专利名称：响应于流体静力阀保持所包含的介质温暖的催化燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及催化燃烧器，其包含喷射氢气/氧气燃烧器和扩散氢气/ 氧气燃烧器，以根据容器的温度响应于引导氢气到燃烧器的机械的流体 静力阀，加热在容器内的介质，例如在燃料电池电源装置的蓄电池中的 水。
背景技术：
燃料电池电源装置包含燃料电池堆，每个电池具有围绕电解液的阳 极和阴极催化剂，例如磷酸或者正质子交换，高分子电解质膜。不论发 生那种情况，该过程的一个产物是水，其必须从阴极除去以免溢出。在
PEM燃料电池中，必须保持膜的阳极侧变干，该情况会阻碍电流产生的 过程。因此，水控制是重要的。
在i午多的应用中，包4舌静止应用，空间应用和车辆应用，燃津十电池 电源装置利用在结水的环境中，也就是温度低于零摄氏度(32°F)。当 燃料电池电源装置运行时，它产生足够的热量以保持在系统中所有的水 在零度以上。然而，当燃料电池电源装置在低于零度的温度下不工作足 够的时间时，水会冻结，以导致潜在的物理损坏以及导致在需要起动时 燃料电池电源装置最初不能运行。
在车辆应用中，理想标准是能够在跟随初始的起动指令小于1分钟 (或者甚至小于40秒)内，例如通过键或者其它开关的转动，由燃料 电池电源装置产生电能来运行车辆。
在现有技术中，已经设计出多个处理过程以在停机时从水流系统中 排出所有或者部分水到收集器中，从而避免由于结水作用在燃料电池组 和它相关的水控制系统的一些或者所有部件中的机械损伤。然而，当起 动时，特别在温度低于-20摄氏度(-70。F)的情况下，在收集器和在相 关的泵，管道和换热器(如果未排出)中水的融化是必需的，从而为了 在燃料电池电源装置的运行能够维持之前，提供水的控制和/或冷却剂到 燃料电池电源装置中。
在U.S.6, 797， 421中，燃料电池组，收集器，水泵和全部设置在
由氢气/氧气催化燃烧器加热的绝缘外壳内，该燃烧器设置在外壳内部或 者它的外部，热量通过在外壳的下部中的小的进气管或者罩传送。在此 已知的装置中， 一个或多个温度传感器设置在外壳内部不同的关键点 处，其温度表示信号提供到控制器中，其随后控制氲气静态的或者间歇 流通过阀到催化燃烧器中。在此没有公开控制提供到燃烧器的空气量。 当然，在整个燃料电池电源装置低于零度的温度的不工作时期，该控制 器必须提供有电能，这种能量的供给源没有公开。其中催化燃烧器的温
度设置运行在93摄氏度(200°F )和370摄氏度(700°F )之间，这会 导致燃烧器的低效运行。
在U.S.2002/0068202中，提出燃料电池电源装置能够在最小负荷下 运行，或者连续或者响应于温度传感器，从而使得燃料电池的电解液保 持在零度以上。
除了在燃料电池电源装置的结构内部的情况之外，保持对象，在容 器或者空间中的介质的适当温度是所需的。
发明内容
本发明的目的包含在没有利用电流的情况下，保持容器内部的介 质的温度在所需温度之上；在没有利用电流的情况下，保持低于零度的 温度的不工作的燃料电池电源装置中的水不冻结；氢气的有效催化燃 烧； 一种自燃的，点燃保持的催化燃烧器； 一种长使用寿命的催化燃 烧器；运行在温度低于150摄氏度(302°F)的氢气/氧气燃烧器；在没 有任何电气控制下运行的催化燃烧器；在没有电流运行下的燃料电池组 的收集器的保持温暖的加热器；和高效的氢气/氧气催化燃烧器。
本发明部分地认识到在多孔金属基底上比在陶瓷基底上在给定的 温度下提供更多的热量(消耗更多的H2),并且部分地认识到有效的催 化加热必须避免由燃烧产生的水的夹带。
