專利名稱：用于燃料電池的空氣進(jìn)氣口的過(guò)濾器組件和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)從空氣入口中去除顆粒和化學(xué)污染物的空氣過(guò)濾系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一過(guò)濾器組件，其從燃料電池的空氣入口中去除顆粒和化學(xué)污染物，過(guò)濾器組件還提供消聲功能。
背景技術(shù)：
自從電發(fā)明以來(lái)，人們一直在尋求實(shí)用和有效的發(fā)電方法。水力發(fā)電站、燃煤火力發(fā)電廠和核電廠以及電池早就已被用來(lái)供應(yīng)人們對(duì)電力的需要。采用燃料電池來(lái)發(fā)電是相當(dāng)近期的成果，其迅速地得到商業(yè)和居家應(yīng)用的認(rèn)可。與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電相比，它們相當(dāng)干凈和有效。燃料電池是電化學(xué)裝置，它有效地將燃料的化學(xué)能直接地轉(zhuǎn)換成電能。它們化學(xué)地化合燃料和氧化劑而不發(fā)生燃燒，由此，消除許多傳統(tǒng)燃燒發(fā)電系統(tǒng)中的無(wú)效性和大部分的污染。
燃料電池的操作原理很象一電池。然而，與電池不同，一燃料電池不會(huì)逐漸變?nèi)趸蛞笱a(bǔ)充。只要有燃料供應(yīng)給它，它將連續(xù)地產(chǎn)生電能形式的能量和熱量。一般來(lái)說(shuō)，燃料電池包括兩個(gè)夾在電解液周圍的電極(一陽(yáng)極和一陰極)。例如，對(duì)于一PEM的燃料電池，氫和氧分別通過(guò)陽(yáng)極和陰極，在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生一電壓，形成電力和熱量，并產(chǎn)生一次的副產(chǎn)物的水。氫燃料被供應(yīng)到燃料電池的陽(yáng)極。有些燃料電池直接消耗氫氣，而其它的燃料電池使用一燃料變換器，以從碳?xì)浠衔锏娜剂现休腿?，例如，天然氣、甲醇、乙醇，或汽油。氧在陰極處進(jìn)入到燃料電池。氧可以純氧形式供應(yīng)，或可直接來(lái)自于大氣中。
燃料電池使用催化劑來(lái)致使氫原子分裂成一質(zhì)子和電子，各個(gè)質(zhì)子和電子取不同的路徑到陰極。質(zhì)子穿過(guò)電解液。電子產(chǎn)生一可被用作為電源的有用的電流，然后，返回到陽(yáng)極，它們與氫質(zhì)子重新結(jié)合，與氧一起形成水。
燃料電池的特征在于電解液的材料，其夾在陰極和陽(yáng)極之間，并用作離子交換的橋梁。目前主要有五種已知類型的燃料電池。堿性燃料電池(AFCs)包含液體的堿性電解液，并主要地用于航天飛行任務(wù)的應(yīng)用中。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)包含一固體的聚合物電解質(zhì)。它們?cè)诘蜏叵虏僮?，具有高的功率密度，使其能快速改變其輸出，以滿足切換功率的要求，適合用于移動(dòng)的和固定的應(yīng)用中，例如，向車輛或建筑物供電。磷酸燃料電池(PAFCs)利用磷酸電解液，并普遍地用于商業(yè)中的發(fā)電。碳酸鹽熔鹽燃料電池(MCFCs)包含一碳酸鹽電解質(zhì)，在約650℃操作溫度下其變得熔化。固體氧化物燃料電池(SOFCs)使用一陶瓷電解質(zhì)材料，并在高達(dá)約1000℃溫度中進(jìn)行操作。MCFCs和SOFCs可使用一氧化碳作為燃料。
燃料電池具有廣泛范圍的潛在的應(yīng)用。它們通過(guò)固定的發(fā)電廠可為家庭、商業(yè)和工業(yè)產(chǎn)生電力。燃料電池產(chǎn)生一直流電(dc)，它必須轉(zhuǎn)化為交流電，以用于電網(wǎng)的應(yīng)用或用于大部分消費(fèi)者的產(chǎn)品中。然而，未來(lái)的燃料電池可運(yùn)行在電網(wǎng)連接和非電網(wǎng)連接的模式中。對(duì)于居家的應(yīng)用，可建立較小的燃料電池發(fā)電廠，以生產(chǎn)熱能和電力。它們也可用來(lái)向未能利用一次電網(wǎng)電力的遠(yuǎn)處的居住實(shí)體提供電力，就有可能不必建立與電網(wǎng)的連接。
除了較大規(guī)模發(fā)電用途之外，燃料電池可取代對(duì)消費(fèi)者的電子產(chǎn)品供電的電池，例如，筆記本電腦、移動(dòng)電話以及諸如此類的電子產(chǎn)品，并甚至可經(jīng)微加工而直接對(duì)計(jì)算機(jī)芯片供電。燃料電池的其它有前景的商業(yè)應(yīng)用是，它們可能替代車輛和運(yùn)輸應(yīng)用中的內(nèi)燃機(jī)。燃料電池的應(yīng)用實(shí)際上是無(wú)限的。
所有上述的已知燃料電池的結(jié)構(gòu)對(duì)作為整體成分的氧具有共同的需要，以執(zhí)行電池的化學(xué)過(guò)程。其它的動(dòng)力源，例如，內(nèi)燃機(jī)，包括柴油機(jī)也需要有氧氣。對(duì)于大多數(shù)的商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這樣的氧的供應(yīng)希望直接來(lái)自于大氣。然而，在今日的世界中，人們已公認(rèn)所有大氣中的空氣均有某種程度的污染物呈現(xiàn)在其中。這樣的污染物可以是相當(dāng)大，諸如疏松碎片、昆蟲、樹上的開花等，或者可以是類似于懸浮在大氣中的小的顆粒，諸如塵埃、樹上的花粉、煙霧，或煙顆粒?；瘜W(xué)污染物也廣泛存在于空氣中，不管是人為污染的結(jié)果還是自然發(fā)生的污染。典型的化學(xué)污染物可包括揮發(fā)性的有機(jī)化合物，例如，芳烴、甲烷、丁烷、丙烷和其它的碳?xì)浠衔?，以及氨，氮的氧化物、臭氧、煙霧、硫的氧化物、一氧化物、硫化氫等。這樣的污染物可有意地(諸如戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境或由恐怖分子制造)或無(wú)意地出現(xiàn)。當(dāng)燃料電池用于移動(dòng)使用中，其使燃料電池承受許多變化的大氣條件時(shí)，解決后一種要求變得特別地尖銳。
由于有效的燃料電池的操作依賴于精致地平衡的化學(xué)反應(yīng)，被燃料電池采用的空氣中的污染物，可對(duì)燃料電池的操作帶來(lái)顯著不利的影響，根據(jù)其特性，甚至可造成燃料電池中斷操作。因此，重要的是，燃料電池系統(tǒng)包括一過(guò)濾系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)來(lái)消除有害的污染物，并能使燃料電池在一廣泛范圍的使用環(huán)境中使用。重要的是，其它的發(fā)電設(shè)備也應(yīng)具有用來(lái)消除有害污染物的過(guò)濾系統(tǒng)。
為了獲得燃料電池和其它設(shè)備所必要的氧氣量，以產(chǎn)生要求的能量輸出，要求含有攜帶氧氣的空氣通過(guò)空氣移動(dòng)設(shè)備，諸如壓縮機(jī)，或位于提供給燃料電池或其它設(shè)備的空氣流內(nèi)的風(fēng)扇。遺憾的是，通常的壓縮機(jī)產(chǎn)生顯著的不理想的且煩人的噪音水平。因此，要求在發(fā)電系統(tǒng)中減小并最大程度地降低由壓縮機(jī)產(chǎn)生和/或通過(guò)壓縮機(jī)傳輸?shù)牟⒎祷氐江h(huán)境中的噪音。由于通常也要求減小系統(tǒng)的尺寸，所以，系統(tǒng)的過(guò)濾和消聲裝置最好在實(shí)體上盡可能減少，甚至最好組合在單一的元件和殼體內(nèi)。本發(fā)明著力于上述的諸需要和要求，提供一有效和安靜的系統(tǒng)用于廣泛的用途，包括燃料電池系統(tǒng)。
因此，需要有一諸如燃料電池的發(fā)電器，其能在具有大范圍污染物的環(huán)境中發(fā)揮功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為過(guò)濾諸如燃料電池之類的發(fā)電系統(tǒng)的入口空氣提供過(guò)濾器組件。本發(fā)明著力于與用于發(fā)電的燃料電池技術(shù)的具體實(shí)施有關(guān)的若干個(gè)問(wèn)題，涉及的技術(shù)不論是應(yīng)用于大型固定的發(fā)電裝置、車輛、諸如筆記本電腦或移動(dòng)電話之類的移動(dòng)輕巧的設(shè)備，還是小型的諸如雷達(dá)探測(cè)器或傳感器之類的固定設(shè)備。這些應(yīng)用可獲取的電力小到1KW，大到幾個(gè)兆瓦。本發(fā)明的過(guò)濾器組件著力于所有這些應(yīng)用中共同的需要，即，對(duì)燃料電池提供無(wú)污染物的氧化劑的需求，或至少提供具有降低污染物水平的氧化劑。
要求從入口空氣中除去污染物的量和類型，取決于最初存在于入口空氣(一般是，燃料電池周圍的大氣或環(huán)境)中的污染物的量和類型。在過(guò)濾之前，根據(jù)燃料電池的位置，或至少空氣入口的位置，呈現(xiàn)在入口氣流中的污染物的量和類型變化很大。例如，某些環(huán)境具有大量的諸如塵埃、煙霧、煙氣或花粉之類的顆粒污染物，而其它的一些環(huán)境具有大量的諸如氨、一氧化碳、二氧化硫，或硅樹脂之類的化學(xué)污染物。一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有兩個(gè)環(huán)境具有相同的污染物分布。
要求從入口空氣中除去污染物的量和類型，還取決于燃料電池的類型。任何類型的燃料電池或燃料電池的堆疊可采用本發(fā)明的過(guò)濾器組件，例如，PEM燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池，以及碳酸鹽熔鹽燃料電池。通常，諸如固體氧化物燃料電池的較高溫下操作的燃料電池，較之諸如PEM燃料電池的低溫下操作的燃料電池，可允許較高水平的有機(jī)污染物。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是對(duì)燃料電池系統(tǒng)的入口空氣提供過(guò)濾。本發(fā)明的組件對(duì)進(jìn)入的氣流提供顆粒過(guò)濾和/或化學(xué)品過(guò)濾，以提供純化的氧化劑供應(yīng)。由于大部分燃料電池系統(tǒng)包括諸如壓縮機(jī)之類的某些類型的空氣移動(dòng)設(shè)備，其可將污染物引入到氣流中，本發(fā)明也致力于空氣移動(dòng)設(shè)備下游的空氣的過(guò)濾。
遺憾的是，空氣移動(dòng)設(shè)備通常在交換其移動(dòng)空氣量時(shí)產(chǎn)生大的噪音。正是這些運(yùn)動(dòng)部件，例如，轉(zhuǎn)子、葉輪、辦輪、翼片、活塞以及空氣移動(dòng)設(shè)備的其它各種零件，產(chǎn)生聲波或頻率范圍在3赫茲至30,000赫茲內(nèi)的噪音，有時(shí)頻率高達(dá)50,000赫茲，在一米內(nèi)測(cè)量達(dá)85至135分貝的水平。盡管并不是所有從空氣移動(dòng)設(shè)備中發(fā)射出的噪音都是不可接受的，但本發(fā)明的各種組件針對(duì)噪音分布中的最煩人的部分來(lái)減小其噪音。
在一特定的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一發(fā)電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一空氣過(guò)濾器組件，它包括一外殼和一在外殼內(nèi)的過(guò)濾器元件。外殼具有一入口和一出口，入口接收臟空氣到過(guò)濾器組件，而出口從過(guò)濾器組件提供干凈空氣。過(guò)濾器元件包括至少一個(gè)物理的或顆粒的過(guò)濾器部分，以從臟空氣中除去顆粒的污染物。過(guò)濾器元件還可包括一化學(xué)過(guò)濾器部分，以從臟空氣中除去化學(xué)品的污染物。過(guò)濾器組件還包括一容納在外殼內(nèi)的聲音抑制或消除的元件。聲音抑制元件對(duì)通過(guò)過(guò)濾器組件的聲音提供寬頻帶的衰減。空氣過(guò)濾器組件可操作地連接到諸如燃料電池的發(fā)電源上。
該系統(tǒng)通常還包括諸如壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)之類的空氣移動(dòng)設(shè)備，以向燃料電池提供增強(qiáng)的空氣流。過(guò)濾器組件還特別布置來(lái)減小由任何這樣設(shè)備發(fā)出的噪音水平。
本發(fā)明提供一過(guò)濾器組件，該過(guò)濾器組件具有一外殼和一在外殼內(nèi)的過(guò)濾器元件。外殼具有一入口和一出口，入口接收臟空氣到過(guò)濾器組件，而出口從過(guò)濾器組件提供干凈空氣。過(guò)濾器元件通常還具有聲音抑制元件，例如，共鳴器、聲音堵塞、全堵塞、吸音材料，其衰減或減小通過(guò)外殼的聲音，在一米內(nèi)至少衰減3分貝，較佳地至少達(dá)6分貝。
過(guò)濾器元件還包括一顆粒過(guò)濾器部分，一化學(xué)過(guò)濾器部分，以及一供選擇的聲音抑制元件，所有這些均為過(guò)濾器元件。聲音抑制元件提供在一米內(nèi)至少6分貝的寬頻帶的聲音衰減。顆粒過(guò)濾器部分從進(jìn)入過(guò)濾器元件的臟空氣中去除顆粒污染物，而化學(xué)過(guò)濾器部分(如果存在的話)，從進(jìn)入的臟空氣中去除化學(xué)污染物。顆粒過(guò)濾器部分可徑向地定位在聲音抑制元件的附近，或形成為聲音抑制元件的一部分。在某些結(jié)構(gòu)中，顆粒過(guò)濾器部分可構(gòu)造成提供直通的流動(dòng)。
這樣的過(guò)濾器組件或過(guò)濾器元件可用于任何的工藝過(guò)程，或產(chǎn)生噪音或聲音、以及從較清潔的入口氣體(例如，空氣)中得益的系統(tǒng)。一燃料電池是采用本發(fā)明的過(guò)濾器組件的發(fā)電系統(tǒng)。此外，過(guò)濾器組件或過(guò)濾器元件可用于其它的發(fā)電系統(tǒng)，例如，柴油機(jī)或汽油機(jī)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是包括本發(fā)明的過(guò)濾器組件的一發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的圖1的過(guò)濾器組件的第一實(shí)施例的前平面圖；圖3是圖2的過(guò)濾器組件的局剖的立體圖；圖4是圖3的過(guò)濾器組件的局剖的前平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的圖3和4的過(guò)濾器組件的過(guò)濾器元件部分一實(shí)施例的立體圖；圖6是用于圖5的過(guò)濾器元件中的過(guò)濾器介質(zhì)的一部分的示意的立體圖；圖7是沿圖5的線5-5截取的圖5的過(guò)濾器元件的局部剖視圖；圖8是用于本發(fā)明的過(guò)濾器組件中的類似于如圖5所示的一過(guò)濾器元件的第二實(shí)施例的立體圖；圖9是用于本發(fā)明的過(guò)濾器組件中的類似于如圖7所示的一過(guò)濾器元件的第三實(shí)施例的局部剖視圖；圖10是用于本發(fā)明的過(guò)濾器組件中的類似于如圖7和9所示的一過(guò)濾器元件的第四實(shí)施例的局部剖視圖；圖11是對(duì)于圖3和4的過(guò)濾器組件作的聲音對(duì)頻率的衰減曲線圖；
