用于燃料电池车辆的空气过滤器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月22日提交的韩国专利申请第10-2016-0020513号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本发明的示例性实施方式涉及一种用于燃料电池车辆的空气过滤器；更具体地，涉及一种用于燃料电池车辆的空气净化过滤器，其可以通过提升化学物容积和灰尘容积来增加车辆的行驶距离。

背景技术：

通常，提到机动车空气供应系统的结构，装配有分别作为单独的独立部件的消声器和空气净化器2，如附图1和2所示，其中消声器用于减少在进气时可能产生的噪声，空气净化器2用于从进来的空气中去除细小的灰尘颗粒。

近来，已经进行了许多关于燃料电池车辆的研究。燃料电池是通过电池中的化学反应将燃料的化学能直接转换成电能的装置，其中通过燃料中的氢和空气中的氧之间的电化学反应直接产生电流。

因此，对于用于燃料电池车辆的空气过滤器而言重要的是，在将细小的灰尘颗粒和化学污染物，例如二氧化硫(so2)、甲苯和丁烷滤出的状态下将空气供应到燃料电池堆中。

通常，为了有效地过滤掉这些污染物，一种由无纺布结构制成的空气过滤器12被大量的生产和使用，其结构如附图3所示。

常规的空气过滤器12包括，主要用于过滤空气中的灰尘颗粒的第一过滤层14，用于保持空气中的化学物质的气体吸附层16，用于二次过滤空气中的灰尘颗粒的第二过滤层18，以及用于三级过滤空气中的物质以并且用于维持空气过滤器的物理形状的覆盖层20。

对于上述结构的常规空气过滤器12，由于用于制造空气过滤器12的无纺布材料需要进口，因此材料成本较高。

此外，在空气过滤器12弯曲的情况下，存在的问题是，由于构成碳层16的碳的分离，导致其气体保持效率降低同时化学物保持能力和灰尘保持能力变弱，从而使机动车的实际行驶距离变短。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而提出的。

本发明的一个目标是通过提升化学物保持能力以及灰尘保持能力来增加燃料电池车辆的行驶距离。

本发明的其它目标和优势可通过以下描述被理解，并且参考本发明的实施方式将变得显而易见。此外，对于本发明所属领域的技术人员而言显而易见的是，本发明的目标和优势可以通过所要求保护的装置及其组合来实现。

为实现上述目标，本发明的一个方面提供了一种用于燃料电池车辆的空气过滤器，其包括：

在双层灰尘保持结构中形成的第一过滤层；

由无定形活性炭形成的气体吸附层；

由于纤维粘合而在其中形成有无定形孔的第二过滤层；和

用于保持空气过滤器的物理形状的覆盖层。

另外，本发明的另一方面提供了一种制造用于燃料电池车辆的空气过滤器的方法，其包括以下步骤：

通过使用干法成网无纺工艺制造第一过滤层，其双层灰尘保持结构中形成；

通过使用散射工艺制造气体吸附层，其由无定形活性炭组成；

通过使用熔喷工艺制造第二过滤层，其由于纤维粘合而在其中形成有无定形孔；和

通过使用纺粘工艺制造覆盖层，其用于保持空气过滤器的物理形状。

此外，本发明的另一方面提供了一种操作用于燃料电池车辆的空气过滤器的方法，包括以下步骤：

在双层灰尘保持结构中形成的第一过滤层中除去从外部引入的空气中所含的主要的灰尘颗粒；

在由无定形活性炭形成的气体吸附层中吸附未在第一过滤层中除去的气体；以及

在其中形成有无定形孔的第二过滤层中除去穿过气体吸附层的空气中的细小灰尘颗粒。

附图说明

图1是典型的空气净化器系统的示意图。

图2是示出用于燃料电池车辆的常规空气净化器组件的示意图。

图3是示出用于燃料电池车辆的常规空气过滤器的层的截面结构的示意图

图4是示出根据本发明的用于燃料电池车辆的空气过滤器的层的截面结构的x线断层照片和示意图。

图5是根据本发明的第二过滤层的x线断层照片。

图6是根据本发明的气体吸附层的x线断层照片。

具体实施方式

在说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被理解为它们的普通或字典含义。基于发明人为了以最佳方式描述他/她的发明可以定义术语的适当概念的原则，所述术语应当被理解为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，本说明书中描述的实施方式和附图中所示的结构仅仅是本发明的一个优选实施方式，并且不涵盖本发明的所有技术思想。因此，应当理解的是，可以在提交本申请时可以进行各种改变和修改。此外，可以省略本领域中公知的对功能和结构的详细描述，以避免不必要地模糊本发明的要点。下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。

应当注意的是，可以对本发明的实施方式进行各种修改，并且本发明的范围不应被解释为局限于下面详细描述的实施方式。给出本实施方式是为了向本领域普通技术人员更充分地解释本发明。因此，为了强调更清楚的说明，在附图中部件的形状等可能被夸大。还应注意的是，在所有附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。

附图4示出了根据本发明的用于燃料电池车辆的空气过滤器的层的截面结构的x线断层照片和示意图；附图5示出了根据本发明的第二过滤层的x线断层照片；附图6使出了根据本发明的气体吸附层的x线断层照片。