根据本发明，在容器内部的介质，例如燃料电池的收集器内部的 水，通过燃烧由供给源提供的氬气保持在零度以上，该供给源是响应于 容器的温度，通过具有与该容器热连通的温度响应元件的阀进行提供。 该阀通常是通过弹簧作用等，热静力学地，静水力学地运行的机械阀， 从而使得其在不需要外电源下进行作用。
根据本发明，氢气/氧气催化燃烧器包括喷射器，其具有提供到它的
主要入口处的氢气和在它的辅助入口可利用的空气，喷射器出口提供到 氢气/氧气燃烧催化剂处。
根据本发明，燃烧器包括支撑在多孔金属基底上的燃烧催化剂，从 而产生低于最大安全催化剂温度下的更多热量。
进一步根据本发明，氢气/催化燃烧器包括氬气/氧气燃烧催化剂， 其从在第 一侧上的加热面进行分离并且与设置在第二侧上的空气中的 扩散控制装置分离，氢气导入催化剂的第一侧上。扩散控制装置可允许 阻止流入燃烧器的对流的氧气达到最大实用的程度。这种控制设备能够 包含例如金属，塑料或者其它合适材料的多孔板， 一连串的板，长管， 多孔体，包含有助于提供非对流流动的这件元件等的结合。本发明在一 个形式中包括围绕催化剂的绝缘体以及高于和低于催化剂的空间，其中 扩散控制装置大体上延伸到绝缘体的圆周。
在更进一步根据本发明中，催化燃烧器包含多孔的，圆柱形的，催 化剂涂层基底，其具有供给到它的内表面的氬气，和与它的外表面间隔 开的氧气扩散控制装置。
在催化剂上的生产用水蒸汽冷凝在具有亲水网孔的表面上，该亲水 网孔邻近于通向管芯材料的表面，该管芯材料的气孔小于网孔的气孑L, 该管芯材料向下地引导冷凝的生产用水到周围的大气中。更进一步的根 据本发明，为了防止由导入大气中的生产用水产生的冰柱的形成， 一个 可溶物质盒容纳着生产用水，其中该可溶物质可溶解具有充分低凝固点 温度的水。在本发明的可选择的实施例中，水在释放到大气之前混合有 防冻剂。
本发明可包含金属滤网以帮助分配氢气到催化剂上。该催化剂可包 括多孔的圆柱体，其带有氢气入口管道的和穿过它的中心的管芯材料。
本发明运用一种阅，通常为机械阀，与对象或者重要的容器相接 触，例如燃料电池电源装置的收集器，或者响应于空间中或者围绕该容 器或者重要的对象的环境温度。当响应于环境温度时，本发明可包含与 机械阀串联的计时器阀，以便例如燃料电池仅仅停止运行在几天之内， 当空间或者重要的对象，收集器中的水的确在零度以上时，即使该环境 温度在零度以下也不产生热量。
而且，催化剂包括疏水性的，多孔金属基底，其内表面刷涂有
TEFLON和贵金属的混合物，例如铂，4巴和它们的合金，以便不吸入在
燃烧期间产生的湿气。
如在附图中示出的，参考示例的实施例的下面的详细说明，本发明 的其它目的，特征和优点将变得更加明显。
图1是本发明的实施例的程式化的，原理示意图，其感测收集器的 温度。
图2是采用根据本发明的氢气/氧气喷射催化燃烧器的本发明的简 化的，程式化的示意图。
图3是根据本发明的低温扩散类型的氢气/氧气催化燃烧器的简单 实施例的筒化，程式化示意图。
图4在容器受热情况下扩散催化剂的部分脱离，部分截面的部分分 解图。
图5是根据本发明的一个实施例，扩散催化剂的上部的截面分解图。
图6根据图5的实施例，扩散催化剂的部分脱离，截面侧视图。 图7是本发明的第二实施例的程式化，原理示意图，其感测邻近收
集器的温度，可能采用计时器阀。
图8是利用提盐器以避免冷凝物的冻结的本发明的部分的，部分截
面侧一见图。
图9是混合防冻剂与冷凝物以避免在环境中冷凝物的冻结的，本发 明的实施例的部分的，部分截面侧一见图。
图10是氢气进料管的部分的，部分截面侧视图，其可与图8和9 的实施例一起使用。
图11是示出在陶瓷和金属上支撑的催化剂的氢气消耗的曲线图。
