(57)【要約】  燃料電池アキュムレータ（１０）内の水（９）は、容器（１０）またはその側の空気と熱的に連通（２６）して水素（２８）に接続され、選択的にタイマー弁（１８３）と直列に配置される機械サーモスタット弁（２５）を介して水素を供給され、水素／酸素触媒燃焼器（１３）によって凍結温度以上に保たれる。燃焼器は、二次インレット（３３）を介して空気を引き入れる主要インレット（３１）を介して水素を有するエジェクタ（３２）か、あるいは、燃焼によって生じる水を重力によって触媒の外部に流させる、加熱面（３０）から離間したテフロンを含有する触媒（３８）を有する拡散燃焼器と、拡散制御装置（４０）とを含み得る。触媒における酸素の低分圧により、装置を通って拡散する。燃焼蒸気は、面（１４６）上で凝縮し、疎水性の織物炭素ペーパー（１２６）とウィッキング材料（１３３）とによって下方へ向かい、ディスク（１４０）とプラグ（１４７）を介して、周囲環境か、塩キャニスタ（１９０）か、あるいは不凍液（２０６）と混合させる多孔性の親水性ミキサ（２００）のいずれかへ導かれる。
2008528913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（１０）内の媒体（９）を温かく保つシステムであって、
加熱可能面（１１）を有し、この加熱可能面を通して内部の媒体（９）へ熱を導くことができる前記容器（１０）と、
水素の供給器（２８）と、
を備え、
タイマー作動の第１の弁であって、この弁が開くよう装備された後に、前記タイマーの時間が経過しなければ閉じている第１の弁と、
前記容器に隣接して配置され、（ｉ）容器の温度、（ｉｉ）容器を取り囲む周囲温度、のいずれかに応答する温度応答性部材（２６）を有する第２の弁（２５）と、を備え、前記第２の弁は、前記温度応答性部材が第１の温度を下回るのに応答して開き、前記温度応答性部材が第２の温度を上回るのに応答して閉じるように作動し、前記第２の温度は、前記第１の温度より低くなく、前記弁は、これらが両方とも開くときに、前記加熱可能面を加熱させる燃焼のために、水素の源（２４）を供給するように、前記供給器に直列に接続されることを特徴とし、さらに、
水素／酸素触媒燃焼器（１３）が、
（ａ）エジェクタ燃焼器（１３ａ）であって、
熱を利用する装置へ熱を伝えるように熱が通る加熱面（３６）と、
アウトレット、上記水素の源と流体的に連通する主要インレット（３１）、および空気と流体的に連通する二次インレット（３３）を有するエジェクタ（３２）と、
前記エジェクタアウトレットと前記加熱面との間に配置される水素／酸素燃焼触媒（３４）と、
を備えるエジェクタ燃焼器（１３ａ）と、
（ｂ）拡散燃焼器（１３ｂ）であって、
第１と第２の側面を有する水素／酸素燃焼触媒（３８）と、
第１の空間（３９）によって前記触媒の前記第１の側面から分離され、熱を利用する装置へ熱を伝えるように熱が通る加熱面（１２）と、
前記源からの水素を前記第１の空間へ導くための水素コンジット（４３）と、
第２の空間（４１）によって前記触媒の第２の面から分離され、空気中に配置された拡散制御装置（４０）と、
を備え、前記加熱可能面が前記加熱面と接触することにより、前記弁を通過する水素が、触媒作用によって前記容器内の媒体を加熱するように燃焼することを特徴とする拡散燃焼器（１３ｂ）と、
から選択されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記容器（１０）が、燃料電池発電装置のアキュムレータであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の弁がタイマー作動弁であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の弁がサーモスタット弁であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
温かさを保つための温度応答性水素源であって、
前記容器内へ熱を伝えるように熱が通る加熱可能面（１２）を有する容器（１０）と、
水素の供給器（２８）と、
を備え、
前記容器に隣接して配置され、（ｉ）容器の温度、（ｉｉ）容器を取り囲む周囲温度、のいずれかに応答する温度応答性部材（２６）を有する弁（２５）であって、前記弁は、前記温度応答性部材が第１の温度を下回るのに応答して開き、前記温度応答性部材が第２の温度を上回るのに応答して閉じるよう作動し、前記第２の温度は、前記第１の温度より低くなく、前記弁は、それらが両方とも開くときに、前記加熱可能面を加熱させる燃焼のために、水素源（２４）を供給するように、前記供給器に一列に接続されることを特徴とする、水素源。
【請求項６】
凍結防止容器であって、
請求項５に記載の水素源と、
前記加熱可能面（１２）を加熱するために前記水素源（２４）からの水素を燃焼するための水素／酸素触媒燃焼器（１３）と、
