CH717534B1 - Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen und Luftfilterverfahren davon. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen und ein Luftfilterverfahren von deren, umfassend einen Doppelrotorscheibenmotor, wobei die Achsmitte des Scheibenmotors eine Innenwandschale (3) ist, die zum Einlassen und Auslassen von Gasen, abgestuften Entfeuchten und Absorbieren von schädlichen Gasen verwendet wird; und wobei der Scheibenmotor mit der Mittelwandschale (4) fest verbunden ist, und wobei an der Innenseite der Mittelwandschale (4) spiralförmige Kämme (14) angeordnet sind; und wobei der Scheibenmotor weiterhin mit der Außenwandschale (5) fest verbunden ist, und wobei zwischen der Außenwand und der Innenwand eine Widerstandsdrahtheizkomponente (6) angeordnet ist, um Eis und Schnee zu verschmelzen und zu verhindern, dass sie sich ansammeln und den Luftkanal blockieren, und wobei am unteren Ende der Außenwandschale (5) mehrere Poren vorgesehen sind, und wobei an der Innenseite der Bodenfläche ein Flügelrad (17) angeordnet ist. Die verschiedene Verunreinigungen enthaltende Luft geht von dem Luftspiralkanal nach unten, so dass die Verunreinigungen eine Zentrifugalbewegung haben und an die Bodenfläche der Außenwandschale (5) fallen, das Flügelrad (17) dreht sich, um die großen Verunreinigungen aus den Spalten abzulassen; dann tritt die Luft in die Innenwandschale (3) ein und wird nach dem abgestuften Entfeuchten und Absorbieren von schädlichen Gasen abgelassen. Die vorliegende Erfindung löst die Probleme bestehender Luftreiniger, welche eine schlechte Selbstreinigungsleistung aufweisen, sodass die Filterelemente durch die kondensierten Flüssigkeitströpfchen blockiert werden und der Luftkanal durch Eis und Schnee verstopft wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Entwurfs von Luftversorgungssystemen, insbesondere eine Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen und ein Luftfilterverfahren davon.

STAND DER TECHNIK

[0002] Gegenwärtig deckt der Einsatz fossiler Brennstoffe 80% des weltweiten Energiebedarfs, aber dabei bestehen zwei schwerwiegende Probleme bei der fortgesetzten Nutzung fossiler Brennstoffe: zum einen sind die Reserven begrenzt und werden früher oder später erschöpft; zum anderen hat der Einsatz fossiler Brennstoffe eine Reihe von schwerwiegenden Umweltproblemen verursachet, wie z.B. globaler Erwärmung, Ozonloch und saurem Regen, deshalb ist es dringend erforderlich, eine neue saubere und effiziente Energie einzuführen. Der Wasserstoff ist der leichteste, sauberste und effizienteste Brennstoff und kann in einer Brennstoffzelle die chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandeln, dabei besteht eine extrem hohe Energienutzungsrate. Die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen sind aufgrund einer hohen Leistungsdichte, einer niedrigen Betriebstemperatur, einem geringen Volumen und einem schnellen Start die erste Auswahl für die Brennstoffzellen in Fahrzeugen. Allerdings stellen die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen während des Betriebs extrem hohe Anforderungen an die Luft, und giftige und schädliche Substanzen wie Schwefel und Kohlenmonoxid können eine Katalysatorvergiftung und -deaktivierung verursachen. Um die Leistung des Brennstoffzellenpacks zu erhöhen, soll die Brennstoffzelle außerdem mit einem höheren Druck arbeiten, und der Druck wird durch einen Zentrifugalkompressor bereitgestellt. Der Radialkompressor stellt ebenfalls strenge Anforderungen an die Saugluft. Die Partikel und die Flüssigkeitströpfchen in der Luft verursachen abnormale Vibrationen der Luftkompressorflügel, die mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und beschädigen in schweren Fällen sogar den Luftkompressor; deshalb soll der Luftfilter verschiedene Flüssigkeitströpfchen und Partikel in der Saugluft effektiv blockieren und abfangen, am besten kann der Luftfilter giftige und schädliche Gase in der Luft absorbieren und die in den Luftkompressor und den Brennstoffzellenpack eintretende Luft streng und gründlich filtern. Aufgrund des Einflusses von Industriegebieten und Baustellen in Städten liegt eine große Mange an Schadstoffen in der Luft, einschließlich verschiedener giftiger und schädlicher Gase und Staub wie PM2.5. Um den Einsatzbereich von Brennstoffzellenfahrzeugen zu erweitern und künftig einen vollständigen Ersatz bestehender ölbefeuerter Fahrzeuge zu erreichen, sollen die Brennstoffzellenfahrzeuge auch die Stadt verlassen und unter relativ schlechten Bedingungen in hochgelegenen Berggebieten, heißen und feuchten Regenwaldgebieten, sandigen Wüstengebieten usw. einen normalen Betrieb realisieren und verschiedene Arbeiten vervollständigen. Die Filterelemente der bestehenden Luftfilter für Brennstoffzellenfahrzeuge umfassen hauptsächlich harzbehandeltes mikroporöses Filterpapier, Vliesstoffe, Faserfilterelemente usw. und Verbundfilterelemente, die die oben genannten Filterelemente kombinieren, und scheiden die Verunreinigungen in der Luft mit einem Prinzip von Filtern, Ausfällen, Abfangen und Filtern ab. Bei den meisten herkömmlichen ölbefeuerten Bergbaufahrzeugen und schweren Lastkraftwagen, die in sandigen, staubigen Umgebung und Wind- und Schneeumgebungen arbeiten, ist ein Zyklonvorfilter vor dem Hauptfilterelement, das mikroporöses Filterpapier verwendet, zusätzlich angeordnet, um große Partikel von Verunreinigungen in der Saugluft zu beseitigen und die Last des Hauptfilterelements zu lindern. Obwohl die Filterelemente wie Filterpapier, gewebte Stoffe und Fasern funktionieren gut in trockener Umgebung, kondensieren die Tröpfchen und das geschmolzene Wasser der Eiskristalle auf den Filterelementfasern ständig und blockieren die Mikroporen zwischen den Fasern, sobald eine große Menge von Tröpfchen oder Eiskristallen in der Saugluft eingemischt ist, was zu einer starken Erhöhung des Luftansaugwiderstandes führt; der Zyklonvorfilter funktioniert gut in sandigen und staubigen Umgebungen, wenn allerdings in den Wind- und Schneeumgebungen in hochgelegenen und kalten Gebieten die Saugluft eine große Menge an Eis- und Schneefragmenten mitnimmt und in den Zyklondurchgang eintritt, werden sich Eis und Schnee mit einer extrem hohen Geschwindigkeit ansammeln und den Kanal blockieren, was zu einem erhöhten Lufteinlasswiderstand oder sogar zu einem Misserfolg des Lufteinlasses führt. Gleichzeitig weisen die bestehenden Luftfilter selten eine Selbstreinigungsfunktion auf, und keine der oben genannten Filterlösungen kann giftige und schädliche Gase in der Luft beseitigen.

INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

[0003] Hinsichtlich der Probleme aus dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen und ein Luftfilterverfahren von deren zur Verfügung, um die Begrenztheit der bestehenden Luftreiniger für Brennstoffzellenfahrzeuge zu verbessern, dass der Luftreiniger extrem anfällig für eine Verstopfung durch Eis und Schnee ist, eine schlechte Selbstreinigungsfähigkeit aufweist und die für den Brennstoffzellenpack schädlichen Gase nicht beseitigen kann.

[0004] Eine Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfiltervorrichtung eine Innenwandschale, eine Mittelwandschale und eine Außenwandschale umfasst, die von innen nach außen nacheinander koaxial zylindrisch aufgebaut sind, wobei eine Innenwand der Mittelwandschale einen Luftspiralkanal umfasst, wobei die Mittelwandschale und die Außenwandschale an einem oberen Endbereich einer Außenseite der Innenwandschale drehbar befestigt sind, und wobei ein Doppelrotationsmotor zwischen der Mittelwandschale und der Außenwandschale angeordnet ist, welcher die Mittelwandschale und/oder die Außenwandschale antreiben kann um den Luftstrom vor einer Umleitung des Luftstromes zu schleudern; und wobei im Inneren der Innenwandschale eine Innentrennwand gebogen zur Innenwandschale angeordnet ist, und wobei sich an der Verbindungsstelle der Innenwandschale und der Innentrennwand eine Öffnung für den Luftdurchtritt befindet; und wobei an der Innentrennwand zur Umleitung des Luftstromes eine Hubstange angeordnet ist, und wobei am unteren Endbereich der Hubstange ein ringförmiges Distanzrohr angeordnet ist, wobei unterhalb des ringförmigen Distanzrohrs eine Trennplatte horizontal an der Hubstange befestigt ist, und wobei unterhalb der Trennplatte ein Feuchtigkeitssensor zur Messung der Luftfeuchtigkeit angeordnet ist, und wobei die Außenwand des ringförmigen Distanzrohres dicht an dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material anliegt, und wobei das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material mit der Innenwandschale fest verbunden ist, und wobei sich bei der festen Verbindungsstelle ein Spalt für den Luftdurchtritt befindet; und wobei am oberen Endbereich des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material ein Durchgangsloch für den Luftdurchtritt vorgesehen ist; und wobei der Raum zwischen dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material und der Innenwandschale mit wasserabsorbierendem Material gefüllt ist, und wobei der Raum zwischen der Innenwandschale und der Innentrennwand mit Absorptionsmaterial für schädliche Gase gefüllt ist, wobei das ringförmige Distanzrohr mittels Bewegung der Hubstange zur Abdeckung und Freigabe des Durchganglochs gebracht werden kann, wobei die Trennplatte mittels der Hubstange in Richtung weg vom Absorptionsmaterial für schädliche Gase aus dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material führbar ist, zwecks Luftdurchlass durch das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material in Richtung des mit Absorptionsmaterial für schädliche Gase gefüllten Raums, wobei die Trennplatte das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material verstopft, wenn das Durchgangsloch zumindest teilweise verstopft ist.

