[发明专利]用于燃料电池的过滤装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于清洁燃料电池供给空气的过滤(器)装置/结构，其包括至少两个过滤层，第一过滤层设计为粗过滤器，而第二过滤层设计为细过滤器。此外，本发明包括用于输送燃料电池气体的装置。

背景技术

由DE 102 30 283 A1已知这种过滤装置。其中所示的过滤装置适于从供给空气中一方面除去颗粒、另一方面除去诸如有害气体和(气体)悬浮粒之类的其它成分。在第一过滤层中将颗粒分离出来，而第二过滤层用于除去悬浮粒。为此，提出将第二过滤层设计为具有电离作用的静电过滤器。电磁过滤方法特别适用于过滤含盐的悬浮粒。使用静电过滤器存在需要辅助能量来建立工作用电磁场的缺点。

发明内容

本发明要解决的问题是获得一种适于在没有附加的辅助能量的情况下过滤悬浮粒、特别是含盐悬浮粒并且能容易地更换的过滤装置。

该问题以权利要求1和7的特征来解决。从属权利要求涉及有利的改进。

为了解决该问题，第二过滤层包括驻极体过滤材料。将各种聚合物纤维混合在一起并用针使其硬化以产生驻极体过滤材料。由于剧烈的摩擦，呈现出不同电负性的纤维被静电充电至不同程度并从而变得具有静电过滤性能。这样第二过滤层由带正电和负电的各条纤维的混合物形成。也可用热工艺或喷水工艺来使聚合物纤维硬化。那么静电充电可通过等离子处理来进行。包括被静电充电的纤维的过滤材料一般被认为是驻极体过滤材料。特别有利的是，能用驻极体过滤材料以小的压力损失过滤细微颗粒。由于静电相互作用，在过滤效率相同的情况下孔隙可被设计为比过滤材料不带电的情况下(的孔隙)大。驻极体过滤材料具有静电过滤性能而无需供应辅助能量。

这种过滤媒介能以简单的手段布置在供给的空气流中并且能容易地更换。驻极体过滤材料使用寿命长并且成本低。对于根据本发明的过滤装置，被设计成粗过滤器的第一过滤层布置在被设计成细过滤器的第二过滤层的上游。因此，较粗的颗粒首先在第一过滤层中被分离出来。借助于静电设备进行的细微颗粒的分离、尤其是含盐悬浮粒的分离发生在第二过滤层中。悬浮粒在这里是指存在于气相中的固体或液体颗粒。所述过滤装置特别紧凑。

第一过滤层和/或第二过滤层可由非织造织物制成。非织造织物成本低、易于生产、且适应在材料、纤维直径和单位面积重量的选择方面的各种要求。非织造织物优选地由塑料例如聚酯、聚烯烃和/或聚丙烯腈制成。通过不同的生产方法，非织造织物可具有不同的性质，例如适用于过滤不同尺寸的颗粒以及过滤特定的化学成分。非织造织物可配备有例如离子交换剂，以便能够根据性质过滤碱性或酸性气体，例如NH₃或SO₂。

过滤层能以牢固地结合的方式接合在一起。这样过滤层刚性地接合在一起，从而相接合的过滤层能特别容易地被组装和更换。在其它实施例中，过滤层还能以键锁合(keyed)和/或摩擦锁合的方式接合在一起。由于两个过滤层的接合，过滤装置的固有刚度也有所提高。由于一方面通过接合提高了固有刚度，另一方面因使用驻极体过滤材料而使过滤装置的压力损失较低，因此不需要附加的支承网。为了进一步提高固有刚度，可将过滤层嵌入由塑料注射成型制成的框架中。

过滤层可被焊接在一起。它们例如可通过超声波焊接以低成本且无需附加的辅助材料地接合在一起。

过滤层可被设计成冲压件。冲压件能以简单直接的方式和多种形状被生产出来。

过滤层能沿着边缘以牢固地结合的方式接合在一起。这种边缘的牢固地结合的接合、特别是焊接能与冲压在一个步骤中进行。由此可获得尽可能大的过滤面积。

所述问题的另一个解决方案是用于输送燃料电池气体的装置，其至少包括第一过滤装置，其中该第一过滤装置配设有气体输送装置和至少一个后接过滤装置(further filter arrangement)。颗粒和液体悬浮粒被保留在位于气体输送装置上游的根据本发明的过滤装置中。其它成分由后接过滤装置保留。这些(成分)可以是来自环境的有害气体，但是也可以是气体输送装置的液体成分、气体成分或颗粒成分。气体输送装置的典型排放物例如为润滑油或液压油以及软化剂、分离剂(parting agent)和由磨损引起的颗粒成分。后接过滤装置保留这些成分并保护下游的燃料电池不受这些成分的损害。

后接过滤装置可包括化学过滤器。通过化学过滤器能从供给空气或气体输送装置中除去会损害下游的燃料电池的有害气体。