圖12是具有圖1的過(guò)濾器組件的外部結(jié)構(gòu)的過(guò)濾器組件的第二實(shí)施例的局剖的前平面圖；圖13是圖12的過(guò)濾器組件的化學(xué)吸收元件部分的局剖的剖視圖；圖14是圖13的化學(xué)吸收元件的端帽的右端視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的圖1的排出組件的一實(shí)施例的前平面圖；圖16是沿圖15的線6-6截取的圖15的排出組件的剖視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的圖1的排出組件的第二實(shí)施例的側(cè)平面圖；圖18是圖17排出組件的前平面圖；圖19是沿圖18的線19-19截取的圖17和18的排出組件的剖視圖；圖20是沿圖17的線20-20截取的圖17、18和19的排出組件的剖視圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的過(guò)濾器組件的一第三實(shí)施例的前平面圖；圖22是圖21的過(guò)濾器組件的局剖的前平面圖；圖23是圖21和22的過(guò)濾器組件的過(guò)濾器和噪音抑制元件(不帶外殼)的截面圖；圖24是類似于圖23的過(guò)濾器組件的過(guò)濾器和噪音抑制元件的截面圖；圖25是對(duì)于圖21至24的過(guò)濾器組件作的聲音對(duì)頻率的衰減曲線圖；圖26是小容量空氣處理系統(tǒng)的立體圖，其包括空氣處理設(shè)備、入口過(guò)濾器組件和排出過(guò)濾器組件；圖27是圖26的入口過(guò)濾器組件的局剖的立體圖；以及圖28是圖26的排出過(guò)濾器組件的局剖的立體圖。
具體實(shí)施例方式
參照諸附圖，其中，在全部的若干個(gè)視圖中，相同的標(biāo)號(hào)代表相同的零件，在圖1中示意地示出一過(guò)濾器組件10，其示為與設(shè)備組件101組合。本發(fā)明的過(guò)濾器組件10的一個(gè)用途是從被設(shè)備101使用的空氣中去除污染物。過(guò)濾器組件10的另一用途是抑制從設(shè)備101產(chǎn)生和/或發(fā)射的噪聲或聲音。
如圖1所示，大氣中的或周圍的空氣50進(jìn)入和通過(guò)入口12被過(guò)濾器組件10接收。在進(jìn)入過(guò)濾器組件10之前，大氣中的空氣50通常包含各種物理的(例如，顆粒)和化學(xué)的污染物，這里通稱臟空氣。過(guò)濾器組件10構(gòu)造成從臟空氣50中去除各種污染物，以提供從過(guò)濾器組件10的出口14出來(lái)的干凈的空氣54。干凈空氣54是用于設(shè)備101的吸入空氣。在圖1所示的實(shí)施例中，設(shè)備101包括一燃料電池102。燃料電池102使用來(lái)自于入口空氣54的氧，其與諸如氫(H2)之類的燃料源組合，以產(chǎn)生電力。水(H2O)是發(fā)生在燃料電池102內(nèi)的氧和氫反應(yīng)的副產(chǎn)物。
本發(fā)明的過(guò)濾器組件10具有至少一個(gè)過(guò)濾器元件15，以去除顆粒和/或化學(xué)污染物。過(guò)濾器元件15具有一臟空氣入口側(cè)13和一干凈空氣出口側(cè)17。外殼11將過(guò)濾器元件15保持在其中。入口12與臟空氣入口側(cè)13流體連通，外殼出口14與過(guò)濾器元件15的干凈空氣側(cè)17流體連通。外殼11可以是變化的結(jié)構(gòu)，并較佳地包括至少兩個(gè)分離的部分，這樣，可獲得通到包含的過(guò)濾器元件15的通道。多個(gè)部分可通過(guò)卡鎖、夾具、帶或其它合適的固定機(jī)構(gòu)而保持在一起。一個(gè)用來(lái)接合過(guò)濾器組件的兩個(gè)外殼部分的較佳的系統(tǒng)，可以是如美國(guó)專利No.6,051,042(Coulonvaux)所公開的那種系統(tǒng)。其它較佳的系統(tǒng)公開在美國(guó)專利No.5,755,842(Patel等人)。
當(dāng)臟空氣通過(guò)外殼11內(nèi)的入口12，并前進(jìn)到過(guò)濾器元件15的臟空氣側(cè)13時(shí)，大氣中的空氣50進(jìn)入過(guò)濾器組件10。當(dāng)空氣通過(guò)過(guò)濾器元件15到器干凈空氣側(cè)17時(shí)，污染物被過(guò)濾器元件15去除而提供過(guò)濾過(guò)的空氣。由標(biāo)號(hào)54表示的過(guò)濾過(guò)的空氣通過(guò)外殼出口14退出過(guò)濾器組件10，并被設(shè)備101采用。從空氣中去除污染物后提供過(guò)濾過(guò)的空氣54的類型和數(shù)量，取決于呈現(xiàn)在大氣中的空氣50內(nèi)的污染物，過(guò)濾器元件15的結(jié)構(gòu)，所采用燃料電池的類型，以及燃料電池操作的環(huán)境的溫度。
過(guò)濾器組件10還包括一噪音抑制元件19，以減小或抑制從設(shè)備101中發(fā)出的并返回通過(guò)過(guò)濾器組件10的噪音或聲音。抑制元件19可定位在外殼11內(nèi)，在某些實(shí)施例中，抑制元件19由外殼11的結(jié)構(gòu)和形狀限定。
為了便于提高燃料電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的速率，通常要求在加壓下引入攜帶氧的空氣54到燃料電池內(nèi)，或者，比僅將燃料電池“暴露”在大氣壓力下的空氣中獲得的速率大的速率引入到燃料電池內(nèi)。為此目的，可采用一壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。因此，根據(jù)一種結(jié)構(gòu)，設(shè)備101包括一壓縮機(jī)104，其對(duì)燃料電池102提供空氣，以用于催化反應(yīng)。壓縮機(jī)104定位在燃料電池102的上游。所謂的術(shù)語(yǔ)“上游”是指空氣從壓縮機(jī)104流到燃料電池102；相反地，燃料電池102定位在壓縮機(jī)104的“下游”。包括噪音抑制元件19的過(guò)濾器組件10也設(shè)置在壓縮機(jī)104的上游。
在壓縮機(jī)104的操作過(guò)程中，通常呈現(xiàn)在壓縮機(jī)104內(nèi)的快速運(yùn)動(dòng)的葉輪、轉(zhuǎn)子或活塞，發(fā)出聲音，一般稱之為噪音。該噪音的頻率根據(jù)壓縮機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)而變化，但通常在3赫茲至30,000赫茲的范圍內(nèi)，有時(shí)高達(dá)50,000赫茲，在一米距離內(nèi)達(dá)到85至135分貝的水平。一種特殊類型的壓縮機(jī)104是“Lysholm”雙螺桿式壓縮機(jī)，其可從瑞典的Opcon Autorotor AB公司購(gòu)得，這種壓縮機(jī)操作并產(chǎn)生約160至1100赫茲范圍的噪音輸出。每一壓縮機(jī)具有一與其操作相關(guān)的噪聲或頻率分布；這種分布將取決于壓縮機(jī)(包括壓縮機(jī)的具體的型號(hào))的類型，并可依賴于諸如輸入和輸出流量和環(huán)境溫度之類的變量。
應(yīng)該理解的是，將在下文中描述的這種過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，只是說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的原理的這種結(jié)構(gòu)的具體的實(shí)施例，且本發(fā)明的范圍并不受特別描述的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的限制。
來(lái)自壓縮機(jī)104的噪音可沿任何方向傳播，例如，沿下游通過(guò)燃料電池102，以及沿上游通過(guò)過(guò)濾器組件10。過(guò)濾器組件10，特別是利用抑制元件19的過(guò)濾器組件，減小在壓縮機(jī)104的上游前進(jìn)的聲級(jí)，并在過(guò)濾器組件入口12外的一米內(nèi)減小至少達(dá)3分貝，通常，至少達(dá)6分貝，最好至少達(dá)25分貝。下面將描述包括過(guò)濾器元件15和噪音抑制元件19在內(nèi)的過(guò)濾器組件10的各種具體的結(jié)構(gòu)。
過(guò)濾器組件的第一實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的過(guò)濾器組件的第一實(shí)例示于圖2中。為了便于識(shí)別，圖2的實(shí)施例中與上述圖1視圖中的元件相同或其執(zhí)行相同的功能的元件，在圖2中，其后將接字母標(biāo)號(hào)(即，“a”)。當(dāng)描述其它的實(shí)施例時(shí)，例如，圖12的實(shí)施例，將采取同樣的方法，其中，標(biāo)號(hào)后接字母(即，“b”)。
圖2和3示出一用于旅客汽車中的燃料電池內(nèi)的過(guò)濾器組件10a，其采用一堆疊PEM燃料電池，提供200KW的總電力輸出。應(yīng)該理解的是，過(guò)濾器組件10a是特別設(shè)計(jì)用于這樣的應(yīng)用，即，一在200KW上運(yùn)行的汽車，以及用于其它應(yīng)用的過(guò)濾器組件，例如，其它的車輛、固定的單元，或便攜的電子設(shè)備，它們?cè)O(shè)計(jì)用于這樣的應(yīng)用，在不脫離過(guò)濾器組件10a的總體特征的前提下，它們可具有不同的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)，以及操作參數(shù)。
相對(duì)于圖3的視圖，圖2的過(guò)濾器組件的視圖表示為繞其中心縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)180°。過(guò)濾器組件10a包括一大致圓柱形的外殼11a，其形成有一空氣入口12a和一空氣出口14a。臟空氣50通過(guò)入口12a進(jìn)入過(guò)濾器組件10a，干凈空氣54通過(guò)出口14a退出。外殼11a的外部可包括安裝支架31a、32a，以相對(duì)于周圍設(shè)備和結(jié)構(gòu)定位和固定過(guò)濾器組件10a。一傳感器接納端口35a位于外殼11a的外面并靠近出口14a。過(guò)濾器外殼11a可呈現(xiàn)為除圓柱形之外的好多種實(shí)體形狀；例如，過(guò)濾器組件10a可具有卵形或長(zhǎng)圓形、正方形、矩形，或任何其它封閉形的橫截面。
外殼11a可由與諸如入口12a、出口14a等所要求的元件一起形成的任何材料制成。用于外殼11a的實(shí)用的材料的實(shí)例包括有金屬，或塑料或其它的聚合物材料。通常，外殼11a可以是熱塑性或熱固性的聚合物材料，例如，環(huán)氧、聚碳酸酯、聚乙烯以及諸如此類的材料。這些材料可包括在聚合物材料內(nèi)用諸如平紋棉麻織物或纖維進(jìn)行加強(qiáng)，以增加外殼11a的強(qiáng)度。在某些實(shí)施例中，當(dāng)制作外殼11a或過(guò)濾器元件10a的任何其它零件或元件時(shí)，可要求避免硅樹脂脫模劑，因?yàn)楣铇渲臒煔鈱?duì)燃料電池有害?；蛘?，可以沖洗或凈化外殼11a，以去除諸如脫模劑之類的任何的污染物。
返回到外殼11a結(jié)構(gòu)上來(lái)，接收器端口35構(gòu)造成合作地接收一在外殼內(nèi)部腔內(nèi)、可監(jiān)視要求的諸參數(shù)的傳感器?？杀灰笥糜趥鞲衅鹘邮掌鞫丝?5a的一傳感器的實(shí)例是空氣質(zhì)量流傳感器，通常稱之為流量傳感器或流量計(jì)。一空氣質(zhì)量流傳感器可被用來(lái)監(jiān)視通過(guò)出口14a的空氣質(zhì)量。通過(guò)出口14a的空氣質(zhì)量直接涉及到通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的空氣質(zhì)量，該系統(tǒng)包括過(guò)濾器元件10a和圖1的設(shè)備101(諸如壓縮機(jī)102、燃料電池104，以及可供選擇的排出裝置103)。通過(guò)監(jiān)視任何的變化，特別是，在流動(dòng)通過(guò)過(guò)濾器元件10a的空氣質(zhì)量流中的參數(shù)的減小，可估計(jì)過(guò)濾器元件10a內(nèi)任何物理的或顆粒過(guò)濾器或系統(tǒng)中任何其它設(shè)備的壽命?；蛘?，一傳感器可用來(lái)監(jiān)視通過(guò)出口14a的化學(xué)污染物的水平或累積量。通過(guò)監(jiān)視通過(guò)出口14a的化學(xué)污染物量，可估計(jì)在過(guò)濾器元件10a內(nèi)的任何化學(xué)過(guò)濾器的余下的壽命。
一較佳的空氣質(zhì)量流傳感器的實(shí)例是“熱線式”傳感器，其利用通過(guò)熱線的電阻的變化來(lái)確定在熱線上流過(guò)的空氣量。這種熱線式傳感器例如可從St.Paul，MN的TSI公司購(gòu)得?？杀O(jiān)視污染物累積或總的污染物的裝置的實(shí)例包括授予Dallas等人的美國(guó)專利Nos.5,976,467和6,187,596中公開的那些裝置。
過(guò)濾器元件10a的各個(gè)部分示于圖3中，其中，示出過(guò)濾器元件10a的剖開視圖?？刹僮鞯囟ㄎ辉谕鈿?1a內(nèi)的是過(guò)濾器元件15a，以及一噪音抑制元件19a。
噪音抑制元件19a構(gòu)造成衰減通過(guò)由外殼11a限定的內(nèi)部腔的聲波。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，抑制原件19a包括一第一共鳴器21和一第二共鳴器22。在這里所述的本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，第一共鳴器21構(gòu)造成在約900赫茲的峰值頻率處衰減聲音，而第二共鳴器22構(gòu)造成在約550赫茲的峰值頻率處衰減聲音。涉及聲抑制元件19(圖1)、抑制元件19a和共鳴器21、22的詳細(xì)信息將在下文中作更為詳細(xì)的介紹。
過(guò)濾器組件10a的較佳的結(jié)構(gòu)具體特征示于圖4中。過(guò)濾器組件10a，具體來(lái)說(shuō)，外殼11a具有不大于約1500毫米的長(zhǎng)度“L”，較佳地不大于約1000毫米。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，長(zhǎng)度“L”不大于32英寸(813毫米)。通常為圓柱形的過(guò)濾器組件10a具有一不大于約18英寸(460毫米)的直徑“D”，較佳地不大于約16英寸(406毫米)。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，直徑“D”不大于10英寸(254毫米)。長(zhǎng)度“L”和直徑“D”通常取決于使用該過(guò)濾器組件的系統(tǒng)內(nèi)過(guò)濾器組件10a所分配占據(jù)的容積量。這種系統(tǒng)的要求可受系統(tǒng)被應(yīng)用的空間要求的支配。