图12是本发明的圓柱形扩散燃烧器的分解的，部分截面透视图。
具体实施例方式
参见图1，在诸如燃料电池电源装置收集器10的容器内的介质9， 通过可加热表面11进行加热，可加热表面11与氬气/氧气催化燃烧器13 的加热面12热连通。该收集器IO可包括真空并瓦，其具有内壁和外壁16， 17，它们之中具有真空区18。该收集器可具有常规的进水口 20和出口
21，进气口 22和排出/通风孔23。
该燃烧器13从供给源25通过管道24提供有氢气，该供给源25包 括机械的热调节阀，其与容器10热连通26，该阀通过管道27与在压力 下的氢气供给源28连接。该氢气供给源28可包括用于燃料电池电源装 置的燃料反应气体的供给源。该氢气大体上是纯的，或者包含在富氢的 重整产物或者其它的气体之内。
该阀25设置使得如果收集器IO低于第一温度时其将打开，并且无 论何时收集器IO达到比第一温度更高(或者至少不低于)的第二温度， 其将关闭。只要氢气通过阀25,其将自动与燃烧器13内的有效氧气发 生反应，因此通过表面ll, 12提供热量到收集器10中。
在图2中，燃烧器13a包括喷射器型，氢气/氧气催化燃烧器。氢气 从管道24出来通过燃料进口阀25供给到喷射器32的主要入口 31中， 其辅助的入口 33接收通过通道29的氧气。喷射器的出口供给到氢气/ 氧气催化剂34,该催化剂34可包括铂，钯，它们的合金或者其它合适 的贵金属和合金。催化剂34下游的空间包括热交换器35,其具有与收 集器10的可加热表面11热连通的加热面36。与可加热表面的热连通由 在加热器和可加热表面之间增加诸如铝等传导材料得到提高。湿气和任 何未消耗气体通过排气口 37排出。
参见图3，在公开的实施例中，低温，扩散型燃烧器13b包括多孔 的，圆柱形氪气/氧气催化剂38,其通过空间39与加热面12分离，和 扩散控制装置40,其通过空间41与催化剂38的第二侧分离。扩散控制 装置40同样可作为热损失阻挡层，阻挡热量向下流出燃烧器13b。
氢气通过管43在催化剂上供给到空间39中。氢气将与催化剂中的 任何氧气燃烧，导致氧的局部压力减少，从而氧气将通过扩散控制装置 40进行扩散(如上所述的)。因此，由于扩散控制装置40,基本上仅 仅氧气扩散到空间41中，而不是使得主要是氮气的空气流入该空间中。 因此，此称为扩散作用燃烧器。
本发明的 一个方面是认识到利用多孔金属基底的催化剂组件将比 利用类似的陶瓷基底在更低的温度下产生热量。图11示出作为氢气消 耗率函数的局部催化剂温度(也就是说，在催化剂组件本身内部)。在 由虚线220表示的催化剂的最大安全温度(超过该温度将发生对催化剂 的严重破坏)处，可以看到在氢气消耗上存在显著增加，因此热量生成速率也增加。因此，本发明促进氢气的低温，长使用寿命的催化燃烧。 在如此具体的实施例中，绝缘体44围绕该催化剂，并且扩散控制
装置40通过空间41，延伸向外通过绝缘体44的大量部分，或者其可延 伸通过所有的绝缘体44。氬气与氧气的催化燃烧的反应产物是热量和 水。在装置40的底面上的环境温度假定是零度以下。为了阻止围绕燃 烧器的底层的水和霜的聚集，形成在催化剂中的一些水能够与泄漏入扩 散控制装置40的空气混合，形成温暖的湿空气流，如箭头46所示，其 防止在扩散控制装置40上面或者下面的产物水发生冻结。在气流46中 的蒸汽的局部压力较低，其最小化了围绕燃烧器13b的结霜。
图3的扩散加热器的具体例子在图4-6中示出。图4是根据本发明 的扩散燃烧器的示例的实施例的部分脱离，部分分解的双透视图。组件 99是具有上部100的圆形，并且其在顶部装配有不锈钢加工块102,中 空的中心螺栓103通过螺紋104固定到其中。螺栓的底部具有螺紋 104a,其与螺母105接合。具有百叶窗孔隙的板110的直径是不锈钢块 102的直径的两倍或以上，组件99通过在具有百叶窗孔隙的板110和不 锈钢块102之间的螺栓和螺母固定在一起。
