CN102365121A - 燃料电池的过滤箱体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于过滤燃料电池的输入空气的箱体(2、2′)，包括一箱体下部(3、3′)和一箱体上部(2、2′)，所述箱体下部和箱体上部共同限定一空腔(4)，其中空腔(4)通过至少一个过滤元件(5、5a)分成一原空气空腔(6)和一洁净空气空腔(7)，箱体下部(3、3′)和箱体上部(2、2′)分别都配设一个空气通流接管(8、8′、8″、8′″)，用于向空腔(4)或从空腔(4)中引导输入空气，本发明的目的是，提供一种用于燃料电池的输入空气的过滤系统，所述过滤系统在无困难地装配后能持久可靠地工作，其特征在于，过滤元件(5、5a)至少部分地嵌入一密封材料(9)中。

Description

燃料电池的过滤箱体
技术领域
本发明涉及一种用于过滤燃料电池的输入空气的箱体，包括一箱体下部和一箱体上部，它们共同限定一个空腔，其中该空腔通过至少一个过滤元件分成一个原空气空腔和一个洁净空气空腔，箱体下部和箱体上部分别配置一个空气通流接管，用于向空腔内或从空腔中引导输入空气。
背景技术
由WO2008/075754A1和WO02/22234A2已知所述型式的箱体。所述已知的箱体容纳过滤元件，所述过滤元件应该从用于燃料电池的输入空气流中滤出颗粒和气体。
在过滤用于燃料电池的输入空气流时为此应该注意，不要出现可能使未过滤的空气到达的燃料电池的泄漏或旁路。
为此必须采取的措施经常引起高的成本和复杂的密封方案。由此通常导致长的制造时间和大的空腔需要。因此存在对很紧凑的、成本低的且气密的箱体的需求。特别是在组装箱体下部和箱体上部时必须存在防混淆可靠性/防扭转可靠性(Verdrehsicherheit)，以便确保简单地装配箱体。
发明内容
本发明目的因此在于，提供一种用于燃料电池的输入空气的过滤系统，它在无困难的装配以后持久可靠地工作。
本发明通过一种具有权利要求1的特征的箱体来实现上述目的。
据此箱体的特征在于，过滤元件至少部分地嵌入一密封材料中。
按照本发明认识到，过滤元件箱体通过密封材料实现的不可拆卸的和一体式的连接有效地防止出现泄漏和旁路，所述泄漏和旁路可能会由于松动的过滤元件的安装而形成。具体地认识到，在工厂方面可以在过滤元件与箱体上部或箱体下部之间形成防泄漏气密的连接。还认识到，可以放弃会提高箱体的价格的昂贵的密封件。就这方面利用按照本发明的箱体在无困难的装配以后实现包括箱体下部、过滤元件和箱体上部的密封的系统。因此实现开头所述目的。
密封材料可以构成为单组分或多组分密封材料。这样的材料可以无困难地加工。所述密封材料特别可以由聚氨酯构成。聚氨酯是一种浇注材料，它可无困难地通过注塑或浇铸加工。
过滤元件可以构成为包括折棚的平面过滤器，在其各波谷中在对置的各侧面上嵌入各箱体侧的刃状件。各刃状件阻止密封材料松散并进入过滤元件的不应有密封材料的区域内。由此优化有效的过滤面。此外各刃状件使折棚的波纹稳定，各刃状件在箱体下部上和/或箱体上部上一体成形。
过滤元件可以容纳于一盆状部中。这里过滤元件可以以为其配设的各侧面板条构成其中容纳过滤元件的盆状部的一部分。各侧面板条则可以支承在盆状部的底部上并且由此将密封材料保持在一沟槽中。通过各刃状件将过滤元件固定成，即使是稀薄的作为密封材料的胶合剂也不会从盆状部中流出。可以因此避免箱体上的环绕的边缘。
所述盆状部可以至少部分地通过在箱体下部或箱体上部的壁的加宽部或拱出部中构成。该盆状部允许容纳密封材料。此外所述盆状部使得，不会由于密封材料减小输入空气的流动通道。箱体上部引导输入空气的壁优选与箱体下部的引导输入空气的壁平齐。
在该背景下，至少一个过滤元件与箱体下部固定连接。该实施形式有利地使得，箱体下部可以与过滤元件一起一体地支承和加工。这里也可设想，至少一个过滤元件与箱体上部固定连接。
各过滤元件可以相互面对并共同将空腔分成一原空气空腔和一洁净空气空腔。该过滤装置相当于两个过滤元件的串联连接。两个串联连接的过滤元件提高了过滤有效性。此外两个单独的过滤元件可彼此分开地简单地制造。各过滤元件可以不同地功能化，即可以一方面过滤酸性的有害气体，而另一方面过滤碱性的有害气体。最后各过滤元件可以毫无问题地在其吸附单位面积重量方面不同地调整。结果可以实现明显提高的吸附单位面积重量。
