[發明專利]一種用于燃料電池的空氣凈化器

有效

• 申請號: 201010149024.5
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101804283A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 馬建新;呂洪;劉湃;楊代軍;周偉;鄭俊生
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;B01D46/30;B01D46/10;H01M8/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明涉及一種燃料電池用空氣凈化器。

背景技術

由于能源緊張和環境污染等問題日益突出，清潔能源汽車的發展正受到越來越多的關注， 其中質子交換膜燃料電池(PEMFC)憑借其工作溫度低，環境友好，啟動速度快，能量密度 高等優點，逐漸成為新能源汽車的理想動力源，成為各發達國家政府重點扶持以及知名汽車 公司爭相發展的方向。

然而，燃料電池汽車(Fuel?Cell?Vehicle，FCV)的商業化還面臨著一些挑戰，如：耐久 性問題、成本問題、性能問題以及相關基礎設施問題。對于耐久性問題，FCV達到商業化所 需的PEMFC壽命應大于5000小時，但是目前車載PEMFC其壽命尚不能滿足上述要求，主 要原因是質子交換膜及催化劑材料的耐久性有待進一步提高，此外，空氣中的污染物(如固 體顆粒物、CO、CmHn、NOx、SO₂和H₂S等)也會對PEMFC的性能造成不良影響，(如SO₂對陰極催化劑有強吸附作用，從而產生“中毒”效應使電池陰極電勢降低，性能迅速顯著下 降)，甚至可能造成PEMFC運行中斷。

為了消除空氣中有害氣體對燃料電池的影響，最簡單有效的方法之一就是在空氣進入燃 料電池陰極之前，采用空氣過濾裝置將有害氣體吸附過濾去除。因此，對于FCV空氣凈化器， 除了能夠滿足傳統汽車空氣濾清器的固體顆粒物過濾功能之外，還需要將有害氣體吸附去除。 此外，應盡量減小空氣凈化器所增加的進氣阻力和壓降。

Freudenberg公司的專利WO?2007039037A1設計了一種可以去除顆粒污染物和化學污染 物，同時具有一定消聲功能的用于燃料電池的空氣過濾器，如圖1所示。含有顆粒物和有害 氣體的空氣由進氣端1進入空氣過濾器，經過無紡布顆粒過濾層2粗過濾，主要去除顆粒物， 再經過包裹在無紡布內的活性炭吸附層4精過濾到達排氣端5進入燃料電池，可以有效除去 有害氣體。該過濾器的優點在于考慮了流體力學性能，密封性能可靠，結構簡單輕便，便于 拆裝和更換濾芯。而且該過濾器采用了擴張式過濾器殼體結構3，當氣流通過時先突然擴張 再收攏，會使一部分聲能被消耗掉，從而使噪聲得到衰減。

同濟大學的專利CN101079489A采用自主研發的具有良好性能的化學吸附材料以及整體 式吸附劑與空氣通道交替排列結構，設計了用于燃料電池的空氣過濾器，如圖2所示。其中 過濾器的錐形進氣通道6由前往后截面逐漸增大的結構有助于降低空氣流速，從而增加空氣 通過過濾器的時間，提高過濾效率，而排氣通道10截面逐漸縮小的結構則有利于增大排氣端 空氣流速以滿足燃料電池空氣流量的需要?？諝膺M氣端13和排氣端14均設計為圓形，便于 過濾器與前端空氣壓縮機和后端的圓形管道聯接，錐形進氣通道由圓形逐漸過渡至正方形。 該空氣過濾器在空氣流動通道中利用與兩側壁面各呈45°角的楔形擋板12改變空氣的流動方 向。設置楔形擋板12的作用在于，一方面強迫空氣分流經過兩側的吸附劑后才能繼續向前流 動，多次分流透過吸附劑可以提高空氣的過濾效果，同時能保證各部分吸附劑的利用率基本 相同；另一方面，45°的楔形設置，可以減少空氣在改變流動方向過程中的紊流和粘滯阻力， 從而減少空氣傳輸阻力，提高空氣流速，同時一定程度上還可以降低噪音。采用不銹鋼濾網 9的作用是濾除過濾器中可能夾帶出的固體顆粒物，同時通過憎水性膜7有效濾除空氣(如 海邊潮濕的空氣)中的水分，并能很方便地將整體式吸附劑11從吸附層殼體8內取出，進行 活化處理或者更換吸附劑。但過濾器的結構較復雜，空氣阻力較大。