CN115138189B - 一种燃料电池阴极三级空气过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池阴极三级空气过滤装置，包括壳体(1)和设置在壳体(1)上的进气盖(2)、颗粒过滤单元(3)、碱性气体过滤单元(4)、酸性气体过滤单元(5)、后端盖(6)和小端盖(7)；所述的颗粒过滤单元(3)、碱性气体过滤单元(4)和酸性气体过滤单元(5)设置在壳体(1)内，进气盖(2)设置在颗粒过滤单元(3)入口侧，后端盖(6)支撑酸性气体过滤单元(5)，小端盖(7)设置在壳体(1)下侧。与现有技术相比，本发明具有三级过滤结构，过滤效果理想、结构简单、便于安装。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池配套附件设备技术领域，具体涉及一种燃料电池阴极三级空气过滤装置。
背景技术
氢作为二次能源载体，具有清洁、高效的优点，是促进能源结构转型的重要途径。质子交换膜燃料电池可直接将氢的化学能转化为电能，具有能量利用率高、功率密度高等优点。质子交换膜燃料电池对空气质量要求较高，空气中的有害气体(如硫化物、氮氧化物、氨气等)将占据催化剂上的活性位点，降低燃料电池的输出电压和耐久性。在燃料电池进气系统增设燃料电池过滤装置以吸附空气中的有害物质是提高燃料电池的性能和寿命重要途径。然而，目前商业化的燃料电池专用过滤器产品较少，燃料电池的过滤装置仍沿用传统的颗粒过滤器，无法吸附空气中的有害气体。因此，优化燃料电池过滤装置，使其兼顾吸附效率、压降损失、使用寿命、安装便捷性等各项性能，对缓解空气污染物造成的燃料电池性能损失具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池阴极三级空气过滤装置，过滤效果理想。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池阴极三级空气过滤装置，包括壳体和设置在壳体上的进气盖、颗粒过滤单元、碱性气体过滤单元、酸性气体过滤单元、后端盖和小端盖；
所述的颗粒过滤单元、碱性气体过滤单元和酸性气体过滤单元设置在壳体内，进气盖设置在颗粒过滤单元入口侧，后端盖支撑酸性气体过滤单元，小端盖设置在壳体下侧。
优选地，所述的进气盖设置有网格栅栏，可防止树叶、纸片等进入过滤器。
本发明中，壳体作为过滤装置的整合部件，具有安装其他各部件、容纳过滤单元、形成气体流通通道的作用，进气盖、后端盖、小端盖作为壳体的装配部件，除具有密封过滤装置、形成气体流通路径的作用，各自还具有不同的功用；其中：进气盖具有阻挡纸片、树叶等杂质的功能，后端盖具有支撑酸性气体过滤单元的作用，打开小端盖可清除散落的颗粒物杂质，颗粒过滤单元、碱性气体过滤单元、酸性气体过滤单元为过滤结构，具有吸附空气中颗粒物及有害气体的能力。
优选地，所述的壳体包含圆筒状的进气通道、中间通道、排气通道和除尘通道；
所述的颗粒过滤单元设置在进气通道内，进气盖设置在进气通道入口侧，除尘通道设置在进气通道下方，小端盖设置在除尘通道出口侧，碱性气体过滤单元和酸性气体过滤单元设置在中间通道内，后端盖设置在中间通道后端，排气通道设置在中间通道前端。本发明除尘通道有利于提高颗粒物清除能力，提高过滤装置的容尘量。
进一步优选地，所述的除尘通道垂直设计在进气通道下方，利用重力作用收集散落颗粒物杂质，除尘通道出口设有螺纹结构，便于与小端盖安装。
进一步优选地，所述的进气通道内设置有用于颗粒过滤单元定位的颗粒过滤单元定位隔板，中间通道内设有用于酸性气体过滤单元安装的酸性气体过滤单元螺纹安装结构和用于碱性气体过滤单元安装的碱性气体过滤单元螺纹安装结构。本发明过滤单元采用螺纹装配，密封良好，省略了密封结构，进气通道内设有便于安装与固定颗粒过滤单元的挡板。
