CN116272186A - 一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车，空气过滤装置采用三级滤芯串联，形成了三层空气进气系统过滤结构，分别为粗滤层、精滤层及化学吸附层，用于过滤灰尘、吸附有害杂质气体，每一层都有不同的过滤功能，保证了进入空压机和电堆空气的洁净。粗滤层的取气装置上设置有空气入口和出气接口，粗滤滤芯可拆卸设置于取气装置内的空气流道上。精滤层的精滤滤芯可拆卸设置于第一段进气管路内。化学吸附层的化学吸附滤芯可拆卸设置于第二段进气管路。空气传感器通过检测空气流量来判定滤芯流阻。且各滤芯之间相互独立，不会彼此影响，可保证总成的过滤和吸附更加高效可靠。各滤芯分别独立更换，售后维保成本更低。

Description

一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车

技术领域

本发明属于燃料电池进气系统技术领域，特别涉及一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车。

背景技术

随着环境问题和能源危机越来越严峻，氢燃料电池由于其零污染的排放方式，成为了世界各国发展新能源汽车的战略之一。质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用空气作为氧化剂，但是空气中的灰尘颗粒会污染电堆，堵塞气场流道，有害气体(如SO₂、H₂S等)会导致电堆“中毒”，降低燃料电池的寿命。解决方法就是在进气端增加空滤器，要求其既能过滤空气中的灰尘颗粒，同时还能吸附空气中的有害气体。

目前行业里普遍采用类似传统燃油系统用的空滤器，复合滤芯滤材里增加了具有化学过滤功能的活性炭。

然而，这种化学空滤器及滤芯存在以下主要缺点：

1、传统燃油发动机用空滤器只能过滤灰尘，无法有效吸附有害气体杂质，且体积庞大，只试用于卡车等体积较大车型，并不适用于乘用车及叉车等空间紧张的车型。

2、复合滤芯由粗滤层、精滤层及化学吸附层叠加而成，流体阻力较大，且各层滤材寿命时间不同，难以制定合理的更换策略，按照寿命最短的滤材层来定期更换滤芯，因而增大了客户的用车成本。

因此，如何提供一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置，具有较好的灰尘过滤和有害杂质气体吸附效果，且各滤芯安装独立、互不影响，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车，具有较好的灰尘过滤和有害杂质气体吸附效果，且各滤芯安装独立、互不影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置，包括依次连通的粗滤层、精滤层及化学吸附层，其特征在于，所述粗滤层包括取气装置和粗滤滤芯，所述取气装置上设置有空气入口和出气接口，所述粗滤滤芯可拆卸设置于所述取气装置内的空气流道上；

所述精滤层包括第一段进气管路和精滤滤芯，所述精滤滤芯可拆卸设置于所述第一段进气管路内，所述化学吸附层包括第二段进气管路和化学吸附滤芯，所述化学吸附滤芯可拆卸设置于所述第二段进气管路，所述第一段进气管路的第一端与所述取气装置的出气接口连通、第二端与所述第二段进气管路的第一端连通，所述第二段进气管路的第二端为空气出口；

还包括：用于检测空气流量的空气传感器以及用于固定所述空气传感器的传感器连接座，所述传感器连接座设置于所述第一段进气管路和/或所述第二段进气管路上。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述传感器连接座位于所述第一段进气管路和所述第二段进气管路之间，所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯分别与所述传感器连接座通过锁扣可拆卸连接。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述第一段进气管路的第一端与所述取气装置之间，

和/或，所述第一段进气管路的第二端与所述传感器连接座之间，

和/或，所述第二段进气管路的第一端与所述传感器连接座之间，均采用密封件密封连接。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述传感器连接座、所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯之间的连接端均为柱状结构，所述传感器连接座的两端分别设置有用于嵌入所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯的卡槽，所述精滤滤芯的锁扣包括设置于所述卡槽壁面的第一锁块以及设置于所述精滤滤芯上的第一锁道，所述化学吸附滤芯的锁扣包括设置于所述卡槽壁面的第二锁块以及设置于所述化学吸附滤芯的第二锁道，所述第一锁道和所述第二锁道均包括纵向导入槽和横向锁紧槽；

所述第一锁块和所述第二锁块均沿轴向进入所述纵向导入槽，再旋转进入所述横向锁紧槽进行轴向限位。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述取气装置的空气入口设置有百叶窗式格栅。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述取气装置的底部设置有排尘排水孔，和/或，所述第一段进气管路上设置有排尘嘴。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述取气装置和所述粗滤滤芯为平板型结构，

