KR101985023B1 - Air supply device using compressed stored hydrogen and air supply system including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리대(52)에 의해 분리되는 수소 챔버(53) 및 공기 챔버(54)를 포함하는 실린더(51); 상기 분리대(52)에 상대적으로 이송가능한 피스톤(59); 실린더의 수소 챔버(53)에 수소를 공급하는 수소 흡입부(55); 수소 챔버(53)내의 수소를 배출하는 수소 배출부(56); 상기 공기 챔버(54)에 공기를 공급하는 공기 흡입부(57); 및 상기 공기 챔버(54)내의 공기를 배출하는 공기 배출부(58)를 포함하는 압축공기 장치이다.The present invention comprises a cylinder (51) including a hydrogen chamber (53) and an air chamber (54) separated by a separator (52); A piston (59) relatively transferable to the separator (52); A hydrogen suction portion 55 for supplying hydrogen to the hydrogen chamber 53 of the cylinder; A hydrogen discharge portion 56 for discharging hydrogen in the hydrogen chamber 53; An air suction part (57) for supplying air to the air chamber (54); And an air discharge portion (58) for discharging the air in the air chamber (54).

Description

가압 저장된 수소를 활용한 공기 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 공급 시스템{AIR SUPPLY DEVICE USING COMPRESSED STORED HYDROGEN AND AIR SUPPLY SYSTEM INCLUDING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air supply system using hydrogen stored under pressure, and an air supply system including the same. 2. Description of the Related Art [0002]

본 발명은 공기 공급 장치에 관한 것으로, 특히 가압 저장된 수소를 활용한 압축 공기 공급 장치에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to an air supply apparatus, and more particularly to a compressed air supply apparatus using hydrogen stored under pressure.

최근 유가의 급격한 상승과 소비자들의 환경에 대한 관심이 커지면서 내연기관 자동차를 대체할 연료효율이 높고 친환경 에너지를 사용하는 자동차의 개발이 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족하기 위해 많은 자동차 회사들은 대체 에너지를 사용하는 자동차를 개발하고 있다. Recently, as the oil price has risen sharply and consumers are increasingly interested in the environment, it is required to develop an automobile which uses fuel efficiency and environmentally friendly energy to replace the internal combustion engine vehicle. To meet this demand, many automakers are developing cars that use alternative energy.

이러한 대체 에너지를 사용하는 자동차 중에서도 수소를 연료로 사용하고 연료의 화학 반응 후 부산물이 산소와 물뿐인 연료전지 자동차가 가장 실효적인 대안이라 여겨지고 있다. 이러한 연료전지 자동차는 전기의 힘을 이용하여 모터를 회전시켜 구동하는 일종의 전기 자동차이다.
Fuel cell vehicles, which use hydrogen as a fuel and only oxygen and water as a byproduct after the chemical reaction of fuel, are considered to be the most effective alternatives among automobiles using such alternative energy. Such a fuel cell vehicle is a kind of electric vehicle that rotates the motor by using the electric power.

도 1 및 도 2은 본 발명이 적용되는 연료전지시스템의 구성도이다.
1 and 2 are block diagrams of a fuel cell system to which the present invention is applied.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료 전지시스템은 크게 수소공급계(30), 공기공급계(20), 열 및 물 관리계(40), 배기계(17) 및 각종 밸브와 수소재순환블로워(9)를 제어하여 비상시에 안전동작을 하는 연료처리 구동부(Fuel processing driver)(7)를 포함한다.
1, the fuel cell system of the present invention mainly includes a hydrogen supply system 30, an air supply system 20, a thermal and water management system 40, an exhaust system 17 and various valves and hydrogen recirculation blowers And a fuel processing driver 7 for controlling safety operations in an emergency.

여기서 공기공급계(20)은 스택(10)에 수소와 반응할 공기를 공급한다.
Where the air supply system 20 supplies air to the stack 10 to react with hydrogen.