[0005] In der obigen technischen Lösung können an der Innenwand der Mittelwandschale spiralförmige Kämme bearbeitet sein.

[0006] In der obigen technischen Lösung kann an der Außenwand der Mittelwandschale eine Widerstandsdrahtheizkomponente geklebt sein.

[0007] In der obigen technischen Lösung kann das obere Ende der Hubstange mit dem Servomotor verbunden sein, wobei der Servomotor durch einen Regler gesteuert werden kann.

[0008] In der obigen technischen Lösung kann an der Innenwand des Bodens der Außenwandschale ein Flügelrad angeordnet sein, wobei an dem Boden der Außenwandschale weiterhin eine Lücke vorgesehen ist.

[0009] Ein Luftfilterverfahren für die Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs, wobei die verschiedene Verunreinigungen enthaltende Luft durch die Öffnung der Innenwandschale in den Luftspiralkanal eintritt, und wobei die abgeschiedene Luft in die Innenwandschale eintritt, in Übereinstimmung mit unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit in verschiedene Stromrichtung eintritt und am Ende aus der Filtervorrichtung strömt.

[0010] Bevorzugt umfasst die Luftfeuchtigkeit nicht feuchte Luft, relativ feuchte Luft und extrem feuchte Luft.

[0011] Wenn die Luft nicht feucht ist, strömt die Luft bevorzugt von dem Innenwandkanal des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material, durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase und aus der Filtervorrichtung.

[0012] Wenn die Luft relativ feucht ist, strömt die Luft bevorzugt durch einen Teil des wasserabsorbierenden Materials, tritt dann durch das lange Durchgangsloch in den Innenwandkanal des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material ein und strömt durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase und aus der Filtervorrichtung.

[0013] Wenn die Luft extrem feucht ist, strömt die Luft bevorzugt alles durch das wasserabsorbierende Material, durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase und aus der Filtervorrichtung.

