CN113740228A - 一种实现使用寿命监测的空滤芯结构、寿命监测方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现使用寿命监测的空滤芯结构、寿命监测方法及用途，所述的空滤芯结构包括依次层叠设置的粗滤层、支撑层、吸附变色层和透明熔喷层，所述的吸附变色层包括填充于支撑层和透明熔喷层之间的活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒。本发明提供的空滤芯结构在活性碳吸附层中添加了一定量的活性高锰酸钾颗粒，活性高锰酸钾颗粒的初始颜色是粉红色，随着有害气体的持续吸附，当吸附饱和后，活性高锰酸钾颗粒会变成褐色，以判定滤芯已达到了使用寿命，操作人员可以根据高锰酸钾的颜色变化判断是否需要更换空滤芯。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种实现使用寿命监测的空滤芯结构、寿命监测方法及用途。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其具有电能转化效率高(理论上的发电效率可达到85％～90％)以及环保等优点，因此在国防、交通、工业中均具有较为广泛的应用。燃料电池由于单个电池电压低，一般在1.2V左右，主要结构是由多只单电池串联而成，构成燃料电池组，电压越高串联的单只单电池只数越多。
采用氢气作为燃料的燃料电池，相较于其他燃料电池，具有较高的功率密度，排出的副产物为水或者水蒸气，对环境没有任何污染，因此在燃料电池中应用很多。氢燃料电池组在应用中，需要将氢气和空气等分别输入至每个单电池的进氢气通道及进空气通道内，进而每个单电池发出电能。为了保证空气中杂质尽可能不进入氢燃料电池内部，现有的氢燃料电池均在空气通道的进口安装有空气滤清器，将空气中杂质过滤后再进入氢燃料电池内。实际应用中，空气滤清器使用一段时间后，由于空气中灰尘在空气滤清器的滤芯外侧累积，会造成空气滤清器工作性能下降，无法满足进入氢燃料电池空气通道内的空气量达到需要，进而因空气量的减少影响氢燃料电池的发电效率。
空滤器常被用于过滤空气中的颗粒污染物；对于氢燃料电池汽车，气体污染物也会影响氢发动机的输出功率、效率，甚至导致燃料电池失效。例如：气体污染物会导致铂催化剂中毒(SO2，NO2和VOCs等)、对MEA的化学侵蚀(如SO2等)、电导率衰减(金属离子如Fe3+，Ca2+，Na+等)、疏水性衰减(NaCl、表面活性剂、甲苯等)。因此，氢燃料电池汽车需要能吸附气体污染物的专用空气过滤器。
目前，车用空气过滤网滤网通常是凭经验每隔几个月更换一次，现有的智能更换提醒则一般是设定滤网的使用总时间。然而，由于氢发动机的功率会随整车需求不断变化，对应空气过滤的流量也在不断改变，因此现有方法得出的滤网寿命只能作为简单的参考；同时，滤网寿命既要考虑颗粒物理过滤和有害气体化学吸附的饱和程度。过早更换滤网会产生浪费，而过晚更换滤网甚至会影响氢发动机的寿命。
CN212542503U公开了氢燃料电池空气滤清器，包括空气滤清器本体、稳压电源、轴流直流发电机、电磁阀和过滤设备；还具有检测提示电路，直流发电机安装在空气滤芯器本体的进气管一侧内，空气滤芯器本体的排气管一侧有侧管；过滤设备包括筒体和位于筒体内的滤芯，电磁阀进气管和侧管连接，电磁阀排气管和筒体一侧外管道连接；稳压电源、检测提示电路安装在元件盒内，并和电磁阀、直流发电机电性连接。