특히, 상기 공기공급계(20)는 공기 압축기(1) 및 상기 공기 압축기(1)와 직렬로 연결된 공기 가습기(2)로 구성되어, 상기 압축공기탱크(1)의 공기가 상기 공기 가습기(2)를 통과하여 상기 스택(10)으로 공급되도록 한다.
In particular, the air supply system 20 comprises an air compressor 1 and an air humidifier 2 connected in series with the air compressor 1, so that the air in the compressed air tank 1 is supplied to the air humidifier 2 To be supplied to the stack 10.

또한, 여기서 열 및 물 관리계(40)는 스택(10)에 공급되는 냉각수의 균형을 유지하고 상기 스택(10)의 열을 적절한 온도로 유지하는 역할을 한다.
Here, the thermal and water management system 40 serves to balance the cooling water supplied to the stack 10 and to maintain the heat of the stack 10 at an appropriate temperature.

보다 구체적으로 열 및 물 관리계(40)를 설명하면, 스택(10)으로부터 냉각수를 순환시키는 냉각수펌프(12)가 구비되고, 상기 냉각수펌프(12)로부터 오는 냉각수의 온도를 조절하는 온도조절기(13)가 구비된다. 나아가 냉각장치(14)가 상기 온도조절기(13)와 연결되어 냉각수를 냉각한다. 또한 3방향 밸브(15)가 상기 냉각장치(14) 또는 온도조절기(13)와 연결되어 스택(10)을 순환하는 냉각수의 온도에 따라 유로를 변경한다. 나아가 이온필터(16)가 상기 3방향 밸브(15)와 연결되고 스택(10)에 공급되는 냉각수의 이온을 제거한다.
A cooling water pump 12 for circulating cooling water from the stack 10 is provided and a temperature regulator 13 for regulating the temperature of the cooling water from the cooling water pump 12 is provided, . Further, the cooling device 14 is connected to the temperature controller 13 to cool the cooling water. Way valve 15 is connected to the cooling device 14 or the temperature regulator 13 to change the flow path according to the temperature of the cooling water circulating through the stack 10. [ Further, the ion filter 16 is connected to the three-way valve 15 and removes ions of the cooling water supplied to the stack 10.

한편, 수소공급계(30)는 상기 스택(10)에 수소를 공급한다.
On the other hand, the hydrogen supply system 30 supplies hydrogen to the stack 10.

수소공급계(30)는 수소를 저장하는 탱크인 수소실린더(3)에 감압장치(4)가 연결되어 고압으로 압축된 수소를 감압한다. 또한 상기 감압장치(4)에 수소차단밸브(5)가 연결되어 비상시 수소공급을 차단하도록 한다. 또한 상기 수소차단밸브(5)에 수소공급밸브(6)가 연결되어 스택(10)에 공급되는 수소의 압력을 가변 제어할 수 있도록 한다. 나아가 상기 수소공급밸브(6)에서 공급된 수소와 재순환된 수소를 섞어서 스택(10)에 공급하는 이젝터(8)를 구비한다. 또한 상기 스택(10)으로부터 배출되어 재순환하는 수소를 가습하는 수소 가습기(11)가 스택(10)에 연결되고, 상기 수소 가습기(11)에 연결되어 상기 이젝터(8)로 남은 여분의 연료를 재순환시키는 수소재순환블로워(9)를 구비한다.
The hydrogen supply system 30 is connected to the hydrogen cylinder 3, which is a tank for storing hydrogen, to decompress the hydrogen compressed at a high pressure. Further, a hydrogen shut-off valve 5 is connected to the decompression device 4 to interrupt hydrogen supply in an emergency. A hydrogen supply valve 6 is connected to the hydrogen shut-off valve 5 so that the pressure of hydrogen supplied to the stack 10 can be variably controlled. And an ejector 8 for mixing the hydrogen supplied from the hydrogen supply valve 6 and the recirculated hydrogen and supplying the mixed hydrogen to the stack 10. A hydrogen humidifier 11 is also connected to the stack 10 for humidifying recirculating hydrogen discharged from the stack 10 and connected to the hydrogen humidifier 11 to recirculate the excess fuel remaining in the ejector 8 And a hydrogen recirculation blower (9).