[0014] Die vorliegende Erfindung kann folgende Vorteile haben: (1) in der Luftfiltervorrichtung der vorliegenden Erfindung sind ein Luftspiralkanal, ein wasserabsorbierendes Material und ein Absorptionsmaterial für schädliche Gase angeordnet, mittels der dichten porösen Struktur der Fasern des wasserabsorbierenden Materials und des Absorptionsmaterials für schädliche Gase kann eine Filtration von kleinen Partikeln von Verunreinigungen, Eiskristallen und Flüssigkeitströpfchen realisiert werden, und das wasserabsorbierende Material und das Absorptionsmaterial für schädliche Gase können dichte poröse Faserstrukturen sein, die das bei laufendem Luftkompressor erzeugte Hochfrequenzgeräusch wirksam reduzieren und das Fahrerlebnis von Brennstoffzellenfahrzeugen erheblich verbessern können; (2) die Filtervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann herkömmliches Filterpapier aufgeben und kombiniert den Luftspiralkanal, das wasserabsorbierende Material und das Absorptionsmaterial für schädliche Gase, um eine Kombination von der Zyklon-Grobfiltration und der Faser-Mikroporen-Feinfiltration zu realisieren, dabei kann eine Vielzahl von Verfahren zum Beseitigen von Verunreinigungen wie Zentrifugaltrennung, Trägheitstrennung, Siebfiltration und Abfangen und Filtern integriert werden, und der Filtereffekt kann ausgezeichnet sein, um die schädlichen Komponenten des Brennstoffzellenpacks in der Saugluft zu beseitigen, die Betriebsumgebung des Brennstoffzellenpacks zu verbessern und die Lebensdauer des Brennstoffzellenpacks zu verlängern; gleichzeitig können das Zyklon-Grobfiltrationssegment und das Faser-Mikroporen-Feinfiltrationssegment koaxial verschachtelt sein, so dass die Vorrichtung eine kompakte Struktur und einen kleinen Raumbedarf aufweist, was förderlich für die Installation und die Verwendung des Fahrzeugs ist; (3) die Filtervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann einen kompakten und effizienten Doppelrotorscheibenmotor (bestehend aus einem Statormagneten 7, einer Rotorspule 8, einer Statormagnethalterung 9 und einem Rotoreisenkern 23) verwenden, wobei die Mittelwandschale und die Außenwandschale durch den Doppelrotorscheibenmotor angetrieben werden und separat oder gleichzeitig laufen können, um die Strömung der Luft in der Vorrichtung zu beschleunigen und somit den Filtereffekt zu verbessern, gleichzeitig wird der Vorrichtung einer Selbstreinigungsfähigkeit verliehen, um den Arbeitseffekt der Vorrichtung in rauen Umgebungen weiter zu garantieren; (4) in der Filtervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Widerstandsdrahtheizkomponente installiert sein, wenn die Vorrichtung in einer Wind- und Schneeumgebung arbeitet, kann die Widerstandsdrahtheizkomponente rechtzeitig Eis und Schnee, die mit der Luft eintreten und sich im den Luftkanal ansammeln, schmelzen, um zu vermeiden, dass Eis und Schnee den Luftkanal verstopfen und somit eine Erhöhung des Lufteinlasswiderstandes oder ein Misserfolg des Lufteinlasses verursacht werden, dadurch wird ein Normalbetrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs in Wind- und Schneeumgebungen sichergestellt, so dass der Einsatzbereich des Brennstoffzellenfahrzeugs erweitert werden kann, um den Prozess der Brennstoffzellisierung für die Fahrzeugleistung zu fördern und somit die Linderung der aktuellen Energieknappheit und Umweltprobleme zu realisieren; (5) bei der Gasentfeuchtungsfunktion der Filtervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann es sich um eine einstellbare und abgestufte Entfeuchtung handeln, hinsichtlich unterschiedlicher Gasfeuchtigkeiten kann die Länge, um die die Gase in dem wasserabsorbierenden Material durchgeht, kontrolliert werden, um eine unzureichende Nutzung des wasserabsorbierenden Materials zu vermeiden, gleichzeitig kann der Lufteinlasswiderstand unter verschiedenen Entfeuchtungsanforderungen zum höchsten Grad verringert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0015] Figur 1 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt ein schematisches Arbeitsdiagramm eines Bodenfläche der Außenwandschale und eines Flügelrads gemäß der einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung unterschiedlicher Positionen einer Hubstange der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3(a) zeigt eine schematische Darstellung einer an einer höchsten Position befindlichen Hubstange gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3(b) zeigt eine schematische Darstellung einer an einer mittleren Position befindlichen Hubstange gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3(a) zeigt eine schematische Darstellung einer an einer niedrigsten Position befindlichen Hubstange gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des Luftströmungsweges und des Verunreinigungsbeseitigungsprozesses einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 5 zeigt ein Arbeitsflussdiagramm einer Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bezugszeichenliste

[0016] 1 Servomotor 2 Hubstange 3 Innenwandschale 4 Mittelwandschale 5 Außenwandschale 6 Widerstandsdrahtheizkomponente 7 Statormagnet 8 Rotorspule 9 Statormagnethalterung 10 Rillenkugellager 11 Horizontale Trennplatte 12 Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material 13 Wasserabsorbierendes Material 14 Spiralförmige Kämme 15 Absorptionsmaterial für schädliche Gase 16 Langes Durchgangsloch 17 Flügelrad 18 Distanzrohrhalter A 19 Ringförmiges Distanzrohr 20 Feuchtigkeitssensor 21 Distanzrohrhalter B 22 Innenwandtrennplatte 23 Rotoreisenkern 24 Lücke der Aussenwandschale 25 Abschleudern von Verunreinigungen 26 Verunreinigungen kleiner Teilchengrösse werden abgefangen 27 Verungreinigungen kleiner Teilchengrösse werden abgeschleudert

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

[0017] Im Zusammenhang mit Figuren wird die technische Lösung der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.

[0018] Wie in Figuren 1 dargestellt, eine Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen, umfassend einen Servomotor 1, eine Hubstange 2, eine Innenwandschale 3, eine Mittelwandschale 4, eine Außenwandschale 5, eine Widerstandsdrahtheizkomponente 6, einen Statormagneten 7, eine Rotorspule 8, eine Statormagnethalterung 9, ein Rillenkugellager 10, eine Horizontale Trennplatte 11, ein Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material 12, ein Wasserabsorbierendes Material 13, spiralförmige Kämme 14, ein Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15, ein langes Durchgangsloch 16, einen Flügelrad 17, einen Distanzrohrhalter A 18, ein ringförmiges Distanzrohr 19, einen Feuchtigkeitssensor 20, ein Distanzrohrhalter B 21, eine Innenwandtrennplatte 22 und einen Rotoreisenkern 23. Dabei sind die Widerstandsdrahtheizkomponente 6 und die Rotorspule 8 jeweils mit einer externen Stromversorgung verbunden, wobei die Einschaltung und die Ausschaltung der externen Stromversorgung durch einen Regler gesteuert wird; und wobei der Servomotor 1 durch einen Regler gesteuert wird, und wobei der Feuchtigkeitssensor 20 mit einem Regler eine Signalverbindung bildet. Das wasserabsorbierende Material 13 und das Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 sind jeweils eine dichte poröse Faserstruktur.