氢气(H2)供给管112从燃料箱(在别处，未示出)延伸到通过螺 栓103中的孔的通路大约3/4处，在此存在着螺紋114,以连接氬气供 给管112的端部到螺栓103的内部。
参见图5,块102在顶部上具有中心孔117,和非常大的锥口孔ll8， 其留下唇部120在底部上。六个孔122穿过孔117的底部，并且对于每 个孔存在径向延伸的凹槽123。然后氬气将向上流动通过螺栓进入孔117 内，向下通过孔122,向外通过凹槽123,并且然后进入延伸通过整个 孔118的不锈钢丝网124中。
参见图5,在网124下面存在两层亲水的，碳纸126， 127。在这些 层下面，存在TEFLON⑧网128。该TEFLON网128刚好在多孔不锈钢 基底130的上面，该多孔不锈钢基底130具有TEFLON和铂或者钯，或 者它们两者或之一的合金的混合物，存在每公升大约2.0克的铂/钯，和 大约0.4g/l的Teflon。这使得催化剂130是疏水性的，从而使得形成在 催化剂中的任何湿气不会被吸入，但是将利用重力向下通过以避免溢 出。
碳纸126的上部片注入KYNAR⑧(塑^j")129,以对于围绕螺^全103
的短距离增浓它。这防止氢气直接向下流动，并且有助于使得氢气向外
偏离(见图5中的流动箭头)。围绕螺栓103的是管芯材料133,例如 类似于纸巾的纤维状的纸材料，和围绕管芯材料133的塑料管134为此 提供支撑。还存在支撑催化剂130的内部部分的塑料管137。
参见图6，管芯材料133设置进入管芯材料的盘140内的凹槽中， 该盘140延伸通过在百叶窗孔隙板110中的窗^反142的第一环。与窗 板相干涉的管芯盘140的部分或者除去，或者以常规的方式避开地向上 推动。在图4和6中，百叶窗孔隙板110具有在窗板142的第一环外部 的窗玲反144的第二环，并且具有两个直径上对置的孔146,它们具有延 伸通过其中的管芯材料的塞147。
百叶窗孔隙板110与该结构的剩余部分分离，例如通过在外套筒 138上的伸出部139的大约4毫米(0.16英寸)，以促进温暖湿气(水
蒸汽)的流动，其防止会阻碍窗板的冰形成。
参见图4,装置99的上部100包在反射膜170, 171中，例如铝粘 合带，以形成氢气阻挡层。装置的上部100由真空绝缘176的方形截面 环形线所围绕，该环形线由薄壁不锈钢174形成，其示出独立于包括薄 壁不锈钢175的收集器的底部。
图4示意地示出由液化气体真空瓶180形成的收集器；也就是说， 内部和外部薄的不锈钢壁182, 183,在它们之间的空间184被抽空。然 而，壁182， 183汇集在加热器99上，从而使得热量能够容易地从块102 传送入收集器180的内部186内，在此例子中其包含水。
在运行过程中，当氬气供给到管112中时，其如图5所示的箭头流 动，向下进入催化剂130中。在此没有空气流动，但是在百叶窗孔隙板 110 (见图4)下面的大气中的氧的局部压力大于在百叶窗孔隙板110和 催化剂130 (见图6)之间的空间150内部的氧的局部压力，由于在催 化剂130中的氧气消耗。因此，氧气通过窗板142， 144和空间150扩 散入催化剂中，以在催化剂处与氢气燃烧。
如已知的，氢气和氧气的催化燃烧的反应产物是热量和水。在此装 置中，可采取不同的措施以使得热量向上流入，例如燃料电池电源装置 的水收集器部分，但是可为其它的装置。在图6中，百叶窗孔隙板IIO 的顶面152涂有热反射材料，例如铬或者铝，以便最小化向下流入百叶 窗孔隙板110下面的大气中的热流。