또한, 상기 수소공급밸브(6), 수소재순환블로워(9) 및 배기계(17)를 제어하고 비상시에 안전 동작을 하는 연료처리 구동부(7)를 포함한다.
And a fuel processing drive unit 7 for controlling the hydrogen supply valve 6, the hydrogen recirculation blower 9 and the exhaust system 17 and performing a safety operation in an emergency.

이러한 스택에 계속적인 공기를 공급하기 위한 공기 압축기(1)는 스택에서의 원활한 반응을 위하여 공기를 0.3bar 내외 혹은 가압시스템에서 0.6bar 내외로 가압하여 공급하며 전기 구동 모터에 연결된 임펠러를 이용하여 공기를 흡입/압축 후 스택으로 공급한다.
The air compressor (1) for supplying continuous air to the stack supplies air by 0.3 bar or pressurization system to about 0.6 bar for smooth reaction in the stack and supplies air by using an impeller connected to the electric driving motor To the stack after suction / compression.

도 3a 및 3b는 공기 압축기로 사용되는 일반적인 형태의 터보 블로워(200) 및 이의 구성요소인 임펠러(210)을 보여준다.
Figures 3a and 3b show a generic turbo blower 200 used as an air compressor and its components, the impeller 210.

이러한 공기 압축기는 임펠러를 비롯해 많은 구성 부품으로 인한 시스템 복잡화 및 비경제성을 야기하였고, 고속으로 회전하는 임펠러에서 질량 불균형과 회전 비대칭, 베어링의 영향 등으로 인해 큰 소음과 진동을 발생시켜 운전자의 소음진동(NVH, noise, vibration, harshness) 감성 품질의 저하를 초래하며 고전압을 사용하는 모터 적용으로 소모 전력 발생하고 압축기의 모터 스피드 조절을 위한 제어기가 필요한 문제점을 드러냈다. Such an air compressor causes complication and inefficiency of the system due to many components such as an impeller. In the impeller rotating at a high speed, a large noise and vibration are generated due to mass imbalance, rotational asymmetry, bearing effect, (NVH, noise, vibration, harshness), which causes deterioration of emotional quality, and shows a problem in that a controller for controlling the motor speed of a compressor is required to generate power by applying a motor using a high voltage.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 감압장치(4)에서 감압되기 전의 가압 저장된 수소를 활용한 새로운 유형의 압축 공기 공급 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a new type of compressed air supply device utilizing compressed hydrogen stored in the decompression device (4) before being depressurized.

본 발명은 분리대(52)에 의해 분리되는 수소 챔버(53) 및 공기 챔버(54)를 포함하는 실린더(51); 상기 분리대(52)에 상대적으로 이송가능한 피스톤(59); 실린더의 수소 챔버(53)에 수소를 공급하는 수소 흡입부(55); 수소 챔버(53)내의 수소를 배출하는 수소 배출부(56); 상기 공기 챔버(54)에 공기를 공급하는 공기 흡입부(57); 및 상기 공기 챔버(54)내의 공기를 배출하는 공기 배출부(58)를 포함하는 압축공기 장치이다.
The present invention comprises a cylinder (51) including a hydrogen chamber (53) and an air chamber (54) separated by a separator (52); A piston (59) relatively transferable to the separator (52); A hydrogen suction portion 55 for supplying hydrogen to the hydrogen chamber 53 of the cylinder; A hydrogen discharge portion 56 for discharging hydrogen in the hydrogen chamber 53; An air suction part (57) for supplying air to the air chamber (54); And an air discharge portion (58) for discharging the air in the air chamber (54).

또한, 본 발명의 수소 흡입부(55)에는 수소 공급 밸브(61)가 추가로 연결될 수 있다.
Further, a hydrogen supply valve 61 may be additionally connected to the hydrogen suction unit 55 of the present invention.

또한, 본 발명의 상기 피스톤(59)은 양쪽 표면(59a, 59b)를 구비하고 양쪽 표면(59a, 59b)는 스프링(60)에 의하여 연결되며 양쪽 표면(59a, 59b)는 분리대(52)에서 움직임이 멈추도록 되어 있다.
The piston 59 of the present invention has both surfaces 59a and 59b and both surfaces 59a and 59b are connected by a spring 60 and both surfaces 59a and 59b are separated from the separator 52 The movement is stopped.