更进一步优选地，所述的酸性气体过滤单元螺纹安装结构和碱性气体过滤单元螺纹安装结构设计在中间通道内，且轴线与中间通道相同。
进一步优选地，所述的进气通道与中间通道垂直设计，进气通道轴线的与中间通道轴线设有一定水平高度差，以便在中间通道内形成进气涡流，达到均匀利用过滤单元的目的。
更进一步优选地，所述的进气通道的轴线在中间通道的下方；所述的排气通道与中间通道轴线重合，便于排气。
进一步优选地，所述的排气通道内设置有气体压力传感器和杂质气体传感器。所述的杂质气体传感器、气体压力传感器为过滤性能检测装置，用于监测过滤后的杂质气体含量和气体压力，本发明在过滤装置出口设置了气体压力传感器和杂质气体传感器，可实时检测过滤器的压降和吸附性能。
本发明所述气体压力传感器安装于排气通道内，实时监测经过滤后的气体压力，当气体压力过低时，提示更换颗粒过滤单元；所述杂质气体传感器安装于排气通道内，实时监测过滤后的气体质量，当气质质量不达标时，提示更换碱性气体过滤单元和酸性气体过滤单元。
优选地，所述的碱性气体过滤单元和酸性气体过滤单元折叠设置为圆筒状，碱性气体过滤单元设置在酸性气体过滤单元内侧。
进一步优选地，所述的酸性气体过滤单元与碱性气体过滤单元同轴，与壳体采用螺纹装配，酸性气体过滤单元设有支撑碱性气体过滤单元的结构，后端盖设有支撑酸性气体过滤单元的结构。
更进一步优选地，所述的酸性气体过滤单元和碱性气体过滤单元长度略长于中间通道，以方便过滤单元的拆装。
更进一步优选地，所述的后端盖设有与壳体装配的安装螺纹和支撑酸性气体过滤单元的支撑板。后端盖上的支撑板可用于定位和固定安装酸性气体过滤单元。
优选地，所述的碱性气体过滤单元和酸性气体过滤单元与壳体匹配的螺纹结构设计在圆筒内圆；在碱性气体过滤单元上设有与酸性气体过滤单元匹配的支撑板，用于定位和支撑碱性过滤单元；在酸性气体过滤单元上设有与后端盖匹配的支撑板，用于定位和支撑酸性气体过滤单元。
本发明所述碱性气体过滤单元形状为圆筒状，一端采用螺纹连接方式与壳体接合，一端与酸性气体过滤单元支撑挡板匹配，由此定位和固定；所述碱性气体过滤单元与酸性气体过滤单元同轴，并安装在所述酸性气体过滤单元内；酸性气体过滤单元形状为圆筒状，一端采用螺纹连接方式与壳体接合，安装在中间通道内，一端被后端盖的支撑板定位和固定。
优选地，所述的碱性气体过滤单元以活性炭为基材，采用H3PO4溶液浸渍，以吸附空气中的碱性气体。
优选地，所述的酸性气体过滤单元以活性炭为基材，采用K2CO3、KI、KOH溶液浸渍，以吸附空气中的酸性气体。
优选地，所述的颗粒过滤单元由无纺布或聚合物纤维层滤纸折叠而成，为圆柱结构，以增大颗粒过滤介质表面积，提高过滤效率。
优选地，所述的进气盖、后端盖和小端盖通过螺纹可拆卸安装在壳体上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明提供了一种燃料电池阴极空气过滤装置，具有三级过滤结构，过滤效果理想、结构简单、便于安装；
2.本发明设有三层过滤结构，具有吸附空气中的颗粒物、酸性和碱性气体，监测过滤装置过滤性能，降低空气污染物损害燃料电池性能的能力；
3.本发明燃料电池阴极空气过滤装置设有颗粒过滤单元、碱性气体过滤单元、酸性气体过滤单元共三层过滤结构，碱性气体过滤单元、酸性气体过滤单元采用浸渍改性的活性炭为基材，可有效吸附空气中的颗粒物、酸性杂质气体(如SO2、NOx等)和碱性杂质气体(NH3)，三种过滤结构独立拆装，既可提高过滤效率，也可提高各层滤芯的利用率；