根据本发明的一个优选的实施方式的空气过滤器，包括第一过滤层30和32，其在双层灰尘保持结构中形成，以除去灰尘；气体吸附层34，其由无定形活性炭形成，以吸附从外部吸入的空气中的气体，诸如二氧化硫(so2)、甲苯和丁烷；第二过滤层38，其通过由于纤维粘合在其中形成的无定形孔来除去灰尘颗粒；以及覆盖层40，其材料可以是聚丙烯，其中所述层按顺序堆叠。从外部吸入的空气首先穿过第一过滤层30和32。

覆盖层40可以通过使用纺粘工艺制造，其中覆盖层辅助第二过滤层38除去灰尘颗粒并且起到保持空气过滤器的物理形状的作用。

第一过滤层30和32可以通过使用干法成网无纺工艺制造，其中第一过滤层以如下方式制造：具有第一直径范围和第二直径范围的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的短纤维形成上层和下层。

第一过滤层30和32的下层32由直径为5至20μm的纤维形成，在其中形成有直径为0.5至20μm的无定形孔，同时第一过滤层30和32的上层30由直径为20至150μm的纤维形成，在其中形成有直径为20至200μm的无定形孔。

第一过滤层30和32的厚度以以下方式形式：上层30的厚度与下层32的厚度的比为9∶1，并且将上层30和下层32粘合从而相互物理接触。

气体吸附层34通过散射工艺制造，其中气体吸附层以碳作为主要材料制成。

气体吸附层34包括附着在所述碳的顶部和底部的聚烯烃材料的粘合剂36。换句话说，每个粘合剂36在气体吸附层34与第二过滤层38之间以及在气体吸附层34与第一过滤层的上层30之间以蛛网的形式形成，使得碳颗粒的结合力变强，从而提高对于流入气体吸附层34的气体的吸附速率。

第二过滤层38可以通过熔喷工艺制造，其中第二过滤层由聚丙烯材料的长纤维形成。

长纤维的直径可以为5至150μm，因此，可以形成直径为10至100μm的无定形孔。

由聚对苯二甲酸乙二醇酯材料形成的第一过滤层30和32由al508组合物制成，同时聚丙烯材料的第二过滤层38由al508组合物和tac2000组合物制成，所述tac2000组合物为本发明提出的新材料。

如上所述构造的第一过滤层30和32以及第二过滤层38的物理性质如下：

第一过滤层30和32的总重量为710g/m²，木炭总重量为500g/m²，第一过滤层的厚度为2.1至2.6mm，第一过滤层的透气度满足20至45cc/cm²/sec之间的值。

第二过滤层38的总重量为810g/m²；木炭总重量为500g/m²，第二过滤层的厚度为3.5至4.2mm，第二过滤层的透气度满足15至30cc/cm²/sec之间的值。

根据本发明的通过堆叠上述材料层形成的空气过滤器通过以下步骤过滤从外部进入的空气：

通过在双层灰尘保持结构中形成的第一过滤层30和32，除去从外部引入的空气中包含的主要的灰尘颗粒；

在由无定形活性炭形成的气体吸附层34中吸附未在第一过滤层30和32中除去的气体；和

在其中形成有无定形孔的第二过滤层38中除去穿过气体吸附层34的空气中的细小的灰尘颗粒。

在除了层堆叠结构和构成过滤器的组合物之外、根据本发明的空气过滤器具有与图3所示常规的空气过滤器相同的规格的情况下，常规的空气过滤器和本发明的空气过滤器的性能之间的比较如下：

根据本发明的由两层构成的第一过滤层30和32的灰尘保持能力比由单层构成的常规第一过滤层14提高了60％或更多。另外，由于本发明的气体吸附层34包括粘合剂36，因此当弯曲空气过滤器时能够防止碳的分离，从而与常规的气体吸附层16相比，本发明的气体吸附层能够多吸附4.5％或更多的气体。

此外，根据本发明的由tac-2000材料构成的第二过滤层38可以确保99％甚至更高的细小灰尘保持能力，因此与常规的空气过滤器12相比，可以通过高效的灰尘保持能力来增加机动车辆的行驶距离。

根据本发明，存在化学物保持能力和灰尘保持能力都增加的有利效果，从而增加了机动车辆的行驶距离。

另外，本发明还具有如下有利效果：由于具有防止气体吸附层中的碳分离的结构，可以防止当弯曲空气净化过滤器时碳的分离，从而提高气体吸附效率。

此外，本发明还具有如下有利效果：通过使用于制造空气过滤器的材料本地化实现了成本的节约。

如上所述，根据本发明的用于燃料电池车辆的空气过滤器的实施方式仅仅是说明性的，本领域的普通技术人员将理解的是，可以对其进行各种修改，并且可以由其衍生出等同的其它实施方式。

虽然已经对具体的实施方式而言描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

因此，将很好地理解，本发明不仅限于在上面的详细描述中提及的构造。因此，本发明的真正技术保护范围应当由所附权利要求的技术精神限定。此外，还应当理解的是，本发明涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替代。