在各过滤元件之间还可以容纳一补充过滤器，该补充过滤器优选构成为平面过滤器、垫、驻极体过滤器、盐颗粒过滤器或其他的颗粒过滤器。因此可以特别产生一附加的功能，即过滤盐。相互面对的各过滤元件对此分别起支撑格网的作用。因此在闭合的箱体中容纳第三过滤元件、即补充过滤器。
在至少一个过滤元件的上游可以在原空气侧设置一格网。由此保护过滤元件免受较大的颗粒、例如石块的损坏。该实施形式特别在将箱体下部或箱体上部用作用于法兰连接在现有的装置上的零件时是合理的。箱体上部或箱体下部，总之是箱体的半壳，可以与不可丢失地安装在其上的过滤元件一起法兰连接在现有的装置上。
在该背景下可以在格栅与过滤元件之间设置一补充过滤器、特别是盐颗粒过滤器。可以有效地从输入空气中滤除可能明显地损害燃料电池的盐。
各过滤元件和/或补充过滤器可以具有吸附气体和/或吸收气体的吸附剂。吸附剂可以不仅起吸附作用、即通过物理吸附起作用，而且起吸收作用、即通过化学吸收起作用。通过吸附剂可以实现化学过滤。根据吸附剂的配备可以滤除酸性的和/或碱性的气体。该过滤防止燃料电池因侵蚀性气体的作用而过早磨损。
吸附剂可以构成为活性炭。可以采用其他的通过物理吸附或化学吸收起作用的吸附剂。对此可设想，单独或混合地采用浸渍的炭、二氧化硅、硅酸铝、氧化铝或离子交换剂。
过滤元件可以由非织造织物制成并且具有吸附气体和/或吸收气体的吸附剂。过滤元件因此不仅可以从输入空气中滤除粒子而且滤除有害气体。构造成非织造织物允许毫无问题地调节过滤元件的多孔性。此外非织造织物在商业上可以很容易地获得。过滤元件可以构造成多层的，其中多个非织造织物层相互层压。层压实现了非织造织物的稳定化。此外各个非织造织物层可以分配不同的过滤功能。非织造织物可以有利地由合成的、特别是热塑性的纤维构成。
有利地可以使用由这样的非织造织物构成的过滤元件，所述非织造织物在流入侧具有不同于在流出侧的多孔性。这里流入侧具有较大的开放度更高的孔隙。由此即使在灰尘负荷大时也能够构成多孔的滤饼层并从而实现高的过滤效能。这样的过滤元件可以由一种非织造织物构成，所述非织造织物在一侧通过流体高压喷射加固。由此可以在流入侧和流出侧上形成不同的孔隙结构。
在箱体下部上和/或在箱体上部上可以构成一突出的法兰边缘。通过所述法兰边缘箱体下部和相上部可以机械或材料锁合地相互气密地连接。这里可设想，各法兰边缘粘结、超声波焊接或激光焊接。各法兰边缘也可以通过周围嵌接两个法兰边缘的板条(Schiene)压在一起。
在一个法兰边缘中或在两个法兰边缘中可以构成多个长孔。各长孔允许箱体能移动地连接在另一个装置上。特别是当空气通流接管与软管连接时，箱体相对于另一个装置是能移动的。由于设有长孔整个的箱体可以沿各长孔移动，同时由用于连接的螺栓穿过各长孔。
箱体上部和箱体下部可以构成为结构上相同的。由此可实现箱体的低成本的制造和箱体各构件的有利的仓储。
当在箱体上部或箱体下部中容纳两个相同的过滤元件时，实现了防混淆可靠性。当过滤颗粒的过滤元件设置在流出侧时，可以防止因吸附气体的和/或吸收气体的吸附剂的磨损引起的运行故障。当在箱体上部或箱体下部中只容纳一个过滤元件时，可以通过标记确保防混淆可靠性。
箱体可以由塑料构成。塑料是成本低的并且可以容易地通过超声波焊接方法或激光焊接方法加工，并且可以软化，以便与另一种材料实现材料锁合的连接。这里可以设想，作为塑料采用聚丙烯、聚酰胺、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PS(聚苯乙烯)或聚乙烯。
也通过并列的权利要求14来实现前面所述的目的。箱体上部或箱体下部可以作为相同的和单独的构件、即作为半壳，法兰连接在一现有的燃料电池装置上。为了避免关于创造性的重复说明，可以参考对所述箱体的说明。
所有参考箱体描述的箱体上部或箱体下部和各过滤元件的特征也可以是单独的箱体上部或箱体下部的主题。
现在存在不同的有利地构成和改进本发明的教导的可能性。对此一方面可参考各从属权利要求，另一方面可参考下面结合附图对按本发明的教导的优选实施例的说明。
