CN111871609B - 一种空气滤清器及燃料电池汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气滤清器及燃料电池汽车，属于新能源汽车技术领域，该空气滤清器包括：静电吸附装置，设置于壳体中，静电吸附装置被配置为能够吸附捕集空气中的颗粒物；电加热触媒过滤层，设置于壳体中并位于静电吸附装置的下游，电加热触媒过滤层被配置为能够间隔预设时间反复加热至再生温度，电加热触媒过滤层中的催化剂能与空气中的氧化性化合物反应。该空气滤清器相较于现有技术无需使用空气滤芯等耗材，节省了成本，且空气路进口阻力小，降低了空压机的寄生功耗；电加热触媒过滤层能够重复使用，相较于现有技术无需使用耗材，无需定期更换滤芯，且能长期保持催化净化效果，降低用户的用车成本。

Description

一种空气滤清器及燃料电池汽车
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种空气滤清器及燃料电池汽车。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，汽车已经成为人们出行的必备工具，随着城市雾霾化的日益严重，燃料电池汽车已成为汽车领域最主流的开发、使用的方向，而燃料电池汽车因其加注快、零排放、耐低温等多种优势越来越受到行业和消费者的关注。
相较于传统内燃机车，氢燃料电池汽车主要依靠外界空气与车上储存的氢气进行反应产生电能从而驱动车辆行驶。在这一过程中，由于燃料电池中催化剂和质子交换膜的特性，一般需要对参与反应的空气进行净化和加湿。
其中净化过程对一般是采用空气滤芯进行，要求滤芯既能将空气中的杂物和颗粒物清除，同时还能净化具有强氧化功能的CO、SOX、硫化物、NOX和碳氢化合物、挥发性有机物等。在行业中普遍采用具备化学过滤功能的滤芯来实现这一净化功能。
这些化学滤芯存在以下主要缺点：
1、具备有害气体去除功能的化学滤芯为了与空气反应充分，大大增加了空气路进口阻力，增加了空压机的寄生功耗；
2、化学滤芯成本高，滤芯需要定期更换，增加了用户的用车成本；
3、化学滤芯中的滤材经过化学处理，长期保存会降低净化效果。
因此，亟需提出一种空气滤清器及燃料电池汽车以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种空气滤清器，该空气滤清器无需使用耗材，无需定期维护更换，节省成本，且可保持净化效果。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种空气滤清器，包括壳体，所述空气滤清器还包括：
静电吸附装置，设置于所述壳体中，所述静电吸附装置被配置为能够吸附捕集空气中的颗粒物；
电加热触媒过滤层，设置于所述壳体中并位于所述静电吸附装置的下游，所述电加热触媒过滤层被配置为能够间隔预设时间反复加热至再生温度，所述电加热触媒过滤层中的催化剂能与所述空气中的氧化性化合物反应。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述静电吸附装置包括：
高压等离子发生器；
金属集尘器，相对设置于所述高压等离子发生器的下游，所述金属集尘器所带的电荷极性与所述高压等离子发生器释放的电荷极性相反。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述空气滤清器还包括：
加湿清洁组件，设置于所述壳体的顶部，所述加湿清洁组件用于将尾排系统中的尾排水喷洒于所述壳体中。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述加湿清洁组件包括：
喷淋水入口，开设于所述壳体的顶部并与所述尾排系统连通；
高压水雾喷头，设置于所述壳体的顶部内侧并与所述喷淋水入口连通。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述高压水雾喷头设置有多个，多个所述高压水雾喷头均布设置。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述壳体的底部设置有排污出口。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述壳体上设有空气入口和空气出口，所述空气经所述空气入口进入所述壳体后依次流经所述静电吸附装置和所述电加热触媒过滤层后经所述空气出口排出。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，所述壳体中设置有隔板，所述隔板将所述壳体内部分隔成静电吸附腔和触媒净化腔，所述隔板的下部设置有通气口，所述静电吸附装置设置于所述静电吸附腔内，所述电加热触媒过滤层设置于所述触媒净化腔内。
作为上述空气滤清器的优选技术方案，沿所述空气的流动方向，所述触媒净化腔内间隔设有多层所述电加热触媒过滤层。
