭ型電池は、液体水の電池内へ、電池を通る、また電池からの輸送に関する制限を有する。寒い環境において輸送用車両やその他の装置に電力を供給するためにこのような燃料電池を用いる際は、生成物水および／または全ての水冷却剤液体の凍結によって引き起こる機械的な損傷を防止し、さらに生成物水および／または水冷却剤液体の凍結などの状況による再始動の遅延の不便さを最低限に抑えるなどといった水の管理に伴う付加的な懸念が生じる。車両に電力を供給するのに燃料電池電力設備を用いる用途では、一般に−４０℃、１０秒間など厳しい氷点下の周囲条件においても始動および作動が可能で、硬氷結から−５０℃においても永久損傷のないことが一般的に必要である。保管の際に氷が形成される場合、始動条件に適合せず、内部電力のみを用いて自力で始動する前に解凍する必要がある。
【０００４】
耐凍結性の燃料電池電力設備を提供する方法の一つは、２００１年８月２２日に出願された本願の譲受人に譲渡された出願「耐凍結性電力設備」米国特許出願第０９／９３５，２５４号によって説明されている。この出願においては、水と不混和性の流体および冷却水を含む耐凍結性アキュムレータを有する水置換システムが、停止時に冷却流路内の水を除くのに用いられている。短期間の停止期間、水と不混和性の流体を補助的に加熱して凍結を防止する対策が採られることもある。しかしながら、長期間の停止においては、すなわち氷点下の気候における数日間を上回る「保管」においては、システムのアキュムレータ部内の水分は凍結し、起動のための融解に過剰な時間およびエネルギーを必要とする。
【０００５】
低い周囲温度の期間において電池スタックアッセンブリ内の適切な作動温度における維持の別の方法は、少なくとも作動期間、短期間の停止、および再起動について、公開番号第ＷО０１／４８８４６Ａ１号で２００１年７月５日に公開された、燃料電池スタックの温度を上昇させる方法および装置という名称のＰＣＴ国際特許出願ＰＣＴ／ＣＡ００／０１５００において説明されている。この出願においては、作動中、短期間の停止中および／または再起動時においてスタックアッセンブリを望ましい温度に加熱するために、冷却剤の流れ経路内または反応物の流れ経路で燃料反応物および酸化剤反応物を燃焼させることを説明している。スタック構成部品を含む保温方法は、一部の状況では望ましくなり得るが、一般に、より複雑な、従ってより高価な制御機構が必要である。修理不可能な損傷を引き起こし得る過剰な温度あるいは他の極端な条件からスタック構成部品を保護するために、より厳しい要件が必要となる。それらの複雑性のため、これらの方法はまた、より多くのエネルギーを必要とし、従ってより多くの燃料消費が必要となり、保管の際に保護し得る期間を制限する。
【０００６】
硬氷結によって予期される量の氷を融かすのに必要なエネルギーは、Ｈ2などの貯蔵した燃料反応物から得ることができるが、電力は、氷を融かすために用いられるので、かねり実際的な電力が１０秒以内で生成される必要があり、これは電力設備自体の電力定格を超える。燃料反応物が燃焼により加熱に直接用いられる場合は、そのような急激な融解に必要な熱がシステムに損傷を与え得るし、また燃料供給の深刻な枯渇になり得る。
【０００７】
従って、本発明の目的は、非常に寒冷な条件下での比較的長期間の停止保管後でさえも、燃料電池電力設備が迅速に電力を生成することが可能な装置を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、燃料電池の燃料源を用いた前述の能力を提供することである。
【０００９】
本発明のなおさらなる目的は、燃料効率のよい仕方で前述の能力を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、燃料電池電力設備のための保温システムを提供する。燃料電池電力設備は、１つまたは複数のアノード、１つまたは複数のカソード、１つまたは複数のプロトン交換膜、および、通常１つまたは複数の水輸送板である冷却器を有するＰＥＭ型燃料電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）を含む。しかしながら、保温システムは−５０℃の領域の温度で凍結を被る構成部品および／または流体を含む任意の種類の燃料電池電力設備にも適用できる。