[發(fā)明專利]一種車載燃料電池的板式進氣凈化器、進氣系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010523159.7
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111714975B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 王家德;楊家錢;葉志平;周青青;劉梓鋒;陳月
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B01D46/00
• 分類號: B01D46/00;B01D53/04;B01D53/75;B01D53/86;B60L50/72;H01M8/04082;H01M8/04089
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開了一種用于車載燃料電池的板式進氣凈化器、進氣系統(tǒng)及方法。空氣中的污染物會對質子交換膜燃料電池造成不同程度的不可逆損害。本發(fā)明一種車載燃料電池的板式進氣凈化器，包括凈化器殼體、進氣通道、出氣通道、氣流均布板、除塵層、第一吸附催化層和第二吸附催化層。進氣通道沿著凈化器殼體的切向設置。除塵層、第一吸附催化層、第二吸附催化層均設置在凈化器殼體內，且沿著進氣通道到出氣通道的方向依次間隔排列。本發(fā)明中的除塵層、第一吸附催化層和第二吸附催化層呈三層“板式結構”，各層“塔板”位置與填料厚度經過優(yōu)化設計，提高了傳質和吸附催化效率；此外，各層“塔板”采用抽拉式設計，填料更換更為方便。

技術領域

本發(fā)明屬于新能源汽車技術領域。具體涉及一套集粉塵濾除、污染物吸附催化、空氣供給智能控制于一體的用于質子交換膜燃料電池的空氣凈化系統(tǒng)，以及匹配該空氣凈化器的控制系統(tǒng)和方法。

背景技術

隨著能源和環(huán)境問題日益突出，燃料電池汽車(Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV)的發(fā)展得到了越來越廣泛的關注。燃料電池，又稱電化學發(fā)電器，可通過供給陽極的燃料氣體與供給陰極的含氧氣體發(fā)生反應而發(fā)電，是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置。質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為燃料電池汽車領域最有應用前景的電力能源之一，具備能量轉化效率高、工作溫度低、無污染、零排放、低噪聲等優(yōu)點，但在使用壽命、成本、基礎設施等方面仍未達到商業(yè)化應用的標準。

FCV的商業(yè)化要求燃料電池壽命大于5000小時，但目前車載PEMFC的使用壽命達不到上述要求，究其原因，一方面是質子交換膜和催化材料自身存在耐久性不高的缺陷；另一方面，內燃機汽車排放的尾氣中含有固體懸浮顆粒、CO、SO2、NOx、VOCs、O3、碳氫化合物等多種大氣污染物，這些污染物廣泛存在于城市機動車道及其周邊區(qū)域的空氣中，對以空氣為氧化氣的PEMFC造成不同程度的不可逆損害。例如，SO2對陰極催化劑的強吸附作用可使電池陰極電勢降低從而影響燃料電池性能，實際道路條件下NH3可導致約3％的PEMFC自發(fā)性功率損耗，由NOx造成PEMFC自發(fā)性功率損耗可達5％-10％。因此，在空氣進入燃料電池陰極前，利用空氣凈化裝置去除進氣中大部分的懸浮顆粒物和復合污染物，可顯著降低此類物質對PEMFC的負面影響，延長PEMFC使用壽命。

近10年國內外公開發(fā)表文獻資料檢索顯示，現(xiàn)有的PEMFC進氣凈化器缺乏對裝置內部氣流流場分布的研究，在進氣方式和內部結構尺寸的設計上沒有足夠的理論和實驗數(shù)據(jù)支撐，導致裝置內部氣流分布不均和局部性的填料堵塞，壓力損失過大。現(xiàn)有技術大都采用貴金屬催化劑作為吸附催化材料，盡管這類催化劑對氮氧化物、碳氫化合物、CO等具有較高的催化活性，但也存在成本高、易中毒、吸附容量無法滿足車載燃料電池的要求等弊端。在空氣供給方面，PEMFC的功率視車速和路況而定，現(xiàn)有技術中缺少與進氣凈化器配套的進氣控制系統(tǒng)，難以對進氣流量進行實時調控，造成不必要的能耗，同時降低了吸附催化材料的使用壽命。

專利申請?zhí)?00410034327.7、專利名稱燃料電池及燃料電池用空氣凈化裝置提供了包含用于污染物氧化的第1污染物去除機構和用于污染物吸附去除的第2污染物去除機構的空氣凈化裝置，該裝置采用鈀、鉑、銠、釕等貴金屬構成的催化劑在加熱至200℃以上的條件下氧化有機物、氮氧化物、硫氧化物、氨、硫化銨、一氧化碳等污染物，采用改性活性炭等多孔體吸附去除以氮氧化物為主的各類污染物。然而貴金屬催化劑的使用提高了運行和維護成本，與之配套的加熱和冷卻機構增加了能耗，且由于其缺少對裝置的導流系統(tǒng)和供氣控制進行設計和優(yōu)化，未考察不同的進氣方式和裝置內部流場特性，可能存在填料堵塞和壓力損失較大等問題。