水凝结在不锈钢块102的底面156 (图4,图5 )上，然后流过不锈 钢丝网124。然后凝结水轻易地流过两片亲水的碳纸126， 127。 因为 碳纸126, 127的孔隙大小大于管芯材料133的孔隙大小，从而水吸入 管芯材料133中，在此重力向下牵引它到管芯材料的盘140中。然后水 流过盘140到管芯材料147的塞，在此重力导致水形成落入外界中的液 滴153 (图6)。
TEFLON网128提供隔热板，以允许催化剂实现用于最大效率的最 佳温度，其在大约80摄氏度(175°F)处。如果允许热量过快地传送到 装置99被加热的地方(例如燃料电池电源装置蓄电池180),则在催化 剂中的温度将减少并且该过程效率更低。
氧气的扩散速率通过百叶窗的打开(通过百叶窗的流路)和在百叶 窗孔隙板110和催化剂130之间的距离进行控制。如果过多的氧气达到
催化剂，催化剂的温度将局部变得过高(也许高达几百摄氏度)，其将 由于从装置底部的产生的显著热损失而减少效率。保持催化剂内部的温 度平衡以及促进热量向上，而不是向下流动，是在图4-6描述的装置的 详细结构的重要方面。
本发明的可选择的阀的实施例在图7中示出。为了避免热损失，过
度燃料消耗以及昂贵的，复杂构造，本发明的一个实施例感测收集器绝 缘体外部，但是邻近收集器的环境大气的温度，如图7中示出。其中， 温度传感器26a接近收集器10的真空绝缘18的外部。因此，机械的 热调节阀门25根据环境的温度打开和关闭。由于在绝缘的收集器之内 的水9应该始终比环境中的温度温暖，特别在收集器加热的情况，机械 的热调节阀门25打开的温度能够设置在诸如0摄氏度，以确保水决不 冻结。然而，由于已知在适当地密封，类似真空瓶收集器10内的温度 在一些日子仍然保持在零度以上，自动地加热收集器将造成不必要的燃 料浪费(通常是电动车辆的车载的燃料)。
本发明的第二实施例包括与阀25串联的计时器阀183,其可设置用 于一适当的时期，在该时期内提供热量到收集器认为是不必要的。该计 时器可电池供电的，或者可是机械的。例如，弹簧运行移动可使得其弹 簧由电动机所缠绕，在停止燃料电池的过程期间，同时存在仍然可利用 的能量。在计时器阀183上的计时器的特性可以是传统的并且可进行挑 选以适合本发明的任何具体的实施情况。
在计时器阀183和机械的热调节阀门25结合的情况下，气体将不 会提供到燃烧器13中直到环境温度低于阀25的凝结点，在跟随计时器 阀183以外时间的时间才匡架内。阀25, 183的^f立置可以反向。
在图6的燃烧器实施例中，特别当本发明应用在车辆中时，从管芯 材料147的塞落下的冷凝物153的液滴153将很可能落到地面表面或者 冷的地板上。如果表面和环境零度以下时，然后当冷凝物冻结时，相反 的水柱将开始聚集， 一个滴在另一个之上。冰柱的尺寸能够增加直到它 们包围部分或者所有的塞147，最终阻塞用于冷凝物逃逸的通路。由于 燃烧器将继续以产生水，该水将传送通过管芯133, 140，最终空间150 (图6)将被填充并且水将接触催化剂130。 一旦催化剂溢出，燃烧将 停止，使得在收集器IO, IOO内部的水将冻结。
为了阻止此种情况，在图8中示出的本发明的实施例包括具有物质 192的金属罐190，该物资192与水混合以形成将不会在大约-50摄氏度 (-60°F)冻结的溶液，例如粒状的CaCl2盐。本发明的此实施例从通 过利用固体中心的螺一全103a的图4-6中示出的进行改变。螺;f全103a， 管芯133和塑料管芯支撑134所有都穿过百叶窗孔隙板110并且进入金 属罐190内。在示出的实施例中，金属罐190可以是不锈钢圆柱体；然 而，在本发明的范围内可具有其它的结构。在金属罐190内的管芯靠在 垫圏195上，其具有孔196在其中，以容纳管芯塞147。如果金属罐190 是圆柱体，垫圈195可以是正方形以便于接触圆柱体的弯曲表面并提供 支撑到剩余装置中。如果在本发明的任何实施中适当的话，该金属罐可 具有溢出阻止排出装置198。
