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JP-2026515049-A - 周囲空気をろ過するための装置

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Abstract

本発明は、周囲空気をろ過するための装置（１００）に関し、この装置（１００）は、反応物を酸化剤と電気化学的に反応させるように設計された反応器（１１０）であって、電気化学反応による生成物として少なくとも１つの液体（２３０）が生成され得る、反応器（１１０）と、 第１の液体貯留部（２２０）を有するろ過システム（２００）とを含み、 第１のライン接続部（１７０）が反応器（１１０）と第１の液体貯留部（２２０）との間に形成され、第１のライン接続部（１７０）を介して、生成された液体（２３０）が反応器（１１０）から第１の液体貯留部（２２０）に流れることができ、 ろ過システム（２００）は、周囲空気を液体貯留部（２２０）内の生成された液体（２３０）と接触させ、これにより周囲空気の中の不純物をろ過して除去できるように設計され、 第２の接続ライン（１５０）が、ろ過システム（２００）と反応器（１１０）との間に形成され、第２の接続ライン（１５０）を介して、ろ過システム（２００）のろ過された周囲空気を電気化学反応のための酸化剤として反応器（１１０）に供給することができる。

Inventors

  • ハオスマン，フィリップ

Assignees

  • セルセントリック・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240508
Priority Date
20230511

Claims (13)

  1. 周囲空気をろ過するための装置（１００）であって、 反応物を酸化剤と電気化学的に反応させるように構成された反応器（１１０）であって、電気化学反応による生成物として少なくとも１つの液体（２３０）が生成され得る、前記反応器（１１０）と、 第１の液体貯留部（２２０）を有するろ過システム（２００）と、 を含むものであり、 第１のライン接続部（１７０）が、前記反応器（１１０）と前記第１の液体貯留部（２２０）との間に形成され、前記第１のライン接続部（１７０）を通して、前記生成された液体（２３０）が前記反応器（１１０）から前記第１の液体貯留部（２２０）に流れることができ、 前記ろ過システム（２００）が、前記周囲空気を前記液体貯留部（２２０）内の前記生成された液体（２３０）と接触させて、前記周囲空気の中の汚染物質をろ過して除去できるように構成され、 第２の接続ライン（１５０）が、前記ろ過システム（２００）と前記反応器（１１０）との間に形成され、前記電気化学反応のために、前記第２の接続ライン（１５０）を通して、前記ろ過システム（２００）のろ過された周囲空気を酸化剤として前記反応器（１１０）に供給することができる、前記装置（１００）。
  2. 前記ろ過システム（２００）は、前記液体（２３０）によるろ過の前に、前記周囲空気から前記周囲空気の中に含まれる液体または固体粒子を前記粒子の物理的特性に応じて分離し、前記粒子を前記液体（２３０）と接触させるように構成されているガス分離装置（２４０）を含む、請求項１に記載の装置（１００）。
  3. 前記ろ過システム（２００）に流入する前記周囲空気を加湿するように構成された加湿装置（２７０）を備える、請求項１または２に記載の装置（１００）。
  4. 前記第１の液体貯留部（２２０）を加熱するための加熱装置（２８０）を備える、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  5. 前記生成された液体（２３０）の所定量を前記反応器（１１０）から前記液体貯留部（２２０）に移送するための電気制御ポンプを備える、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  6. 前記第１の液体貯留部（２２０）は、閉鎖可能な開口部（２６０）を有し、前記閉鎖可能な開口部（２６０）を通って液体（２３０）が前記第１の液体貯留部から放出され得る、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  7. 前記閉鎖可能な開口部（２６０）は、連続的に開いた状態を有する、請求項６に記載の装置（１００）。
  8. 前記生成された液体（２３０）のための第２の液体貯留部を備える、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  9. 前記反応器（１１０）が配置されているハウジング（１２０）であって、第３の接続ラインによって前記ろ過システム（２００）に接続される前記ハウジング（１２０）と、 前記反応器（１１０）の前記ハウジング（１２０）からガスを吸引し、前記第３の接続ラインを介して前記ろ過システム（２００）にそのガスを供給するように構成されたガスポンプと、 を備える、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  10. 前記反応器（１１０）が少なくとも１つの燃料電池を備える、先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）。
  11. 先行請求項のいずれか１項に記載の装置（１００）を含む電気駆動システム。
  12. 自動車またはエネルギー供給システム用の非常用発電機を備える、請求項１１に記載の電気駆動システム。
  13. 周囲空気をろ過するための方法であって、 反応器（１１０）を介して反応物及び酸化剤を電気化学反応させること、ここで少なくとも１つの液体（２３０）が前記電気化学反応によって生成物として生成されるものであり、 ろ過システム（２００）の液体貯留部（２２０）に前記生成された液体（２３０）を供給すること、ここで前記ろ過システム（２００）によって前記周囲空気を前記生成された液体（２３０）と接触させて、前記周囲空気から汚染物質をろ過して除去するものであり、 電気化学反応のために、前記ろ過された周囲空気を前記反応器（１１０）に供給すること、 を含む、前記方法。