CN110021770A公开了一种用于燃料电池车辆的空气滤清器，用于燃料电池车辆的空气滤清器包括：具有入口和出口的壳体；和固定到壳体的过滤元件，过滤元件被构造成将壳体分成入口侧和出口侧并且过滤从入口侧流向出口侧的空气。朝向壳体的内侧突出的锁定突起被设置在壳体中的入口侧上。第一预过滤器、第二预过滤器和化学过滤器被从作为壳体内侧的过滤元件的入口侧的上游侧朝向作为壳体内侧的过滤元件的出口侧的下游侧、以第一预过滤器、化学过滤器和第二预过滤器的顺序夹在锁定突起和过滤元件之间。
CN212615088U公开了一种空气滤清器的气体吸附装置以及空气滤清器，空气滤清器的气体吸附装置包括：本体，所述本体限定出吸附腔，所述本体设有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口均与所述吸附腔连通，所述进气口连通所述空气滤清器的出气管，所述吸附腔内设有对燃料电池结构有害的酸性气体或碱性气体具有吸附作用的吸附结构。
燃料电池空滤芯在使用的过程中，随着有害气体吸附量的增加，吸附效率会越来越低，从而失去了过滤有害气体的功能，达到了燃料电池空滤的使用寿命。目前现状是在使用的过程中不确定什么时候燃料电池空滤芯能达到使用寿命，主机厂都是在电堆性能无衰减之前，按经验1万公里或2万公里更换空滤芯，这样可能会造成空滤芯还有一定的富余使用性能，对空滤芯的使用是一种浪费。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种实现使用寿命监测的空滤芯结构、寿命监测方法及用途，本发明提供的空滤芯结构在活性碳吸附层中添加了一定量的活性高锰酸钾颗粒，活性高锰酸钾颗粒的初始颜色是粉红色，随着活性碳的持续吸附，当有害气体吸附饱和后，活性高锰酸钾颗粒会变成褐色，以判定滤芯已达到了使用寿命，操作人员可以根据高锰酸钾的颜色变化判断是否需要更换空滤芯。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种实现使用寿命监测的空滤芯结构，所述的空滤芯结构包括依次层叠设置的粗滤层、支撑层、吸附变色层和透明熔喷层，所述的吸附变色层包括填充于支撑层和透明熔喷层之间的活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒。
所述的活性高锰酸钾颗粒的体积占活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒总体积的50％以上。
本发明提供的空滤芯结构在活性碳吸附层中添加了一定量的活性高锰酸钾颗粒，活性高锰酸钾球是活性氧化铝的深加工产品，它是利用特种活性氧化铝载体，经过高温溶液加压、减压等工序制成，具有同类产品两倍以上的吸附能力及强度高寿命长的特点。
本发明中，活性高锰酸钾颗粒起到化学吸附和寿命指示两种功能，活性高锰酸钾颗粒的初始颜色是粉红色，由于高锰酸钾的强氧化性，将空气中的具有还原性的有害气体氧化分解，对有害气体硫化氢，二氧化硫，氮氧化合物，甲醛等VOC气体有很高的吸附效率。
随着活性高锰酸钾颗粒的持续吸附，当有害气体吸附饱和后，活性高锰酸钾颗粒会变成褐色，以判定滤芯已达到了使用寿命，操作人员可以根据高锰酸钾的颜色变化判断是否需要更换空滤芯，本发明通过直观可见的颜色变化指导操作人员适时更换滤芯，且无需对现有滤芯做出过大的结构调整。
故在活性碳中增加活性高锰酸钾球，可以同时实现物理吸附和化学吸附的双重吸附，通过借助高锰酸钾颜色变化又能对滤芯的更换起到指导作用，为了更好地实现颜色变化的寿命指示作用，本发明对活性高锰酸钾颗粒的填充量进行了限定，在保证吸附效果的同时，能尽可能的出现颜色变化的鲜明对比，要求活性高锰酸钾颗粒的体积占活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒总体积的50％以上，所述的“以上”是指包括本数，及大于本数。