또한, 본 발명의 공기 흡입부(57)에는 역류 방지 밸브(62)가 설치되어 있다.
Further, a backflow prevention valve 62 is provided in the air suction part 57 of the present invention.

또한, 본 발명의 공기 배출부(58)에는 립씰(63)이 설치되어 있다.
In addition, a lip seal 63 is provided on the air discharge portion 58 of the present invention.

또한, 본 발명의 압축공기장치의 공기 배출부(58)는 공기 저장 챔버(64)와 연결된다.In addition, the air outlet 58 of the compressed air device of the present invention is connected to the air storage chamber 64.

본 발명은 별도의 모터 및 임펠러를 사용하지 않고 압축된 수소 가스를 감압장치(4)에 의해 감압하기 전에 사용하는 것이므로 제품의 경량화와 공정의 단순화 및 에너지 효율면에서 유리하다.
The present invention is advantageous from the viewpoint of weight reduction of the product, simplification of the process, and energy efficiency since the compressed hydrogen gas is used before the pressure reduction by the decompression device 4 without using a separate motor and impeller.

또한, 모터 및 임펠러의 사용에 의한 소음 및 진동의 문제점이 없어 제품 자체의 안정성 및 환경에도 유리하다.
In addition, there is no problem of noise and vibration due to the use of the motor and the impeller, which is advantageous to the stability and environment of the product itself.

도 1은 본 발명이 적용되는 연료전지의 수소공급시스템을 나타내는 전체시스템 구성도.
도 2은 종래의 연료전지의 수소공급시스템을 나타내는 구체적인 블록도.
3a 및 도 3b는 일반적으로 사용되는 터보 블로워 및 그의 부속품인 임펠러(impeller)를 나타낸 종단면도 및 사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 압축공기장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 연료전지시스템의 작동 순서도이다.
도 7은 본 발명의 병렬식 압축공기장치의 일실시예이다.
도 8은 본 발명의 직렬식 압축공기장치의 일실시예이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is an overall system configuration diagram showing a hydrogen supply system of a fuel cell to which the present invention is applied. Fig.
2 is a specific block diagram showing a hydrogen supply system of a conventional fuel cell;
3a and 3b are longitudinal and perspective views, respectively, of a generally used turbo blower and an impeller which is an accessory thereto.
4 and 5 are block diagrams of a compressed air apparatus according to the present invention.
6 is an operational flowchart of the fuel cell system of the present invention.
Fig. 7 is an embodiment of the parallel compressed air apparatus of the present invention.
8 is an embodiment of the tandem compressed air apparatus of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 4 및 도 5는 본 발명의 장치구성도로서, 실린더(51)는 분리대(52)에 의하여 수소 챔버(53)와 공기 챔버(54)로 나누어진다.
Fig. 4 and Fig. 5 show a device configuration of the present invention. The cylinder 51 is divided into a hydrogen chamber 53 and an air chamber 54 by a separator 52. Fig.

수소 챔버(53)에는 수소 흡입부(55)와 수소 배출부(56)가 설치되어 있어 수소가 흡입 배출이 되며 공기 챔버(54)에도 공기 흡입부(57)와 공기 배출부(58)가 설치되어 있어 공기가 흡입 배출이 된다.
The hydrogen chamber 53 is provided with the hydrogen suction unit 55 and the hydrogen discharge unit 56 so that the hydrogen is sucked and discharged and the air suction unit 57 and the air discharge unit 58 are also installed in the air chamber 54 And air is sucked and discharged.

실린더(51) 내부에는 피스톤(59)이 설치되어 있으며, 피스톤 양쪽 끝단의 면(59a, 59b)은 스프링(60)에 의하여 연결되어 있다.
A piston 59 is provided inside the cylinder 51 and the surfaces 59a and 59b at both ends of the piston are connected by a spring 60. [

상기 피스톤(59)의 스프링(60)은 분리대(52)를 통과하여 지나가며, 피스톤의 양쪽 면(59a, 59b)는 분리대(52)에서 멈추도록 되어 있다.
The spring 60 of the piston 59 passes through the separator 52 and both surfaces 59a and 59b of the piston are stopped at the separator 52. [

이와 같이, 피스톤(59)의 양쪽 면(59a, 59b)이 분리대(52)에 멈추도록 되어 있어 수소 챔버(53)와 공기챔버(54)의 영역은 나누어진다.
As described above, both surfaces 59a and 59b of the piston 59 are made to stop on the separator 52, and the hydrogen chamber 53 and the region of the air chamber 54 are divided.