结合参考附图对优选实施例的说明也总体上说明了所述教导的优选实施形式和改进方案。
附图说明
在附图中
图1示出箱体上部的剖视图，
图1a示出剖视图，其中示意示出过滤元件在密封材料中的容纳，
图1b示出带有过滤元件的箱体上部的示意性透视图，过滤元件由密封材料包围，
图2示出包括法兰边缘的箱体上部的透视图，在法兰边缘中构成多个长孔，
图3示出包括箱体下部和按图2的箱体上部的箱体，其中箱体下部和箱体上部的空气通流接管沿相同的方向突出，
图4示出包括箱体下部和按图2的箱体上部的箱体，其中箱体下部和箱体上部的空气通流接管沿相反的方向突出，
图5示出另一个包括法兰边缘的箱体上部的透视图，在法兰边缘中构成多个长孔，
图6示出包括箱体下部和按图5的箱体上部的箱体，其中箱体下部和箱体上部的空气通流接管沿相同的方向突出，
图7示出包括箱体下部和按图5的箱体上部的箱体，其中箱体下部和箱体上部的空气通流接管沿相反的方向突出，
图8示出箱体上部的示意性剖视图，在其中容纳包括一格网的过滤元件，
图9示出箱体的示意性剖视图，在其中容纳一过滤元件，以及
图10示出箱体的示意性剖视图，在其中容纳两个串联连接的和相互面对的过滤元件。
具体实施方式
图1示出箱体上部1，它用于根据图3或图4用来过滤燃料电池的输入空气的箱体2。箱体2包括箱体下部3和箱体上部1，它们共同限定一个空腔4，其中空腔4通过至少一个过滤元件分成一原空气空腔6和一洁净空气空腔7，并且箱体下部3和箱体上部1分别配设一个空气通流接管8′或8，用于向空腔4内或从空腔4中引导输入空气。箱体2的特征在于，过滤元件5至少部分地嵌入一密封材料9中。具体而言，过滤元件5的边缘区域10在圆周上嵌入密封材料9中。由此确保防泄漏气密地和防颗粒密封地分隔原空气空腔6与洁净空气空腔7。
密封材料9由聚氨酯构成。聚氨酯是一种浇注材料，它可以毫无问题地通过注塑或浇铸加工。过滤元件5与箱体上部1固定和防丢失地连接。
过滤元件5构成为具有曲折形折纹的折棚的平面过滤器，在其各波谷中嵌入箱体侧的刃状件12。各刃状件12防止密封材料9松散和进入过滤元件5的应保持没有密封材料的区域内。由此优化了有效的过滤面。此外在箱体上部1成形的各刃状件12使折棚的波纹稳定。这特别清楚地在图1a中示意性示出。密封材料9包围过滤元件5的相应最后的波纹壁并且将其固定。
过滤元件5容纳在一盆状部13中。盆状部13在箱体上部1的壁14的加宽部或拱出部中构成。过滤元件5在两侧具有侧面板条21，所述侧面板条对接支承在盆状部13的底部上。各侧面板条21与盆状部13一起构成一沟槽22，在所述沟槽中容纳密封材料9，由此将各侧面板条21与密封材料9粘结并通过密封材料密封地连接在箱体上部1上。密封材料9环绕地设置。这特别清楚地在图1b中示意性示出。
盆状部13允许容纳密封材料9。此外该盆状部还使得，不会由于密封材料9妨碍输入空气的流动通道15。箱体上部1引导输入空气的壁14与箱体下部3的引导输入空气的壁14对齐。这类似地在图10中示意性示出。
图2示出图1的箱体上部1的透视图。图3示出箱体2，它包括箱体上部1和结构相同的箱体下部3。空气通流接管8、8′沿相同的方向突出于箱体2。
图4示出包括按图1的箱体上部1和结构相同的箱体下部3的箱体2。空气通流接管8、8′沿相反的方向突出于箱体2。
图5示出另一个箱体上部1′的透视图，它具有基本上长方体形的基体。在体积流量较大时已证明有利的是，箱体上部1′也不会发生倾斜。
图6示出包括箱体上部1′和结构相同的箱体下部3′的箱体2′。空气通流接管8″、8′″沿相同的方向突出于箱体2′。
图7示出一箱体2′，它由一箱体上部1′和一结构相同的箱体下部3′构成。空气通流接管8″、8″向相反的方向突出于箱体2′。
图8示出箱体上部1′的示意图，在其中容纳一过滤元件5。在过滤元件5上游在原空气侧设置一格网16。由此保护过滤元件5免受较大的颗粒如石块的损坏。
图9示出箱体2′，它包括容纳在箱体上部1′与箱体下部3′之间的过滤元件5。