在本发明中，支撑层主要用于粘结固定活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒，采用透明熔喷层，一方面可以高精度过滤粉尘，另一方面透明材质便于观察活性高锰酸钾颗粒的颜色变化。
需要说明的是，本发明还可以配备比色卡，通过比色卡与滤芯结构的颜色进行对比，让客户大体判断滤芯吸收了多少克的有害气体，解决了客户对燃料电池滤芯是否对有害气体有效果的疑虑。比色卡颜色分别为吸收有害气体初始、1/3、2/3、饱和后的颜色。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的粗滤层为无纺布。
优选地，所述的透明熔喷层的材质为聚丙烯。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的空滤芯结构的寿命监测方法，所述的寿命监测方法包括：
随着空滤芯结构对有害气体的吸附达到饱和，所述的高锰酸钾球层内填充的高锰酸钾球发生颜色变化，从而判定空滤芯结构达到使用寿命。
第三方面，本发明提供了一种包括第一方面所述的空滤芯的燃料电池空滤器，所述的燃料电池空滤器包括壳体，所述壳体内设置有空滤芯，所述的空滤芯包括支撑骨架，所述支撑骨架外周包裹有第一方面所述的空滤芯结构，所述空滤芯结构的粗滤层靠近所述的支撑骨架。
作为本发明一种优选的技术方案，所述壳体的出气口接入气体浓度传感器，所述的气体浓度传感器用于检测经滤芯过滤后的气体中的有害气体浓度。
本发明通过在空滤器出气口设置气体浓度传感器，在空滤器的出气口加有害气体浓度传感器，检测通过滤芯后管道中有害气体的浓度，随着使用时间的增加，吸附效率会越来越低，空滤器下游的有害气体浓度会越来越高，当有害气体的浓度达到电堆要求的最小浓度要求时就需要更换滤芯。本发明通过检测出口有害气体浓度的变化了解评估燃料电池空滤芯的使用情况，从而指导终端用户合理更换燃料电池空滤芯。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的壳体内还设置有控制器和与所述控制器反馈控制的指示灯，所述的控制器与气体浓度传感器电性连接，所述的气体浓度传感器将检测到的有害气体浓度数据传输至控制器，所述的控制器对有害气体的实时浓度与电堆要求的最低浓度进行逻辑对比，当有害气体的实时浓度达到电堆要求的最低浓度时，向指示灯发出控制指令，指示灯点亮，提醒更换滤芯。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的燃料电池空滤器还包括压差报警模块，所述的压差报警模块用于检测壳体进气口和出气口间的压差，并根据压差判断滤芯是否堵塞。
本发明除了考虑到如何监测空滤器的使用寿命，还考虑到了如何防止空滤芯堵塞，具体而言：空滤器经过长时间的使用后，滤芯会被灰尘等颗粒物堵塞，从而影响进气量，降低整机的比功率加剧能源消耗，易损坏空滤器，因此，本发明通过设置压差报警模块，通过检测壳体进气口和出气口间的压差，及时提醒操作人员滤芯堵塞。
优选地，所述的压差报警模块包括进气压力传感器和出气压力传感器，所述的进气压力传感器和出气压力传感器分别设置于壳体的进气口和出气口，所述的进气压力传感器和出气压力传感器分别独立地电性连接所述的控制器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的压差报警模块还包括报警器，所述的控制器反馈控制所述的报警器，所述的控制器根据进气压力传感器和出气压力传感器传输的进气压力和出气压力计算壳体进气口和出气口间的压差，对实时压差与预设压差进行逻辑判断，根据判断结果控制报警器开启。