本发明的第二个目的在于提供一种燃料电池汽车，用车成本低。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种燃料电池汽车，包括如上任方案所述的空气滤清器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的空气滤清器，通过设置静电吸附装置吸附捕集空气中的颗粒物，实现过滤空气中的颗粒物等杂质的目的，相较于现有技术无需使用空气滤芯等耗材，节省了成本，且空气路进口阻力小，降低了空压机的寄生功耗；采用电加热触媒过滤层处理空气中的氧化性化合物，电加热触媒过滤层工作预设时间后能够加热至再生温度，使得催化剂再次具备完整有效的催化净化能力，相较于现有技术无需使用耗材，无需定期更换滤芯，且能长期保持催化净化效果，降低用户的用车成本。
本发明提出的燃料电池汽车，包括上述空气滤清器，该燃料电池汽车由于具备上述的空气滤清器，因此其用车成本显著降低。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的空气滤清器的结构示意图。
图中：
1、电加热触媒过滤层；2、高压等离子发生器；3、金属集尘器；4、喷淋水入口；5、高压水雾喷头；6、排污出口；7、隔板；71、通气口；8、空滤控制器；
100、壳体；101、空气入口；102、空气出口。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”“下”“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本实施例公开了一种空气滤清器，如图1所示，该空气滤清器主要包括壳体100、静电吸附装置和电加热触媒过滤层1，其中，静电吸附装置和电加热触媒过滤层1均设置于壳体100中，且沿空气流动的方向，电加热触媒过滤层1位于静电吸附装置的下游。静电吸附装置采用静电吸附原理吸附捕集空气中的颗粒物；电加热触媒过滤层1被配置为能够间隔预设时间反复加热至再生温度，电加热触媒过滤层1中的催化剂能与空气中的氧化性化合物反应。
进一步地，壳体100中设置有隔板7，隔板7将壳体100内部分隔成静电吸附腔和触媒净化腔，隔板7的下部设置有通气口71，用于流通空气，静电吸附装置设置于静电吸附腔内，电加热触媒过滤层1设置于触媒净化腔内。
更进一步地，壳体100上于静电吸附腔的上部设有空气入口101，于触媒净化腔的上部设有空气出口102，空气经空气入口101进入静电吸附腔，由上至下流经静电吸附装置后由隔板7下部的通气口71流入触媒净化腔，并由下至上流经电加热触媒过滤层1后经空气出口102排出。
优选地，沿空气的流动方向，触媒净化腔内间隔设有多层电加热触媒过滤层1，以提高净化效果。
静电吸附装置利用静电吸附原理吸附捕集空气中的颗粒物，实现过滤空气中的颗粒物等杂质的目的，相较于现有技术无需使用空气滤芯等耗材，节省了成本，且空气路进口阻力小，降低了空压机的寄生功耗；采用电加热触媒过滤层1处理空气中的氧化性化合物，电加热触媒过滤层1工作预设时间后能够加热至再生温度，使得催化剂再次具备完整有效的催化净化能力，相较于现有技术无需使用耗材，无需定期更换滤芯，且能长期保持催化净化效果，降低用户的用车成本。
具体而言，静电吸附装置包括高压等离子发生器2和金属集尘器3，金属集尘器3相对设置于高压等离子发生器2的下游，金属集尘器3所带的电荷极性与高压等离子发生器2释放的电荷极性相反。静电吸附装置的工作机理是利用阳极电晕放电原理，使空气中的粉尘带上正电荷，然后借助库仑力作用，将带电粒子捕集在金属集尘器3上，达到除尘净化空气的目的。
更具体地，燃料电池系统启动后，空滤控制器8启动内部升压系统为高压等离子发生器2供电，此时通过高压等离子发生器2的空气被电离，产生高密度离子流，空滤控制器8通过燃料电池发动机控制器发送的空气流量信号调整高压等离子发生器2的电压，控制离子释放的浓度、纯度与活性。高密度的离子具备吸附聚集效应，可以使空气中的微小颗粒(PM2.5颗粒级及以下)凝聚成较大的颗粒物。金属集尘器3在空滤控制器8供电下，具备与高压等离子发生器2极性相反的电荷。空气经过金属集尘器3过程中，空气中带有高压等离子电荷的颗粒物与极性相反的金属集尘器3在静电吸附效应和异性电荷吸引力的作用下被吸附捕集，产生空气过滤效果，空气得到有效净化。
经静电吸附装置净化过滤后的空气流经电加热触媒过滤层1时，空气中的CO、SOX、硫化物、NOX和碳氢化合物、挥发性有机物会与一定温度的电加热触媒过滤层1中的催化剂反应而得到有效去除，从而降低对电堆的损害，提升燃料电池电堆使用寿命；电加热触媒过滤层1具备电控加热功能，能够在使用一定时间催化剂催化效果下降后，通过空滤控制器8启动电加热而加热到再生温度使催化剂再生，因此能够长期保持催化净化效果，相较于现有技术中采用的化学滤芯，无需更换滤芯，降低用户的车成本，且具有长期的净化效果，进一步降低用车成本。优选地，电加热触媒过滤层1能间隔预设时间反复加热至再生温度，以达到多次重复使用的目的，预设时间可根据实际情况进行设定。
现有的滤芯还存在功能单一，只能实现空气净化作用，无法对空气进行预加湿以及无法实现自动清洁的问题。
