[发明专利]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

说明书

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。

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。