在正常状态下，外界压力和空滤器内部压力相差很小，在空滤芯阻塞后，内外压差变大，控制器感知到压差增大后控制报警器通电，通过警报灯发出闪烁的光信号或通过蜂鸣器发出尖锐的声信号进行报警指示，提醒更换空滤芯或关闭进气阀。
优选地，所述的报警器包括警报灯和/或蜂鸣器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述支撑骨架两端开口处分别设置有无孔端盖和有孔端盖，所述的有孔端盖的中心处设置有进气孔，所述的进气孔与壳体的进气口吻合，有害气体经所述的进气口进入滤芯内部，穿过所述的空滤芯结构后由壳体出气口排出。
第四方面，本发明提供了一种包括第三方面所述的燃料电池空滤器的燃料电池，所述的燃料电池包括电堆、空气进气模块和氢气进气模块，所述空气进气模块和氢气进气模块的出口分别独立接入电堆，所述的空气进气模块包括沿空气流向依次连接的除尘器、空滤器和空压机，所述的空滤器为第三方面所述的燃料电池空滤器。
本发明提供的燃料电池的工作原理是：外界空气通常含有大量的粉尘和有害气体，为了防止粉尘和有害气体进入燃料电池组，外界空气首先进入除尘器，利用除尘器去除空气中大量的粉尘、微生物和有害气体，例如可以过滤含甲醛、苯或有机气态物质等有害气体；接着，从除尘器流出的气体进入空滤器进行再次的除尘，由于除尘器已经去除了大部分的粉尘，减少了空滤器中滤芯上的粉尘堆积量，不仅避免了空滤器堵塞，延长了空滤器的使用寿命，还降低了更换频率和维护成本；经过空滤器再次除尘后的气体中，几乎不存在粉尘和有害气体，也能防止粉尘对电堆的伤害；接着，从空滤器流出的气体流入空压机，空压机用于为气体的循环流动提供动力以及压缩气体；最后，气体再流入电堆，气体中含有的大量氧气可以作为电堆中燃料电池组的化学反应的原料，与进入燃料电池组的氢气发生化学反应产生电能。电堆的正负极两端还连接有负载，电堆产生的电能用于提供给负载。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的空滤芯结构在活性碳吸附层中添加了一定量的活性高锰酸钾颗粒，活性高锰酸钾球是活性氧化铝的深加工产品，它是利用特种活性氧化铝载体，经过高温溶液加压、减压等工序制成，具有同类产品两倍以上的吸附能力及强度高寿命长的特点。本发明中，活性高锰酸钾颗粒起到化学吸附和寿命指示两种功能，活性高锰酸钾颗粒的初始颜色是粉红色，由于高锰酸钾的强氧化性，将空气中的具有还原性的有害气体氧化分解，对有害气体硫化氢，二氧化硫，氮氧化合物，甲醛等VOC气体有很高的吸附效率，随着活性高锰酸钾颗粒的持续吸附，当有害气体吸附饱和后，活性高锰酸钾颗粒会变成褐色，以判定滤芯已达到了使用寿命，操作人员可以根据高锰酸钾的颜色变化判断是否需要更换空滤芯，本发明通过直观可见的颜色变化指导操作人员适时更换滤芯，且无需对现有滤芯做出过大的结构调整。故在活性碳中增加活性高锰酸钾球，可以同时实现物理吸附和化学吸附的双重吸附，通过借助高锰酸钾颜色变化又能对滤芯的更换起到指导作用，为了更好地实现颜色变化的寿命指示作用，本发明对活性高锰酸钾颗粒的填充量进行了限定，在保证吸附效果的同时，能尽可能的出现颜色变化的鲜明对比，要求活性高锰酸钾颗粒的体积占活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒总体积的50％以上，所述的“以上”是指包括本数，及大于本数。在本发明中，支撑层主要用于粘结固定活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒，采用透明熔喷层，一方面可以高精度过滤粉尘，另一方面透明材质便于观察活性高锰酸钾颗粒的颜色变化。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的空滤芯结构的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的燃料电池空滤器的结构示意图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的燃料电池空滤器的燃料电池的结构示意图。