空氣通過(guò)入口12a流入過(guò)濾器組件10a，入口具有約1至8英寸(25至203毫米)的直徑“DI”。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，入口直徑“DI”約為4英寸(102毫米)。入口12a的長(zhǎng)度“LI”是從外殼11a的入口端量測(cè)到大約為過(guò)濾器元件15a的臟空氣側(cè)的距離，入口12a的長(zhǎng)度通常約為1至8英寸(25至203毫米)。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，“L1”約為3.5英寸(90毫米)。出口14a具有約為1至8英寸(25至203毫米)的直徑“D0”。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，外直徑“D0”約為4英寸(102毫米)。
過(guò)濾器元件15a在外殼11a內(nèi)占據(jù)一體積，其具有約為4至8英寸(102至203毫米)的長(zhǎng)度“F”。由過(guò)濾器元件15a占據(jù)的特定的長(zhǎng)度“F”受到下列特征的支配所用的過(guò)濾器元件的類型，外殼11a分配給抑制元件19a的容積(圖3)，以及外殼11a的總長(zhǎng)“L”。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，長(zhǎng)度“F”約為7.3英寸(185毫米)。通常過(guò)濾器元件15a占據(jù)其中過(guò)濾器元件15a定位的直徑D的大部分。
噪聲抑制元件19a占據(jù)外殼11a的其余的長(zhǎng)度的大部分。在如圖3和4所示的實(shí)施例中，噪聲抑制元件19a包括一第一共鳴器21和一第二共鳴器22。第一共鳴器21占據(jù)約為6.4英寸(163毫米)的長(zhǎng)度“R1”，而第二共鳴器22占據(jù)約為12.2英寸(310毫米)的長(zhǎng)度“R2”。所用共鳴器的數(shù)量和由共鳴器占據(jù)的特定的長(zhǎng)度(例如，R1和R2)是所要求共鳴器聲衰減特性的函數(shù)。即，由共鳴器所衰減的聲音的頻率依賴于共鳴器的結(jié)構(gòu)，特別是，占據(jù)的體積。如上所述，涉及聲衰減和共鳴器的其它的信息將在下面提供。
在過(guò)濾器組件10a外部的安裝支架31a、32a間隔為18.5英寸(470毫米)，其用“LB”來(lái)表示。第一安裝支架31a離入口12a間距8.9英寸(227毫米)，用“LA”表示。應(yīng)該理解的是，任何安裝支架的定位取決于過(guò)濾器組件10a的總長(zhǎng)“L”，其相對(duì)于周圍設(shè)備或結(jié)構(gòu)所要求的定位，以及內(nèi)部折流板或外殼11a內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)的定位。
過(guò)濾器組件的物理或顆粒去除部分本發(fā)明的過(guò)濾器組件10，特別是過(guò)濾器元件15，包括一用來(lái)從流入空氣50中去除諸如顆粒的物理污染物的一個(gè)部分。應(yīng)該理解的是，在空氣到達(dá)過(guò)濾器組件10之前，大的物品，例如，樹葉、鳥、嚙齒動(dòng)物以及其它的碎物，將通過(guò)篩子、網(wǎng)眼、分離器或諸如此類的裝置，從進(jìn)入的空氣50中去除?？杉{入一水或液體分離器，在空氣進(jìn)入過(guò)濾器組件10之前，從空氣50中去除水或流體，這在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。
在過(guò)濾器組件10內(nèi)可采用一系列顆粒去除部分，每一后繼的顆粒去除部分去除越來(lái)越小尺寸的顆粒?；蛘撸墒褂脝我坏念w粒去除部分。
通常，顆粒去除部分包含一諸如包括纖維性材料的纖維墊或棉網(wǎng)的過(guò)濾器介質(zhì)，以用來(lái)去除顆粒。由顆粒去除部分去除的顆?；蛭⒘５膶?shí)例包括有塵埃、泥土、花粉、柴油微粒、昆蟲、木片和鋸末、金屬切屑、宇宙塵埃等。某些微粒因其物理的顆粒和顆粒的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)燃料電池的操作可具有雙重的危害；例如，石灰石是堿性材料，其可危害PEM燃料電池內(nèi)的呈酸性的電解液。其它類型的燃料電池可受到酸性污染物的有害影響。重?zé)N，特別是存在于馬路瀝青中的重?zé)N，也可有害地影響燃料電池的操作。
過(guò)濾器介質(zhì)可用多種方式進(jìn)行處理，以提高其去除微小顆粒的效率；例如，可使用靜電處理的介質(zhì)，其可以是纖維的或合成的介質(zhì)，或兩者的組合，并具有一層或多層的毫微纖維，或者，為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟知的其它類型的介質(zhì)。有關(guān)可被使用的毫微纖維的類型的細(xì)節(jié)可參見美國(guó)專利No.4,650,506(Barris等人)。
應(yīng)該理解的是，可使用具有任何組合的顆粒去除效率的任何數(shù)量的顆粒去除部分。要求的顆粒去除系統(tǒng)將取決于存在于大氣中的污染物的類型、大小和特性(例如，樹葉、三葉楊花、棉絨、雪、宇宙塵埃等)，以及所要求的最終過(guò)濾過(guò)的空氣的干凈程度。用于過(guò)濾器元件15的介質(zhì)可以變化，其取決于所要求的顆粒去除的效率，通過(guò)過(guò)濾器元件15的最大可接收壓降的水平，以及其它的諸種因素。
圖3和4中的過(guò)濾器元件15更詳細(xì)地示于圖5中。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器元件15a包括圍繞一中心軸線卷繞的過(guò)濾器介質(zhì)55，以形成一圓柱形的過(guò)濾器元件。過(guò)濾器元件包括一密封系統(tǒng)60。一優(yōu)選的密封系統(tǒng)公開在美國(guó)專利No.4,720,292。
在較佳的結(jié)構(gòu)中，過(guò)濾器介質(zhì)55設(shè)計(jì)來(lái)從通過(guò)過(guò)濾器介質(zhì)55的空氣中去除顆粒，而密封系統(tǒng)60設(shè)計(jì)來(lái)在過(guò)濾器元件15a和外殼11a的內(nèi)側(cè)壁之間提供一密封，如圖3和4所示。所謂的術(shù)語(yǔ)“密封”是指密封系統(tǒng)60，在正常情況下，其阻止非故意能級(jí)的空氣通過(guò)介于過(guò)濾器元件15a的外表面和外殼11a的內(nèi)側(cè)壁之間的區(qū)域，即，密封系統(tǒng)60約束空氣流避免通過(guò)過(guò)濾器15a的過(guò)濾器介質(zhì)55。
在某些優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器介質(zhì)55構(gòu)造成直通的流動(dòng)。所謂“直通的流動(dòng)”是指，過(guò)濾器介質(zhì)55構(gòu)造成具有一第一流動(dòng)面105(在所示實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于一入口端)，以及一相對(duì)的第二流動(dòng)面110(在所示實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于一出口端)。常常需要直通的流動(dòng)，因?yàn)檩^之裥狀的過(guò)濾器，一直通流動(dòng)的過(guò)濾器可處理更大量的空氣通過(guò)其間?！爸蓖鲃?dòng)”和“軸向流動(dòng)”不存在差別?？諝庋匾粋€(gè)方向114進(jìn)入通過(guò)第一流動(dòng)面105，并沿同一方向116從第二流動(dòng)面110退出。在該實(shí)施例中，第一流動(dòng)面105與圖1的過(guò)濾器元件的臟空氣側(cè)13相關(guān)，而第二流動(dòng)面110與圖1的過(guò)濾器元件的干凈空氣側(cè)17相關(guān)。
當(dāng)過(guò)濾器元件15a用于諸如圖3和4的外殼11a的軸向流動(dòng)外殼時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，空氣將沿一個(gè)方向進(jìn)入通過(guò)外殼11a的入口12a，沿同一方向通過(guò)第一流動(dòng)面105進(jìn)入過(guò)濾器元件15a，沿該同一方向從第二流動(dòng)面110退出過(guò)濾器元件15a，還沿同一方向通過(guò)出口14a退出外殼11a。
盡管第一流動(dòng)面105在上述中描述為對(duì)應(yīng)于入口端(及臟空氣側(cè)13)，而第二流動(dòng)面110在上述中描述為對(duì)應(yīng)于出口端(及干凈空氣側(cè)17)，入口和出口端(及臟空氣側(cè)和干凈空氣側(cè))可反過(guò)來(lái)。即，圖5中所示的第一流動(dòng)面105可對(duì)應(yīng)于一出口端，而圖5中所示的第二流動(dòng)面110可對(duì)應(yīng)于一入口端。換句話說(shuō)，過(guò)濾器元件15a的物理定向相對(duì)于空氣流通過(guò)其間的方向可以反過(guò)來(lái)。
在圖5中，第一流動(dòng)面105和第二流動(dòng)面110示為平面的并且互相平行。在其它的實(shí)施例中，第一流動(dòng)面105和第二流動(dòng)面110可以是非平面的，例如，截頭圓錐。此外，第一流動(dòng)面105和第二流動(dòng)面110不必互相平行。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器元件15a的介質(zhì)是卷繞的或卷形的結(jié)構(gòu)。即，過(guò)濾器元件15a通常將包括一層過(guò)濾器介質(zhì)，其完全地或重復(fù)地繞一中心軸線卷繞。通常，該卷繞結(jié)構(gòu)呈一線圈，其中，一層過(guò)濾器介質(zhì)圍繞一中心軸線卷繞成一系列的匝數(shù)。在使用一卷繞線圈的結(jié)構(gòu)的布置中，過(guò)濾器元件15a將呈一卷筒過(guò)濾器介質(zhì)的形狀，通常為可滲透的有槽形的過(guò)濾器介質(zhì)。
現(xiàn)在注意力放在圖6上，其中示出表示用于過(guò)濾器結(jié)構(gòu)的某些優(yōu)選介質(zhì)的操作原理的示意的立體圖。在圖6中，一槽形的介質(zhì)構(gòu)造用標(biāo)號(hào)122表示。較佳地，槽形構(gòu)造122包括一具有多個(gè)槽形124的波浪形層123和一面板132。圖6的實(shí)施例示出面板132的兩部分，在132A(示于波浪形層123的頂上)和在132B(示于波浪形層123的底下)處。通常，用于這里所述的布置中的較佳的介質(zhì)構(gòu)造125將包括固定在底面板132B上的波浪形層123。當(dāng)使用這種呈卷筒形構(gòu)造的介質(zhì)結(jié)構(gòu)125時(shí)，它將繞自身卷繞，這樣，底面板132B將蓋在波浪形層123的頂上。覆蓋波浪形層123的頂?shù)拿姘?32表示為132A。應(yīng)該理解的是，“卷繞”的介質(zhì)構(gòu)造的面板132A和132B是相同的板132。
當(dāng)使用這種類型的介質(zhì)構(gòu)造125時(shí)，槽形腔124較佳地形成交替的波峰126和波谷128。波峰126和波谷128將槽形124分為上行和下行。在圖6所示的特定的構(gòu)造中，上槽形成在下游端封閉的槽形腔136，而具有其上游端封閉的槽形腔134形成槽形的下行。槽形腔134被第一端緣138封閉，第一端緣138填充槽形板130和第二面板132B之間的槽的上游端的一部分。同樣地，第二端緣140封閉交替的槽形136的下游端。在某些較佳的系統(tǒng)中，第一端緣138和第二端緣140沿介質(zhì)結(jié)構(gòu)125的所有部分是直的。在某些較佳的系統(tǒng)中，第一端緣138是直的且決不從在介質(zhì)構(gòu)造125的端部之一或靠近端部之一中偏離出去，而第二端緣140是直的且決不從在介質(zhì)構(gòu)造125的端部之一或靠近端部之一中偏離出去。槽形124、面板132和端緣138、140提供形成為過(guò)濾器元件15a的介質(zhì)結(jié)構(gòu)125。
當(dāng)使用以介質(zhì)結(jié)構(gòu)125形式構(gòu)造的介質(zhì)時(shí)，在使用過(guò)程中，未過(guò)濾空氣進(jìn)入由陰影箭頭144表示的槽形腔136。槽形腔136具有其敞開的上游端146。未過(guò)濾的流體流不允許通過(guò)槽形腔136的下游端148，因?yàn)槠湎掠味?48被第二端緣140封閉。因此，空氣被迫前進(jìn)通過(guò)槽形板130或面板132。當(dāng)未過(guò)濾空氣通過(guò)通過(guò)槽形板130或面板132時(shí)，空氣被凈化或過(guò)濾。凈化的空氣用非陰影的箭頭150表示。然后，空氣通過(guò)槽形腔134(其具有封閉的上游端151)，以通過(guò)敞開的下游端152(圖5)流出槽形結(jié)構(gòu)122。利用所示的結(jié)構(gòu)，未過(guò)濾的空氣可流動(dòng)通過(guò)槽形板130、上面板132A，或下面板132B，進(jìn)入槽形腔134。
通常，制備好介質(zhì)結(jié)構(gòu)125，然后，卷繞而形成過(guò)濾介質(zhì)的卷筒結(jié)構(gòu)100。當(dāng)選用這種類型的介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)結(jié)構(gòu)125包括波浪形層123，其用端緣138固定到底面板132B(如圖6所示，但沒(méi)有頂面板132A)。在這些類型的構(gòu)造中，介質(zhì)構(gòu)造125將包括在一端處的前導(dǎo)邊緣和在相對(duì)端處的尾部邊緣，使頂部側(cè)向邊緣和底部側(cè)向邊緣在前導(dǎo)邊緣和尾部邊緣之間延伸。術(shù)語(yǔ)“前導(dǎo)邊緣”是指，最先彎曲或卷繞的邊緣，以使其在卷繞結(jié)構(gòu)的中心或內(nèi)芯上或靠近內(nèi)芯上。術(shù)語(yǔ)“尾部邊緣”是指在彎曲或盤卷過(guò)程結(jié)束后，在卷繞結(jié)構(gòu)外面的邊緣。
在這些類型的介質(zhì)構(gòu)造125中，在卷繞板成為盤卷之前，前導(dǎo)邊緣和尾部邊緣應(yīng)密封在波浪形板123和底面板132B之間。盡管可采用好幾種方式，但某些方法中，在前導(dǎo)邊緣處的密封應(yīng)如下形成(a)波浪形板123和底面板132B沿從頂部側(cè)邊緣到底部側(cè)邊緣(或從底部側(cè)邊緣到頂部側(cè)邊緣)延伸的一直線或路徑切割或切片，沿一槽形124，在峰126的最高點(diǎn)(頂點(diǎn))處形成峰126；以及(b)沿切割線或路徑，密封劑涂覆在底面板132B和波浪形板123之間?？深愃朴谠谇皩?dǎo)邊緣處形成密封的工藝過(guò)程，形成在尾部邊緣處的密封。盡管形成這些密封可采用多種不同類型的密封劑，但一種有效的材料是可從明尼蘇打的St.Paul市的H.B.Fuller公司購(gòu)得的非泡沫的密封劑。