[0019] Die Vorrichtung ist als Ganzes eine dreischichtige koaxiale zylindrische Schalenstruktur, umfassend von innen nach außen nacheinander eine Innenwandschale 3, eine Mittelwandschale 4 und eine Außenwandschale 5, wobei an der Außenseite des Oberteils der Innenwandschale 3 die Außenwandschale 5 und die Mittelwandschale 4 jeweils durch ein oberes und unteres Rillenkugellager 10 befestigt sind, und wobei im Inneren der Innenwandschale 3 eine gebogene Innenwandtrennplatte 22 angeordnet ist, und wobei das untere Ende der Innenwandtrennplatte 22 mit der Innenwandschale 3 einteilig bearbeitet ist, und wobei an der Innenwandschale 3 eine Öffnung an einer Verbindungsstelle zwischen dem unteren Ende der Innenwandtrennplatte 22 und der Innenwandschale 3 vorgesehen ist. An der Innenwandtrennplatte 22 ist ein Durchgangsloch bearbeitet, durch das die Hubstange 2 durchgeht, wobei das obere Ende der Hubstange 2 mit der Ausgangswelle des Servomotors 1 verbunden ist, und wobei das untere Ende einteilig mit der horizontalen Trennplatte 11 fest verbunden ist; und wobei an die Hubstange 12 oberhalb der horizontalen Trennplatte 11 ein ringförmiges Distanzrohr 19 durch einen Distanzrohrhalter A 18 fest angeschlossen ist, und wobei an dem Boden der horizontalen Trennplatte 11 ein Feuchtigkeitssensor 20 verklebt ist, und wobei die Außenwand des ringförmigen Distanzrohres 19 eng an der Innenwand des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12 anliegt, und wobei das untere Ende des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12 durch einen Distanzrohrhalter B 21 einteilig mit der Innenwandschale 3 fest verbunden ist, und wobei am oberen Ende des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12 ein langes Durchgangsloch 16 vorgesehen ist, und wobei die Luft durch den Distanzrohrhalter 21 für wasserabsorbierendes Material gehen kann; und wobei der Raum zwischen dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material 12 und der Innenwandschale 3 mit dem wasserabsorbierenden Material 13 gefüllt ist, und wobei sich das Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 oberhalb des wasserabsorbierenden Materials 13 befindet, und wobei der Raum zwischen der Innenwandschale 3 und der Innenwandtrennplatte 22 mit dem Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 gefüllt ist, um schädliche Gase in der Luft, die den Brennstoffzellenpack möglicherweise schaden kann, zu absorbieren, gleichzeitig kann mit der dichten porösen Struktur des Absorptionsmaterials für schädliche Gase 15 eine Filtration von feinen Eiskristallen und feinen Verunreinigungen realisiert werden; eine mit dem Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 gefüllte Seite ist der Luftauslasskanal, und die andere Seite ist die Lufteinlasskanal. An der Außenseite der Innenwandschale 3 ist eine Statormagnethalterung 9 befestigt, die sich zwischen der Mittelwandschale 4 und der Außenwandschale 5 befindet, und wobei auf der oberen und unteren Seite der Statormagnethalterung 9 jeweils ein Statormagnet 7 befestigt ist, und wobei in der Außenwandschale 5 und der Mittelwandschale 4 jeweils ein Statoreisenkern 23 eingebettet ist, und wobei an der Außenseite des Statoreisenkerns 23 eine Rotorspule 8 gewickelt ist, und wobei der Statormagnet 7 und die Rotorspule 8 vertikal aufeinander ausgerichtet sind; und wobei der Statormagnet 7, die Rotorspule 8, die Statormagnethalterung 9 und der Rotoreisenkern 23 einen Doppelrotorscheibenmotor ausbilden.

[0020] An der Innenwand der Mittelwandschale 4 sind spiralförmige Kämme 14 bearbeitet, so dass der Raum zwischen der Mittelwandschale 4 und der Innenwandschale 3 einen Luftspiralkanal ausbildet, um die Luft während des Abwärtsströmungsprozesses zur Spiralbewegung zu führen und somit eine Zentrifugalabscheidung der Verunreinigungen, Eiskristalle und Flüssigkeitströpfchen zu realisieren. An der Außenwand der Mittelwandschale 4 ist eine Widerstandsdrahtheizkomponente 6 verklebt, wenn die Widerstandsdrahtheizkomponente 6 eingeschaltet ist, werden die Mittelwandschale 4 und der Raum zwischen der Mittelwandschale 4 und der Außenwandschale 5 geheizt, die erzeugte Wärme wird an die Innenseite der Mittelwandschale 4 und die spiralförmigen Kämme 14 übertragen, dadurch werden die Eiskristalle, die in einer Wind- und Schneeumgebung mit der Luft eintreten und sich in dem Kanal zwischen der Mittelwandschale 4 und der Innenwandschale 3 ansammeln, verschmolzen, um zu verhindern, dass die Eiskristalle sich weiter ansammeln und den Luftkanal blockieren. Während des Rotationsprozesses können die spiralförmigen Kämme 14 gleichzeitig die an der Mittelwandschale 4 und den spiralförmigen Kämmen 14 kondensierten Flüssigkeitströpfchen nach unten führen, so dass sie an die Außenwandschale 5 tropfen.