によって特徴づけられる、凍結防止容器。
【請求項７】
前記弁（２５）が、前記容器（１０）と熱的に接触（２６）していることを特徴とする、請求項６に記載の容器。
【請求項８】
請求項６に記載の容器によって特徴づけられる、燃料電池発電装置に用いられるアキュムレータ。
【請求項９】
熱を利用する装置（１０）へ熱を伝えるように熱が通る加熱面（３６）と、
アウトレット、水素源（２４）と流体的に連通する主要インレット（３１）、および空気と流体的に連通する二次インレット（３３）を有するエジェクタ（３２）と、
前記エジェクタアウトレットと前記加熱面との間に配置される水素／酸素燃焼触媒（３４）と、
によって特徴づけられる、水素／酸素触媒燃焼器（１３ａ）。
【請求項１０】
第１および第２の側面を有する水素／酸素燃焼触媒（３８）と、
源（２４）からの水素を前記第１の側面へ導くための水素コンジット（４３）と、
第２の空間（４１）のそばにある前記触媒の前記第２の側面から離れて空気中に配置された拡散制御装置（４０）と、
によって特徴づけられる、水素／酸素触媒燃焼器（１３ｂ）。
【請求項１１】
前記触媒が、多孔性金属基材上にある触媒材料の被膜を含むことを特徴とする、請求項９または１０のいずれかに記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記触媒が、触媒材料と、多孔性基材上にある疎水性材料と、の混合物からなることを特徴とする、請求項９または１０のいずれかに記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記触媒（３８）は、内側面が、テフロンと、貴金属または貴金属の合金と、の混合物でウォッシュコートされた多孔性金属基材（１３０）からなることを特徴とする、請求項９または１０のいずれかに記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記貴金属が、白金、パラジウム、白金および／またはパラジウムの合金から選択されることを特徴とする、請求項１３に記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記触媒と前記第１の空間と第２の空間と、を取り囲む断熱材（４４）をさらに備え、前記拡散制御装置（４０）が、前記第２の空間（４１）を超えて、実質的に前記断熱材の外側周辺へ延在していることを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記第１の空間（３９）が、金属スクリーン（１２４）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１７】
前記第１の空間（３９）が、前記触媒（３８）における燃焼によって生成される水分を表面で凝縮させる第２の面（１５６）を含み、
第１の寸法の孔を有し、前記第２の面より下方に配置された親水性メッシュ（１２６，１２７）と、
前記第１の寸法よりも小さい第２の寸法の孔を有し、前記メッシュから前記拡散制御プレート（４０，１１０）より下方の点まで延在するウィッキング材料（１３３，１４０，１４７）と、
によって特徴付けられる、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１８】
前記拡散制御プレートより下方に配置され前記凝縮物を受容するように適合されたチャンバ（１９０）によってさらに特徴付けられ、前記チャンバが、前記凝縮物を使って−５０℃（−６０°Ｆ）を下回る凍結温度を有する液体をつくる物質（１９２）を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃焼器。
【請求項１９】
前記物質が、ＣａＣｌ2塩であることを特徴とする、請求項１８に記載の燃焼器。
【請求項２０】
前記凝縮物を受容するために前記拡散制御装置（４０）より下方に配置された多孔性の親水性ミキサ（２００）と、
水と混和する不凍液の源（２０６）と、
前記不凍液の源を前記多孔性の親水性ミキサと相互接続する少なくとも１つの毛管チューブ（２０５）と、
によってさらに特徴づけられ、これによって、前記凝縮物が不凍液と混合し、前記不凍液混合物が前記多孔性の親水性ミキサから周囲環境中へ滴下することを特徴とする、請求項１７に記載の燃焼器。
【請求項２１】
前記不凍液がウィンドシールドのウォッシャ液であることを特徴とする、請求項２０に記載の燃焼器。
【請求項２２】
前記凝縮物が周囲環境へ導かれることを特徴とする、請求項１７に記載の燃焼器。
【請求項２３】
前記触媒（３８，１３０）が、その軸が垂直になるよう配置された中心ボアを有する多孔性の円筒であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項２４】