向下通过管芯133并且进入管芯140内的冷凝物达到管芯塞147, 并且滴入盐192中，因而减少冷凝物的冻结将引起催化剂溢出的可能 性。
避免催化剂冻结的本发明的另一个实施例将在图9中示出。在图9 中，管芯133和管芯支撑134以图8中相同的方式穿过百叶窗孔隙板 110，并且紧靠着多孔的亲水混合器200。在螺栓l(Bb中的多个水平孔， 其可包括6个径向孔202,在多孔的亲水混合器200和钻进螺栓103b中 的轴向的毛细管流体通路204之间提供毛细管流体连接。毛细管205挤 压入孔204内并且与响应于温度传感器210的热调节阀门109流体连 通，其传导从供给源出来的防冻剂，例如风挡玻璃喷洗器流体的供给源
206 (在本发明使用在由诸如燃料电池供给能量的电动车辆的情况下其
是便利的)。
在本发明的此实施例中，从供给源出来的风挡玻璃喷洗器流体或者
其它的防冻剂通过毛细管205吸入孔204中。防冻剂将穿过径向孔202 进入多孔的亲水混合器200内，在此其与冷凝物混合，此后混合物滴到 收集器(153)下的表面上。
在图9的实施例的情况下，因为孔204容纳毛细管205，质子源管 112 (图6)不能使用在其它的实施例中。在图10中，用于氢气的更替 通路示出。其中，紧密接近催化加热器的绝缘体44 (图3)不是真空空 间176 (如图4所示)，而是多孔的尿烷绝缘体176a。 细小的槽209 切入绝缘体176a中，以便于提供从阀25供给氢气到中心孔117的毛细 管211的通路。在图8实施例中，管112 (如在图4-6中)可从阀25开 始通过提盐器引导并且进入空心螺栓103中，如上面图4-6所述，如果 需要的话，当适合于本发明的任何实施时，或者管211可如图10所示 的使用。
参见图12,示出了本发明的另一个结构，在此情况下，催化剂可包 括催化材料(例如贵金属)与沉积在多孔金属的基底38上的疏水材料 (例如TEFLON (R))的混合物，并且催化剂可以是多孔的圆柱体，其 中心连接到氢气供给管43，并且其外表面面对在扩散控制板40之间的 空间41,其还可以是在其中具有多个孔25的圆柱体。图12的装置的运 行非常适合于加热一个空间，即使它同样可用于加热适当布置的对象。
权利要求
1.一种保持在容器(10)中的介质(9)温暖的系统，其包括容器(10)，其具有可加热表面(11)，通过该表面(11)热量被引导入容器内的介质(9)中；和氢气的供给源(29)；其特征在于在计时器运行阀已经准备打开之后，可操作地进行关闭的第一阀，除非所述计时器的时间周期已经终止；具有温度响应部件(26)的第二阀，该温度响应部件(26)设置成接近所述容器并且响应于或者(i)容器的温度或者(ii)围绕该容器的环境温度，所述第二阀响应于所述温度响应部件低于第一温度可操作地打开，并且响应于所述温度响应部件在第二温度之上进行关闭，所述第二温度不低于所述第一温度，所述阀串联地连接到所述供给源，以当所述两个阀都打开时，用于燃烧的氢气的供给源(24)加热所述可加热的表面；和从下面挑选出来的氢气/氧气催化燃烧器(13)(a)喷射燃烧器(13a)，其包括加热面(36)，通过该加热面热量被引导到热量利用装置；喷射器(32)，其具有出口，与所述氢气供给源流体连通的主要入口(31)