4.本发明碱性气体过滤单元、酸性气体过滤单元的一端与壳体之间采用螺纹结构装配，密封性良好，省略了密封结构，碱性过滤单元另一端由酸性气体过滤单元配件上的支撑板支撑，酸性气体过滤单元的配件上设有与后端盖匹配的支撑板，以定位和支撑酸性气体过滤单元，过滤单元支撑和定位结构简单，安装便捷；
5.本发明壳体设有圆筒状的进气通道、中间通道、排气通道、除尘通道，进气通道与中间通道垂直布置，进气通道的轴线在中间通道的下方，以在中间通道内形成进气涡流，使气体均匀分布于过滤单元，提高滤芯的利用率，除尘通道具有收集和清除散落颗粒物、延长颗粒过滤单元使用寿命的功能；
6.本发明气体压力传感器、杂质气体传感器安装在排气通道内，能有效监测过滤装置的过滤性能，当过滤后空气的杂质气体含量和气体压力达不到设定目标时，则发出提示更换相应过滤单元的信号。
附图说明
图1为本发明燃料电池阴极三级空气过滤装置结构示意图；
图2为本发明壳体结构示意图；
图3为本发明碱性过滤单元结构示意图；
图4为本发明酸性过滤单元结构示意图；
图5为本发明后端盖结构示意图；
图中：1-壳体，2-进气盖，3-颗粒过滤单元，4-碱性气体过滤单元，5-酸性气体过滤单元，6-后端盖，7-小端盖，8-杂质气体传感器，9-气体压力传感器，11-进气通道，12-中间通道，13-排气通道，14-除尘通道，15-定位隔板，16-酸性气体过滤单元螺纹安装结构，17-碱性气体过滤单元螺纹安装结构；
41-碱性气体过滤单元第一配件，42-碱性气体过滤单元滤芯，43-碱性气体过滤单元第二配件，431-碱性气体过滤单元第一支撑板，51-酸性气体过滤单元第一配件，52-酸性气体过滤单元滤芯，53-酸性气体过滤单元第二配件，531-碱性气体过滤单元第二支撑板，532-酸性气体过滤单元第一支撑板，61-酸性气体过滤单元第二支撑板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例燃料电池阴极过滤装置包括壳体1、进气盖2、颗粒过滤单元3、碱性气体过滤单元4、酸性气体过滤单元5、后端盖6、小端盖7、杂质气体传感器8、气体压力传感器9。
如图2所示，壳体1包括进气通道11、中间通道12、排气通道13、除尘通道14，这些通道均为圆筒状；进气通道11内设有隔板15，以便定位和安装颗粒过滤单元3；除尘通道14设计在进气通道11下方，利用重力收集散落颗粒杂质，当打开小端盖7时，可清除收集的颗粒杂质；中间通道12设有安装酸性气体过滤单元的螺纹结构16和安装碱性气体过滤单元的螺纹结构17；进气通道11的轴线在中间通道12轴线的下方，以便进气过程中在中间通道内形成涡流，达到均匀利用过滤单元的目的；排气通道13与中间通道12轴线重合，便于排气。
如图3所示，碱性气体过滤单元4为圆筒状，由碱性气体过滤单元第一配件41、碱性气体过滤单元滤芯42、碱性气体过滤单元第二配件43组成；与酸性气体过滤单元5同轴，并安装在酸性气体过滤单元5内；在碱性气体过滤单元第一配件41上设有内螺纹结构，与壳体碱性气体过滤单元的螺纹结构17匹配安装；在碱性气体过滤单元第二配件43上设有碱性气体过滤单元第一支撑板431，以支撑和定位碱性气体过滤单元4。
如图4所示，酸性气体过滤单元5形状为圆筒状，由酸性气体过滤单元第一配件51、酸性气体过滤单元滤芯52、酸性气体过滤单元第二配件53组成；酸性气体过滤单元第一配件51设有螺纹结构，与壳体1酸性气体过滤单元的螺纹结构16匹配，安装在中间通道12内；酸性气体过滤单元第二配件53一端设有与碱性气体过滤单元第一支撑板431匹配的碱性气体过滤单元第二支撑板531，以固定和定位碱性气体过滤单元；酸性气体过滤单元第二配件53另一端设有与后端盖6上的酸性气体过滤单元第二支撑板61匹配的酸性气体过滤单元第一支撑板532，以定位和固定酸性气体过滤单元。