水素コンジット（１１２，１０３）が、前記第１の空間へ水素を供給するために前記中心ボアを通過することを特徴とする、請求項２３に記載の燃焼器。
【請求項２５】
前記第１の空間（３９）が、前記触媒（３８）における燃焼によって生成する水分を表面で凝縮する第２の面（１５６）を含み、
第１の寸法の孔を有し、前記第２の面より下方に配置された親水性メッシュ（１２６，１２７）と、
前記第１の寸法よりも小さい第２の寸法の孔を有し、前記メッシュから前記中心ボアを通って前記拡散制御装置（４０，１１０）より下方の点まで延在するウィッキング材料（１３３，１４０，１４７）と、
によって特徴づけられる、請求項２３に記載の燃焼器。
【請求項２６】
前記拡散制御装置（４０）が、そこを通って拡散される酸素の量を制限することにより、前記触媒の温度を制御することを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項２７】
前記触媒が、内部に前記第１の側面を有し、外部に前記第２の側面を有する多孔性の円筒からなり、前記拡散制御装置（４０）が、前記触媒を取り囲む円筒からなり、かつ、前記触媒から離間しており、さらに内部に酸素拡散穴（２２５）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の温度とは独立して水素を燃焼器へ導く静水圧弁に応答して、燃料電池発電装置のアキュムレータ内にある水など、容器内にある媒体を温めるためのエジェクタ水素／酸素燃焼器と、拡散水素／酸素燃焼器と、を包含する触媒燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、燃料電池セルスタックを備え、各セルが、燃料極触媒と空気極触媒とを有し、これらの触媒が、リン酸やプロトン交換高分子電解質膜などの電解質を取り囲む。リン酸形と高分子電解質形のいずれの場合もプロセスによる一生成物は水であり、この水はフラッディングを防ぐために空気極から除去されなければならない。ＰＥＭ型燃料電池セルにおいて、膜の燃料極側で水分を保つ必要があり、乾燥すると、電力を生成するプロセスを妨げる条件となる。したがって水の管理は重要である。
【０００３】
据置用途、宇宙航空用途、乗り物用途を含む多くの用途において、燃料電池発電装置は、０℃（３２°Ｆ）を下回る凍結環境で利用可能である。燃料電池発電装置が稼動するとき、装置は、システム内のすべての水を凍結温度以上に維持する十分な熱を発生するが、燃料電池発電装置が、かなり長い時間、凍結温度以下で稼動しないとき、水が凍結して物理的な損傷を与えることがあり、燃料電池発電装置の始動が要求されたときに、初期作動しなくなる可能性がある。
【０００４】
乗り物用途において、キーを回す又はその他のスイッチなどによる始動の初期指示に従って、燃料電池発電装置によって発生する電力を使って、１分未満（できれば４０秒未満）で乗り物を作動させられる能力が、望ましい一つの基準である。
【０００５】
従来技術において、停止時に給水系統からの水のすべてあるいは一部をアキュムレータ内に排水する手法が考案され、この手法により、燃料電池セルスタックの構成要素のいくつか、または全部、および関連する水管理系統における氷の生成に起因する機械的損傷を避けることができる。しかし、特に、−２０℃（−７０°Ｆ）を下回る温度での始動時には、装置の稼動を持続させる前に、水を管理および／または燃料電池発電装置を冷却するために、（排水されなかった場合に）アキュムレータならびに関連するポンプ、コンジット、および熱交換器内にある氷を融解させることが必要である。
【０００６】
米国特許第６７９７４２１号明細書では、燃料電池セルスタック、アキュムレータ、水ポンプ、および熱交換器が、すべて断熱された閉鎖容器内に配置され、この断熱された閉鎖容器は、内部または外部に配置された水素／酸素触媒燃焼器によって加熱され、この熱は、小型のインレットダクトまたはフードを介して閉鎖容器の下部へ伝達される。この既知の装置内では、閉鎖容器内の多数の重要な箇所に１つまたはより多くの温度センサが配置され、その（１つまたは複数の）温度指示信号は、制御装置に与えられ、制御装置は、弁を通って触媒燃焼器へ移動する水素を静水的な流れであれ断続的な流れであれ制御することができる。燃焼器に供給される空気の量を制御することについての開示はない。制御装置は、燃料電池発電装置が凍結温度以下で作動しない時間にも、電力を供給されなければならないが、その電力源は開示されていない。発電装置にある触媒燃焼器の温度は、作動させるために９３℃（２００°Ｆ）〜３７０℃（７００°Ｆ）に設定されるが、この場合、燃焼器は非効率的に運転される。
【０００７】
米国特許出願第２００２／００６８２０２号明細書においては、燃料電池発電装置（本明細書においては電池（バッテリー）と称す）が、連続的にであれ温度センサに応答してであれ最小限の負荷で作動可能にし、燃料電池の電解質を凍結温度以上に維持することが提案されている。