和与空气流体连通的辅助入口(33)；和设置在所述喷射器出口和所述加热面之间的氢气/氧气燃烧催化剂(34)；和(b)扩散燃烧器(13b)，其包括具有第一和第二侧的氢气/氧气燃烧催化剂(38)；加热面(12)，通过该加热面热量被引导到热量利用装置，其通过第一空间(39)与所述催化剂的所述第一例分离；用于引导从所述供给源的氢气到所述第一空间的氢气管道(43)；和扩散控制装置(40)，其设置在空气中并且通过第二空间(41)与所述催化剂的所述第二侧分离；所述可加热表面与其中一个所述加热面接触，从而通过所述阀的氢气催化地燃烧以加热所述容器内的介质。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述容器(10)是燃料电池 电源装置的收集器。
3. 如权利要求l所述的系统，其中所述第一阀是计时器操作阀。
4. 如权利要求l所述的系统，其中所述第二阀是热调节阀门。
5. —种用于保持温暖系统的温度响应的氢气供给源，其包括 容器(10)，其具有可加热表面(l2)，通过该表面(12)热量被引导入所述容器中；和 氢气的供给源(28);其特;f正在于具有温度响应部件(26)的阀(25),该温度响应部 件(26)设置成接近所述容器并且响应于或者(i)容器的温度或者(ii) 围绕该容器的环境温度，所述阀响应于所述温度响应部件低于第一温度 可操作地打开，并且响应于所述温度响应部件在第二温度之上进行关 闭，所述第二温度不低于所述第一温度，所述阀连接到所述供给源，以 当所述阀打开时，提供用于燃烧的氲气的供给源(24)以加热所述可加 热的表面；
6. —种抗冻的容器，其特征在于根据权利要求5的供给源；和 氢气/氧气催化燃烧器(13),其用于燃烧来自所述供给源(24)的氲气以加热所述可加热表面(12)。
7. 如权利要求6所述的容器，其中所述阀(25)与所述容器(10) 热接触(26)。
8. —种用于燃料电池电源装置的收集器，其特征在于根据权利 要求6的容器。
9. 一种氢气/氧气催化燃烧器(13a)，其特征在于加热面(36)，通过该加热面热量被引导到热量利用装置(10); 喷射器(32)，其具有出口，与所述氢气供给源(24)流体连通的 主要入口 (31)和与空气流体连通的辅助入口 (33);和设置在所述喷射器出口和所述加热面之间的氢气/氧气燃烧催化剂 (34)。
10. —种氢气/氧气催化燃烧器(13b),其特征在于 具有第一和第二侧的氢气/氧气燃烧催化剂(38); 用于引导来自所述供给源(24)的氢气到所述第一侧的氢气管道(43 );和扩散控制装置(40),其设置在空气中并且通过第二空间(41)与所述催化剂的所述第二侧分离；
11. 如权利要求9或者10所述的燃烧器，其中所述催化剂包括在多孔金属基底上的催化剂材料的涂层。
12. 如权利要求9或者10所述的燃烧器，其中所述催化剂包括在多孔基底上的催化剂材料和疏水性材料的混合物。
13. 如权利要求9或者10所述的燃烧器，其中所述催化剂(38) 包括多孔金属基底(130)，其内表面涂刷有TEFLON⑧和贵金属或 者它的合金的混合物。
14. 如权利要求13所述的燃烧器，其中所述贵金属是从铂，钯 和铂和/或钯的合金中选出来的。
15. 如权利要求IO所述的燃烧器，还包括绝缘体(44),其围绕所述催化剂，所述第一空间和所述第二空间； 和其中所述扩散控制装置(40)延伸超过所述第二空间(41)以基本上到 达所述绝缘体的外周上。
16. 如权利要求10所述的燃烧器，其中所述第一空间(39)包 含金属滤网(124)。