수소 흡입부(55)에는 수소 공급 밸브(61)가 설치되어 있어, 수소 공급 밸브(61)가 ON/OFF 제어 되어 고압의 수소가 수소 공급부로부터 실린더(51)로 공급된다.
The hydrogen intake valve 55 is provided with a hydrogen supply valve 61 so that the hydrogen supply valve 61 is turned on and off so that high pressure hydrogen is supplied from the hydrogen supply unit to the cylinder 51.

이러한 고압의 수소 공급부는 도 2의 감압장치(4)에 의해 감압되기 전의 수소 실린더로부터 공급받을 수 있다.
This high-pressure hydrogen supply portion can be supplied from the hydrogen cylinder before being depressurized by the decompression device 4 in Fig.

수소 공급 밸브(61)가 개방되면, 고압의 수소가 수소 챔버(53)로 공급되어 피스톤의 한쪽 면(59a)에 미는 힘을 제공하면 스프링(60)에 의해 연결된 피스톤의 나머지 면(59b)은 공기 챔버(54)의 공기를 압축하게 된다.
When the hydrogen supply valve 61 is opened, the high-pressure hydrogen is supplied to the hydrogen chamber 53 to provide a pushing force against one surface 59a of the piston, and the remaining surface 59b of the piston connected by the spring 60 The air in the air chamber 54 is compressed.

공기 챔버(54)의 공기 배출부(58)에는 립씰(62)이 설치되어 있어 공기 챔버(54)의 공기가 일정한 이상의 압력 (예를 들어 0.8 barg)에 도달시 공기가 공기 배출부(58)를 지나 공기 저장 챔버(64)로 이동된다.
A lip seal 62 is provided on the air discharge port 58 of the air chamber 54 so that air is discharged from the air discharge port 58 when the air in the air chamber 54 reaches a certain pressure (for example, 0.8 barg) To the air storage chamber (64).

공기 저장 챔버(64)는 압축 공기를 저장하며 압력 파동을 흡수하고 원활한 공기 공급을 위한 리저버로서 기능하며 스택(10)에 공기를 공급한다.
The air storage chamber 64 stores compressed air and functions as a reservoir for absorbing pressure waves and providing a smooth air supply and supplying air to the stack 10.

또한, 공기 흡입부(54)에는 역류방지밸브(62)가 설치되어 있어 공기 챔버(54)의 공기가 역류되는 것을 방지할 수 있으며, 이러한 밸브로는 체크 밸브를 사용할 수 있다.
The air suction portion 54 is provided with a check valve 62 to prevent the air in the air chamber 54 from flowing backward. A check valve can be used as the check valve.

수소 흡입부(55)로 부터 공급된 수소는 피스톤(59)을 밀고서는 수소 배출부(56)를 통하여 다시 연료 전지 시스템의 수소 공급 유로로 이송하게 된다.
The hydrogen supplied from the hydrogen suction unit 55 is fed to the hydrogen supply channel of the fuel cell system through the hydrogen discharge unit 56 after pushing the piston 59.

압축된 수소가 배출되면서 수소 챔버(53)의 압력이 낮아지면 공기 흡입부(54)로부터 공기가 공기 챔버(54)로 흡입되고, 다시 수소 공급 밸브(61)이 개방되면 위의 사이클을 다시 진행하게 되어 공기 챔버(54)의 공기를 압축하여 공기 배출부(58)로 배출된다.
When compressed hydrogen is discharged and the pressure in the hydrogen chamber 53 is lowered, the air is sucked into the air chamber 54 from the air suction unit 54. When the hydrogen supply valve 61 is opened again, the above cycle is repeated So that air in the air chamber 54 is compressed and discharged to the air discharge portion 58.