为解决这一技术问题，本实施例提供的空气滤清器还包括加湿清洁组件，加湿清洁组件设置于壳体100的顶部，加湿清洁组件用于将尾排系统中的尾排水喷洒于壳体100中，使得该空气滤清器兼具空气辅助加湿功能及自清洁功能。优选地，为排出尾排水，壳体100的底部设置有排污出口6。
进一步地，加湿清洁组件包括喷淋水入口4和高压水雾喷头5，喷淋水入口4开设于静电吸附腔的顶部并与尾排系统连通；高压水雾喷头5设置于壳体100的顶部内侧并与喷淋水入口4连通，用于将尾排系统中的尾排水喷洒至静电吸附腔内。优选地，高压水雾喷头5设置有多个，多个高压水雾喷头5在高压等离子发生器2的上方均布设置，可以提高喷水均匀性。进一步优选地，喷淋水入口4和排污出口6处均设置有与空滤控制器8电连接的电磁阀，以调节电磁阀的启闭和开度大小。
具体而言，在燃料电池发动机运行过程中，尾排系统中将不断有水生成，通常这些水都是直接排放到外界环境中。而在使用该空气滤清器的燃料电池汽车中，空滤控制器8控制排污出口6打开至一定开度，通过顶部的高压水雾喷头5持续将尾排系统中的尾排水喷入到进入静电吸附腔的空气中从而起到空气加湿的作用，未能充分与空气混合的液态水将直接从底部的排污出口6排出。
该辅助加湿功能在燃料电池发动机高负荷运行过程中，可以有效的利用尾排系统中的尾排水对空气进行预加湿，为系统中的加湿器提供预加湿功能并有效降低加湿器的负担，降低对加湿器的加湿能力要求从而降低系统成本。
另一方面，加湿清洁组件还可以利用尾排系统中的尾排水实现空气滤清器的自清洁功能。具体地，在运行特定时间后，空滤控制器8可以通过控制高压水雾喷头5对金属集尘器3进行高压水雾冲洗，冲洗后的污水会汇集在壳体100底部的排污出口6，此时空滤控制器8打开排污出口6处的电磁阀，将污水排出，实现对金属集尘器3的自动冲洗从而达到免维护的目的，省去用户在使用过程中清理金属集尘器3的麻烦。
本实施例提供的空气滤清器通过增设加湿清洁组件，一方面能够实现空气的预加湿，提升空气湿度，且有效利用尾排水，降低燃料电池系统加湿器的负担并提升燃料电池电堆的效率。另一方面，空气滤清器可以使用尾排水进行自清洁，无需更换任何耗材和进行任何维护，不仅节约用户使用成本，同时降低了用户的维护时间成本。
在本实施例中，空滤控制器8和燃料电池发动机控制器均可以是集中式或分布式的控制器，比如，可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制上述的静电吸附装置、电加热触媒过滤层1及电磁阀等实现其功能。进一步地，空滤控制器8设置于壳体100侧壁上，其与燃料电池发动机控制器电连接。
本实施例还提供了一种燃料电池汽车，包括如上的空气滤清器。该燃料电池汽车的用车成本降低。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种空气滤清器，包括壳体（100），其特征在于，所述壳体（100）中设置有隔板（7），所述隔板（7）将所述壳体（100）内部分隔成静电吸附腔和触媒净化腔，所述隔板（7）的下部设置有通气口（71）；所述空气滤清器还包括：
静电吸附装置，设置于所述静电吸附腔中，所述静电吸附装置被配置为能够吸附捕集空气中的颗粒物；
电加热触媒过滤层（1），设置于所述触媒净化腔中并位于所述静电吸附装置的下游，所述电加热触媒过滤层（1）被配置为能够间隔预设时间反复加热至再生温度，所述电加热触媒过滤层（1）中的催化剂能与所述空气中的氧化性化合物反应；
加湿清洁组件，设置于所述静电吸附腔的顶部，所述加湿清洁组件用于将尾排系统中的尾排水喷洒于所述静电吸附腔中；所述壳体（100）的底部设置有排污出口（6）。
2.根据权利要求1所述的空气滤清器，其特征在于，所述静电吸附装置包括：
高压等离子发生器（2）；
金属集尘器（3），相对设置于所述高压等离子发生器（2）的下游，所述金属集尘器（3）所带的电荷极性与所述高压等离子发生器（2）释放的电荷极性相反。
3.根据权利要求1所述的空气滤清器，其特征在于，所述加湿清洁组件包括：
喷淋水入口（4），开设于所述壳体（100）的顶部并与所述尾排系统连通；
高压水雾喷头（5），设置于所述壳体（100）的顶部内侧并与所述喷淋水入口（4）连通。
4.根据权利要求3所述的空气滤清器，其特征在于，所述高压水雾喷头（5）设置有多个，多个所述高压水雾喷头（5）均布设置。
5.根据权利要求1所述的空气滤清器，其特征在于，所述壳体（100）上设有空气入口（101）和空气出口（102），所述空气经所述空气入口（101）进入所述壳体（100）后依次流经所述静电吸附装置和所述电加热触媒过滤层（1）后经所述空气出口（102）排出。
6.根据权利要求1所述的空气滤清器，其特征在于，沿所述空气的流动方向，所述触媒净化腔内间隔设有多层所述电加热触媒过滤层（1）。
7.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的空气滤清器。
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