Description

本発明は、周囲空気をろ過するための装置、電気駆動システム、及び周囲空気をろ過するための方法に関する。 酸化剤及び燃料を用いた電気化学反応によって、電気エネルギーを発生させることができるエネルギー変換システムが知られている。これらのシステムは、燃料電池システムを含む。 燃料電池システムは、例えば、電動車両の電動モータを動作させるための電気エネルギーを発生させるために使用することができる。燃料電池システムは、横並びに配置された複数の燃料電池を有する燃料電池スタックを含み得る。燃料電池では、電解質層、特にプロトン伝導性高分子電解質膜が、２つの電極、カソードとアノードとの間に配置される。燃料電池では、電気エネルギーは、燃料と酸化剤、特に酸素との反応によって生成され得る。 酸化剤を提供するために、周囲空気が最初に燃料電池に供給され得る。所望の酸化剤に加えて、周囲空気は汚染物質または不純物を含んでいる。これらの汚染物質には、アンモニア、窒素酸化物、オゾン、硫黄酸化物、一酸化炭素、硫化水素などが含まれ得る。さらに、周囲空気は、細粉及び塩化ナトリウムなどの塩も含み得る。 これらの汚染物質は、燃料電池内の電気化学反応、ひいては燃料電池の動作に悪影響を及ぼすことがあり、燃料電池への損傷をもたらすこともある。 したがって、燃料電池システムは、燃料電池における電気化学反応を目的として使用される前に、周囲空気から有害な汚染物質をろ過して除去するように設計されたろ過システムを有することが重要である。 エアフィルタ、特に紙フィルタまたは活性炭フィルタを使用して、汚染された周囲空気から、例えば、微粒子状不純物及び他の不純物を除去することができる。これらのエアフィルタは、定期的に洗浄または交換する必要がある。これにより、追加の労力及び追加のコストが発生する。さらに、エアフィルタを交換するときに追加の材料が必要になることがある。 図は、実施形態による、燃料電池１１０とろ過システム２００とを有する燃料電池システム１００を概略的に示す。 燃料電池１１０は、ハウジング１２０内に配置されている。燃料電池１１０は、アノードチャンバ１３０及びカソードチャンバ１４０を含む。アノード（ここでは図示せず）はアノードチャンバ１３０内に配置され、カソード（ここでは図示せず）はカソードチャンバ１４０内に配置される。プロトン伝導性膜、特に高分子電解質膜（ここでは図示せず）が、アノードとカソードとの間に配置される。酸化剤は、酸化剤ライン１５０によってカソードチャンバに供給される。燃料は、燃料ライン１６０によってアノードチャンバ１３０に供給される。燃料電池１１０では、酸化剤と燃料との間で電気化学反応が起こり、電気エネルギーが、反応生成物として水と共に発生する。この水は、ろ過システム２００の制御されたポンプ（ここでは図示せず）により、給水ライン１７０により液体貯留部２２０に供給される。給水ラインは、耐食性材料、特にステンレス鋼で作られている。 ろ過システム２００は、液体貯留部２２０が配置されたろ過ハウジング２１０をさらに備える。周囲空気は、周囲空気ライン２５０によってろ過ハウジング２１０の開口部を通して供給される。この目的のために、適切な空気搬送装置（ここでは図示せず）が使用され得る。