【０００８】
燃料電池発電装置の枠組みから外れた状況があり、その状況では対象となる容器内または空間内にある媒体の適切な温度を維持することが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、電気を用いることなく容器内の媒体の温度を所望する温度以上に維持することと、凍結温度以下で作動していない燃料電池発電装置内の水を、電気を用いることなく凍結しないようにすることと、水素の効率的な触媒燃焼と、自己点火型の点火持続型の触媒燃焼器と、長寿命の触媒燃焼器と、１５０℃（３０２°Ｆ）を下回る温度で作動する水素／酸素燃焼器と、電気的制御を用いることなく作動可能な触媒燃焼器と、電気を要することなく作動する燃料電池セルスタックのアキュムレータ用高温保持ヒータと、高効率の水素／酸素触媒燃焼器と、を備える。
【００１０】
本発明は、多孔性金属基材上にある触媒は、所与の温度で、セラミック基材上にある触媒よりも多くの熱を供給する（より多くのＨ2を消費する）という認識に部分的に基づき、効率的な触媒加熱工程は、燃焼によって生じる水の混入を避けなければならない、という認識に部分的に基づくものである。
【００１１】
本発明により、燃料電池のアキュムレータ内の水などの容器内の媒体が、供給器からの水素の燃焼によって、凍結温度以上に維持される。容器と熱的に連通する温度応答性要素を有し、容器の温度に応答して水素を供給する弁は、通常は、サーモスタット、流体静力、ばね作用などにより作動する機械弁であるので、外部電力を必要とすることなく機能する。
【００１２】
本発明により、水素／酸素触媒燃焼器は、その主要インレットへ供給される水素と、その二次インレットで取り込まれる空気と、を有するエジェクタを備え、このエジェクタからの排出は、水素／酸素燃焼触媒へ提供される。
【００１３】
本発明により、燃焼器は、多孔性金属基材上に支持される燃焼触媒を含んでなり、それにより、最高安全触媒温度より低い温度で、これまでより大きな熱を生じさせることができる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、水素／触媒燃焼器は、第１の側面で加熱表面から分離され、かつ、第２の側面で空気中に配置される拡散制御装置から分離される水素／酸素燃焼触媒を含んでなる。拡散制御装置は、最大の実用範囲を可能にするため、バーナーへのＯ2の対流を防ぐ。このような制御装置は、例えば、穿孔された金属プレート、プラスチックまたはその他の適当な材料のプレート、一連のプレート、長い管、および多孔性本体を備えることができ、非対流させるのを助けるこれらの要素の組み合わせなど含む。本発明の一形態で、触媒を取り囲む断熱材料と、触媒の上下における空間とを備え、拡散制御装置は、実質的にこの断熱材料の周辺に延在している。
【００１５】
また、本発明によれば、触媒燃焼器は、その内面に供給される水素と、その外面から離間した酸素拡散制御装置とを有する多孔性の円筒状の触媒被覆基材を備える。
【００１６】
触媒より上方で生成された水蒸気は、ウィッキング材料へ導く面に隣接する親水性メッシュを有する表面上で凝縮され、前記ウィッキング材料の孔は前記メッシュの孔よりも小さく、前記ウィッキング材料は、凝縮された生成水を下方に向かって周囲大気へと導く。さらに、本発明によれば、大気へ導かれる生成水による氷柱の形成を防ぐために、十分に低い凝固点温度を有する可溶性物質のボックスが、水の溶液中で生成水を収容する。本発明の代替的な実施態様において、生成水は、大気中へ放出される前に不凍液と混合される。
【００１７】
本発明は、水素を触媒へ分布させる手助けをする金属スクリーンを含み得る。触媒は、水素インレットコンジットと、ウィッキング材料を中心に備える多孔性の円筒と、からなる。
【００１８】
本発明は、燃料電池発電装置のアキュムレータなどの対象物つまり重要な容器と接触する、あるいは周囲の環境温度、または容器つまり重要な対象物を囲む温度に応答する機械弁である弁を通常は用いる。本発明は、環境温度に応答するときに、熱を発生させないように機械的バルブと連結されたタイマー弁を含んでもよい。氷点下の温度である場合でも、例えば燃料電池が数日以内に停止することにより、アキュムレータ内にある水などの重要な対象物は、確実に氷点以上の温度になる。さらに、触媒は疎水性の多孔性金属基材を含み、この内部表面は、燃焼で生成した水分を吸収しないように、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）と、白金、パラジウム、およびこれらの合金などの貴金属と、の混合物でウォッシュコートされている。本発明のその他の目的および利点は、関連する図面に示される例示的な実施形態の詳細な説明を検討することによってより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１を参照すると、燃料電池発電装置のアキュムレータ１０などの容器内にある媒体９は、水素／酸素触媒燃焼器１３の熱面１２と熱的に連通している加熱可能面１１を通して加熱される。アキュムレータ１０は、間に真空１８をもつ内壁１６と外壁１７とを有するデュワーからなるものであってよい。アキュムレータは、従来の水のインレット２０、アウトレット２１、空気インレット２２、およびドレイン／ベント２３を有するものであってよい。