본 발명의 작동 순서도는 도 6와 같다.The operation flow chart of the present invention is shown in Fig.

연료전지 시스템의 작동이 시작(S1)되면, 연료전지시스템 제어부(S2)에 요구되는 공기 공급 유량을 체크하고 수소공급 밸브 제어기(S3)에 요구되는 공기 공급 유량 정보를 보낸다.
When the operation of the fuel cell system starts (S1), the air supply flow rate required by the fuel cell system control unit (S2) is checked and the air supply flow rate information requested to the hydrogen supply valve controller (S3) is sent.

요구 공기 유량(S4)이 과소하면 수소 공급 밸브를 고속으로 ON/OFF하도록 제어하며(S5), 요구되는 공기 공급 유량이 과대하면 수소 공급 밸브를 저속으로 ON/OFF 제어한다(S6).
If the required air flow rate S4 is too low, the hydrogen supply valve is controlled to be turned on / off at high speed (S5). If the required air supply flow rate is excessive, the hydrogen supply valve is controlled to be turned on / off at low speed (S6).

이와 같이 수소공급 밸브가 ON/OFF되면 본 발명의 공기 공급 장치의 수소 흡입부(55)를 통하여 압축된 수소가 공급되고 (S7), 압축된 수소는 피스톤(61)을 압축하여(S8) 공기 챔버(54)의 공기를 압축(S9)한다.
When the hydrogen supply valve is turned on / off as described above, compressed hydrogen is supplied through the hydrogen suction unit 55 of the air supply apparatus of the present invention (S7). The compressed hydrogen compresses the piston 61 (S8) The air in the chamber 54 is compressed (S9).

압축된 공기가 기준 압력에 도달하였는지를 검사하여(S10) 기준 압력에 도달하면 립씰(63)을 개방하고 압축된 공기는 공기 저장 챔버(64)를 경유(S13)하여 스택(S14)에 공급된다.
When the compressed air reaches the reference pressure (S10) and the reference pressure is reached, the lip seal 63 is opened and the compressed air is supplied to the stack S14 via the air storage chamber 64 (S13).

압축된 공기가 기준 압력에 도달하지 않은 경우 립씰(63)은 닫혀있는 상태로 피스톤이 팽창하며(S11) 공기가 흡입되고(S12) 수소가 공급되는(S7) 단계로 다시 이동한다.
When the compressed air does not reach the reference pressure, the lip seal 63 is closed and the piston expands (S11), the air is sucked (S12), and the hydrogen is again supplied (S7).

이와 같이 본 발명은 수소 공급 밸브(61)의 개폐에 따라 수소 공급이 이루어지고 고압의 수소는 피스톤에 힘을 가하고 피스톤은 스프링력에 의하여 왕복 운동이 이루어진다.
As described above, according to the present invention, hydrogen is supplied according to the opening and closing of the hydrogen supply valve 61, high-pressure hydrogen exerts a force on the piston, and the piston reciprocates by spring force.

상기, 수소 공급 밸브(61)는 연료전지시스템 제어부의 지령을 받는 수소공급밸브 제어기에 의해 제어되며 주요 제어 인자인 공기 공급 유량은 기존의 공기블로워 rpm 제어에서 수소공급밸브의 on/off 속도 제어에 의한 수소 공급 유량 제어로 변경되는 것이다.
The hydrogen supply valve 61 is controlled by a hydrogen supply valve controller commanded by the fuel cell system control unit and the air supply flow rate, which is a main control factor, is controlled by the on / off control of the hydrogen supply valve in the conventional air blower rpm control To the hydrogen supply flow rate control.

본 발명의 공기 압축 장치(100)은 도 7 및 도 8과 같이 동일 형태로 복수 개의 압축 장치로 구성 가능하다.
The air compression apparatus 100 of the present invention can be constituted by a plurality of compression apparatuses in the same form as shown in FIGS.