[0021] An der Innenseite des Bodens der Außenwandschale 5 sind mehrere Flügelvorsprünge eines Flügelrads 17 bearbeitet (Figur 2), die vertikal zum Boden der Außenwandschale 5 ausgerichtet sind, wobei an der Außenwandschale 5 mehrere Lücken an den Flügelvorsprüngen vorgesehen sind.

[0022] Wie in Figur 3 dargestellt, kann die Hubstange 2 in der vorliegenden Ausführungsform unter der Steuerung durch den Servomotor 1 das ringförmige Distanzrohr 19 und die horizontale Trennplatte 11 zum Aufwärts- und Abwärtsgleitung in dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material 12 antreiben, während des Gleitungsprozesses kann das ringförmige Distanzrohr 19 das lange Durchgangsloch 16 verstopfen, und die horizontale Trennplatte 11 kann die innere Rohrleitung des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12 verstopfen. Da sich die Länge des langen Durchgangslochs während der Aufwärts- und Abwärtsgleitung des ringförmigen Distanzrohres 19 ändert, strömt die Luft durch das wasserabsorbierende Material 13 und aus verschiedenen Positionen des langen Durchgangslochs 16, um einen Gaskanal mit veränderbarer Länge zu bilden und somit eine abgestufte Entfeuchtung des Gases zu realisieren.

[0023] Wenn die Rotorspule 8 mit Strom versorgt ist, erzeugt der Rotoreisenkern 23 ein Magnetfeld, und der Statormagnet 7 dreht sich in dem Magnetfeld, um die Außenwandschale 5 und die Mittelwandschale 4 dazu anzutreiben, sich separat oder gleichzeitig um die Innenwandschale 3 zu drehen. Wenn die Mittelwandschale 4 sich dreht, wird der Luftspiralkanal zwischen der Mittelwandschale 4 und der Innenwandschale 3 zu einem drehenden Kanal, dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in dem Kanal zu erhöhen, um somit die Zentrifugalabscheidungseffizienz für die Verunreinigungen, Eiskristalle und Flüssigkeitströpfchen mit großem Durchmesser zu verbessern; Wenn die Außenwandschale 5 sich dreht, dreht sich das Flügelrad 17 mit der Außenwandschale 5, um eine Zentrifugalfunktion für die an der Innenseite der Bodenfläche der Schale 5 angesammelten Verunreinigungen, Flüssigkeiten und Eiskristalle zu erzielen, wodurch es gefördert wird, dass die Verunreinigungen, Flüssigkeiten und Eiskristalle von den Lücken an der Schale 5 aus dem Filter abgelassen werden, um eine Selbstreinigung des Filters zu realisieren; wenn sich die Mittelwandschale 4 und die Außenwandschale 5 gleichzeitig drehen, wird der Abscheidungseffekt der Verunreinigungen verbessert, gleichzeitig werden die abgeschiedenen Verunreinigungen rechtzeitig aus dem Filter abgelassen, um einen normalen effizienten Betrieb des Filters sicherzustellen.

[0024] Der Arbeitsvorgang einer Luftfiltervorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs für extrem kalte Umgebungen ist wie folgt: wie in Figuren 4 und 5 dargestellt, tritt die Luft, die verschiedene Verunreinigungen enthält, durch den Lufteinlasskanal ein, und die Luft tritt durch die Öffnung der Innenwandschale 3 in den Raum zwischen der Mittelwandschale 4 und der Innenwandschale 3 ein, in dem Raum wird die Luft durch die spiralförmigen Kämme 14 zu einer spiralen Abwärtsströmung geführt, jetzt werden die Verunreinigungen, Eiskristalle und Flüssigkeitströpfchen mit großem Durchmesser in der Luft unter Wirkung der Zentrifugalkraft geschleudert, fallen von der Rohrwand herunter und fallen am Ende an die Innenseite der Bodenfläche der Außenwandschale 5. Die Luft unterhalb des Luftspiralkanals wird unter Wirkung des Luftkompressors nach oben ins Innere der Innenwandschale 3 gesaugt, in diesem Prozess ändert sich die Luftströmungsrichtung stark von unten nach oben, durch diesen Ablenlcprozess wird auch eine Trägheitstrennung verschiedener Verunreinigungen in der Luft realisiert. Die in die Innenwandschale 3 eintretende Luft hat drei Strömungsrichtungen zur Auswahl, und die spezifische Strömungsrichtung hängt von der Luftfeuchtigkeit zu diesem Zeitpunkt ab, dabei wird die Luftfeuchtigkeit durch den Feuchtigkeitssensor 20 erfasst und an den Regler übertragen.