當(dāng)使用介質(zhì)結(jié)構(gòu)125時(shí)，可由系統(tǒng)設(shè)計(jì)師要求將結(jié)構(gòu)125卷繞到過(guò)濾器介質(zhì)的卷筒的結(jié)構(gòu)上，諸如圖5中的過(guò)濾器元件15a。可采用各種工藝來(lái)盤卷或卷繞介質(zhì)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，為制作其它形狀的過(guò)濾器介質(zhì)，例如具有長(zhǎng)形的或長(zhǎng)圓形的、卵形的、矩形的，或賽馬道形外形的過(guò)濾器介質(zhì)，可使用非圓形的中心卷繞件。
介質(zhì)結(jié)構(gòu)125也可無(wú)心軸或內(nèi)芯情況下卷繞。形成一無(wú)芯卷繞結(jié)構(gòu)的方法如下(a)與前導(dǎo)邊緣隔開的波浪形板123的最初幾個(gè)波形的槽128，從頂部側(cè)邊緣到底部側(cè)邊緣(或從底部側(cè)邊緣到頂部側(cè)邊緣)進(jìn)行刻痕，以幫助卷繞該結(jié)構(gòu)125；例如，從前導(dǎo)邊緣起的前四個(gè)波形將具有沿槽128的刻痕線；(b)密封劑的填料140沿波浪形板123的頂部涂覆，且沿與具有端緣138的側(cè)邊緣相對(duì)的側(cè)邊緣；(c)前導(dǎo)邊緣首先彎曲或卷繞在其自身上，然后，夾緊在一起，以便與密封劑填料140密封；以及(d)具有固定在其上的底部面板132B的其余的波形板123被盤卷或卷繞或彎曲圍繞夾緊的前導(dǎo)邊緣。
在其它的方法中，無(wú)芯結(jié)構(gòu)可通過(guò)自動(dòng)的工藝由介質(zhì)結(jié)構(gòu)125制成，該工藝如美國(guó)專利Nos.5,543,117和5,435,870所公開。在還有的一些方法中，介質(zhì)結(jié)構(gòu)可由手工卷繞。
當(dāng)使用諸如過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的卷繞結(jié)構(gòu)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將要求確保結(jié)構(gòu)100的外周緣封閉，或鎖定到位，以防止過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100松開。有各種方式可用來(lái)完成這要求。在某些應(yīng)用中，外周緣被周緣層包圍。周緣層可以是無(wú)孔的粘結(jié)材料，例如，在一側(cè)上具有粘結(jié)劑的塑料。當(dāng)采用這種類型的周緣層時(shí)，周緣層防止過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100松開，并防止空氣通過(guò)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的外周緣，保持通過(guò)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的直通流動(dòng)。
在某些應(yīng)用中，通過(guò)粘結(jié)劑密封介質(zhì)結(jié)構(gòu)125的尾部邊緣，或沿線160(圖5)的密封劑，以將尾部邊緣固定到過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的外表面上，由此，過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100固定在其卷繞的結(jié)構(gòu)上。例如，可沿線160涂覆熱熔的焊料。
此外，另一種方法是，支承帶162可設(shè)置在過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的外周緣的周圍，以便固定尾部邊緣。在圖5中，支承帶162顯示為定位在第一流動(dòng)面105。
過(guò)濾器元件15a包括一定位在第二流動(dòng)面110處的一端部框架200。圖7中示出過(guò)濾器元件15a的局部剖視圖；過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100連同其各個(gè)部件用虛線表示。參照?qǐng)D5和7，框架200包括一外環(huán)形周緣帶205和徑向十字支柱210。十字支柱210從外周緣帶或軸環(huán)205向內(nèi)延伸，并在過(guò)濾器元件的軸線上的中心相遇。當(dāng)它們相遇在框架200的中心215處時(shí)，十字支柱形成一環(huán)形下凹座部分。周緣帶205沿在第二流動(dòng)面110處的過(guò)濾器100的外周緣延伸，并沿縱向遠(yuǎn)離第二流動(dòng)面110延伸。在圖5和7所示的具體的實(shí)施例中，框架200包括一第二內(nèi)環(huán)形環(huán)212，其與十字支柱21相交并與其連接。
端框架200支承密封系統(tǒng)60并提供一實(shí)心相對(duì)不變形的表面，以便于在過(guò)濾器元件和由密封系統(tǒng)60形成的過(guò)濾器外殼之間密封。具體來(lái)說(shuō)，密封系統(tǒng)60包括一圓形密封劑材料的環(huán)形環(huán)，它安裝和坐落在從第二流動(dòng)面110向外突出的周緣帶205的遠(yuǎn)端部分上。密封系統(tǒng)60較佳地是可壓縮的材料，例如，聚亞安酯泡沫材料，其構(gòu)造成合作地與外殼11a的內(nèi)部側(cè)壁嚙合。并提供一氣密的密封。密封系統(tǒng)60可具有一最外直徑尺寸減小的臺(tái)階形的截面結(jié)構(gòu)，以便于密封和保證氣密密封。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于功能合適的徑向密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)過(guò)濾器元件15a可操作地安裝在外殼11a內(nèi)時(shí)，可壓縮的密封系統(tǒng)60需要被壓縮。在許多優(yōu)選的實(shí)施例中，它被壓縮大約其厚度的15％至40％(通常約為20至33％)，在其最厚的部分，提供一強(qiáng)壯結(jié)實(shí)的密封，然而，其仍為手工安裝元件的一種密封，所用力為80磅的量級(jí)或不到，較佳地為50磅或不到，通常約為20-40磅。
一用于本發(fā)明的過(guò)濾器組件的過(guò)濾器元件的第二實(shí)施例示于圖8中的過(guò)濾器元件15b。除了過(guò)濾器元件15b的框架200未包括內(nèi)環(huán)形環(huán)212之外，過(guò)濾器元件15b類似于圖5和7的過(guò)濾器元件15a。
關(guān)于過(guò)濾器元件15a、過(guò)濾器元件15b以及其它有用的過(guò)濾器元件的額外的細(xì)節(jié)可見美國(guó)專利No.6,190,432。
應(yīng)該理解的是，還可使用除具有直通流動(dòng)的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)之外的其它的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)?？刹捎玫钠渌厥獾倪^(guò)濾器結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括折裥型介質(zhì)過(guò)濾器、平板型過(guò)濾器、具有深度介質(zhì)容積的過(guò)濾器等。
過(guò)濾器組件的化學(xué)去除部分再次參照?qǐng)D1，過(guò)濾器組件10較佳地還包括一設(shè)計(jì)來(lái)通過(guò)吸附或吸收的方法從大氣中去除污染物。如這里所采用的術(shù)語(yǔ)“吸收”、“吸附”、“吸附劑”以及諸如此類的術(shù)語(yǔ)，意在包括吸收和吸附的機(jī)構(gòu)。
化學(xué)去除部分通常包括一物理吸著或化學(xué)吸收的材料，例如，干燥劑(即，吸附或吸收水或蒸汽)，或吸附或吸收揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或酸性氣體和/或堿性氣體的材料。術(shù)語(yǔ)“吸附劑材料”、“吸附材料”、“可吸附的材料”、“吸收劑材料”、“吸收材料”、“可吸收的材料”，以及其任何變種，用來(lái)涵蓋通過(guò)吸附或吸收作用去除化學(xué)污染物的任何材料。例如，合適的吸附材料包括活性碳、活性碳纖維、浸漬碳、活性氧化鋁、分子篩、離子交換樹脂、離子交換纖維、硅膠、氧化鋁和硅石。上述材料中的任何一種可與下列材料組合、涂覆或浸漬，例如，高錳酸鉀、碳酸鈣、碳酸鉀、碳酸鈉、硫化鈣、檸檬酸、磷酸、其它的酸性材料，或其混合物。在某些實(shí)施例中，吸附材料可與第二種材料復(fù)合或浸漬。
吸附材料通常包括微粒狀或顆粒狀材料，并可呈現(xiàn)各種構(gòu)造，例如，顆粒狀、珠狀、纖維狀、細(xì)粉末狀、毫微結(jié)構(gòu)狀、毫微管、氣凝膠，或可呈現(xiàn)為涂覆在諸如陶瓷料的基材上的涂層，單體結(jié)構(gòu)、紙介質(zhì)或金屬表面。通常，吸附材料，特別是微?；蝾w粒材料放置在一材料床上。
或者，吸附材料可成形為單片或單體的形式，例如，大塊的板體、顆粒、珠子，或折裥或蜂窩結(jié)構(gòu)，它們還可有選擇地進(jìn)一步成形。在至少某些實(shí)例中，成形的吸附材料在過(guò)濾器組件的正常或期望壽命中，基本上保持其形狀。成形的吸附材料可由組合有固體或事后成形為非流動(dòng)物品的液體粘結(jié)劑的自由流動(dòng)的微粒形成。成形的吸附材料可通過(guò)模制、壓縮模制，或擠出工藝來(lái)形成。成形的吸附物，例如，可按美國(guó)專利Nos.5,189,092(Koslow)和5,331,037(Koslow)傳授的方法形成。
用于提供成形物的粘結(jié)劑可以是干的，即，呈粉末和/或顆粒形式，或者粘結(jié)劑可以是液體，是溶劑化的或分散的粘結(jié)劑。某些粘結(jié)劑，例如，濕度下固化的聚氨酯橡膠，以及通常稱之為“熱熔”的材料，例如，可通過(guò)噴涂工藝直接地涂覆在吸附材料上。在某些實(shí)施例中，使用一臨時(shí)的液體粘結(jié)劑，其包括溶劑或分散劑，它們?cè)谀Ｖ七^(guò)程中可被去除。合適的粘結(jié)劑包括；乳膠、微晶纖維素、聚乙烯醇、乙烯醋酸乙烯脂、淀粉、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、磷酸二鈣二水合物，以及硅酸鈉。較佳地，成形材料的成分包括至少約70％吸附材料(以重量計(jì))，通常約不大于98％(以重量計(jì))。在某些例子中，成形吸附劑包括85至95％，最好是大約90％(以重量計(jì))的吸附材料。成形吸附劑通常包括不小于約2％的粘結(jié)劑(以重量計(jì))，且不大于約30％的粘結(jié)劑(以重量計(jì))。
用于化學(xué)去除部分的合適的吸附材料的另一實(shí)施例是一包括一載體的吸附材料。例如，可采用一網(wǎng)眼或平紋棉麻織物來(lái)保持吸附材料和粘結(jié)劑。聚酯和其它合適的材料可用作網(wǎng)眼或平紋棉麻織物。通常，任何載體不大于吸附材料重量的約50％，且更為通常地是吸附材料總重的約20至40％。在帶有載體的成形吸附物內(nèi)的粘結(jié)劑量，通常約為總吸附劑重量的10至50％，而吸附材料的量通常約為總吸附劑重量的20至60％。
化學(xué)去除部分可包括強(qiáng)堿性材料，以便從空氣中去除酸性污染物，或者，包括強(qiáng)酸性材料，以便從空氣中去除堿性污染物，或者兩者兼而有之。較佳地，堿性材料和酸性材料互相充分地分開，這樣，它們不會(huì)互相反應(yīng)或中和。在某些實(shí)施例中，吸附材料本身可以是強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性材料。這種材料的實(shí)例包括聚合物微粒、活性碳介質(zhì)、沸石、粘土、硅膠，以及金屬氧化物。在另一些實(shí)施例中，強(qiáng)酸性材料或強(qiáng)堿性材料可以表面涂層設(shè)置在載體上，諸如顆粒、珠子、纖維、纖維素材料、細(xì)粉末、毫微管，以及氣凝膠?；蛘撸蝾~外地，形成酸性和堿性表面的酸性和堿性材料可呈現(xiàn)在全部的載體的至少一部分；例如，這可通過(guò)用酸性或堿性材料涂覆或浸漬載體而實(shí)現(xiàn)。
通常呈現(xiàn)在大氣的空氣中并被認(rèn)為是燃料電池的污染物的酸性化合物的實(shí)例，包括硫氧化物、氮氧化物、硫化氫、氯化氫，以及揮發(fā)的有機(jī)酸和不揮發(fā)的有機(jī)酸。通常呈現(xiàn)在大氣的空氣中并被認(rèn)為是燃料電池的污染物的堿性化合物的實(shí)例，包括氨、胺、氨基化合物、氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀、揮發(fā)的有機(jī)堿和不揮發(fā)的有機(jī)堿。
對(duì)于PEM燃料電池，陰極反應(yīng)在酸性條件下發(fā)生，因此，不希望有堿性污染物的存在。一用來(lái)去除堿性污染物的諸如氨之類的較佳材料的實(shí)例是浸漬或涂覆檸檬酸的活性碳。
一具有物理的或顆粒去除部分和化學(xué)去除部分的過(guò)濾器元件15(圖1)的第一實(shí)施例，在圖9中示為過(guò)濾器元件15c。過(guò)濾器元件15c與圖7的過(guò)濾器元件15a的類似之處在于，過(guò)濾器組件15c具有帶有第一流動(dòng)面105和第二流動(dòng)面110的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100(在圖9中用虛線表示)，支承帶162，框架200，以及密封系統(tǒng)60。過(guò)濾器元件15c還包括一諸如成形的活性碳的吸附元件300。吸附元件300定位在框架200上，在框架200和密封系統(tǒng)之內(nèi)?？蓧嚎s的密封系統(tǒng)60通過(guò)摩擦將吸附元件300保持在要求的位置上，但可以變形，以便當(dāng)吸附劑用過(guò)之后為了更換而釋放吸附元件300。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，吸附元件300是成形質(zhì)量的活性碳材料，它們由熱塑性粘結(jié)劑保持在一起。一較佳的吸附元件300包括活性碳材料，濾網(wǎng)尺寸12×20，或8×16，用8％的乙烯-醋酸乙烯酯進(jìn)行模制。這樣一較佳的吸附元件300可根據(jù)美國(guó)專利Nos.5,189,092(Koslow)或5,331,037(Koslow)中的傳授進(jìn)行制造。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，吸附元件300由碳材料層(未示出)制成，其可從馬薩諸塞州East Walpole的Hollingsworth&Vose購(gòu)得(也稱之為H&V)。