和/或，所述精滤滤芯为锥型结构，

和/或，所述化学吸附滤芯的内部为蜂窝状结构。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述取气装置上设置有用于安装所述粗滤滤芯的卡槽。

可选的，在上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置中，所述第一段进气管路和所述第二段进气管路为柔性材质制成的管道。

本发明还提供一种氢燃料电池汽车，包括空压机、电堆以及如上文所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置；

所述空压机的入口与所述氢燃料电池汽车用空气过滤装置的空气出口连通，所述空压机的出口与所述电堆连通。

本发明提供了一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其有益效果在于：

采用三级滤芯串联，形成了三层空气进气系统过滤结构，分别为粗滤层、精滤层以及化学吸附层，每一层都有不同的过滤功能，保证了进入空压机和电堆空气的洁净。三层过滤可以起到很好的过滤效果，在有效过滤灰尘的同时，还可以吸附有害杂质气体。且各滤芯之间相互独立，不会彼此影响，可保证总成的过滤和吸附更加高效可靠。各滤芯分别独立更换，售后维保成本更低。

本发明还提供了一种具有上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置的氢燃料电池汽车，其具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的空气流通示意图；

图3为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的粗滤层的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的精滤滤芯、化学吸附滤芯以及传感器连接座组合的结构示意图。

上图中：

S1-粗滤层；S2-精滤层；S3-化学吸附层；

Q1-脏空气；Q2-洁净空气；

1-取气装置；2-粗滤滤芯；3-排尘嘴；4-第一段进气管路；5-精滤滤芯；6-传感器连接座；7-化学吸附滤芯；8-第二段进气管路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的核心在于提供一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置及氢燃料电池汽车，具有较好的灰尘过滤和有害杂质气体吸附效果，且各滤芯安装独立、互不影响。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体地，请参考图1-图4，图1为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的空气流通示意图；图3为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的粗滤层的结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置的精滤滤芯、化学吸附滤芯以及传感器连接座组合的结构示意图。

本发明提供的一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置，包括：依次连通的粗滤层S1、精滤层S2及化学吸附层S3。该空气过滤装置的前端、中部和后端依次设置有粗滤层S1、精滤层S2及化学吸附层S3。

其中，粗滤层S1包括取气装置1和粗滤滤芯2，取气装置1上设置有空气入口和出气接口，粗滤滤芯2可拆卸设置于取气装置1内的空气流道上。

精滤层S2包括第一段进气管路4和精滤滤芯5，精滤滤芯5可拆卸设置于第一段进气管路4内，化学吸附层S3包括第二段进气管路8和化学吸附滤芯7，化学吸附滤芯7可拆卸设置于第二段进气管路8，第一段进气管路4的第一端与取气装置1的出气接口连通、第二端与第二段进气管路8的第一端连通，第二段进气管路8的第二端为空气出口。

本案还包括空气传感器和传感器连接座6。空气传感器用于检测空气流量，传感器连接座6用于固定空气传感器，传感器连接座6设置于第一段进气管路4和/或第二段进气管路8上。

上述应用模块化设计理念，包括取气装置1、粗滤滤芯2、第一段进气管路4、精滤滤芯5、空气传感器、传感器连接座6、化学吸附滤芯7以及第二段进气管路8组成。粗滤滤芯2的滤材孔隙较大，精滤滤芯5的滤材孔隙较小。

本发明提供的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，采用三级滤芯串联，形成了三层空气进气系统过滤结构，分别为粗滤层S1、精滤层S2以及化学吸附层S3，每一层都有不同的过滤功能，保证了进入空压机和电堆空气的洁净。三层过滤可以起到很好的过滤效果，在有效过滤灰尘的同时，还可以吸附有害杂质气体。且各滤芯之间相互独立，不会彼此影响，可保证总成的过滤和吸附更加高效可靠。各滤芯分别独立更换，售后维保成本更低。

在具体实施例中，传感器连接座6位于第一段进气管路4和第二段进气管路8之间，精滤滤芯5和化学吸附滤芯7分别与传感器连接座6通过锁扣可拆卸连接。当然，空气传感器和传感器连接座6还可以设置于第一段进气管路4或第二段进气管路8的其他位置，只要能够检测空气进气流量即可，在此不做进一步限定。

为了进一步提高连接密封性，第一段进气管路4的第一端与取气装置1之间，和/或，第一段进气管路4的第二端与传感器连接座6之间，和/或，第二段进气管路8的第一端与传感器连接座6之间，均采用密封件密封连接。