17. 如权利要求IO所述的燃烧器，其中所述第一空间(39)包含第二表面(l56)，在该表面上通过燃烧 产生的湿气在所述催化剂(38)中凝结；并且进一步特征在于亲水的网孔(126, 127),其具有设置在所 述第二表面下面的第一尺寸的孔；和管芯材料(133， 140, 147),其具有小于所述第一尺寸的第二尺 寸的孔，其从所述网孔延伸到所述扩散控制板(40， 110)下面的点处。
18. 如权利要求17所述的燃烧器，进一步的特征在于设置在所 述扩散控制板下面并且适合于接收所述冷凝物的室(190)，所述室包 含一种物质(192),该物质与所述冷凝物形成具有冷凝温度低于-50摄 氏度(-60。F)的流体。
19. 根据权利要求18的燃烧器，其中所述物质是CaCl2盐。
20. 如权利要求17所述的燃烧器，进一步的特征在于 设置在所述扩散控制装置(40)下面以接收所述冷凝物的多孔的亲水混合器(200 );与水可互溶的防冻剂的供给源(206);和至少一个毛细管(205 )，其相互连接所述防冻剂的供给源与所述 多孔的亲水混合器，从而所述冷凝物和防冻剂混合并且防冻混合物,人所 述多孔的亲水混合器滴入环境内。
21. 如权利要求20所述的燃烧器，其中所述防冻剂是风挡玻璃喷 洗器的流体。
22. 如权利要求17所述的燃烧器，其中所述冷凝物导入环境中。
23. 如权利要求10所述的燃烧器，其中所述催化剂(38， 130) 是多孔的圆柱体，其具有与它的轴线垂直设置的中心孔。
24. 如权利要求23所述的燃烧器，其中氢气管道(112, 103) 通过所述中心孔以提供氢气到所述第一空间中。
25. 如权利要求23所述的燃烧器，其中所述第一空间(39)包含第二表面(156)，在该表面上通过燃烧 产生的湿气在所述催化剂(38)中凝结；并且进一步特征在于亲水的网孔(126, 127),其具有设置在所述第二表面下面的第一 尺寸的孔；和管芯材料(133, 140， 147),其具有小于所述第一尺寸的第二尺 寸的孔，其从所述网孔通过所述中心孔延伸到所述扩散控制装置(40， 110)下面的点处。
26. 如权利要求IO所述的燃烧器，其中所述扩散控制装置(40) 限制氧气扩散量，从而限制所述催化剂的温度。
27. 如权利要求IO所述的燃烧器，其中所述催化剂包括多孔的圆柱体，其内部包含所述第一侧并且其外部 包含所述第二侧；和所述扩散控制装置(40)包括围绕所述催化剂并且与此隔开的圆柱 体，并且在其中具有氧气扩散孔(225 )。
全文摘要
在燃料电池收集器(10)中的水通过氢气/氧气催化燃烧器(13)保持在零度以上，并且通过与容器(10)或者附近的空气热连通(26)的机械热调节阀门(25)供给氢气到该燃烧器(13)中，并且该机械的热调节阀门(25)连接到氢气供给源(28)上并且可选择地与计时器阀(183)串联。燃烧器可包括喷射器(32)，其使得氢气通过它的主要入口(31)，吸引空气通过辅助入口(33)，或者扩散燃烧器具有催化剂(38)，其包括TEFLON以允许通过燃烧产生的水靠重力流动到催化剂之外，并且与加热面(30)和扩散控制装置(40)隔开；在催化剂处的较低的氧的局部压力导致扩散通过该装置。燃烧蒸汽凝结在表面(146)上并且通过亲水编织的碳纸(126)和管芯材料(133)向下引导，通过盘(140)和塞(147)或者到环境中，或者到盐金属罐(190)中，或者到多孔的亲水混合器(200)以与防冻剂(206)混合。
文档编号F23N5/18GK101189475SQ200580048860
公开日2008年5月28日 申请日期2005年10月31日 优先权日2004年12月29日
发明者C·赖瑟, G·雷斯尼克, J·卡默伦, K·赛托 申请人:Utc电力公司