供給された周囲空気は、遠心分離器２４０によって予めろ過され、それによって、周囲空気の中の汚染物質、特に周囲空気のガス分子よりも重い塩粒子などの液体または固体粒子が水を有する液体貯留部２２０に供給される。そこで、これらの汚染物質は水に結合するか、または水中に溶解する。対応するガス流は、水面に向けるだけでなく、水２３０を通ることもでき、それによって残留する汚染物質から周囲空気を特に効果的に分離することができる。これらの汚染物質は、特にアンモニアまたは塩を含み得る。 汚染物質、特に酸素よりも軽いガス分子は、再び上昇し、酸化剤ライン１５０によって酸化剤としてカソードチャンバ１４０に供給される。 液体貯留部２２０は、さらに、水２３０を排出することができる閉鎖可能な開口部２６０を備える。このことは、周囲空気からの汚染物質が、より長い期間にわたって水２３０によってすでにろ過して除去され、結果として水２３０によって結合されており、水がこのように飽和している場合に有利であり得る。飽和水またはろ過水は、可能な限り、閉鎖可能な開口部２６０を通って液体貯留部２２０から排出され、不飽和水２３０で置き換えられ得る。 水２３０が連続的に置き換えられること、すなわち、液体貯留部２２０を通って連続的に流れることも可能である。 さらに、ろ過システム２００は、ろ過システム２００に供給される周囲空気に水滴を噴霧することができる噴霧装置２７０を含み得る。したがって、ろ過システム２００は噴霧装置２７０なしでも機能する。この目的に必要な水２３０は、給水ライン１７０を介して噴霧装置２８０に供給される。水溶性である物質は、水滴により結合され、その結果液体貯留部２２０に供給される。 さらに、ろ過システム２００は、必要に応じて液体貯留部２２０に熱を供給するために、図面の平面に対して液体貯留部２２０の下に配置された加熱装置２８０を備える。これは、水２３０が凍結するのを防ぐために、水２３０の氷点を下回る外部温度で特に有利である。同様に、加熱装置２８０は、例えば、燃料電池システムを有する車両が氷点下の温度でより長時間停車し、その結果として水２３０が凍結した場合、水２３０が解凍されることを可能にし得る。その結果、水２３０は、加熱装置２８０によって液体状態に保つことができるか、または液体状態にすることができ、それによってろ過システムによる周囲空気のろ過を確実にすることができる。 液体槽フィルタとも呼ばれるろ過システム２００において、供給された周囲空気は、水２３０によってろ過され、電気化学反応を使用して電気エネルギーを生成するために燃料電池１１０に供給される。水２３０はまた、この電気化学反応の生成物であり、その結果、本燃料電池システム１００は自己再生する。 少なくとも１つの例示的な実施形態が上記で説明されたが、それに対して多数の変形例が存在することが留意されよう。また、説明される例示的な実施形態は、非限定的な例を表すにすぎず、本明細書に説明される装置及び方法の範囲、適用可能性、または構成を限定することを意図しないことにも留意されたい。むしろ、前述の説明は、当業者に、少なくとも１つの例示的な実施形態を実施するためのガイダンスを提供することになり、例示的実施形態に記載の要素の動作及び配置には、添付の特許請求の範囲及びその法的同等物によって定義される主題の範囲を逸脱することなく、種々の変更を加えることができることは明らかである。