在所示的實(shí)施例中，吸附元件300定位在第二流動(dòng)面110的附近；因此，流動(dòng)通過(guò)過(guò)濾器元件15c的空氣，通過(guò)第一流動(dòng)面105進(jìn)入過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100，并通過(guò)第二流動(dòng)面110退出，然后，通過(guò)吸附元件300。這樣的結(jié)構(gòu)具有在顆粒去除過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的“下游”的吸附元件300。所有通過(guò)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的空氣較佳地通過(guò)吸附元件300。應(yīng)該理解的是，吸附元件300也可定位在過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的“上游”。
一具有物理的或顆粒去除部分和化學(xué)去除部分的過(guò)濾器元件15(圖1)的第二實(shí)施例，在圖10中示為過(guò)濾器元件15d。過(guò)濾器元件15d與過(guò)濾器元件15a的類似之處在于，過(guò)濾器組件15d具有帶有第一流動(dòng)面105和第二流動(dòng)面110的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100(用虛線表示)，支承帶162，框架200，以及密封系統(tǒng)60。過(guò)濾器元件15d還包括吸附元件300，除了吸附元件300定位在第二流動(dòng)面110和框架200的十字支柱210之間之外?？蚣?00的周緣帶205(見圖8)保持吸附劑300抵靠在第二流動(dòng)面110上。吸附元件300可永久地連接在框架200和過(guò)濾器結(jié)構(gòu)110的一個(gè)或每個(gè)上，或可從中脫開。再者，通過(guò)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100的第二流動(dòng)面110的所有空氣較佳地也通過(guò)吸附元件300。
在過(guò)濾器元件15c和15d中，化學(xué)去除部分，特別是吸附元件300與顆粒去除部分組合而形成一單一的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解的是，在某些實(shí)施例中，化學(xué)去除部分將與顆粒去除部分分離和隔開。還應(yīng)該理解的是，顆粒去除部分和化學(xué)去除部分可組合成一單一的元件，其既去除物理的污染物也去除化學(xué)的污染物。在一實(shí)例中，顆粒去除部分的過(guò)濾器介質(zhì)可用纖維制成，其表面經(jīng)處理后能化學(xué)吸收或與酸性或堿性污染物反應(yīng)或互相作用，因此，提供一化學(xué)去除部分。在另一實(shí)例中，如果顆粒之間的間隔足夠小，則一活性碳顆粒床可布置和構(gòu)造成從空氣中去除物理的污染物。
一包括顆粒和化學(xué)去除部分的優(yōu)選的過(guò)濾器元件公開在美國(guó)專利No.6,152,996(Linnersten等人)。
有關(guān)用于燃料電池系統(tǒng)的過(guò)濾器元件的化學(xué)去除部分的其它的信息可見2000年9月12日提出的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.09/660,127。
過(guò)濾器組件的聲音抑制元件再次參照?qǐng)D1，本發(fā)明的過(guò)濾器組件10包括一噪聲或聲音抑制元件19，以減小或抑制從設(shè)備101發(fā)出的噪聲或聲音的能級(jí)。這樣的噪音衰減較佳地在一米內(nèi)至少3分貝，通常至少為6分貝，較佳地至少為10分貝，且最好為至少25分貝。發(fā)生在燃料電池102內(nèi)的催化反應(yīng)是靜音的過(guò)程，其原因在于，氫燃料、陰極上的反應(yīng)，以及電的產(chǎn)生，沒(méi)有產(chǎn)生人能聽到的聲音。有關(guān)燃料電池102的結(jié)構(gòu)和操作的細(xì)節(jié)將在下面提供。然而，盡管燃料電池102是靜音的，但通常用來(lái)提供增強(qiáng)的空氣流到燃料電池102的設(shè)備或機(jī)械，一般會(huì)產(chǎn)生明顯的噪音。與燃料電池102結(jié)合使用的空氣移動(dòng)設(shè)備包括壓縮機(jī)、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)，以及泵。
從諸如壓縮機(jī)104之類設(shè)備發(fā)出的聲音將沿燃料電池、設(shè)備和過(guò)濾器組件允許的各個(gè)方向傳播。即，聲音在壓縮機(jī)上游傳播，迎著空氣的氣流，到過(guò)濾器組件10；且聲音沿下游傳到燃料電池102。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)過(guò)濾器組件10的聲音抑制元件19來(lái)衰減聲音，過(guò)濾器組件10減小從壓縮機(jī)104發(fā)出、通過(guò)過(guò)濾器組件傳到周圍環(huán)境的噪音。
聲音抑制元件19可以是任何類型的元件，其連同過(guò)濾器組件10的其它的零件，可衰減或減小聲音，其提供聲音的衰減至少達(dá)3分貝，通常至少為6分貝，較佳地為10分貝，最好至少是25分貝。聲音抑制元件19的實(shí)例包括消音器、有內(nèi)襯的管道、擋板。在聲音通道上的彎頭、充氣增壓、膨脹腔室、共鳴器、聲阻塞、全阻塞、聲音吸附材料，以及上述的各種組合。有關(guān)聲音抑制元件的各種細(xì)節(jié)可見美國(guó)專利No.6,082,487(Angelo等人)。
某些典型的抑制元件19包括一外壁，通常為圓柱形，其形成一內(nèi)部體積，以及一定向在外壁內(nèi)部體積內(nèi)的入口和出口管。最好外壁和任何其它的結(jié)構(gòu)具有平面的或平的最小的表面；確切地說(shuō)，抑制元件19的表面最好是弧形的，以減小平壁上常會(huì)發(fā)生的振動(dòng)量和發(fā)嗡聲。在通常的結(jié)構(gòu)中，出口管形成一聲阻塞。一打孔的內(nèi)壁與外壁隔開，以在其間形成一環(huán)形體積。該環(huán)形體積可包括一在環(huán)形體積內(nèi)的吸收材料的襯墊或填料。在環(huán)形體積內(nèi)的該吸收材料提供一吸收的功能，并還有助于減小外壁或外殼的發(fā)嗡聲。在某些結(jié)構(gòu)中，打孔的內(nèi)壁和環(huán)形體積與抑制元件19的入口區(qū)域?qū)R。即，打孔的內(nèi)壁可限定入口管的至少一部分。
較佳的抑制元件19是共鳴器。一共鳴器是一封閉體積的空氣，其通過(guò)一小的開孔與外部連通。該封閉的空氣在有限的頻率范圍內(nèi)發(fā)生共鳴。該頻率范圍和衰減水平取決于封閉體積的尺寸。在封閉體積內(nèi)共鳴的頻率確定由共鳴器衰減的噪音頻率。
在圖3和4所示的過(guò)濾器組件10a中，抑制元件19a包括第一共鳴器21和第二共鳴器22。應(yīng)指出的是，第一共鳴器21定位在出口14a的附近，而第二共鳴器22定位在入口12a的上游或緊靠入口12a。這里表示的共鳴器的“第一”和“第二”定位已被選定，因?yàn)閺脑O(shè)備101(圖1)發(fā)出的噪音將沿上游方向移動(dòng)(與空氣流的方向相反)，通過(guò)過(guò)濾器組件10a從出口14a到入口12a。第一和第二共鳴器21、22可設(shè)計(jì)成衰減相同的或不同的范圍內(nèi)的聲音頻率。一般來(lái)說(shuō)，如果共鳴器21、22去除相同范圍的噪音頻率，則噪音降低的水平將會(huì)更大。如果共鳴器21、22去除不同頻率范圍的噪音，則衰減頻率的總范圍將會(huì)更大。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，第一共鳴器21設(shè)計(jì)成衰減大約900赫茲峰值頻率的聲音，而第二共鳴器22設(shè)計(jì)成衰減大約550赫茲峰值頻率的聲波。如圖3和4所示，各個(gè)部件在第一共鳴器21和第二共鳴器22之間有所不同。例如，由第二共鳴器22占據(jù)的體積遠(yuǎn)大于由第一共鳴器21占據(jù)的體積。第一共鳴器21的體積通常由介于出口14a和內(nèi)環(huán)形擋板25a之間的外殼11a的內(nèi)部壁限定。由第二共鳴器22占據(jù)的體積通常由介于內(nèi)擋板25a和過(guò)濾器元件的流動(dòng)面110(圖5)之間的外殼11a的內(nèi)部壁限定。此外，在一中心壁結(jié)構(gòu)28內(nèi)的打孔在第一共鳴器21和第二共鳴器22之間變化。例如，諸孔的形狀和大小，相鄰孔之間的間距，以及其定向在兩個(gè)共鳴器之間不同。各個(gè)共鳴器的不同的特征支配由此衰減的頻率。對(duì)要求頻率衰減的共鳴器的設(shè)計(jì)在聲抑制和衰減技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的，本文將不再作詳細(xì)的介紹。
此外，第一和第二共鳴器21、22大約隔開3英寸(76毫米)，該距離由兩個(gè)共鳴器的中心壁結(jié)構(gòu)28的打孔之間的縱向間隔量得。共鳴器21、22之間的距離在圖4中表示為標(biāo)號(hào)24，該距離將衰減具有其1/4波長(zhǎng)等于該距離的頻率的聲音。一大約為3英寸(76毫米)的距離提供約1100赫茲的峰值衰減。
圖11用曲線示出上述優(yōu)選實(shí)施例衰減的聲音的能級(jí)和頻率。第一共鳴器21衰減約900赫茲峰值頻率處的聲音，第二共鳴器22衰減約550赫茲峰值頻率處的聲音，而1/4波長(zhǎng)間距24衰減約1100赫茲處的聲音。三個(gè)合成的聲衰減跨越一典型的雙螺桿壓縮機(jī)的基本頻率，例如，由Opcon公司制造的Lysholm式雙螺桿壓縮機(jī)，其頻率從160至1100赫茲。
再參照?qǐng)D1，抑制元件19可定位在外殼11內(nèi)，在某些實(shí)施例中，抑制元件19由外殼11形成。在過(guò)濾器組件10a的實(shí)施例中，第一和第二共鳴器21、22部分地由外殼11a形成。外殼11a的內(nèi)壁連同內(nèi)擋板25，形成由共鳴器21、22占據(jù)的體積。
外殼11a的不同的其它的部件可提供聲音衰減。例如，如圖4所示入口12a沿軸線方向具有一鐘形的膨脹，其直徑從4英寸(102毫米)至10英寸(254毫米)。該膨脹提供一大約為3分貝的寬頻帶的聲音衰減。
應(yīng)該指出的是，諸如過(guò)濾器元件15a、15b、15c、15d中任何一個(gè)的過(guò)濾器元件15，可具有一與顆粒去除部分或化學(xué)去除部分相關(guān)的附加的聲音衰減特性。例如，過(guò)濾器結(jié)構(gòu)100(圖5和7)可衰減某些頻率一小的量，例如，1分貝。此外，吸附元件300(圖9和10)可衰減某些頻率。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，諸如美國(guó)專利Nos.5,189,092(Koslow)和5,331,037(Koslow)傳授的各種形狀的吸附元件，可提供某些聲音衰減；衰減的頻率和能級(jí)(即，分貝)將取決于成形吸附元件的特定的部件。
過(guò)濾器組件的第二實(shí)施例一過(guò)濾器組件的第二實(shí)例在圖12的局部剖視圖中示為過(guò)濾器組件10b。類似于過(guò)濾器組件10a，過(guò)濾器組件10b用于一由燃料電池操作的乘客汽車，該燃料電池采用一堆疊的PEM燃料電池，提供200KW的總的電力輸出。應(yīng)該理解的是，過(guò)濾器組件10b是為這樣的應(yīng)用特定設(shè)計(jì)(即，以200KW運(yùn)行的汽車)，而用于其它應(yīng)用的過(guò)濾器組件將設(shè)計(jì)用于這些應(yīng)用中，只是大小、形狀和構(gòu)造上不同，并不脫離過(guò)濾器組件10b的總體的特征。
過(guò)濾器組件10b包括一限定一入口12b和一出口14b的外殼11b。臟空氣50通過(guò)入口12b進(jìn)入過(guò)濾器組件10b，而干凈空氣54通過(guò)出口14b退出。外殼11b的外部包括安裝支架31b、32b，用來(lái)相對(duì)于周圍設(shè)備和結(jié)構(gòu)定位和固定過(guò)濾器組件10b。一傳感器接納器端口35b位于外殼11b的外部，以允許連接一傳感器(如要求的話)。過(guò)濾器元件15a定位在外殼11b內(nèi)。在該實(shí)施例的過(guò)濾器組件10b中，所用過(guò)濾器元件15a與第一實(shí)施例的過(guò)濾器組件10a的過(guò)濾器元件15a相同。在外殼11b內(nèi)還有一噪音抑制元件19b。
抑制元件19b包括一構(gòu)造成衰減約900赫茲峰值處的聲音的共鳴器23。有關(guān)共鳴器的詳細(xì)信息提供在上述的過(guò)濾器組件10a的第一實(shí)施例中。共鳴器23的一端可操作地、并流體連通地連接在過(guò)濾器組件的出口端口14b，一環(huán)形安裝支架342固定在一相對(duì)端上。安裝支架342具有一允許空氣通過(guò)其間進(jìn)入到共鳴器23內(nèi)的打孔的中心部分，并形成一環(huán)形的密封座343，其包括一沿朝向入口端口12b從共鳴器23軸向突出的圓柱形延伸突緣345。突緣345的末端向外展開，其理由將在下義中描述。
過(guò)濾器組件10b還包括一吸附元件310，在圖13中放大顯示。吸附元件310包括一圓柱形碳質(zhì)量塊330，其分別在第一和第二端330a和330b之間延伸。碳元件330在優(yōu)選的實(shí)施例中是一中空、圓柱形的擠出成形的活性碳，其由熱塑性粘結(jié)劑保持在一起。碳元件330可按照美國(guó)專利Nos.5,189,092(Koslow)和5,331,037(Koslow)傳授的方法形成。
在某些實(shí)施例中，諸如過(guò)濾器元件15a的過(guò)濾器元件可與諸如吸附元件310的吸附元件進(jìn)行組合，以形成提供顆粒和化學(xué)過(guò)濾的單一的結(jié)構(gòu)。例如，一顆粒去除介質(zhì)可定位在碳元件330的外表面周圍。一包括顆粒和化學(xué)去除部分的過(guò)濾器元件公開在美國(guó)專利No.6,152,996(Linnersten等人)。
吸附元件310的擠出成形的圓柱形的碳的構(gòu)造，提供一固體的表面，其用來(lái)在端部330a上直接連接一密封系統(tǒng)340，在端部330b上連接一端帽350。這樣的“固體”的碳/粘結(jié)劑的擠出成形，還形成一元化的吸附過(guò)濾器元件310，其本身不釋放任何的碳或其它的顆?；蛭廴疚镞M(jìn)入到過(guò)濾的空氣流中。