電力設備は、さらに水素など水素に富む燃料を少なくともアノードに供給するための水素の貯蔵タンク、カソードに供給するための空気などの酸化剤反応物の供給源などの手段を含む。電力設備内に水管理システムが含まれる。本発明の保温システムに従うと、ＣＳＡおよび水管理システムを含む、電力設備のための１つまたは複数の断熱筺体と、断熱筺体および断熱筐体内の電力設備構成部品に対流的に熱を供給するための触媒燃焼器とが提供される。貯蔵されている水素は、触媒燃焼器に燃料を供給するために選択的に用いられる。水素は、触媒燃焼器に供給されて、そこで、供給された空気と混合され、燃焼器の触媒表面と接触し、通常２００°〜７００°Ｆ（９３℃から３７１℃）の範囲の穏やかな温度で熱を放出する、炎を出さない酸化反応を生じる。熱は、燃焼ガス中に含まれ、対流によって断熱筺体へ、およびそこを通して運ばれ、熱を交換して電力設備内に含まれる電力設備の凍結に敏感な構成部品を温める。この対流熱は、保温加熱の主な供給源である。
【００１１】
触媒燃焼器への水素燃料および空気の流量は、大きい必要はなく、貯蔵室からの事前に加圧された水素の選択的な供給および加熱されたガスの対流に起因した関連する周囲の外部空気の誘導によって容易に供給される。燃焼器への水素の流れ、また従ってその結果少なくとも部分的に供給される熱は、凍結からの保護が必要な凍結に敏感な構成部品において、あるいはその付近において通常感知される温度関数として、流量および／または流れの間隔を調整することで管理される。この温度しきい値あるいは制御温度は、通常約５℃（４０°〜４５°Ｆ）である。
【００１２】
ＣＳＡおよび水管理システムは、共通の断熱筺体内に配置でき、また、ここを通るあるいは通り抜ける対流的に運ばれたガスに含まれる熱を熱交換関係において最適に活用するように配置できる。代替として、電力設備の異なった部分およびこれらの間を通る加熱されたガスの流れのための適切に相互接続された通路をそれぞれ含む、多数の断熱筺体があってもよい。さらに、必要とされる程度まで、加熱されたガスのための多種の熱交換器があってもよい。冷却された排ガスのための適切な排気口、およびこの冷却からの凝縮のための適切な抜き出し路が提供される。
【００１３】
加圧された水素、誘導された空気、触媒燃焼器、対流熱の流れ、および１つまたは複数の断熱筺体の前述した構成により、長期の「保管」期間において電力設備を凍結させないように十分な熱が電力設備に供給される。貯蔵されている水素のみを用いておりかつ実質的にポンプや送風機などの寄生負荷を駆動する電力を用いていないので、外部の温度および利用可能な水素の供給に応じて、この保管期間は、７日間またはそれを上回るものとなり得る。電力設備は、水素燃料による装置であると説明されているが、保温方法は、他の種類のガス状燃料あるいはガソリンなどの軽い液体燃料で稼働されてもよい。ガソリンの場合においては、触媒燃焼器に達する前にガスを気化させるために燃焼器システムに燃料気化器を付加することが必要である。
【００１４】
本発明における前述の特徴および利点は、添付図に示されるごとくその模範的な実施例の詳細な説明に照らして一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面を詳細に参照すると、図１は、おおまかに本発明に従った耐凍結性の電力設備１０を図示したものである。図１の電力設備１０は、付加的な詳細のために参照され得る前述の米国特許出願番号第０９／９３５，２５４号において説明されている電力設備と様々な点において類似している。しかしながら、これから明らかになるように、本発明の適用は、以下で説明されるものだけに留まらず他の燃料電池電力設備に見出され、そのように考慮されるべきである。当業技術内でよく知られるように、電力設備１０は、還元性反応物あるいは燃料および酸化性反応物あるいは酸化剤から電流を生み出すために、一つ（簡略化のためにここで図示されているように）または複数の燃料電池からなる燃料電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）１２を含む。ＣＳＡ１２の各燃料電池は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）などの電解質１４、電解質１４の両側に隣接して配置されたアノード１６およびカソード１８を含む。カソード１８に隣接して冷却器２０があり、これは、ＰＥＭ型電池では水輸送板（ＷＴＰ）である。