其中，1-粗滤层；2-支撑层；3-活性炭颗粒；4-高锰酸钾颗粒；5-透明熔喷层；6-壳体；7-空滤芯；8-进气压力传感器；9-气体浓度传感器；10-控制器；11-出气压力传感器；12-指示灯；13-报警器；14-除尘器；15-空滤器；16-空压机；17-电堆；18-氢气进气模块。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
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。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种实现使用寿命监测的空滤芯结构，所述的空滤芯结构如图1所示，包括依次层叠设置的粗滤层1、支撑层2、吸附变色层和透明熔喷层5，吸附变色层包括填充于支撑层2和透明熔喷层5之间的活性高锰酸钾颗粒4和活性炭颗粒3。活性高锰酸钾颗粒4的体积占活性高锰酸钾颗粒4和活性炭颗粒3总体积的50％以上。
本发明提供的空滤芯结构在活性碳吸附层中添加了一定量的活性高锰酸钾颗粒4，活性高锰酸钾球是活性氧化铝的深加工产品，它是利用特种活性氧化铝载体，经过高温溶液加压、减压等工序制成，具有同类产品两倍以上的吸附能力及强度高寿命长的特点。本发明中，活性高锰酸钾颗粒4起到化学吸附和寿命指示两种功能，活性高锰酸钾颗粒4的初始颜色是粉红色，由于高锰酸钾的强氧化性，将空气中的具有还原性的有害气体氧化分解，对有害气体硫化氢，二氧化硫，氮氧化合物，甲醛等VOC气体有很高的吸附效率，随着活性高锰酸钾颗粒4的持续吸附，当有害气体吸附饱和后，活性高锰酸钾颗粒4会变成褐色，以判定滤芯已达到了使用寿命，操作人员可以根据高锰酸钾的颜色变化判断是否需要更换空滤芯，本发明通过直观可见的颜色变化指导操作人员适时更换滤芯，且无需对现有滤芯做出过大的结构调整。故在活性碳中增加活性高锰酸钾球，可以同时实现物理吸附和化学吸附的双重吸附，通过借助高锰酸钾颜色变化又能对滤芯的更换起到指导作用，为了更好地实现颜色变化的寿命指示作用，本发明对活性高锰酸钾颗粒4的填充量进行了限定，在保证吸附效果的同时，能尽可能的出现颜色变化的鲜明对比，要求活性高锰酸钾颗粒4的体积占活性高锰酸钾颗粒4和活性炭颗粒3总体积的50％以上，所述的“以上”是指包括本数，及大于本数。在本发明中，支撑层主要用于粘结固定活性高锰酸钾颗粒4和活性炭颗粒3，采用透明熔喷层，一方面可以高精度过滤粉尘，另一方面透明材质便于观察活性高锰酸钾颗粒4的颜色变化。
需要说明的是，本发明还可以配备比色卡，通过比色卡与滤芯结构的颜色进行对比，让客户大体判断滤芯吸收了多少克的有害气体，解决了客户对燃料电池滤芯是否对有害气体有效果的疑虑。比色卡颜色分别为吸收有害气体初始、1/3、2/3、饱和后的颜色。
进一步地，粗滤层1为无纺布，透明熔喷层5的材质为聚丙烯。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述空滤芯结构的寿命监测方法，所述的寿命监测方法包括：
随着空滤芯结构对有害气体的吸附达到饱和，高锰酸钾球发生颜色变化，从而判定空滤芯结构达到使用寿命。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种燃料电池空滤器15，所述的燃料电池空滤器15如图2所示，包括壳体6，壳体6内设置有空滤芯7，空滤芯7包括支撑骨架，支撑骨架外周包裹有上述空滤芯结构，空滤芯结构的粗滤层1靠近支撑骨架。