在图10中，两个相互面对的过滤元件5、5a并共同将空腔4分成原空气空腔6和洁净空气空腔7。该过滤装置相当于两个过滤元件5、5a的串联接通并提高了过滤有效性。
过滤元件5、5a由非织造织物制成并且具有吸附气体和/或吸收气体的吸附剂。过滤元件5、5a因此可以不仅从输入空气中滤出颗粒而且滤出有害气体。
在这里说明的各附图中，在箱体上部1、1′上分别构成突出的法兰边缘17。在这里说明的各附图中，在箱体下部3、3′上分别构成突出的法兰边缘18。通过法兰边缘17、18箱体下部3、3′和箱体上部1、1′可以机械或材料锁合地相互气密地连接。这里可以设想，粘结、超声波焊接或激光焊接法兰边缘17、18。
在法兰边缘17、18中构成多个长孔19、20。各长孔19、20允许箱体2、2′能移动地连接在另一个装置上。各长孔19、20相互对齐。
在这里描述的箱体上部1、1′和分别与其对应的箱体下部3、3′构成为结构相同的。由此在组装这里说明的、用于燃料电池的箱体2、2′时实现防混淆可靠性。
在图1至10中相同的标记用来说明在这里描述的箱体2、2′的相同的构件。
空气通流接管8、8′、8″、8′″在其他的实施形式中可以相互成任何的角度突出地构成。
关于按照本发明的教导的其他有利的实施形式和改进方案一方面可参考说明书的发明内容部分，另一方面参考后附的各权利要求。
最后特别应强调，以上选择的各实施例只用于解释按照本发明的教导，但本发明并不限于这些实施例。

Claims (15)

1.用于过滤燃料电池的输入空气的箱体(2、2′)，包括一箱体下部(3、3′)和一箱体上部(2、2′)，所述箱体下部和箱体上部共同限定一个空腔(4)，其中所述空腔(4)通过至少一个过滤元件(5、5a)分成一原空气空腔(6)和一洁净空气空腔(7)，并且箱体下部(3、3′)和箱体上部(2、2′)都分别配置一个空气通流接管(8、8′、8″、8′″)，用于向空腔(4)内或从空腔(4)中引导输入空气；其特征在于，过滤元件(5、5a)至少部分地嵌入一密封材料(9)中。
2.按照权利要求1所述的箱体，其特征在于，密封材料(9)构成为单组分或多组分密封材料。
3.按照权利要求1或2所述的箱体，其特征在于，过滤元件(5、5a)构成为包括折棚的平面过滤器，在所述折棚的各波谷(11)中嵌入箱体侧的刃状件(12)。
4.按照权利要求1至3之一项所述的箱体，其特征在于，过滤元件(5、5a)容纳于一盆状部(13)中。
5.按照权利要求1至4之一项所述的箱体，其特征在于，至少一个过滤元件(5a)与箱体下部(3、3′)固定连接。
6.按照权利要求1至5之一项所述的箱体，其特征在于，至少一个过滤元件(5)与箱体上部(2、2′)固定连接。
7.按照权利要求5和6所述的箱体，其特征在于，各过滤元件(5、5a)相互面对并共同将所述空腔(4)分成一原空气空腔(6)和一洁净空气空腔(7)。
8.按照权利要求1至7之一项所述的箱体，其特征在于，在至少一个过滤元件(5)的上游在原空气侧设置一格网(16)。
9.按照权利要求1至8之一项所述的箱体，其特征在于，至少一个过滤元件(5、5a)配设一补充过滤器。
10.按照权利要求1至9之一项所述的箱体，其特征在于，过滤元件(5、5a)由非织造织物制成并且具有吸附气体和/或吸收气体的吸附剂。
11.按照权利要求1至10之一项所述的箱体，其特征在于，在箱体下部(3、3′)上和/或在箱体上部(2、2′)上构成突出的法兰边缘
(17、18)。
12.按照权利要求11所述的箱体，其特征在于，在法兰边缘(17、18)中构成多个长孔(19、20)。
13.按照权利要求1至12之一项所述的箱体，其特征在于，箱体上部(2、2′)和箱体下部(3、3′)构成为结构上相同的。
14.用于在燃料电池装置中使用的箱体上部(1)或箱体下部(3)，包括一个通向一空腔(4)的空气通流接管(8、8′、8″、8′″)和一个过滤元件(5、5a)，所述过滤元件至少部分地嵌入一密封材料(9)中并限定所述空腔(4)。
15.按照权利要求14所述的箱体上部或箱体下部，其特征在于，在过滤元件(5)的上游在原空气侧设置一格网(16)。
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