도 7의 공기압축 장치는 개별적인 수소 공급 라인 및 공기 압축 장치를 병렬식으로 구성하여 압축 공기를 각각의 공기 압축 장치의 수소 챔버로 공급하며, 개별 수소 공급 라인의 공급 압력은 동일하게 하고 압축 공기 출구측 압력도 동일하게 설정한다.
The air compressing device of Fig. 7 constitutes an individual hydrogen supply line and an air compressing device in parallel to supply compressed air to the hydrogen chamber of each air compressing device, the supply pressures of the individual hydrogen supply lines are the same, Side pressure is set to be the same.

또한, 본 발명의 공기 압축 장치는 도 8과 같이 공기 압축 장치(100)의 수소 배출부(56) 측의 가스를 이용하는 동일 형태 직렬형 다단 압축 장치로 구성도 가능하다.
The air compression apparatus of the present invention can also be configured as a multi-stage compression unit of the same type in series using the gas on the hydrogen discharge unit 56 side of the air compression apparatus 100 as shown in Fig.

하나의 수소 공급 라인(55)을 통하여 공급된 수소는 1단 공기압축장치를 통하여 압축 1단 압축 후 배출된 수소를 이용하여 2단 압축을 하는 것이다.
The hydrogen supplied through one hydrogen supply line 55 is subjected to two-stage compression using the hydrogen discharged after the compression one-stage compression through the one-stage air compression apparatus.

1단 및 2단의 압축된 공기의 압력은 공기 배출부(58)에 설치된 립씰(63)을 이용하여 동일하게 유지하는 것이다.
The pressure of the compressed air in the first and second stages is maintained in the same manner by using the lip seal 63 provided in the air discharge portion 58.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

51: 실린더 52: 분리대
53: 수소 챔버 54: 공기 챔버
55: 수소 흡입부 56: 수소 배출부
57: 공기 흡입부 58: 공기 배출부
59: 피스톤 60: 스프링
61: 수소 공급 밸브 62: 역류방지 밸브
63: 립씰 64: 공기 저장 챔버
100: 공기 공급 장치51: cylinder 52: separator
53: hydrogen chamber 54: air chamber
55: hydrogen suction part 56: hydrogen discharge part
57: air suction part 58: air discharge part
59: piston 60: spring
61: hydrogen supply valve 62: backflow prevention valve
63: lip seal 64: air storage chamber
100: air supply device

Claims (6)