进一步地，壳体6的出气口接入气体浓度传感器9，气体浓度传感器9用于检测经滤芯过滤后的气体中的有害气体浓度。
本发明通过在空滤器15出气口设置气体浓度传感器9，在空滤器15的出气口加有害气体浓度传感器9，检测通过滤芯后管道中有害气体的浓度，随着使用时间的增加，吸附效率会越来越低，空滤器15下游的有害气体浓度会越来越高，当有害气体的浓度达到电堆17要求的最小浓度要求时就需要更换滤芯。本发明通过检测出口有害气体浓度的变化了解评估燃料电池空滤芯7的使用情况，从而指导终端用户合理更换燃料电池空滤芯7。
进一步地，壳体6内还设置有控制器10和与控制器10反馈控制的指示灯12，控制器10与气体浓度传感器9电性连接，气体浓度传感器9将检测到的有害气体浓度数据传输至控制器10，控制器10对有害气体的实时浓度与电堆17要求的最低浓度进行逻辑对比，当有害气体的实时浓度达到电堆17要求的最低浓度时，向指示灯12发出控制指令，指示灯12点亮，提醒更换滤芯。
进一步地，燃料电池空滤器15还包括压差报警模块，压差报警模块用于检测壳体6进气口和出气口间的压差，并根据压差判断滤芯是否堵塞。
本发明除了考虑到如何监测空滤器15的使用寿命，还考虑到了如何防止空滤芯7堵塞，具体而言：空滤器15经过长时间的使用后，滤芯会被灰尘等颗粒物堵塞，从而影响进气量，降低整机的比功率加剧能源消耗，易损坏空滤器15，因此，本发明通过设置压差报警模块，通过检测壳体6进气口和出气口间的压差，及时提醒操作人员滤芯堵塞。
进一步地，压差报警模块包括进气压力传感器8和出气压力传感器11，进气压力传感器8和出气压力传感器11分别设置于壳体6的进气口和出气口，进气压力传感器8和出气压力传感器11分别独立地电性连接控制器10。
进一步地，压差报警模块还包括报警器13，控制器10反馈控制报警器13，控制器10根据进气压力传感器8和出气压力传感器11传输的进气压力和出气压力计算壳体6进气口和出气口间的压差，对实时压差与预设压差进行逻辑判断，根据判断结果控制报警器13开启。
在正常状态下，外界压力和空滤器15内部压力相差很小，在空滤芯7阻塞后，内外压差变大，控制器10感知到压差增大后控制报警器13通电，通过警报灯发出闪烁的光信号或通过蜂鸣器发出尖锐的声信号进行报警指示，提醒更换空滤芯7或关闭进气阀。
可选地，报警器13包括警报灯和/或蜂鸣器。
进一步地，支撑骨架两端开口处分别设置有无孔端盖和有孔端盖，有孔端盖的中心处设置有进气孔，进气孔与壳体6的进气口吻合，有害气体经进气口进入滤芯内部，穿过空滤芯结构后由壳体6出气口排出。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种燃料电池，所述的燃料电池如图3所示，包括电堆17、空气进气模块和氢气进气模块18，空气进气模块和氢气进气模块18的出口分别独立接入电堆17，空气进气模块包括沿空气流向依次连接的除尘器14、空滤器15和空压机16，空滤器15为上述的燃料电池空滤器15。
本发明提供的燃料电池的工作原理是：外界空气通常含有大量的粉尘和有害气体，为了防止粉尘和有害气体进入燃料电池组，外界空气首先进入除尘器14，利用除尘器14去除空气中大量的粉尘、微生物和有害气体，例如可以过滤含甲醛、苯或有机气态物质等有害气体；接着，从除尘器14流出的气体进入空滤器15进行再次的除尘，由于除尘器14已经去除了大部分的粉尘，减少了空滤器15中滤芯上的粉尘堆积量，不仅避免了空滤器15堵塞，延长了空滤器15的使用寿命，还降低了更换频率和维护成本；经过空滤器15再次除尘后的气体中，几乎不存在粉尘和有害气体，也能防止粉尘对电堆17的伤害；接着，从空滤器15流出的气体流入空压机16，空压机16用于为气体的循环流动提供动力以及压缩气体；最后，气体再流入电堆17，气体中含有的大量氧气可以作为电堆17中燃料电池组的化学反应的原料，与进入燃料电池组的氢气发生化学反应产生电能。