【００２０】
燃焼器１３は、容器１０と熱的に連通２６している機械的サーモスタット弁を備える源２５からコンジット２４を介して水素を供給される。この弁は、コンジット２７によって圧力下で水素の供給器２８に接続されている。水素供給器２８は、燃料電池発電装置の燃料反応物ガスの源を備える。水素は、ほぼ純粋なものでも、水素リッチ改質油やその他のガス内に含まれるものであってよい。
【００２１】
弁２５は、アキュムレータ１０が、第１の温度より低下する場合に開き、アキュムレータ１０が、第１の温度より高い（つまり少なくとも低くない）第２の温度に到達するときはいつでも閉じるよう設定される。水素が弁２５を通過するときはいつであれ、水素は燃焼器１３内にある利用可能な酸素と自動的に反応するため、面１１，１２を通してアキュムレータ１０を加熱することができる。
【００２２】
図２において、燃焼器１３ａは、エジェクタ型の水素／酸素触媒燃焼器からなる。コンジット２４からの水素は、燃料インレット弁２５を介してエジェクタ３２の主要インレット３１へ供給され、その二次インレット３３は経路２９を介して酸素を受容する。エジェクタからの排出は、白金、パラジウム、およびこれらの合金、またはその他の適当な貴金属や合金を含み得る水素／酸素触媒３４へ供給される。触媒３４より下流にある空間は、アキュムレータ１０の加熱可能面１１と熱的に連通している加熱面３６を有する熱交換器３５を備える。加熱可能面との熱的連通は、アルミニウムなどの伝熱性材料を、ヒータと加熱可能面との間に加えることによって増大させることができる。水分および消費されずに残ったガスは、排気口３７を通って排気される。
【００２３】
図３を参照すると、低温拡散型の燃焼器１３ｂは、開示の実施態様においては、面３９によって加熱面１２から分離された多孔性円筒状の水素／酸素触媒３８と、面４１によって触媒３８の第２の側面から分離された拡散制御装置４０と、を備える。拡散制御装置４０は、熱損失バリアとしても機能し、燃焼器１３ｂから出て下方に向かう熱の流れに対抗する。
【００２４】
水素は、触媒より上方で管４３により空間３９へ供給される。水素は、触媒に含まれる酸素を使って燃焼し、酸素分圧を低減させる。これによって、酸素は、（上記のような）拡散制御装置４０によって拡散する。したがって、拡散制御装置４０により、実質的に酸素のみが、空間４１へ拡散するのであって、窒素を主成分とする空気が空間内へ流れるのではない。そのため、これは拡散燃焼器と称される。
【００２５】
本発明の一態様は、多孔性金属基材を利用する触媒アッセンブリが、同様のセラミック基材よりも低い温度で発熱することを実現する。図１１は、水素の消費速度の関数として局所的（すなわち、触媒アッセンブリ自体の内部での）触媒温度を示している。点線２２０で示す触媒の最高安全温度（これ以上では、触媒が深刻なダメージを受け得る温度）において、水素消費における著しい増加と、熱の生成速度とがわかる。したがって、本発明は、低温で長寿命の水素の触媒燃焼を促進する。
【００２６】
特定の実施態様においては、断熱材４４が触媒の周囲を取り囲み、拡散制御装置４０は、外側に向かって空間４１を通過して断熱材４４の実質的な部分にわたって延在するか、あるいは、断熱材４４のすべてにわたって延在し得る。水素と酸素との触媒燃焼による反応生成物は熱と水である。装置４０の下側における周囲温度は、氷点下を下回る温度と見なされる。バーナーの底部の周囲における氷や霜の形成を防ぐために、触媒中で形成する水のいくらかを、拡散制御装置４０を介して漏れる空気と混合し、矢印４６で示すように、拡散制御装置４０またはその下方で生成水を凍結しないよう防ぐ温かい湿った空気のストリームを形成することができる。ストリーム４６中のストリームの分圧は低く、バーナー１３ｂを取り囲んで形成する霜を最小限にすることができる。
【００２７】
図３の拡散ヒータの特定の例を、図４〜図６に示す。図４は、部分的に取り去り、部分的に拡大した、本発明による拡散燃焼器の例示的な実施態様の二次元透視拡大図である。アッセンブリ９９は、上部１００で湾曲しており、最上部でステンレス鋼の機械加工されたピース１０２で組み立てられており、その内部へ中央中空ボルト１０３がねじ１０４で固定されている。ボルトの底部は、ナット１０５が係合するねじ山１０４ａを有する。ルーバ付プレート１１０は、ステンレス鋼ピース１０２の径の２倍またはより以上の径を有し、アッセンブリ９９は、ボルトとナットによってルーバ付プレート１１０とステンレス鋼ピース１０２との間で一緒に保持される。