端帽350密封地固定到碳吸附元件330的端部330b。端帽350轉(zhuǎn)向空氣退出過(guò)濾器元件15a，這樣，當(dāng)如圖12所示安裝時(shí)，空氣沿吸附劑330的外圓柱形表面通過(guò)，而不是直接地、沿軸向移動(dòng)進(jìn)入到碳吸附元件330的中心孔區(qū)域。從過(guò)濾器元件15a退出的空氣撞擊到帽350的弧形的表面355上，并變更路線從其離開過(guò)濾器15a的“直線”流動(dòng)到具有徑向分量的流動(dòng)。表面355是一從一軸向?qū)R的末端352沿徑向延伸的弧形表面?；⌒伪砻?55以最小的阻力光滑地轉(zhuǎn)向空氣。末端352是帽350的暴露表面355的中心點(diǎn)，但在某些實(shí)施例中，末端352可以不是中心地定位在帽350上。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以采用端帽350的其它的表面結(jié)構(gòu)，例如平的或臺(tái)階形的表面。參照?qǐng)D13和14，端帽350包括諸小孔，其用來(lái)在其問(wèn)通過(guò)空氣并沿碳元件330的外表面流過(guò)。徑向臂356限定和分離小孔354并對(duì)帽350提供結(jié)構(gòu)支承。此外，某些空氣可繞帽350的外周緣并在帽350和外殼11b的內(nèi)部之間通過(guò)。
當(dāng)吸附元件310可操作地如圖12所示地安裝時(shí)，密封系統(tǒng)340在端部330a提供一介于吸附元件310和密封座343和安裝支架342(圖12)的突緣345之間的氣密的密封。突緣345的展開的末端有助于引導(dǎo)密封系統(tǒng)340進(jìn)入密封座343內(nèi)。與擋板25b和端帽350組合形成的密封，引導(dǎo)空氣流動(dòng)通過(guò)吸附元件310，且在正常的條件下，在空氣首先已通過(guò)碳元件330之前，阻止不要求能級(jí)的空氣通過(guò)安裝支架342而進(jìn)入到共鳴器23。使空氣沿從入口12b到出口14b的方向流動(dòng)，擋板25b在安裝支架342的下游并介于外殼11b的側(cè)壁的內(nèi)表面和共鳴器23之間形成一密封。各帽350、擋板25b和密封系統(tǒng)340要求所有空氣從過(guò)濾器元件15a流動(dòng)通過(guò)碳吸附元件330和安裝支架342，然后，繼續(xù)通過(guò)到過(guò)濾器組件出口14b。
密封系統(tǒng)340通常由一彈性的可壓縮的材料制成，例如，聚亞安酯。圖13所示的實(shí)施例示出一密封系統(tǒng)340，其具有最外尺寸減小的“臺(tái)階形”結(jié)構(gòu)，它改進(jìn)坐落和抵靠密封座343和安裝支架342的延伸突緣345的密封。密封系統(tǒng)340引導(dǎo)空氣從過(guò)濾器元件15a流動(dòng)通過(guò)碳元件330，然后進(jìn)入共鳴器23。
除了如上所述控制空氣流動(dòng)，通過(guò)與框架200的接合，具體來(lái)說(shuō)，與框架200(見圖5)的中心接合，端帽350提供結(jié)構(gòu)支承，以及吸附元件310的第二端330b與過(guò)濾器元件15a的錨固。末端352適于合作地插入到中心215的下凹部分并被下凹部分保持住。末端352在框架200內(nèi)的配裝，應(yīng)保持吸附元件310沿軸向與過(guò)濾器元件15a對(duì)齊，但也可使用外殼11b內(nèi)部?jī)?nèi)的其它的部件來(lái)將吸附元件310保持在要求的位置上。由框架200作用在末端352上的沿軸線方向的壓力，可操作地保持吸附元件310，使其抵靠在密封座343上與密封系統(tǒng)340密封地接合。
各個(gè)密封系統(tǒng)340和帽350可暫時(shí)地或永久地附連在碳元件330上。為了提供一永久的連接，密封系統(tǒng)340可連接到碳330上，例如，通過(guò)粘結(jié)劑，或通過(guò)直接地將密封系統(tǒng)340模制到碳330上。對(duì)于帽350的永久的連接，帽350可粘結(jié)地連接到碳330上。帽350可包括一環(huán)形的下凹，以便接納碳330的第二端330b的一部分。
吸附元件310起作化學(xué)去除部分和聲音抑制元件19b的一元件。吸附元件310與圖9和10的吸附元件300功能上的類似之處在于，它包括從流動(dòng)通過(guò)其間的空氣中或由此去除化學(xué)污染物的吸附材料。外殼11b的內(nèi)部和吸附元件310之間的體積可以用作為一共鳴器來(lái)抑制或衰減聲音。此外，吸附元件310的碳材料330直接地吸附聲音，因此，提供獨(dú)立的聲音衰減。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，吸附元件310構(gòu)造成衰減至少約700赫茲的頻率峰值，通常大于700赫茲。
吸附元件和吸附材料的其它的結(jié)構(gòu)也可具有化學(xué)去除質(zhì)量和聲音抑制質(zhì)量。此外，諸如過(guò)濾器元件15a的物理的或顆粒的過(guò)濾器元件可具有某些聲音抑制質(zhì)量。
過(guò)濾器組件的第三實(shí)施例一過(guò)濾器組件的第三實(shí)施例在圖21-23中示為過(guò)濾器組件10c。過(guò)濾器組件10c適于用于燃料電池操作的車輛中，例如，一乘客汽車，其使用一提供25KW總電力輸出的堆疊的PEM燃料電池。應(yīng)該理解的是，過(guò)濾器組件10c是特定為這種應(yīng)用設(shè)計(jì)的(即，以25KW運(yùn)行的車輛)，且用于其它應(yīng)用的過(guò)濾器組件可設(shè)計(jì)用于這些應(yīng)用中，其在尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)上不同，而不脫離過(guò)濾器組件10c的總體的特征。
過(guò)濾器組件10c包括一大致圓柱形外殼11c，如圖22所示，其形成有一入口12c和一出口14c。臟空氣通過(guò)入口12c進(jìn)入過(guò)濾器組件10c，干凈空氣通過(guò)出口14c退出。一物理的或顆粒的過(guò)濾器元件415定位在外殼11c內(nèi)。過(guò)濾器組件415通常在結(jié)構(gòu)上類似于第一實(shí)施例的過(guò)濾器組件10a的過(guò)濾器元件15a，類似之處在于，過(guò)濾器元件415具有圓柱形或螺旋形卷繞的槽形過(guò)濾介質(zhì)412，其提供直通的空氣流動(dòng)。包括一密封系統(tǒng)460的端框架420連接到過(guò)濾器元件415的一端，以提供一對(duì)外殼11c氣密的無(wú)泄漏的配裝。定位在過(guò)濾器元件415下游的是一吸附元件430。吸附元件430可以是上述的任何種吸附材料，但較佳地是由模制、壓縮模制，或擠出工藝制成的成形的吸附劑物品。過(guò)濾器元件415與圖10的過(guò)濾器元件15d的類似之處在于，吸附元件430定位在顆粒過(guò)濾介質(zhì)412和端框架420之間。一噪音抑制元件19c也設(shè)置在外殼11c內(nèi)。在該實(shí)施例中，噪音抑制元件19c具有一第一共鳴器421和一第二共鳴器422，它們將在下文中作詳細(xì)描述。
外殼11c可由能提供要求元件(例如，入口12c，出口14c)的任何材料制成。用于外殼11c的有用的材料的實(shí)例包括金屬或聚合物材料，例如，環(huán)氧、聚碳酸酯、聚乙烯以及諸如此類的材料。外殼11c具有至少兩個(gè)分離的部分，這樣，可獲得進(jìn)入到包含的過(guò)濾器元件415和其它元件。多個(gè)部分可通過(guò)卡鎖、夾具、皮帶，或其它合適的固定機(jī)構(gòu)固定在一起。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，入口12c也起作將多個(gè)部分保持在一起的一搭鎖的作用。外殼11c的外部包括一安裝支架31c，其類似于上述的支架31a、31b，以便相對(duì)于周圍的設(shè)備和結(jié)構(gòu)定位和固定過(guò)濾器組件10c。
過(guò)濾器組件10c與上述過(guò)濾器組件10a、10b不同之處在于，通過(guò)過(guò)濾器組件10c的噪音路徑不同于空氣流動(dòng)路徑。在各個(gè)過(guò)濾器組件10a、10b中，噪音所循的路徑與空氣流動(dòng)路徑相同但方向相反。即，噪音對(duì)著空氣傳播通過(guò)過(guò)濾器組件10a、10b。在該第三實(shí)施例中，噪音進(jìn)入過(guò)濾器組件10c通過(guò)出口14c，然后，前進(jìn)到噪音抑制元件19c并被衰減?？諝饬魍ㄟ^(guò)入口12c進(jìn)入過(guò)濾器組件10c，通過(guò)過(guò)濾器元件415、吸附元件430，并通過(guò)出口14c退出。與過(guò)濾器組件10a、10b不同，其中，空氣分別地通過(guò)噪音抑制元件19a、19b，但正常的空氣流動(dòng)路徑不通過(guò)噪音抑制元件19c。
再者，與上述的過(guò)濾器組件10a、10b不同，過(guò)濾器組件10c使用一種結(jié)構(gòu)，其中，過(guò)濾器元件415與噪音抑制元件19c一體地形成。術(shù)語(yǔ)“一體地”是指過(guò)濾器元件415基本上永久地附連在或其它方法連接到噪音抑制元件19c上，這樣，除了惡意的或破壞性的動(dòng)作之外，過(guò)濾器元件415不會(huì)從噪音抑制元件19c上拆開。在所示的實(shí)施例中，通過(guò)在噪音抑制元件19c周圍卷繞多層的過(guò)濾器介質(zhì)，構(gòu)造成過(guò)濾器元件415；噪音抑制元件19c起作過(guò)濾器元件415的內(nèi)芯。具體的制作過(guò)濾器元件415的細(xì)節(jié)在上述過(guò)濾器元件15a中已有描述，除了過(guò)濾器介質(zhì)卷繞在噪音抑制元件19c周圍之外。較佳地，吸附元件430也與過(guò)濾器元件415和噪音抑制元件19c形成為一體。應(yīng)該理解的是，在其它的設(shè)計(jì)中，任何的過(guò)濾器元件415、吸附元件430和噪音抑制元件19c可互相拆卸。
噪音抑制元件19c包括第一共鳴器421和第二共鳴器422(見圖23)。噪音通過(guò)出口14c(圖22)進(jìn)入到過(guò)濾器組件10c，并被第一共鳴器421和第二共鳴器422衰減。第一共鳴器421通常具有由帶有相當(dāng)小直徑的一細(xì)長(zhǎng)管限定的較小的體積。第二共鳴器422比第一共鳴器421具有較大的體積，并且環(huán)形地和徑向地定位在第一共鳴器421的周圍。第二共鳴器422具有一非平面或非平的第一端424，以及一相對(duì)的非平面或非平的第二端425。非平面或非平的第一端424、425最大程度地減小回音和較佳地衰減噪音。在第二共鳴器422的特定的實(shí)施例中，第一端424是上凸的，其中，它向內(nèi)彎向共鳴器422，而第二端425是下凹的，其中，它向外彎離共鳴器422。第一端422包括多個(gè)周向間隔的小孔454，以使聲波通過(guò)其間。即，諸小孔起作聲波進(jìn)入第二共鳴器422的入口。對(duì)于第一共鳴器421，一頸部451起作聲波進(jìn)入第一共鳴器421的入口。
由共鳴器421、422衰減的諸頻率取決于不同的尺寸，例如，占據(jù)的體積、長(zhǎng)度、直徑、頸部451的直徑、小孔的數(shù)量、端部424、425的曲率等。在該實(shí)施例中，第一共鳴器421構(gòu)造成比第二共鳴器422衰減更高的頻率。此外，第一共鳴器421衰減更寬范圍的頻率；即，第一共鳴器421具有比第二共鳴器422更寬的衰減范圍。
圖25用曲線圖方式示出過(guò)濾器組件10c的衰減的能級(jí)和頻率，其中，第一共鳴器421衰減約1000赫茲峰值頻率的聲音，而第二共鳴器422衰減約540赫茲峰值頻率的聲音。兩個(gè)共鳴器421、422的合成的聲音衰減，跨越一典型的雙螺桿壓縮機(jī)的基本的頻率范圍。當(dāng)將過(guò)濾器介質(zhì)卷繞在第二共鳴器422上，以制成過(guò)濾器元件415時(shí)，設(shè)計(jì)來(lái)共鳴或衰減一要求頻率的第一共鳴器421，也可起作用于安裝在心軸上的接納器。組合的共鳴器結(jié)構(gòu)19c起作為一顆粒過(guò)濾器介質(zhì)卷繞在其上的卷軸。
在所示的優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器組件10c，特別是外殼11c具有一約不大于500毫米的長(zhǎng)度，較佳地約不大于400毫米。此外，大致為圓柱形的過(guò)濾器組件10c具有一約不大于300毫米的直徑，較佳地約不大于260毫米。一較佳的一體的過(guò)濾器元件415、吸附元件430和噪音抑制元件19c的諸具體的特征示于圖24中。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，過(guò)濾器組件10c，以及諸如過(guò)濾器元件415、吸附元件430，以及噪音抑制元件19c的變化的尺寸，通常取決于使用過(guò)濾器組件的系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)濾器組件10c所分配占據(jù)的體積。
在過(guò)濾器組件10c所設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器元件415具有約不大于240毫米的長(zhǎng)度“F”(“F主長(zhǎng)”)，較佳地不大于約200毫米。在優(yōu)選的實(shí)施例中，“F”不大于約191毫米。在此距離中，不大于約50毫米，較佳地不大于約20毫米，被吸附元件430占據(jù)為尺寸“C”。在優(yōu)選的實(shí)施例中，“C”不大于約6.2毫米。折裥的過(guò)濾器介質(zhì)412，在“FM”量測(cè)的，占據(jù)不大于約200毫米，較佳地不大于約180毫米。在優(yōu)選的實(shí)施例中，“FM”不大于約150毫米。由過(guò)濾器元件415占據(jù)的直徑“DF”通常不大于約290毫米，較佳地不大于約270毫米。在優(yōu)選的實(shí)施例中，過(guò)濾器元件415具有約230毫米的直徑“DF”。
對(duì)于獲得圖25的所要求的聲音抑制特性，噪音抑制元件19a占據(jù)外殼11c內(nèi)的組合的過(guò)濾器元件415、吸附元件430，以及噪音抑制元件19c的大部分直徑。在如圖21至24所示的實(shí)施例中，噪音抑制元件19a包括第一共鳴器421和第二共鳴器422。第一共鳴器421在頸部451處具有約23毫米的直徑“DR1”，而第二共鳴器422具有約267毫米的總長(zhǎng)“LR2”，第二共鳴器422的一部分延伸超過(guò)過(guò)濾器元件415；第二共鳴器422延伸距離“L”，超過(guò)過(guò)濾器元件415的密封系統(tǒng)460約37毫米。
如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，由第一共鳴器421和第二共鳴器422占據(jù)的特定的體積實(shí)現(xiàn)噪音抑制元件19c的聲音衰減特性。具體來(lái)說(shuō)，共鳴器421、422的長(zhǎng)度和直徑DR1和DR2是共鳴器所要求的聲音衰減特性的函數(shù)。
在組合的過(guò)濾器元件415、吸附元件430，以及噪音抑制元件19c的典型的特定實(shí)施例中，當(dāng)噪音抑制元件19c占據(jù)組合的過(guò)濾器元件415、吸附元件430，以及噪音抑制元件19c的直徑的50至90％時(shí)，由噪音抑制元件19c占據(jù)的過(guò)濾器單元10c的橫截面積約為25至81％，較佳地，噪音抑制元件19c的直徑約為總直徑的60至80％，其僅代表總橫截面面積的約36至64％。在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)噪音抑制元件19c具有約178毫米的直徑，而過(guò)濾器元件415具有約230毫米的直徑時(shí)，噪音抑制元件19c占據(jù)77％的直徑，但僅占60％的面積。
