[發明專利]一種適用于燃料電池系統的陰極空氣過濾器

有效

• 申請號: 201310422533.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103566675A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 呂洪;馬建新;許瀟;周偉;張存滿;郝傳璞
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01D46/54
• 分類號: B01D46/54;B01D53/02;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

本發明屬于燃料電池領域，涉及一種適用于燃料電池系統的空氣過濾器。

背景技術

能源危機及環境污染問題的日益加劇，特別是近年來各國對溫室效應造成全球氣候變暖的重視，發展低碳經濟已經勢在必行。就汽車行業而言，開發清潔、高效的燃料電池汽車并進行商業化推廣早已被各國政府及各大汽車廠商提上日程。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）大都采用空氣作為氧化劑，空氣中的污染物（如固態顆粒物、CO、C_mH_n、NO_x、SO₂和H₂S等）會對PEMFC的性能造成不良影響，甚至可能造成PEMFC運行中斷。

為了消除空氣中有害氣體對于燃料電池耐久性的影響，目前一種行之有效的方法是在燃料電池陰極加裝具有化學吸附功能的空氣過濾器，不僅可以過濾顆粒物，還可以有效吸附空氣中的污染物。

中國專利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（11、12），化學吸附效率高，同時采用憎水性膜（4）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從支撐構架（5）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。

同濟大學的最新燃料電池空氣過濾器中國專利CN102423581A設計了一種適用于5kW燃料電池堆的空氣過濾器。通過加裝導流板分流氣體，不僅提高了空氣過濾效果，同時還具備消聲功能。改進后的結構主要分為物理過濾部分14、化學過濾部分15以及錐形出口16三部分。物理過濾部分包括第一外殼17、物理過濾濾芯18及第一法蘭19。化學過濾部分包括第二法蘭20、化學過濾濾芯21、導流板22及第二外殼23。空氣先通過物理過濾濾芯18過濾空氣中的固體顆粒雜質，再經過化學過濾濾芯21過濾空氣中的化學吸附雜質，最后氣體通過錐形出口16進入鼓風機。但是該濾器結構不夠緊湊，所占安裝空間大；另外，過濾器裝配困難，不利于濾芯的更換。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于燃料電池系統的陰極空氣過濾器，整體壓力損失小、化學吸附效率高、具有一定消聲作用，并且結構更加緊湊的適用于燃料電池系統的空氣過濾器。

為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是：

一種適用于燃料電池的空氣過濾器，包括可拆卸式結構的過濾器外殼、位于所述過濾器外殼中的內部濾芯、位于所述過濾器外殼上的進氣口與出氣口，所述進氣口、內部濾芯以及出氣口沿進氣方向依次排列，所述內部濾芯包括物理過濾部分以及化學過濾部分，所述物理過濾部分用于過濾顆粒物，所述化學過濾部分包括位于化學過濾部分入口段的列管式濾芯、位于化學過濾部分中間段的整體式濾芯以及位于化學過濾部分出口段的多孔板，所述列管式濾芯包括多個填充有化學吸附介質的列管，所述多個列管多層環狀排布，所述多孔板上設有多層環狀排布的開孔，所述多個列管與所述多孔板上的開孔交錯設置。

所述每個列管為倒錐形列管，所述列管的出口端直徑大于進氣端直徑；

優選的，所述倒錐形列管錐角的角度范圍為5°～10°。

所述化學過濾部分為整體式結構，所述列管式濾芯還包括用于布置所述列管的圓盤，所述多孔板為多孔的殼體的構件，所述圓盤與所述多孔板可拆卸連接，所述整體式濾芯位于所述列管式濾芯與所述多孔板組成的空間中；

優選的，所述圓盤的盤壁上設有多組凹槽，所述多孔板的環狀壁面對應留有凸起，兩者經由環狀設置的凹槽與凸起連接。

所述化學過濾部分中，所述整體式濾芯以及所述化學吸附介質的制作材料為多孔性、大比表面積材料；

優選的，所述多孔性、大比表面積材料為吸活性炭、活性氧化鋁、分子篩、氣凝膠、離子交換樹脂、離子交換纖維中的一種或一種以上的組合；

進一步優選的，所述整體式濾芯的制作材料為經氮化、氨化、KOH、檸檬酸、氧化銅、氧化鈰化學改性修飾的活性炭；

進一步的，所述整體式濾芯以及所述化學吸附介質外部還包裹一層無紡布。

所述物理過濾部分包括粘貼于所述列管式濾芯前端的無紡布以及位于多孔板內側的高效粉塵過濾膜。

所述高效粉塵過濾膜為駐極體材料，以濾除濾芯部分因氣流沖刷可能帶出的任何固體顆粒及粉塵；

優選的，所述駐極體材料為聚丙稀、聚四氟乙烯、環烯聚、六氟丙稀－聚四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯或聚酯。

所述過濾器的進氣口為相向對稱設置的雙開口。