密封件可以为蜗轮蜗杆卡箍，特别适用于一些特殊的需要高连接压力和高紧固扭矩的场合。相应的，本申请中取气装置1的出气接口以及传感器连接座6在接口边缘处都设有墩头，保证采用蜗轮蜗杆卡箍连接第一段进气管路4和第二段进气管路8时可以使连接更加牢固、可靠，保证良好的气密性。

在优选实施例中，如图4所示，传感器连接座6、精滤滤芯5和化学吸附滤芯7之间的连接端均为柱状结构，传感器连接座6的两端分别设置有用于嵌入精滤滤芯5和化学吸附滤芯7的卡槽，传感器连接座6分别与精滤滤芯5和化学吸附滤芯7接口进行锁扣连接。精滤滤芯5的锁扣包括设置于卡槽壁面的第一锁块以及设置于精滤滤芯5上的第一锁道，化学吸附滤芯7的锁扣包括设置于卡槽壁面的第二锁块以及设置于化学吸附滤芯7的第二锁道，第一锁道和第二锁道均包括纵向导入槽和横向锁紧槽。

第一锁块和第二锁块均沿轴向进入纵向导入槽，再旋转进入横向锁紧槽进行轴向限位。

传感器连接座6上部设有传感器安装嘴，设有内螺纹，传感器连接座6的两端接口有墩头设计，保证密封性。

上述设计中，精滤滤芯5和化学吸附滤芯7分别与传感器连接座6过盈配合连接，且有锁扣设计，保证连接可靠，无泄漏。精滤滤芯5和化学吸附滤芯7的端部均采用硬胶材质的连接端，提高连接的可靠性。

为了提高取气装置1的防水防尘效果，取气装置1的空气入口设置有百叶窗式格栅。同时，取气装置1的底部设置有排尘排水孔。从而取气装置1具有双重排尘排水功能。如图3所示，取气装置1的空气入口上设置有百叶窗结构，防止雨水侵入，其底部设有排水孔，其后端设有出气接口。

第一段进气管路4上设置有排尘嘴3，特别的，该排尘嘴3垂直向下的设置于第一段进气管路4的底部。

在上述具体实施例的基础上，取气装置1和粗滤滤芯2为平板型结构，和/或，精滤滤芯5为锥型结构，和/或，化学吸附滤芯7的内部为蜂窝状结构。

粗滤层S1由带有取气装置1和滤材孔隙较大的平板型粗滤滤芯2组成。平板型粗滤滤芯2采用疏水性较好且孔隙较大的疏水滤材制作而成，可重复使用。在粗滤过程中可以将较大的灰尘空滤过滤掉，维保时用气枪将灰尘清理后可以重复使用，节约了滤芯使用成本。

精滤层S2由第一段进气管路4与滤材孔隙较小的锥型精滤滤芯5组成。锥型精滤滤芯5形状设计成锥型，不仅可以增大过滤面积，还能减小进气流阻，滤材孔隙较小，可以过滤空气中微小的灰尘颗粒。

化学吸附滤芯7内部采用蜂窝状结构，装满改性活性炭，可以针对不同的空气环境来匹配，保证空气中的化学气体杂质可以被充分吸附。上述独立设计的化学吸附滤芯7，不仅避免了市场现有复合滤芯流阻大的问题，还因为滤芯与经过的空气接触充分，从而可以更加高效的吸附化学杂质气体，并且化学吸附滤芯7的保养更换不受灰尘过滤滤芯的影响，还可以节省成本。

在一实施例中，如图2所示，脏空气Q1从取气装置1进入粗滤层S1，百叶窗式格栅可以屏蔽脏空气Q1中大多数的雨水，进入其中的雨水也可以从取气装置1底部的排尘排水孔流出。脏空气Q1经过平板型粗滤滤芯2时，其中大颗粒的灰尘会被拦截，并沉降在取气装置1底部并从排尘排水孔排出；脏空气Q1从粗滤层S1出来后从第一段进气管路4进入精滤层S2，脏空气Q1中的细小颗粒灰尘会被这一层的锥型精滤滤芯5拦截，并沉降在第一段进气管路4中，并可以从排尘嘴3排出系统；已经被物理过滤过的空气经过传感器连接座6进入化学吸附层S3，此时空气传感器可以检测空气进气流量，空气中的化学杂质如二氧化硫、氮氧化物等会被化学吸附滤芯7所吸附；最后，洁净空气Q2进入第二段进气管路8，并最终进入空压机和电堆。