【００２８】
水素（Ｈ2）供給管１１２は、（図示されない他の場所にある）タンクから、ボルト１０３内の穴を上方に通る経路の約３／４に延在し、水素供給管１１２の端部をボルト１０３の内側に係合するためのねじ山１１４がある。
【００２９】
図５を参照すると、ピース１０２は、その最上部に中心ボア１１７と、その底部にリップ１２０を残した非常に大型の逆向きボア１１８とを有する。ボア１１７の底部を通る６つの穴１２２が穿たれており、各穴には径方向に延在する溝１２３が存在する。次いで、水素は、ボルトを通って上へ向かってボア１１７内へ流れ、穴１２２を通って下へ向かい、溝１２３を通って、ボア１１８全体に延在するステンレス鋼スクリーン１２４内へ流れる。
【００３０】
図５を参照すると、スクリーン１２４の下方には親水性の２つの層である炭素ペーパー１２６，１２７がある。その下方には、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））スクリーン１２８がある。テフロンスクリーン１２８は、テフロンと、白金かパラジウム、又はこれらいずれかの合金、または両方の合金のいずれかと、の混和物である多孔性ステンレス鋼基材１３０のすぐ上にあり、前記基材は１リットル当たり約２．０ｇの白金／パラジウムと、約０．４ｇ／ｌのテフロンを有する。これにより、触媒１３０は疎水性となるため、触媒中で形成される水分が混合することがなく、これによって、重力によって下方に移動してフラッディングを防止することができる。
【００３１】
炭素ペーパー１２６の上方シートは、カイナー（登録商標）（ＫＹＮＡＲ（登録商標））（プラスチック）１２９に含浸されて、ボルト１０３を取り囲む距離を短くするために緻密化される。これは、水素が直接的に下方に流れるのを防ぐためであり、水素を外側に向かって方向付けるためである（図５の流れの矢印参照）。ボルト１０３を取り囲んでいるのは、ペーパータオルのような線維ペーパー材料などのウィッキング材料１３３であり、プラスチック管１３４がウィッキング材料１３３を支持するようそれを取り囲んでいる。また、プラスチック管１３７が、触媒１３０の内側部分を支持する。
【００３２】
図６を参照すると、ウィッキング材料１３３は、ルーバ付プレート１１０中のルーバ１４２の第１のリングを超えて外に延在する、前記ウィッキング材料のディスク１４０内にあるリセス中へ設置される。ウィッキングディスク１４０のルーバとの境界部分は、除去可能であるか、従来のやり方で、外側に向かって押し込んで経路から外すことができる。図４と図６においては、ルーバ付プレート１１０は、ルーバ１４２の第１のリングの外側のルーバ１４４の第２のリングを有しており、２つの全く逆に対向する穴１４６があり、これらの穴は、これらを通って延在するウィッキング材料のプラグ１４７を有する。
【００３３】
ルーバ付プレート１１０は、ルーバを塞ぐおそれのある氷の形成を防ぐ温かい水分（水蒸気）の流れを促進するために、４ｍｍ（０．１６インチ）程度、外側スリーブ１３８上の拡張部１３９などにより、この構造の残りの部分から分離されている。
【００３４】
図４を参照すると、装置９９の上方部分１００は、水素障壁を形成するようアルミニウム接着テープなどの反射フィルム１７０，１７１で包まれている。装置の上方部分１００は、ステンレス鋼１７４で形成された、正方形断面を有する環状の真空断熱材によって取り囲まれており、これは、薄壁のステンレス鋼１７５からなるアキュムレータの底部とは独立して示されている。
【００３５】
図４は、液化ガスデュワー１８０、すなわち内側と外側の薄いステンレス鋼壁１８２，１８３からなるアキュムレータを概略的に示しており、間の空間１８４は真空である。しかし、壁１８２，１８３は、ヒータ９９の上で収束しているため、ピース１０２からアキュムレータ１８０の内部１８６内へ径方向に熱を伝達させることができ、この例では水を収容している。
【００３６】
稼動の際に、水素が、管１１２へ供給されると、この水素は、図５の矢印に示すように、下方に向かって触媒１３０内へ流れる。空気流はないが、触媒１３０内で酸素が消費されるため、ルーバ付プレート１１０（図４を参照）の下方の周囲空気における酸素分圧は、ルーバ付プレート１１０と触媒１３０（図６を参照）との間の空間１５０内部の酸素分圧よりも大きい。したがって、酸素は触媒での酸素との燃焼のために、ルーバ１４２，１４４と空間１５０とを通って触媒へ拡散する。
【００３７】