如图5所示，后端盖6设有用于定位和固定酸性气体过滤单元的酸性气体过滤单元第二支撑板61。
进气盖2、后端盖6、小端盖7与壳体1之间采用螺纹装配，以便拆装；进气盖2设计了网格栅栏，防止树叶、纸片等进入。
颗粒过滤单元3形状为圆柱状，可由无纺布或聚合物纤维层滤纸折叠而成，以增大颗粒过滤介质表面积，提高过滤效率。
碱性气体过滤单元滤芯42可以活性炭为基材，采用H3PO4溶液浸渍，以吸附空气中的碱性气体。
酸性气体过滤单元滤芯52的过滤介质可以活性炭为基材，采用K2CO3、KI、KOH溶液浸渍，以吸附空气中的酸性气体。
杂质气体传感器8安装于排气通道13内，实时监测过滤后的杂质气体含量；当气质质量不达标时，提示更换酸性气体过滤单元5和碱性气体过滤单元4。
气体压力传感器9安装于排气通道13内，实时监测过滤后的气体压力；当气体压力过低时，提示更换颗粒过滤单元3。
在本发明中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种燃料电池阴极三级空气过滤装置，其特征在于，包括壳体（1）和设置在壳体（1）上的进气盖（2）、颗粒过滤单元（3）、碱性气体过滤单元（4）、酸性气体过滤单元（5）、后端盖（6）和小端盖（7）；
所述的颗粒过滤单元（3）、碱性气体过滤单元（4）和酸性气体过滤单元（5）设置在壳体（1）内，进气盖（2）设置在颗粒过滤单元（3）入口侧，后端盖（6）支撑酸性气体过滤单元（5），小端盖（7）设置在壳体（1）下侧；
所述的进气通道（11）与中间通道（12）垂直设计，进气通道（11）轴线的与中间通道（12）轴线设有一定水平高度差；
所述的碱性气体过滤单元（4）和酸性气体过滤单元（5）折叠设置为圆筒状，碱性气体过滤单元（4）设置在酸性气体过滤单元（5）内侧；
所述的壳体（1）包含圆筒状的进气通道（11）、中间通道（12）、排气通道（13）和除尘通道（14）；
所述的颗粒过滤单元（3）设置在进气通道（11）内，进气盖（2）设置在进气通道（11）入口侧，除尘通道（14）设置在进气通道（11）下方，小端盖（7）设置在除尘通道（14）出口侧，碱性气体过滤单元（4）和酸性气体过滤单元（5）设置在中间通道（12）内，后端盖（6）设置在中间通道（12）后端，排气通道（13）设置在中间通道（12）前端；
所述的碱性气体过滤单元（4）以活性炭为基材，采用H3PO4溶液浸渍；
所述的酸性气体过滤单元（5）以活性炭为基材，采用K2CO3、KI、KOH溶液浸渍。
2.根据权利要求1所述的燃料电池阴极三级空气过滤装置，其特征在于，所述的进气通道（11）内设置有用于颗粒过滤单元（3）定位的颗粒过滤单元定位隔板（15），中间通道（12）内设有用于酸性气体过滤单元（5）安装的酸性气体过滤单元螺纹安装结构（16）和用于碱性气体过滤单元（4）安装的碱性气体过滤单元螺纹安装结构（17）。
3.根据权利要求1所述的燃料电池阴极三级空气过滤装置，其特征在于，所述的排气通道（13）内设置有气体压力传感器（8）和杂质气体传感器（9）。
4.根据权利要求1所述的燃料电池阴极三级空气过滤装置，其特征在于，所述的颗粒过滤单元（3）由无纺布或滤纸折叠而成，为圆柱结构。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的燃料电池阴极三级空气过滤装置，其特征在于，所述的进气盖（2）、后端盖（6）和小端盖（7）通过螺纹可拆卸安装在壳体（1）上。
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