【００１６】
酸化剤供給源２２（図１における符号「空気」）は、空気などの酸化剤反応物を送風機２３経由でカソード１８に、およびそこを通り、排気口２４経由でＣＳＡ１２がら出るように導く。還元性反応物あるいは燃料の供給源２５（図１における符号「Ｈ2」）は、水素ガスなどの還元性反応物を、アノード１６に、およびそこを通り抜けて排気口２６経由でＣＳＡ１２から出るように導く。燃料供給源２５（以後「水素供給源２５」と呼ぶ）は事実上、一般に以後「水素」と呼ばれるプロパン、ブタン、天然ガスその他などの供給源からの水素に富むガスの供給源となり得る。水素供給源２５は、加圧下で水素を貯蔵した容器（タンク）であることが望ましい。以前に指摘したように、この燃料供給源は、ガソリンあるいは他の同様に易揮発性の液体燃料を含んでいてもよい。水素以外の燃料供給源は通常、燃料を水素に富むガス流れに変換するための燃料処理装置を必要とする。
【００１７】
冷却器２０は、主冷却剤ループ２８の一部として含まれる。主冷却剤ループ２８は、同様に電力設備１０の冷却剤／水管理システム３０の一部である。主冷却剤ループ２８はまた、冷却器２０からの冷却剤排気出口３２および冷却剤供給路３３の間に位置付けられたポンプ３１などの冷却剤循環器を含む。ポンプ３１は、水冷却剤を冷却剤供給路３３、冷却剤中に取り込まれたどんな反応物ガスをも設備１０から排気するガス分離器３４、および冷却剤供給路３３の冷却剤熱交換器３６内への第一の延長部３５を通して水を送る。水は、次に冷却剤供給路３３の第二の延長部３８を、次に冷却剤供給路３３の第三の延長部４０を通り抜け、次いで冷却器２０に戻る。
【００１８】
冷却剤熱交換器３６は、液／液冷却剤熱交換器とすることができ、また、循環ポンプ４２および二次冷却剤ラジエータとファン４３を含む二次冷却剤ループ４１の一部を形成する。二次冷却剤ループ４１は、エチレングリコールその他などの従来の不凍液溶液および水を含むことができる。
【００１９】
少量の水が、冷却器２０を含むＣＳＡ１２内に残留し、少なくとも一晩などの短い期間の保管の際に分離器３４内のその水および水冷却剤を凍結より上に保持するための処理を行う必要がある。これは、制御装置６３に接続され、電力設備１０内の低温に敏感な位置に戦略的に配置される１つまたは複数の温度検出器６２を用いて周囲温度条件を感知することによって少なくとも部分的になされ、また、後述されるように１つまたは複数の検出器６２および制御装置６３によって決定および制御される必要かつ適切な場合において、必要な熱が提供される。
【００２０】
本発明に従って、電力設備１０あるいはその内の少なくとも重要および重大な部分を囲み、含み、および／またはそうでなければ断熱して隔離する断熱ハウジング６４と、断熱ハウジング６４に付随し、対流的に補助熱の効率的な供給源を提供するための触媒燃焼器６６とが提供される。この断熱ハウジング６４および触媒燃焼器６６の組み合わせは、電力設備１０の少なくとも温度に決定的な影響を受ける部分に、例えば７日間またはそれを上回る長い期間および外部の周囲条件が−４０℃位の低温における保管後においてさえも１０秒以内に始動が可能な状態に電力設備を維持するように十分な熱を、対流的に供給するように利用される。触媒燃焼器６６には、都合よく燃料電池電力設備１０のためのＨ2供給源２５からの水素ガスなどの水素に富む燃料と、電力を必要とする「寄生的な」ポンプあるいは送風機によって運搬されることが必要でない、望ましくは周囲空気または事前に加圧された空気である空気供給源２２などの酸化剤とが供給される。断熱ハウジング６４は、適切な断熱特性を提供する任意の適切な断熱材料によっても形成されることができ、また電力設備１０の該当する部分を収容するように簡単に形成および組み立てられ得る。空間および重量を考慮し、厚さ当たり高い「Ｒ」値を有する材料が望ましい。
【００２１】