過(guò)濾器元件、吸附元件，以及噪音抑制元件的其它組合的結(jié)構(gòu)也可用于根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器組件中。應(yīng)該理解的是，噪音抑制元件可包括任何數(shù)量的共鳴器。再者，如上所述，過(guò)濾器元件、其外殼和/或吸附元件(例如，碳元件)可形成聲音的衰減。這些組合的結(jié)構(gòu)提供一單一的、可拆卸的和可更換的單元，該單元可去除顆粒的或物理的污染物，化學(xué)的污染物，并也提供聲音衰減或抑制。
在繼續(xù)討論過(guò)濾器組件的第四實(shí)施例之前，將描述圖1中的設(shè)備101的剩下的部件，包括燃料電池102。
燃料電池在圖1中，本發(fā)明的過(guò)濾器組件10與其一起操作的設(shè)備101包括燃料電池102。燃料電池是具有中間夾有電解液的兩個(gè)電極(一陽(yáng)極和一陰極)的裝置。已知的主要類型的燃料電池構(gòu)造在本說(shuō)明書的背景技術(shù)中已有描述。它們均具有如下扼要討論的諸特征，但在操作溫度和操作效率上有變化。氫燃料源導(dǎo)向陽(yáng)極，在那里，氫電子被釋放，留下帶正電荷的離子。自由電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極，在此過(guò)程中，提供一電流，其可用于外電路的電源。帶正電荷的離子通過(guò)燃料電池的電解液擴(kuò)散到陰極，在那里，離子與電子結(jié)合，與氧復(fù)合形成水，水是該過(guò)程的副產(chǎn)物。為了加快陰極的反應(yīng)，通常使用一催化劑。通常在燃料電池反應(yīng)中使用的催化劑的實(shí)例包括鎳、鉑、鈀、鈷、銫、釹，以及其它地球上稀有金屬。
質(zhì)子交換膜(PEM)型燃料電池由于其低溫操作，高功率密度，以及快速改變功率輸出以滿足功率變換要求的能力，所以是普遍用于車輛動(dòng)力的燃料電池的結(jié)構(gòu)。PEM燃料電池通常簡(jiǎn)單稱之為“低溫燃料電池”，因?yàn)槠涞偷牟僮鳒囟?，通常約為70至100℃，有時(shí)高達(dá)200℃。這里示出的優(yōu)選實(shí)施例中的燃料電池102較佳地是PEM型，低溫結(jié)構(gòu)。高溫燃料電池因其較高的操作溫度通常對(duì)化學(xué)污染物不敏感。然而，高溫燃料電池對(duì)顆粒污染物和某些形式的化學(xué)污染物敏感，因此，高溫燃料電池可從這里所述的過(guò)濾器裝置中得益。兩種類型的燃料電池，低溫和高溫，通常與噪音設(shè)備組合使用。
各種燃料電池可從市場(chǎng)上購(gòu)得，例如，加拿大的Vancouver市的Ballard PowerSystem，Inc.；康涅狄格州的International Fuel Cells；康涅狄格州Rocky Hill的Proton Energy Systems；馬薩諸塞州的American Fuel Cell Corp.；德國(guó)的埃爾蘭根市的西門子公司；德國(guó)的Smart Fuel Cell GmbH；密西根州的底特律市的General Motors；以及日本的Toyota Motor Corporation。
各具有一陽(yáng)極、陰極和電解液的單個(gè)的燃料電池構(gòu)造成“堆疊”，以提供所要求的外部功率數(shù)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的原理將有益于通常任何的燃料電池結(jié)構(gòu)。例如，一典型的乘客汽車?yán)靡划a(chǎn)生約200KW功率的燃料電池堆疊。諸如一乘客小汽車的較小的車輛利用一產(chǎn)生約1KW功率或不到的燃料電池堆疊。
在燃料電池技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的過(guò)濾器組件的原理將有益于通常的任何種燃料電池和任何種燃料電池結(jié)構(gòu)。
能被各種燃料電池接受的污染物水平的閾值取決于燃料電池的設(shè)計(jì)。例如，已知碳?xì)浠衔?甲烷和重質(zhì)的)、氨、二氧化硫、一氧化碳、硅樹脂，以及諸如此類的化合物，占據(jù)催化劑的空間并阻止這些場(chǎng)所的反應(yīng)。因此，這些污染物在其進(jìn)入到燃料電池的反應(yīng)性區(qū)域之前，需要加以清除。
能夠接受的污染物的精確的水平，以及污染物的類型，將根據(jù)所用催化劑、操作條件，以及催化過(guò)程效率的要求而變化。本發(fā)明的過(guò)濾器組件在空氣被使用于燃料電池之前，從大氣的空氣中去除污染物，并應(yīng)用于低溫和高溫操作的燃料電池組件中。
壓縮機(jī)和其它噪音發(fā)生設(shè)備如上所述，設(shè)備101通常還包括某些發(fā)出噪音(聲波)的空氣移動(dòng)設(shè)備或空氣處理機(jī)構(gòu)，例如，壓縮機(jī)、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)，或泵。該設(shè)備提供空氣(氧化劑)到燃料電池102。遺憾的是，諸如轉(zhuǎn)子、葉輪、瓣、翼片、活塞以及空氣移動(dòng)設(shè)備的其它各種零件，產(chǎn)生噪音或聲波。在許多例子中，產(chǎn)生的聲波的頻率范圍在3赫茲至30,000赫茲內(nèi)，有時(shí)高達(dá)50,000赫茲，在一米內(nèi)測(cè)量達(dá)85至135分貝的水平。盡管并不是所有從空氣移動(dòng)設(shè)備中發(fā)射出的噪音都是不可接受的，但本發(fā)明的各種組件針對(duì)與系統(tǒng)特別產(chǎn)生噪音的部分相關(guān)的噪音分布中最煩人的部分來(lái)減小其噪音。
一種與燃料電池102結(jié)合使用的通用型的壓縮機(jī)104是由瑞典的OpconAutorotor AB公司出品的“Lysholm”雙螺桿式壓縮機(jī)。這種類型的壓縮機(jī)通常具有約160至1100赫茲范圍的噪音輸出，并在一米內(nèi)高達(dá)135分貝的水平。另一通用的壓縮機(jī)是“Roots blower”壓縮機(jī)。其它普遍使用的壓縮機(jī)包括活塞式壓縮機(jī)、膜片式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)，以及軸流式壓縮機(jī)。每一種壓縮機(jī)具有一與其操作相關(guān)的噪聲或頻率分布。這種分布取決于壓縮機(jī)的類型，并可依賴于諸如輸入和輸出流量之類的變量。對(duì)于許多壓縮機(jī)，頻率分布包括一個(gè)以上的頻率峰值。
壓縮機(jī)可從市場(chǎng)上購(gòu)得，例如，加利福尼亞州的Camarillo的Paxton Products；威斯康星州的Kenosha的Pneumatic，Inc.；康涅狄格州的Newtown的StandardPneumatic Products，Inc.；科羅拉多州的Boulder的Vairex Corporation；加利福尼亞州的Torrance的Honeywell Engines&Systems。這些壓縮機(jī)通常具有大的空氣流量，通常約為10克/秒至400克/秒。
一種可用于燃料電池102的空氣移動(dòng)設(shè)備包括電氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器、壓縮機(jī)擴(kuò)展器等。
在力圖優(yōu)化燃料電池102的操作中，進(jìn)入燃料電池102的空氣可進(jìn)行加濕，通常接近其飽和點(diǎn)。要求高水平的濕度是為了將燃料電池102的電解膜變干及不能攜帶帶電荷的離子的任何可能性降到最小。這種加濕可發(fā)生在壓縮機(jī)104的上游，過(guò)濾器組件10的下游?；蛘?，較佳地可使這種加濕發(fā)生在壓縮機(jī)104的下游。較干的空氣更適合通過(guò)壓縮機(jī)104。
壓縮機(jī)放流裝置盡管諸如過(guò)濾器元件15a的過(guò)濾器元件存在于壓縮機(jī)104的上游，以便從進(jìn)入的空氣流中去除諸如顆粒和化學(xué)品之類的污染物，污染物質(zhì)可被系統(tǒng)本身，例如被壓縮機(jī)104引導(dǎo)到空氣流中。除了產(chǎn)生噪音，快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、葉輪、瓣、翼片或壓縮機(jī)104的活塞可舍棄出微小的顆粒，或者從縫隙或折縫或其它隱藏的角落中驅(qū)逐出來(lái)，或者從移動(dòng)部件的表面上出來(lái)。一種類型的污染物是鉬的顆粒，它們是由壓縮機(jī)內(nèi)部零件上的涂層造成的，在操作過(guò)程中，涂層不斷弱化或被破壞。壓縮機(jī)單元104還可以是流體污染物源，例如，從壓縮機(jī)或其密封中泄漏出來(lái)的油或油脂，并進(jìn)入到空氣供應(yīng)氣流中。如果允許進(jìn)入到燃料電池的堆疊中，則這樣的污染物可證明對(duì)于燃料電池102的有效的或高效的操作是非常損害或有害的。
一壓縮機(jī)放流裝置或排出裝置103用虛線示于圖1中。在某些過(guò)程中，在壓縮機(jī)104或其它空氣移動(dòng)設(shè)備的下游，可能要求或有利地包括一諸如裝置103的放流裝置，以便去除壓縮機(jī)產(chǎn)生的或從空氣供應(yīng)氣流中來(lái)的污染物，和/或進(jìn)一步從系統(tǒng)中抑制噪音。例如，裝置103可具有一特別的過(guò)濾器、一化學(xué)品過(guò)濾器、一聲音抑制器，或其任何的組合。裝置103的特定的結(jié)構(gòu)和布置可隨不同的燃料電池組件構(gòu)造明顯地改變，并取決于過(guò)濾器組件10的過(guò)濾器元件15對(duì)顆粒和化學(xué)去除所要求的效率，以及取決于對(duì)過(guò)濾器組件10的聲音抑制的要求。如上所述，某些壓縮機(jī)104本身可產(chǎn)生物理的、化學(xué)的，或兩種類型的污染物到在過(guò)濾器組件10的下游的空氣流中，這將需要由裝置103來(lái)進(jìn)行處理。此外，由于放流裝置103在系統(tǒng)中的位置(即，在壓縮機(jī)104的下游并緊密靠近燃料電池102)，過(guò)濾的類型和特性以及可被裝置103有效地使用的部件材料，可以顯著地不同于被過(guò)濾器元件15使用的材料。還有，裝置103可包括一增加通過(guò)其間的空氣的濕度的加濕器。此外，或者，裝置103可包括一疏水、浮動(dòng)截止閥、或其它的裝置來(lái)去除積累的多余的水。合適的閥的結(jié)構(gòu)的實(shí)例公開在美國(guó)專利Nos.6,009,898(Risch等人)和6,209,559(Risch等人)。
排出裝置103的一實(shí)施例在圖15和16中表示為排出裝置103a。排出裝置103a包括一限定一入口312a和一出口314a的外殼311a。來(lái)自壓縮機(jī)104的空氣通過(guò)入口312a進(jìn)入到排出裝置103a，并通過(guò)出口314a退出到燃料電池102。來(lái)自壓縮機(jī)104的空氣通常將處于升溫和升壓的狀態(tài)，例如，370°F至400°F，以及約3個(gè)大氣壓。因?yàn)檫@些條件，外殼311a最好是不銹鋼合金。例如，316SS或321SS。
圖15和16的實(shí)施例包括一聲音抑制元件319a。抑制元件319a包括一聲阻塞321a和一共鳴器322a；各聲阻塞321a和共鳴器322a分別定位在腔室331a、332a內(nèi)。腔室331a、332a由外殼311a和擋板335a形成。聲阻塞321a和共鳴器322a可設(shè)計(jì)成衰減一要求的峰值頻率或一頻率范圍。呈現(xiàn)在壓縮機(jī)104下游的聲音通常與交會(huì)壓縮機(jī)104上游的過(guò)濾器組件10的聲音相同，或至少類似，除了在下游的情形中，空氣流動(dòng)和被抑制的聲音均沿相同的方向流動(dòng)。有關(guān)聲音抑制元件和共鳴器的詳細(xì)信息已在上面提供。
排出裝置103的另一實(shí)施例在圖17至20中示為排出裝置103b。排出裝置103b類似于排出裝置103a，其類似之處在于，排出裝置103b包括一限定有一入口312b和一出口314b的外殼311b，使空氣通過(guò)入口312b進(jìn)入，通過(guò)出口314b退出。圖17至20的實(shí)施例還包括一含有共鳴器322b的聲音抑制元件319b。類似于排出裝置103a，排出裝置103b具有兩個(gè)聲音衰減腔室331b、332b，它們由外殼311b和分離擋板335b限定。
排出元件103b包括一過(guò)濾器元件315，其用來(lái)從通過(guò)排出元件103b的空氣中去除顆粒物質(zhì)、油和周圍的鹽。過(guò)濾器元件315能耐受出現(xiàn)在排出元件103b內(nèi)的高溫和壓力。過(guò)濾器元件315的一個(gè)實(shí)例包括安裝在兩個(gè)端帽315a、315b之間的折裥介質(zhì)的延伸部。較佳地，打孔的內(nèi)和外襯墊或套筒316a、316b分別定位在介質(zhì)附近，以提供對(duì)介質(zhì)的支承和保護(hù)；這樣的套筒或襯墊是眾所周知的。套筒，特別是外套筒，可附連到外殼311b上，這樣，當(dāng)過(guò)濾器元件315從排出組件130b中拆卸和更換時(shí)，過(guò)濾器元件315可滑入和滑出外套筒。
過(guò)濾器元件315的過(guò)濾器介質(zhì)應(yīng)能承受住壓縮機(jī)104下游的工況，即，升高的溫度和壓力，例如，370°F至400°F，以及約3個(gè)大氣壓，通常高水平的濕度或潮氣。過(guò)濾器元件315的有效的介質(zhì)實(shí)例包括一由芳族載體(諸如“高熔點(diǎn)芳族聚酰胺”材料)承載的聚四氟乙烯(PTFE)膜，其可從賓夕法尼亞州Feasterville的Tetratec Corporation購(gòu)得。還要求使用膨脹的PTFE膜，因其不允許鹽和諸如油之類的石油制品滲透通過(guò)其間。美國(guó)專利No.6,123,751(Nelson等人)介紹PTFE的諸多優(yōu)點(diǎn)。其它有用的介質(zhì)是玻璃纖維介質(zhì)。
過(guò)濾器元件315可呈多種物理的形狀，例如，卵形或長(zhǎng)圓形，類似于外殼311b的形狀，或者過(guò)濾器元件315可以是圓形的。也可使用平面的過(guò)濾器板。
端帽315a是一“閉合的端帽”，其中，它橫貫延伸并覆蓋過(guò)濾器介質(zhì)的端部，這樣，不能獲得通過(guò)端帽315a進(jìn)入到過(guò)濾器元件315的端部的流體流。端帽315a基本上是覆蓋在過(guò)濾器元件315的端部上的、能按照要求拆卸的一蓋子，例如，通過(guò)拆除諸如六角螺母317的連接機(jī)構(gòu)。一O形環(huán)364在端帽315a和過(guò)濾器介質(zhì)的外部之間提供氣密的密封，所述過(guò)濾器介質(zhì)可以是打孔的外套筒或襯墊。過(guò)濾器元件315可從外殼311b上拆卸和更換。
端帽315b是一“敞開的端帽”，即，敞開的端帽315b包括一開孔，較佳地位于中心。通常是過(guò)濾器元件315的一永久性部件的端帽315b坐落在座表面370上，具體來(lái)說(shuō)，坐在密封座或邊緣373上。一O形環(huán)374在邊緣373和端帽315b之間提供一氣密的密封。