[0025] Wenn die Luft nicht feucht ist (die relative Luftfeuchtigkeit beträgt weniger als 50%), steuert der Regler den Servomotor 1 an, so dass die Hubstange 2 vollständig abgesenkt wird (3 (c)), wodurch die horizontale Trennplatte 11 nach unten von dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material getrennt ist, die Luft tritt durch den Spalt zwischen der horizontalen Trennplatte 11 und dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material 12 in den Innenwandkanal des Distanzrohrs 12 ein, strömt reibungslos nach oben, strömt nach dem Filtern durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 aus der Luftauslasskanal in der Innenwandschale 3 und tritt in den Brennstoffzellen-Luftkompressor ein.

[0026] Wenn die Luft relativ feucht ist (die relative Luftfeuchtigkeit beträgt 50% bis 80%), wird die Rotorspule 8 an der Außenwandschale5 eingeschaltet, die Außenwandschale 5 dreht sich und der Regler steuert den Servomotor 1 an, um die Hubstange 2 zum angemessenen Anstieg anzutreiben, jetzt blockiert die horizontale Trennplatte 11 den Innenwandkanal des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12, aber das ringförmige Distanzrohr 19 blockiert das lange Durchgangsloch 16 nicht vollständig; die relativ feuchte Luft strömt nur durch einen Teil des wasserabsorbierenden Materials 13, die Verunreinigungen, Eiskristalle und Flüssigkeitströpfchen mit kleiner Partikelgröße werden absorbiert, dann tritt die Luft durch das lange Durchgangsloch 16 wieder in den Innenwandkanal des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12 ein, tritt reibungslos nach oben in das Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 ein und strömt dann aus dem Filter aus, wodurch eine unzureichende Nutzung des wasserabsorbierenden Materials 13 und ein unnötiger Widerstand, der durch die Strömung der Luft in dem wasserabsorbierenden Material 13 erzeugt wird, vermieden werden, auf die Weise wird die Luftentfeuchtungseffizienz verbessert.

[0027] Wenn die Luft extrem feucht ist (die relative Luftfeuchtigkeit beträgt größer als 80%), werden die Mittelwandschale 4 und die Rotorspule 8 an der Außenwandschale 5 jeweils eingeschaltet, die Mittelwandschale 4 und die Außenwandschale 5 drehen sich gleichzeitig und der Regler steuert den Servomotor 1 an, um die Hubstange 2 zum vollständigen Anheben anzutreiben (Figur 3(a)), somit hebt die die horizontale Trennplatte 11 an und blockiert den Innenwandkanal des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material 12, gleichzeitig hebt das ringförmige Distanzrohr 19 ebenfalls an und blockiert das lange Durchgangsloch 16 vollständig. Die feuchte Luft, die von vielen Parteien blockiert wird, kann durch vollständig durch das wasserabsorbierende Material 13 gehen, und die Verunreinigungen, Eiskristalle und Flüssigkeitströpfchen mit kleiner Partikelgröße werden absorbiert, dann wird die trockene Luft durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase 15 filtriert und strömt aus dem Luftauslasskanal in der Innenwandschale 3 und tritt in den Brennstoffzellen-Luftkompressor ein.

[0028] Oben werden die vorliegende Erfindung und die Ausführungsform beispielhaft erläutert, darauf sind sie nicht beschränkt, und in Figuren wird nur eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, darauf ist die tatsächliche Struktur nicht beschränkt.

Claims (9)

1. Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfiltervorrichtung eine Innenwandschale (3), eine Mittelwandschale (4) und eine Außenwandschale (5) umfasst, die von innen nach außen nacheinander koaxial zylindrisch aufgebaut sind, wobei eine Innenwand der Mittelwandschale (4) einen Luftspiralkanal umfasst, wobei die Mittelwandschale (4) und die Außenwandschale (5) an einem oberen Endbereich einer Außenseite der Innenwandschale (3) drehbar befestigt sind, und wobei ein Doppelrotationsmotor zwischen der Mittelwandschale (4) und der Außenwandschale (5) angeordnet ist, welcher die Mittelwandschale (4) und/oder die Außenwandschale (5) antreiben kann um den Luftstrom vor einer Umleitung des Luftstromes zu schleudern; und wobei im Inneren der Innenwandschale (3) eine Innentrennwand (22) gebogen zur Innenwandschale (3) angeordnet ist, und wobei sich an der Verbindungsstelle der Innenwandschale (3) und der Innentrennwand (22) eine Öffnung für den Luftdurchtritt befindet; und wobei an der Innentrennwand (22) zur Umleitung des Luftstromes eine Hubstange (2) angeordnet ist, und wobei am unteren Endbereich der Hubstange (2) ein ringförmiges Distanzrohr (19) angeordnet ist, wobei unterhalb des ringförmigen Distanzrohrs (19) eine Trennplatte (11) horizontal an der Hubstange befestigt ist, und wobei unterhalb der Trennplatte (11) ein Feuchtigkeitssensor (20) zur Messung der Luftfeuchtigkeit angeordnet ist, und wobei die Außenwand des ringförmigen Distanzrohres (19) dicht an dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) anliegt, und wobei das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) mit der Innenwandschale (3) fest verbunden ist, und wobei sich bei der festen Verbindungsstelle ein Spalt für den Luftdurchtritt befindet; und wobei am oberen Endbereich des Distanzrohres für wasserabsorbierendes Material (12) ein Durchgangsloch (16) für den Luftdurchtritt vorgesehen ist, und wobei der Raum zwischen dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) und der Innenwandschale (3) mit wasserabsorbierendem Material (13) gefüllt ist, und wobei der Raum zwischen der Innenwandschale (3) und der Innentrennwand (22) mit Absorptionsmaterial für schädliche Gase (15) gefüllt ist, wobei das ringförmige Distanzrohr (19) mittels Bewegung der Hubstange zur Abdeckung und Freigabe des Durchganglochs (16) gebracht werden kann, wobei die Trennplatte mittels der Hubstange (2) in Richtung weg vom Absorptionsmaterial für schädliche Gase (15) aus dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) führbar ist, zwecks Luftdurchlass durch das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) in Richtung des mit Absorptionsmaterial für schädliche Gase (15) gefüllten Raums, wobei die Trennplatte das Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) verstopft, wenn das Durchgangsloch zumindest teilweise verstopft ist.

2. Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenwand der Mittelwandschale (4) eine Widerstandsdrahtheizkomponente (6) befestigt ist.

3. Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfiltervorrichtung einen Servomotor (1) und einen Regler beinhaltet, wobei der obere Endbereich der Hubstange (2) mit dem Servomotor (1) verbunden ist, wobei der Servomotor (1) durch den Regler gesteuert ist.

4. Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandschale (5) ein an einer Innenwand eines Bodens befestigtes Flügelrad (17) umfasst, wobei sich am Boden der Außenwandschale (5) ausserdem eine Ausschleuderlücke befindet.

5. Verfahren zur Luftfilterung unter Verwendung einer Luftfiltervorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: a) Einlass von Luft durch die Öffnung der Innenwandschale (3) in den Luftspiralkanal der Luftfiltervorrichtung, wobei die Luft verschiedene Verunreinigungen enthält; b) Leiten der eingelassenen Luft entsprechend der Luftfeuchtigkeit durch Luftwege der Innenwandschale (3) welche durch Bewegung der Hubstange oder durch Bewegung der Hubstange und des Doppelrotationsmotor eingestellt werden, um die verschiedenen Verunreinigungen zu filtern; und c) ausleiten der Luft aus der Luftfiltervorrichtung.

6. Verfahren zur Luftfilterung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeuchtigkeit drei Kategorien: tiefe Luftfeuchtigkeit, mittlere Luftfeuchtigkeit und hohe Luftfeuchtigkeit umfasst, wobei bei jeder Kategorie ein anderer Luftweg eingestellt wird.

7. Verfahren zur Luftfilterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei tiefer Luftfeuchtigkeit durch eine Einstellung der Hubstange (2) die Trennwand aus dem Distanzrohr für wasserabsorbierendes Material (12) geschoben wird, sodass die Luft frei durch einen Innenwandkanal zum Absorptionsmaterial für schädliche Gase (15) strömen kann.

8. Verfahren zur Luftfilterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mittlerer Luftfeuchtigkeit durch eine Einstellung der Hubstange (2) das Durchgangsloch (16) zur Luftdurchströmung zumindest teilweise von dem ringförmigen Distanzrohr freigegeben wird, während die Trennwand abschliesst.

9. Verfahren zur Luftfilterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Luftfeuchtigkeit durch eine Einstellung der Hubstange (2) die Trennplatte einen Innenwandkanal schliesst und das Distanzrohr das Durchgangsloch (16) schliesst, sodass die Luft durch das wasserabsorbierende Material (13) gezwungen wird und durch das Absorptionsmaterial für schädliche Gase (15) und aus der Luftfiltervorrichtung geleitet wird.