図１の実施例において、電力設備１０のＣＳＡ１２と、分離器３４を含む冷却剤／水管理システム３０とは全て、共通の断熱筐体６４内に収容される。Ｈ2供給源２５からの水素および酸化剤供給源２２からの空気が供給される触媒燃焼器６６は、対流的に熱をハウジング６４の内部に供給するために断熱ハウジング６４の内部と直接的な対流連通関係にある位置に、望ましくは断熱ハウジングの下端あるいは下方部分の方に配置される。本例においては、触媒燃焼器６６は、断熱ハウジング６４内にあるように図示されているが、外部に位置付けられてハウジング６４の下方部分の小さな入口ダクトあるいはフードを経由して連通してもよい。この触媒燃焼器６６および水素供給源２５および酸化剤供給源２２は、ポンプおよび／または送風機のように寄生的な電力を必要としない。この方法によると、十分な熱が、効率的で受動的に電力設備１０の凍結に敏感な構成部品に既存の燃料供給源から供給されて、これらの構成部品が、−４０℃位に低温の氷点下の外部条件下で７日と同じかそれを上回り得る長期の保管期間において凍結しないことが保証される。排気物の排気口６８が、断熱ハウジング６４の上方部分に位置付けられて、燃焼器６６によって燃焼されたガスのいくらかの熱エネルギーが電力設備１０の含有構成部品に放出された後でこのガスを排気して、対流を促進させる。同様に、燃焼ガスからのこのような熱エネルギーの放出は、結果として水などの液相へのガスの凝縮につながり、この液体は、液溜め抜き出し７０を通して断熱筐体６４から取り除かれる。ガスおよび液体の排気口あるいは抜き出し口６８、７０その他は、燃焼器６６が使用されていないときにそれらを寒冷な外部条件に対して閉じる弁、カバーあるいはフタを含むことが望ましい。
【００２２】
触媒燃焼器６６をよりいっそう詳細に参照すると、触媒表面７２は、その上に亘ってまたはそれを通して水素の流れが引き起こるように設けられる。触媒表面７２は、網状構造、発泡体、あるいは類似の支持構造体とすることができ、その上に白金や他の適切な貴金属などの適切な触媒が取り付けられている。触媒表面７２および空気の存在下で、水素は、通常炎を出さずに熱を発生する燃焼のような反応を受ける。１，０００°Ｆ（５３７℃）より下、通常２００°〜７００°Ｆ（９３℃から３７１℃）の範囲の熱が、放出され、本出願においてはそれ以外の拡散燃焼器によって放出されるさらに高い温度よりも望ましい。後者のより高い温度は、燃料電池電力設備１０内の構成部品に有害で、事前に冷却することが必要であり、非常に非効率である。
【００２３】
供給源２５からの水素は、通常貯蔵の際に予め加圧され、１つまたは複数の温度検出器６２および制御装置６３のプログラミングにより決定され次に制御装置が水素供給源制御弁６７を制御線６９経由で制御するように、連続的にまたは断続的に燃焼器６６に放出される。約４０°〜４５°Ｆ（４．４℃から７．２℃）の範囲より下の検出温度が、通常、補助熱の必要性を促すのい使用される。この温度しきい値は、ここでは５℃とする。制御装置６３および弁６７の使用が、本システムの唯一の電力負荷となり得るものであり、せいぜい最小限および／または断続的である。同様に、酸化剤の供給源２２は、簡単に対流的に周囲の外部空気から触媒表面７２での水素の燃焼熱によって引き込まれることになるか、あるいは引き込まれることができる。この方法では、それ以外の寄生的なポンプあるいは送風機のさらなる補助の必要なしに、空気は、反応領域内に引き込まれる。触媒表面７２との接触のために空気および水素が混合され得るならば、望ましい。触媒燃焼器６６による燃焼から生じた加熱されたガスは、次に対流的に上方にハウジング６４の内部の比較的温度の低い部分内へと上方に引き込まれ、燃料電池電力設備１０の凍結に決定的な影響を受ける構成部品の望ましい保温が提供される。燃焼器６６への空気の供給源２２は、通常対流を支持するのに十分であるが、必要ならば補助的な空気のさらなる吸入処置が提供される。
【００２４】
前述の実施例は、電池スタックアッセンブリ１２を、周囲温度が−４０℃位の低温時に、氷点より上に、例えば最低でも５℃に維持し、自力の始動と、次の１０秒以内で動力電力とを可能とし続けるように方向付けられる。本実施例は、高圧送電線網の電力とは独立しており、また長期の保管期間のために別な方法では「保温」操作に必要となるであろうポンプや送風機などの電気的な寄生負荷とは無関係である。これは、標準の１２Ｖ（１２０Ａ−ｈｒ）の自動車用のバッテリーの枯渇を防止する。標準の自動車用バッテリーは、通常低容量のエネルギー貯蔵装置（例えば１．４４ｋｗ−ｈｒ）であり、保管の際の十分な電気的な加熱にもあるいはどんな長時間においても寄生負荷を操作するのにも、不十分である。