분리대(52)에 의해 분리되는 수소 챔버(53) 및 공기 챔버(54)를 포함하는 실린더(51);
상기 분리대(52)에 상대적으로 이송가능한 피스톤(59);
실린더의 수소 챔버(53)에 수소를 공급하는 수소 흡입부(55);
수소 챔버(53)내의 수소를 배출하는 수소 배출부(56);
상기 공기 챔버(54)에 공기를 공급하는 공기 흡입부(57); 및
상기 공기 챔버(54)내의 공기를 배출하는 공기 배출부(58)를 포함하고,
상기 피스톤(59)의 양쪽 표면(59a, 59b)은 스프링(60)에 의하여 연결되어, 양쪽 표면(59a, 59b)은 분리대(52)에서 움직임이 멈추며,
상기 피스톤(59)은 상기 수소 흡입부(55)를 통해 공급되는 수소와 상기 스프링(60)의 탄성력에 의해 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 압축공기 장치.A cylinder 51 including a hydrogen chamber 53 and an air chamber 54 separated by a separator 52;
A piston (59) relatively transferable to the separator (52);
A hydrogen suction portion 55 for supplying hydrogen to the hydrogen chamber 53 of the cylinder;
A hydrogen discharge portion 56 for discharging hydrogen in the hydrogen chamber 53;
An air suction part (57) for supplying air to the air chamber (54); And
And an air discharge portion (58) for discharging the air in the air chamber (54)
Both surfaces 59a and 59b of the piston 59 are connected by a spring 60 so that both surfaces 59a and 59b stop moving in the separator 52,
Wherein the piston (59) reciprocates by the elastic force of the spring (60) and the hydrogen supplied through the hydrogen suction part (55). 청구항 제1항에 있어서,
수소 흡입부(55)에는 수소 공급 밸브(61)가 추가로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 압축공기 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that a hydrogen supply valve (61) is additionally connected to the hydrogen intake part (55). 삭제delete 청구항 제1항에 있어서,
상기 공기 흡입부(57)에는 역류 방지 밸브(62)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축공기장치.The method according to claim 1,
Wherein the air suction part (57) is provided with a check valve (62). 제1항에 있어서,
상기 공기 배출부(58)에는 립씰(63)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축공기 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that a lip seal (63) is provided on the air discharge portion (58). 연료전지의 공기공급시스템에 있어서,
압축공기 장치; 및
압축공기 장치에 연결된 공기 저장 챔버(64);를 포함하고,
압축공기 장치는,
분리대(52)에 의해 분리되는 수소 챔버(53) 및 공기 챔버(54)를 포함하는 실린더(51);
상기 분리대(52)에 상대적으로 이송가능한 피스톤(59);
실린더의 수소 챔버(53)에 수소를 공급하는 수소 흡입부(55);
수소 챔버(53)내의 수소를 배출하는 수소 배출부(56);
상기 공기 챔버(54)에 공기를 공급하는 공기 흡입부(57); 및
상기 공기 챔버(54)내의 공기를 배출하는 공기 배출부(58)를 포함하고,
상기 피스톤(59)의 양쪽 표면(59a, 59b)은 스프링(60)에 의하여 연결되어, 양쪽 표면(59a, 59b)은 분리대(52)에서 움직임이 멈추며,
상기 피스톤(59)은 상기 스프링(60)의 탄성력에 의해 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기공급시스템.In an air supply system for a fuel cell,
Compressed air equipment; And
An air storage chamber (64) connected to the compressed air device,
The compressed-
A cylinder 51 including a hydrogen chamber 53 and an air chamber 54 separated by a separator 52;
A piston (59) relatively transferable to the separator (52);
A hydrogen suction portion 55 for supplying hydrogen to the hydrogen chamber 53 of the cylinder;
A hydrogen discharge portion 56 for discharging hydrogen in the hydrogen chamber 53;
An air suction part (57) for supplying air to the air chamber (54); And
And an air discharge portion (58) for discharging the air in the air chamber (54)
Both surfaces 59a and 59b of the piston 59 are connected by a spring 60 so that both surfaces 59a and 59b stop moving in the separator 52,
Wherein the piston (59) reciprocates by an elastic force of the spring (60).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3852176A1 (en) * 2020-01-20 2021-07-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fuel cell system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105070928B (en) * 2015-07-08 2017-10-20 广东合即得能源科技有限公司 A kind of fuel cell oxygen system and method for supplying oxygen
CN106291387B (en) * 2016-09-28 2023-09-19 中国地质大学（武汉） Fuel cell stack heating test circuit and system
CN110718702A (en) * 2018-06-26 2020-01-21 国家电投集团氢能科技发展有限公司 Fuel cell system and hydrogen gas recirculation method for fuel cell system
CN110620249B (en) * 2018-12-24 2020-09-18 谷夫科技(上海)有限公司 Fuel cell power generation system
CN110459788B (en) * 2019-08-26 2024-03-22 苏州久安通氢能源科技有限公司 Hydrogen recovery device of fuel cell system
CN112682336B (en) * 2020-12-28 2022-06-14 北京理工大学 Centrifugal air compressor for fuel cell system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004342482A (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007165000A (en) * 2005-12-09 2007-06-28 Toyota Motor Corp Work gas pressurization system and fuel cell vehicle

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6609582B1 (en) * 1999-04-19 2003-08-26 Delphi Technologies, Inc. Power generation system and method
JP2005108813A (en) * 2003-09-12 2005-04-21 Sanyo Electric Co Ltd Reaction fluid supply device
CN1268024C (en) * 2004-06-03 2006-08-02 西安交通大学 Compressor-expander system of fuel battery
KR100590038B1 (en) * 2004-09-07 2006-06-14 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system and fuel supply apparatus
CN2729919Y (en) * 2004-10-22 2005-09-28 中国科学院大连化学物理研究所 Capacity transfer type gas differential pressure automatic regulator for fuel cell engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004342482A (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007165000A (en) * 2005-12-09 2007-06-28 Toyota Motor Corp Work gas pressurization system and fuel cell vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3852176A1 (en) * 2020-01-20 2021-07-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fuel cell system

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