上游過(guò)濾器組件-壓縮機(jī)-排出過(guò)濾器組件的組合本發(fā)明的一實(shí)施例的一實(shí)例，其組合與壓縮機(jī)流體連通的上游過(guò)濾器和下游排出過(guò)濾器組件，該實(shí)例示于圖26-28中的空氣移動(dòng)系統(tǒng)500中。空氣移動(dòng)系統(tǒng)500適用于燃料電池操作系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可用于遙控交通攝像頭或車輛雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)，它們使用一堆疊的PEM燃料電池，以提供通常約小于1KW的總功率輸出。這樣的低功率燃料電池應(yīng)用，較之上述的較大功率的應(yīng)用，要求顯著少的氧化劑(例如，空氣)量，因此，這些系統(tǒng)可利用小得多的壓縮機(jī)或其它的空氣移動(dòng)設(shè)備；這反過(guò)來(lái)又顯著地減小組件的過(guò)濾部分的總體尺寸要求。
空氣移動(dòng)系統(tǒng)500具有一提供干凈的過(guò)濾過(guò)的空氣到壓縮機(jī)504的上游過(guò)濾器組件501。一排出過(guò)濾器組件503位于壓縮機(jī)504的下游，以去除任何的污染物，它們可能是被壓縮機(jī)504引入到空氣流中的污染物，或者是在空氣流引入到燃料電池之前，還未被過(guò)濾器組件501去除的污染物。在該實(shí)施例中，壓縮機(jī)504是小體積的翼片式壓縮機(jī)，提供約0.1克/秒至0.15克/秒的空氣流量。壓縮機(jī)504的直徑約為5厘米。
參照?qǐng)D26和27，過(guò)濾器組件501具有一大致圓柱形外殼511，其具有一第一端511a和一相對(duì)的第二端511b，外殼限定一入口512和一出口514。外殼511的直徑類似于壓縮機(jī)504的直徑，約為5厘米。臟空氣通過(guò)入口512進(jìn)入過(guò)濾器組件501，干凈氣體通過(guò)出口514退出。入口512占據(jù)基本上與外殼511的橫截面面積相同的一面積。外殼511包括一支架523，其可用來(lái)按照要求安裝過(guò)濾器組件501。
一顆粒篩516橫貫入口512延伸，其去除大的顆粒和污染物，并保護(hù)下面將要描述的過(guò)濾介質(zhì)。篩516可去除樹葉、碎片、紙和其它大的污染物。定位在篩516下游的是顆粒過(guò)濾介質(zhì)518。介質(zhì)518可以是任何普通使用的、或合適的過(guò)濾介質(zhì)，諸如紙或纖維素、玻璃纖維、聚合物的平紋棉麻織物等。介質(zhì)518去除顆粒的污染物，通常約為0.01微米和以上。介質(zhì)518可包括一諸如一聚合物的毫微纖維的表面層或處理。一用于介質(zhì)518的較佳的表面層是混合有尼龍共聚物和防水添加劑的聚合物，美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.09/871,583對(duì)此已有描述，并且可以EON過(guò)濾介質(zhì)的商標(biāo)名從唐納森公司購(gòu)得。過(guò)濾介質(zhì)518橫貫整個(gè)入口512的范圍延伸，并較佳地形成一對(duì)外殼511無(wú)泄漏的配裝，這樣，通過(guò)入口512進(jìn)入的所有空氣必須通過(guò)介質(zhì)518。
定位在介質(zhì)518下游的是一吸附過(guò)濾元件520。吸附元件520可以是上述的任何種吸附材料，但在該實(shí)施例中，是粘結(jié)在一起的碳顆粒群。如上所述的模制的或擠出成形的碳材料可交替地用作吸附元件520。吸附元件520較佳地橫貫外殼511的整個(gè)橫截面延伸，以形成一無(wú)泄漏的配裝，這樣，通過(guò)外殼511的所有空氣必須通過(guò)吸附元件520。吸附元件520也可提供一定程度的聲音衰減。
吸附元件520的下游設(shè)置有一用于保持吸附元件520的篩522，平紋棉麻織物522阻止疏松的碳顆粒和其它的材料從元件520逃逸和通過(guò)而跑到壓縮機(jī)504中。在吸附元件520的下游和篩522的下游還有一篩526，其緊固地支承平紋棉麻織物522和吸附元件520，以及它與篩516之間的介質(zhì)518。
空氣通過(guò)入口512進(jìn)入，并通過(guò)篩516、過(guò)濾介質(zhì)518、吸附元件520、篩522和篩526，通過(guò)出口514退出。出口514呈現(xiàn)在一體積519中，該體積的尺寸和形狀適于接納壓縮機(jī)504的一部分，該部分具有壓縮機(jī)入口(未示出)。在所示的實(shí)施例中，外殼511包括一用作阻擋壓縮機(jī)504的臺(tái)肩或其它部件。壓縮機(jī)504可占據(jù)整個(gè)體積519，或體積519的一部分仍保持空置。體積519的任何空置部分可對(duì)從壓縮機(jī)504發(fā)出的聲波提供一定量的聲音的衰減。
外殼511較佳地與壓縮機(jī)504形成一無(wú)泄漏的密封，這樣，通過(guò)過(guò)濾器組件501和出口514的空氣，然后直接通入和通過(guò)壓縮機(jī)504，而未通過(guò)過(guò)濾器組件501的空氣不污染壓縮機(jī)504的內(nèi)部?？墒褂孟鹉z密封或任何類型的軟而可壓縮的密封?；蛘?，或額外地，可使用一咔噠配裝的密封。從壓縮機(jī)504的入口，空氣通過(guò)壓縮機(jī)504并通過(guò)出口504b退出。如上所述，通過(guò)壓縮機(jī)504的空氣流量約為0.1克/秒至0.15克/秒。對(duì)于這樣的流量，具有約5厘米直徑的過(guò)濾器組件501的尺寸是足夠的。
出口504b與排出過(guò)濾器組件503的入口直接流體連通地連接，圖28更為詳盡地示出上述情形。排出過(guò)濾器組件503去除諸如金屬顆?；驖?rùn)滑油霧之類的污染物，它們可由壓縮機(jī)504造成，或可通過(guò)壓縮機(jī)504的上游的過(guò)濾器組件501而未被去除。
排出過(guò)濾器組件503具有一大致圓柱形外殼531，其限定入口532和出口534。偏離外殼531的中心的入口532和出口534，各具有一明顯小于外殼531的直徑的直徑。來(lái)自壓縮機(jī)504的空氣通過(guò)入口532進(jìn)入排出過(guò)濾器組件503，干凈空氣通過(guò)出口534退出。外殼531包括一支架533，其可用來(lái)按照要求安裝排出過(guò)濾器組件503。
一篩536在入口532的下游，且較佳地延伸外殼531的直徑，篩536將顆粒去除材料540保持在其規(guī)定的體積內(nèi)。篩536通常不去除任何來(lái)自空氣流中的顆粒，因諸小孔通常足以大而允許氣流無(wú)阻擋地通過(guò)。顆粒以及可選擇的液體污染物陷落在去除的材料540中。去除材料540可以是任何合適的過(guò)濾介質(zhì)，或其它適于去除要求的污染物的材料。去除材料540橫貫外殼531的整個(gè)范圍延伸，并較佳地形成一對(duì)外殼531的無(wú)泄漏的配裝，這樣，通過(guò)入口532進(jìn)入的所有空氣必須通過(guò)材料540。
在如圖28所示的實(shí)施例中，去除材料540包括一第一深度的加載材料542和一第二深度的加載材料544。合適的深度加載材料的實(shí)例是玻璃纖維，其呈密編的纖維席墊的形式。材料542和材料544在編席的密度、纖維的尺寸、任何的添加劑和在纖維上的涂層，或其它特性上可互相有所不同。
定位在去除材料540下游的是一顆粒過(guò)濾介質(zhì)548。介質(zhì)548可以是任何普通使用或合適的過(guò)濾介質(zhì)，例如，紙、玻璃纖維、聚合物的平紋棉麻織物等。介質(zhì)548阻止疏松的纖維和或其它的材料從去除材料540中逃逸和通過(guò)而跑到定位在組件500下游的燃料電池中。一較佳的介質(zhì)548包括混合有尼龍共聚物和防水添加劑的聚合物，美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.09/871,583對(duì)此已有描述，并且可以EON過(guò)濾介質(zhì)的商標(biāo)名從唐納森公司購(gòu)得。在介質(zhì)548的下游還有篩546，它對(duì)介質(zhì)548提供支承?？諝饨?jīng)過(guò)去除材料540和介質(zhì)548而通過(guò)排出過(guò)濾器組件503，通過(guò)出口534退出，并前進(jìn)到燃料電池的下游。
然而，應(yīng)該理解的是，即使在上述的描述中陳述了許多本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能上的諸多細(xì)節(jié)，但這樣的描述僅是說(shuō)明性的，并不意圖以附后的權(quán)利要求書之外的任何的方式來(lái)限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明并不局限于所述的實(shí)施例，或用于任何特定類型的燃料電池，或使用本文所述的特定的部件、結(jié)構(gòu)或材料。本發(fā)明涵蓋落入附后的權(quán)利要求書的廣義范圍內(nèi)的所有變化的改型和變體。
權(quán)利要求
1.一過(guò)濾器組件，包括(a)一外殼，其具有一入口和一出口，入口構(gòu)造成接收臟空氣到過(guò)濾器組件，而出口構(gòu)造成從過(guò)濾器組件提供干凈空氣；(b)一在外殼內(nèi)的過(guò)濾器元件，過(guò)濾器元件包括一個(gè)構(gòu)造和布置成從臟空氣中去除顆粒污染物的顆粒過(guò)濾器部分；以及(c)一在外殼內(nèi)的聲音抑制元件，聲音抑制元件構(gòu)造和布置成對(duì)通過(guò)過(guò)濾器組件的聲音提供在一米內(nèi)的至少6分貝的寬頻帶的聲音衰減。
2.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，過(guò)濾器元件還包括一布置來(lái)從臟空氣中去除化學(xué)污染物的化學(xué)過(guò)濾器部分。
3.如權(quán)利要求2所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，化學(xué)過(guò)濾器部分包括一吸附材料。
4.如權(quán)利要求3所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，吸附材料從包括下列物質(zhì)的組群中選擇活性碳、浸漬碳、活性碳纖維、離子交換樹脂、離子交換纖維、氧化鋁、活性氧化鋁、分子篩，以及硅石。
5.如權(quán)利要求4所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，吸附材料具有一堿性表面，并構(gòu)造和布置成去除酸性污染物，酸性污染物至少是下列物質(zhì)中的一個(gè)硫氧化物、氮氧化物、硫化氫、氯化氫，以及揮發(fā)的有機(jī)酸和非揮發(fā)的有機(jī)酸。
6.如權(quán)利要求4所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，吸附材料具有一酸性表面，并構(gòu)造和布置成去除堿性污染物，堿性污染物至少是下列物質(zhì)中的一個(gè)氨、胺、氨基化合物、氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀、揮發(fā)的有機(jī)堿和不揮發(fā)的有機(jī)堿。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，顆粒過(guò)濾器部分定位在徑向地靠近聲音抑制元件。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，顆粒過(guò)濾器部分構(gòu)造成提供直通的流動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，聲音抑制元件包括一共鳴器。
10.如權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，聲音抑制元件至少局部地由所述外殼限定。
11.如權(quán)利要求1-10中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，聲音抑制元件構(gòu)造和布置成對(duì)通過(guò)過(guò)濾器組件的聲音衰減至少達(dá)10分貝。
12.如權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，聲音抑制元件在高達(dá)約1350赫茲的頻率范圍內(nèi)，衰減聲音至少達(dá)6分貝。
13.一發(fā)電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)一燃料電池組件，其具有一氧化劑入口端口和一燃料入口端口，并構(gòu)造成從分別進(jìn)入氧化劑入口端口和燃料入口端口的一氧化劑和一燃料中產(chǎn)生電能；(b)一根據(jù)權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)所述的過(guò)濾器組件，該過(guò)濾器組件構(gòu)造成提供干凈空氣到燃料電池組件的氧化劑入口端口。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一空氣壓縮機(jī)。
15.如權(quán)利要求14所述的過(guò)濾器組件，其特征在于，空氣壓縮機(jī)是一雙螺桿壓縮機(jī)。
16.如權(quán)利要求14-15中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一壓縮機(jī)放流過(guò)濾器組件，其包括(a)一外殼，其具有一入口和一出口，入口構(gòu)造成接收來(lái)自壓縮機(jī)的空氣；以及(b)一在外殼內(nèi)的過(guò)濾器部分，并與入口流體連通，過(guò)濾器部分構(gòu)造和布置成從來(lái)自壓縮機(jī)的空氣中去除污染物。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)放流過(guò)濾器組件還包括一在外殼內(nèi)的聲音抑制元件，聲音抑制元件構(gòu)造和布置成提供在一米內(nèi)至少6分貝的寬頻帶的聲音衰減。
18.如權(quán)利要求16-17中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)放流過(guò)濾器組件的過(guò)濾器部分包括聚四氟乙烯。
全文摘要
一種用于燃料電池的過(guò)濾器組件，其用來(lái)從進(jìn)入的臟空氣流中去除顆粒污染物和化學(xué)污染物。過(guò)濾器組件還包括一聲音抑制元件，其減小從諸如壓縮機(jī)之類的任何設(shè)備中發(fā)出的聲波或噪音。過(guò)濾器組件可包括一去除物理的或顆粒的污染物的顆粒過(guò)濾器部分，一去除化學(xué)污染物的化學(xué)過(guò)濾器部分，或者可兩者兼而有之。
文檔編號(hào)B01D46/42GK1646802SQ02808145
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者E·斯特納森, W·M·內(nèi)曼, R·T·卡內(nèi)帕 申請(qǐng)人:唐納森公司