【００２５】
図２を参照すると、モデル化投影に基づいて異なった期間およびいくつかの氷点下の温度域および異なった断熱ハウジングの厚さにおいて燃料電池スタックアッセンブリを凍結から維持するために必要とされる典型的な水素燃料タンクの分量がグラフに図示されている。満杯時の典型的な貯蔵タンク内の水素は、１．６キログラム（ｋｇ）あるいは３．５ポンド（ｌｂ）であり、コネチカット州サウスウィンザーのユーティーシー  フューエル  セルズ社（ＵＴＣ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ，ＬＬＣ）から入手できる７５ｋｗのＰＥＭ燃料電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）に用いるのに十分であろう。グラフは、ＣＳＡを最低温度の５℃に保持するためのエネルギーレベル（熱当量）を生成するのに必要なＨ2の分量を図示している。１２０アンペア−時のバッテリーのエネルギー容量の限界は明らかである。他方では、−１０℃から−４０℃の範囲の周囲の熱条件、１から５インチ（２．５ｃｍから１２．７ｃｍ）の範囲の断熱材の厚み、１から７日間の範囲の保管期間において、ＣＳＡを５℃に保持するために必要な水素量は、穏やかな寒冷で、断熱材が厚く、１日間の保管の場合の、タンク満杯量の１／１６より十分に下（例えば、タンク満杯量の１／１００から１／５０）から、非常に寒冷で、断熱材が薄く、７日間の保管の過酷な条件の場合の、タンクの１／４までの範囲となり得ることが指摘される。
【００２６】
実例では、吸入される周囲の空気温度が−４０°Ｆ（−４０℃）であるときに燃焼器６６の出口のガス温度が２５０°Ｆ（１２１℃）となるように、空気流量および水素流量のパラメーターが選択された。空気流量は、１０ｐｐｈであり、水素流量は、０．０１４ｐｐｈであった。図１におけるスタックアッセンブリを囲む断熱筐体は、約５０°Ｆ（１０℃）であった。他方では、同じ空気および燃料の流量で、しかし吸入空気の温度約３０°Ｆ（−１．１℃）において、燃焼器の出口の温度は、約３２０°Ｆ（１６０℃）であった。０．０１４ｐｐｈの水素流量は、Ｈ2が完全燃焼した場合、２００ワットに相当する。明らかに、Ｈ２の触媒燃焼器６６への流れは、外部温度が変わるにつれて調整することができ、または調整され、このような調整は、連続的な流れの流量、あるいは一定の流量においての断続的な流れの調整、あるいは両者を組み合わせた調整とすることができる。実際には、上に挙げられた例においてですら−４０°Ｆ（−４０℃）においてでさえも、スタックを５℃に、あるいはそれより上の温度に維持するために指摘された流量において連続的なＨ２の流れが必要ない場合もあり得る。
【００２７】
従って、清浄燃焼で高エネルギーを含有する車載水素を本発明の対流的な触媒燃焼器の構成に用いると、電気的な寄生負荷に電力を供給する必要性がほとんどないあるいは全くなしで、長期に亘って迅速に作動できるよう燃料電池電力設備を保持する効率的で効果的な方法が提供される。
【００２８】
本発明は、模範的な実施例に関して説明および図示されたが、前述のおよび様々な他の変更、省略および追加は本発明の精神と範囲から逸脱することなく達成されることを当業者は理解するべきである。加熱されたガスに対する電力設備の構成部品の敏感さに応じてガス／空気熱交換器その他を通して熱は交換され得る。電力設備および／または断熱筐体の物理的な配置の制約に応じて、各断熱筐体が電力設備の凍結に敏感な部分を含む、複数の断熱筐体が存在してもよい。暖かいガスの対流を生じるのに一つの燃焼器が用いられる状況においては、断熱筐体の間にガス通路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従って構成された燃料電池電力設備のための保温システムの概略図。
【図２】異なった期間およびいくつかの氷点下の温度において燃料電池スタックアッセンブリを凍結から維持するために必要とされる典型的な水素燃料タンクの分量のグラフ図。
【図１】
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【図２】
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