周知のように、水素と酸素との触媒による燃焼の反応生成物は熱と水である。この装置では、熱を上方へ向けて、例えば、燃料電池発電装置の水アキュムレータ部内へ流すために様々な手段が行われているが、その他の装置であってもよい。図６では、ルーバ付プレート１１０の最上面１５２は、ルーバ付プレート１１０下方の大気へ向かって熱が流れるのを最小限にするよう、クロムやアルミニウムなどの熱反射材料で被覆されている。水は、ステンレス鋼ピース１０２の底面（図４、図５）上で凝縮し、次いで、ステンレス鋼スクリーン１２４を通って流れる。凝縮した水は、その後、親水性の炭素ペーパーの２つのシート１２６，１２７を通って容易に流れる。炭素ペーパー１２６，１２７の孔径が、ウィッキング材料１３３の孔径よりも大きいため、水はウィッキング材料１３３中に吸い込まれ、そこでは水は重力によって下方に向かってウィッキング材料１４０のディスクへ引っ張られる。水は、次いで、ディスク１４０を通ってウィッキング材料１４７のプラグへ流れ、そこでは重力によって水は液滴１５３（図６）を形成して周囲環境へ落ちる。
【００３８】
テフロンのスクリーン１２８は、触媒が最も効率よく働く約８０℃（１７５°Ｆ）の最適温度を実現する熱障壁を提供する。加熱中の装置９９（燃料電池発電装置のアキュムレータ１８０など）へあまりにも速く熱が移動すると、触媒中の温度は低下し、プロセスの効率が下がる。
【００３９】
酸素の拡散速度は、ルーバの開いた部分（ルーバを通る流路）と、ルーバ付プレート１１０と触媒１３０との間の距離によって制御される。触媒へ達する酸素が多すぎる場合、触媒の温度は局所的に（おそらく数百℃程度に）高くなり過ぎる。これにより、装置の底部から出ていく大きな熱損失のために効率が低下する。そのため、触媒内の温度平衡を維持し、かつ、熱を下方ではなく上方に向かって促進させることは、図４〜図６に開示の装置の詳細な設計の重要な面である。
【００４０】
代替的な弁による本発明の実施態様を図７に例示する。熱損失、過剰な燃料消費、コストがかかる複雑な構造、を避けるために、本発明の一実施態様は、アキュムレータ断熱材の周囲温度を、外部からであるが図７に示すようにアキュムレータに隣接して検知する。その中では、温度センサ２６ａが、アキュムレータ１０の真空断熱材１８の外部に隣接している。そのため機械的サーモスタット弁２５が、周囲の温度によって開閉する。断熱されたアキュムレータ内の水９は、特にアキュムレータが加熱されている場合には、常に周囲におけるよりも温かくなければならず、機械的サーモスタット弁２５が開く温度は、例えば、水が決して凍結しないのを確実にするために、０℃の温度に設定することができる。しかし、適切にシールされた、デュワー状のアキュムレータ１０内の温度が、数日間凍結点以上に維持されることが知られているように、自動的に加熱するアキュムレータは、（通常、電気自動車内の）燃料を不必要に浪費することはない。
【００４１】
本発明の第２の実施態様では、アキュムレータに熱を供給する必要がないと考えられる適当な期間に設定することができるタイマー弁１８３を、弁２５と直列に配置して備える。タイマーはバッテリーで作動するものでも、機械的なものでもよい。例えば、ばねで作用する動きとし、このばねが、燃料電池の停止工程で残っている電力を使って、電気モータで巻かれるようにしてもよい。タイマー弁１８３上のタイマーの種類は、従来のものでよく、本発明の特定の実施に適するように選択することができる。
【００４２】
タイマー弁１８３と機械的サーモスタット弁２５とを組み合わせることにより、タイマー弁１８３から出される時間枠内で、周囲温度が弁２５の設定温度以下に下がるまで、ガスが燃焼器へ供給されない。弁２５，１８３の位置は逆であってもよい。
【００４３】
図６の燃焼器の実施態様において、ウィッキング材料１４７のプラグから落ちる凝縮物１５３の液滴１５３は、特に、本発明が自動車に採用された場合には、地表面または低温の床面に落ちるであろう。表面および周囲が０℃を下回る場合、凝縮物が一滴ずつ凍結して逆向きの氷柱が形成し始める。氷柱の寸法は、プラグ１４７の一部またはすべてを包み込むまで増大する可能性があり、ついには凝縮物が漏れる経路を封鎖する可能性がある。燃焼器は、ウィッキング１３３，１４０を通して下方へ移動する水を生成し続けるため、ついには空間１５０（図６）を満たして、水が触媒１３０と接触するようになる。触媒があふれると、燃焼が途絶えるため、アキュムレータ１０，１００内部の水９は凍結する。
【００４４】
これを防ぐために図８に示す本発明の実施態様では、水と混和して約−５０℃（−６０°Ｆ）以上で凍結しない溶液をつくる粒状のＣａＣｌ2塩などの物質１９２を収容するキャニスタ１９０を備える。本発明のこの実施態様は、図４〜図６で示すものから中実の中央ボルト１０３ａを利用することによって変更されている。ボルト１０３ａ、ウィッキング１３３、およびプラスチックウィッキング支持体１３４は、すべてルーバ付プレート１１０を通過して、キャニスタ１９０内へ収容される。この例示の実施態様においては、キャニスタ１９０は、ステンレス鋼の円筒形状であってよいが、本発明の範囲内において、その他の形態を有するものであってもよい。キャニスタ１９０内のウィッキング１４０は、ウィッキングプラグ１４７を収容するための内部に孔１９６を有するワッシャ１９５に対して静置される。キャニスタ１９０が円筒形である場合、ワッシャ１９５を正方形にし、円筒形の湾曲した面に接触しつつ、装置の残部を支持してもよい。キャニスタは、本発明の実施に適切である場合、オーバーフィル防止排水装置１９８を有し得る。