电堆17的正负极两端还连接有负载，电堆17产生的电能用于提供给负载。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种实现使用寿命监测的空滤芯结构，其特征在于，所述的空滤芯结构包括依次层叠设置的粗滤层、支撑层、吸附变色层和透明熔喷层，所述的吸附变色层包括填充于支撑层和透明熔喷层之间的活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒；
所述的活性高锰酸钾颗粒的体积占活性高锰酸钾颗粒和活性炭颗粒总体积的50％以上。
2.根据权利要求1所述的空滤芯结构，其特征在于，所述的粗滤层的材质为静电棉；
优选地，所述的透明熔喷层的材质为聚丙烯。
3.一种权利要求1或2所述的空滤芯结构的寿命监测方法，其特征在于，所述的寿命监测方法包括：
随着空滤芯结构对有害气体的吸附达到饱和，高锰酸钾球发生颜色变化，从而判定空滤芯结构达到使用寿命。
4.一种空滤器，其特征在于，所述的空滤器包括壳体，所述壳体内设置有空滤芯，所述的空滤芯包括支撑骨架，所述支撑骨架外周包裹有权利要求1或2所述的空滤芯结构，所述空滤芯结构的粗滤层靠近所述的支撑骨架。
5.根据权利要求4所述的空滤器，其特征在于，所述壳体的出气口接入气体浓度传感器，所述的气体浓度传感器用于检测经滤芯过滤后的气体中的有害气体浓度。
6.根据权利要求4或5所述的空滤器，其特征在于，所述的壳体内还设置有控制器和与所述控制器反馈控制的指示灯，所述的控制器与气体浓度传感器电性连接，所述的气体浓度传感器将检测到的有害气体浓度数据传输至控制器，所述的控制器对有害气体的实时浓度与电堆要求的最低浓度进行逻辑对比，当有害气体的实时浓度达到电堆要求的最低浓度时，向指示灯发出控制指令，指示灯点亮，提醒更换滤芯。
7.根据权利要求4-6任一项所述的空滤器，其特征在于，所述的空滤器还包括压差报警模块，所述的压差报警模块用于检测壳体进气口和出气口间的压差，并根据压差判断滤芯是否堵塞；
优选地，所述的压差报警模块包括进气压力传感器和出气压力传感器，所述的进气压力传感器和出气压力传感器分别设置于壳体的进气口和出气口，所述的进气压力传感器和出气压力传感器分别独立地电性连接所述的控制器。
8.根据权利要求4-7任一项所述的空滤器，其特征在于，所述的压差报警模块还包括报警器，所述的控制器反馈控制所述的报警器，所述的控制器根据进气压力传感器和出气压力传感器传输的进气压力和出气压力计算壳体进气口和出气口间的压差，对实时压差与预设压差进行逻辑判断，根据判断结果控制报警器开启；
优选地，所述的报警器包括警报灯和/或蜂鸣器。
9.根据权利要求4-8任一项所述的空滤器，其特征在于，所述支撑骨架两端开口处分别设置有无孔端盖和有孔端盖，所述的有孔端盖的中心处设置有进气孔，所述的进气孔与壳体的进气口吻合，有害气体经所述的进气口进入滤芯内部，穿过所述的空滤芯结构后由壳体出气口排出。
10.一种包括权利要求4-9任一项所述的空滤器的燃料电池，其特征在于，所述的燃料电池包括电堆、空气进气模块和氢气进气模块，所述空气进气模块和氢气进气模块的出口分别独立接入电堆，所述的空气进气模块包括沿空气流向依次连接的除尘器、空滤器和空压机，所述的空滤器为权利要求4-9任一项所述的空滤器。
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