为了便于粗滤滤芯2的更换，取气装置1上设置有用于安装粗滤滤芯2的卡槽。特别是，平板型结构的取气装置1，卡槽设置于取气装置1的中间位置，用来放置平板型粗滤滤芯2。

第一段进气管路4和第二段进气管路8为柔性材质制成的管道。在一具体实施例中，第一段进气管路4和第二段进气管路8为硅橡胶材质，为柔性管状，可以随布置空间灵活设计，节省空间。氢燃料电池汽车用空气过滤装置为模块化集成设计，各滤芯与柔性硅胶管结合，在集成布置上比较灵活多样，可试用于不同燃料电池动力系统，同时具有雨雪防护功能、粗滤功能、精滤功能以及化学吸附功能。

此外，本发明还提供一种氢燃料电池汽车，包括空压机、电堆以及如上文的氢燃料电池汽车用空气过滤装置。

空压机的入口与氢燃料电池汽车用空气过滤装置的空气出口连通，空压机的出口与电堆连通。

其中，应当理解的是，本发明的核心在于上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置，对于本实施例提供的氢燃料电池汽车中的其他结构，可参考相关现有技术，此处便不再细述。

因此，具有上述氢燃料电池汽车用空气过滤装置的氢燃料电池汽车也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

综上，本发明目的在于提供氢燃料电池汽车用空气过滤装置，该空气过滤系统拥有较好的灰尘过滤和有害杂质气体吸附效果，可以满足燃料电池系统进气空气品质的要求，且具有流阻较小，体积小，工艺简单，成本低等优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池汽车用空气过滤装置，包括依次连通的粗滤层、精滤层及化学吸附层，其特征在于，所述粗滤层包括取气装置和粗滤滤芯，所述取气装置上设置有空气入口和出气接口，所述粗滤滤芯可拆卸设置于所述取气装置内的空气流道上；

所述精滤层包括第一段进气管路和精滤滤芯，所述精滤滤芯可拆卸设置于所述第一段进气管路内，所述化学吸附层包括第二段进气管路和化学吸附滤芯，所述化学吸附滤芯可拆卸设置于所述第二段进气管路，所述第一段进气管路的第一端与所述取气装置的出气接口连通、第二端与所述第二段进气管路的第一端连通，所述第二段进气管路的第二端为空气出口；

还包括：用于检测空气流量的空气传感器以及用于固定所述空气传感器的传感器连接座，所述传感器连接座设置于所述第一段进气管路和/或所述第二段进气管路上。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述传感器连接座位于所述第一段进气管路和所述第二段进气管路之间，所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯分别与所述传感器连接座通过锁扣可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述第一段进气管路的第一端与所述取气装置之间，

和/或，所述第一段进气管路的第二端与所述传感器连接座之间，

和/或，所述第二段进气管路的第一端与所述传感器连接座之间，均采用密封件密封连接。

4.根据权利要求2所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述传感器连接座、所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯之间的连接端均为柱状结构，所述传感器连接座的两端分别设置有用于嵌入所述精滤滤芯和所述化学吸附滤芯的卡槽，所述精滤滤芯的锁扣包括设置于所述卡槽壁面的第一锁块以及设置于所述精滤滤芯上的第一锁道，所述化学吸附滤芯的锁扣包括设置于所述卡槽壁面的第二锁块以及设置于所述化学吸附滤芯的第二锁道，所述第一锁道和所述第二锁道均包括纵向导入槽和横向锁紧槽；

所述第一锁块和所述第二锁块均沿轴向进入所述纵向导入槽，再旋转进入所述横向锁紧槽进行轴向限位。

5.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述取气装置的空气入口设置有百叶窗式格栅。

6.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述取气装置的底部设置有排尘排水孔，和/或，所述第一段进气管路上设置有排尘嘴。

7.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述取气装置和所述粗滤滤芯为平板型结构，

和/或，所述精滤滤芯为锥型结构，

和/或，所述化学吸附滤芯的内部为蜂窝状结构。

8.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述取气装置上设置有用于安装所述粗滤滤芯的卡槽。

9.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置，其特征在于，所述第一段进气管路和所述第二段进气管路为柔性材质制成的管道。

10.一种氢燃料电池汽车，其特征在于，包括空压机、电堆以及如权利要求1-9任一项所述的氢燃料电池汽车用空气过滤装置；

所述空压机的入口与所述氢燃料电池汽车用空气过滤装置的空气出口连通，所述空压机的出口与所述电堆连通。

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