【００４５】
下方へ向かってウィッキング１３３を通ってウィッキング１４０内に移動する凝縮物は、ウィッキングプラグ１４７に到達して、塩１９２の中へ滴下するため、凝縮物の凍結が触媒のフラッディングを引き起こす可能性を低減することができる。
【００４６】
触媒の凍結を防ぐ本発明の別の実施態様を図９に例示する。図９において、ウィッキング１３３とウィッキング支持体１３４とは、図８におけるのと同様にルーバ付プレート１１０を通過し、多孔性親水性ミキサ２００に当接する。６つの径方向穴２０２からなるボルト１０３ｂ中の複数の水平穴は、多孔性の親水性ミキサ２００と、ボルト１０３ｂ内に穿孔された軸方向毛管流体通路２０４と、の間を毛管流体接続する。毛管パイプ２０５は、穴２０４中へ押し込まれ、（例えば、本発明が燃料電池によって電力を供給される電気自動車内に用いられる場合においては便利である）ウィンドシールドウォッシャ流体の源２０６などの源から不凍液を導き、温度センサ２１０に応答するサーモスタット弁２０９と流体的に連通する。
【００４７】
本発明のこの実施態様において、源からのウィンドシールドウォッシャ流体またはその他の不凍液は、毛管チューブ２０５を通って穴２０４内へ引き入れられる。不凍液は、径方向穴２０２を通り、多孔性親水性ミキサ２００内へ移動し、そこで凝縮物と混合され、その後、アキュムレータ（１５３）より低い面に滴下する。
【００４８】
図９の実施態様の場合においては、穴２０４が毛管チューブ２０５を受容するため、水素源チューブ１１２（図６）を、他の実施態様における場合のように用いることができない。図１０において、水素の代替的なルートが示されている。この場合、触媒ヒータに接して隣接する断熱材４４（図３）は、（図４に示すような）真空にした空間１７６ではなく、多孔性のウレタン断熱材１７６ａである。断熱材１７６ａへ細いスロット２０９がカットされ、弁２５から中心ボア１１７へ水素を供給する毛管チューブ２１１の通路を設ける。図８の実施態様では、（図４〜図６におけるような）チューブ１１２は、弁２５から塩ボックスを通って、必要に応じて前述の図４〜図６に記したような中空ボルト１０３中へ誘導されるか、あるいはチューブ２１１が、本発明の実施に適するため、図１０に例示したように用いることができる。
【００４９】
図１２を参照すると、本発明の他の形態が例示されており、この場合、（貴金属などの）多孔性金属の基材３８上に配置された触媒材料と（テフロン（登録商標））疎水性材料との混合物は、多孔性の円筒であり、その中心は水素供給管４３に接続されており、外側面も、複数の穴２２５を内部に有する円筒である拡散制御プレート４０との間の空間４１に面する。図１２の装置の動作は空間を加熱するのに十分適しているが、適切に配置された対象物を加熱するのに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】アキュムレータの温度を検知する本発明の実施態様の様式化され、簡略化された概略図。
【図２】本発明による水素／酸素エジェクタ触媒燃焼器を採用する本発明の簡略化され、様式化された図。
【図３】本発明による低温拡散型水素／酸素触媒燃焼器の簡単な実施態様の簡略化され、様式化された図。
【図４】それによって加熱される容器を有する拡散触媒の部分的に切り取った、部分的に断面が出るよう切断した拡大図。
【図５】本発明の一実施態様による拡散触媒の上部の断面拡大図。
【図６】図５の実施態様による拡散触媒の、部分的に切り取った断面側の正面図。
【図７】タイマー弁を作用可能な、アキュムレータに隣接する温度を検知する、本発明の第２の実施態様の、様式化され、簡略化された概略図。
【図８】凝縮物の凍結を防ぐための塩ボックスを用いる本発明の部分的な、部分的に断面がでるように切断した側面の正面図。
【図９】周囲中の凝縮物の凍結を防ぐための、不凍液と凝縮物とを混合する本発明の実施態様の部分的な、部分的に断面がでるように切断した側面の正面図。
【図１０】図８と図９の実施態様で用いるおとができる水素供給管の、部分的に断面がでるように切断した側面の正面図。
【図１１】セラミックと金属上に支持された、触媒の水素消費を示すチャート。
【図１２】本発明の円筒状拡散燃焼器の、拡大された、部分的に断面がでるように切断した透視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【国際調査報告】
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