KR102631677B1 - A cooling system for hydrogen fuel cells - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 관한 것으로서, 특히 운전압력조절수단과 에어필터 사이에 공기바이패스수단을 형성하여 높은 압축 공기가 에어필터로 토출되도록 함으로써 이물질 제거를 통해 에어필터의 효율 향상을 이루는 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 관한 것이다. 구성은 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 있어서, 운전압력조절수단의 배기부와 에어필터 사이에 설치되어 배기부로부터 배출되는 압축 공기를 에어필터로 바이패스, 토출시켜 먼지를 제거하는 역할을 하기 위해 상기 배기부의 일측과 연결되어 개폐동작하며 하부에는 수분배출부가 형성되는 압축공기공급밸브와 에어필터의 일측으로 연결되어 압축 공기를 분사하는 노즐 및 상기 압축공기공급밸브와 노즐 사이에 형성되는 덕트 또는 공기 이동로를 포함하는 공기바이패스수단으로 이루어지며, 상기 압축공기공급밸브는 개방 동작시 배기부의 배기로를 폐쇄하도록 구성되고 폐쇄 동작시 배기부의 배기로를 개방하도록 구성되며, 상기 압축공기공급밸브는 압축공기공급을 위한 면적이 넓게 형성되고 덕트 또는 공기이동로는 면적이 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an air filter dust removal device for a hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles. In particular, an air bypass means is formed between the operating pressure control means and the air filter to discharge highly compressed air to the air filter to remove foreign substances. This relates to an air filter dust removal device for a hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles that improves the efficiency of the air filter. The configuration is an air filter dust removal device for a railway vehicle hydrogen fuel cell air supply system, which is installed between the exhaust part of the operating pressure control means and the air filter to bypass and discharge the compressed air discharged from the exhaust part to the air filter to remove dust. In order to remove air, a compressed air supply valve is connected to one side of the exhaust section and opens and closes, and a moisture discharge part is formed at the bottom, a nozzle that is connected to one side of the air filter and sprays compressed air, and the compressed air supply valve and nozzle. It consists of an air bypass means including a duct or air movement path formed between the compressed air supply valve and is configured to close the exhaust passage of the exhaust portion during an opening operation and to open the exhaust passage of the exhaust portion during a closing operation. , the compressed air supply valve is characterized in that the area for supplying compressed air is formed to be large, and the duct or air movement path is formed to have a narrow area.
Description
본 발명은 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 관한 것으로서, 특히 운전압력조절수단과 에어필터 사이에 공기바이패스수단을 형성하여 높은 압축 공기가 에어필터로 토출되도록 함으로써 이물질 제거를 통해 에어필터의 효율 향상을 이루는 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air filter dust removal device for a hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles. In particular, an air bypass means is formed between the operating pressure control means and the air filter to allow highly compressed air to be discharged to the air filter to remove foreign substances. This relates to an air filter dust removal device for the hydrogen fuel cell air supply system of railway vehicles that improves the efficiency of the air filter.
일반적으로 수소연료전지(hydrogen fuel cell)는 수소를 연료로 사용하여 전기 에너지를 만드는 장치로서, 연료 전지의 가장 기본적인 형태이다.In general, a hydrogen fuel cell is a device that creates electrical energy using hydrogen as fuel and is the most basic form of fuel cell.
예컨대, 수소연료전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 수소연료전지(100)의 일측으로 수소공급장치(미도시)로부터 수소가 공급되고, 타 일측으로는 수소연료전지에서 전기를 생성하기 위해 산소공급장치(미도시)로부터 산소가 공급되며, 각각 공급된 수소와 산소의 산화 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키게 된다.For example, in a hydrogen fuel cell, as shown in FIG. 1, hydrogen is supplied from a hydrogen supply device (not shown) to one side of the hydrogen fuel cell 100, and oxygen is supplied to the other side to generate electricity in the hydrogen fuel cell. Oxygen is supplied from a supply device (not shown), and chemical energy is converted into electrical energy using oxidation-reduction reactions of the supplied hydrogen and oxygen, respectively.
즉, 연료전지 스택의 양극인 애노드(Anode)측에는 수소가 공급되고, 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 음극인 캐소드(Cathode)로 이동한다. 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지가 발생한다.In other words, hydrogen is supplied to the anode, which is the positive electrode of the fuel cell stack, and an oxidation reaction of hydrogen proceeds at the anode to generate hydrogen ions (protons) and electrons (electrons). The hydrogen ions and electrons generated at this time are Each moves to the cathode, the negative electrode, through the electrolyte membrane and separator plate. At the cathode, water is generated through an electrochemical reaction involving hydrogen ions and electrons moved from the anode and oxygen in the air, and electrical energy is generated from the flow of these electrons.
이와 같이, 연료전지 스택에 필요한 공기는 외부에서 공기공급시스템 내의 에어필터를 통해 유입되고 공기압축기에 의해 동력을 얻어 스택으로 밀고 들어가 전력을 생산하게 된다. In this way, the air required for the fuel cell stack is introduced from the outside through an air filter in the air supply system, and is powered by an air compressor and pushed into the stack to produce power.
그러나, 종래의 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터는 사우디와 같은 모래먼지가 많은 환경에서 수소연료전지를 장시간 가동하게 되면 에어필터에 먼지 등의 이물질이 쌓여 저항이 발생하여 연료전지 스택으로의 공기 공급이 점차 원활하지 못하게 되어 효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, the air filter for the conventional railway vehicle hydrogen fuel cell air supply system is used in an environment with a lot of sand and dust such as Saudi Arabia. When the hydrogen fuel cell is operated for a long time, foreign substances such as dust accumulate in the air filter and generate resistance, which causes the fuel cell stack to be blocked. There is a problem in that the air supply gradually becomes less smooth, resulting in lower efficiency.
또, 에어필터의 효율이 떨어지게 되면 에어필터의 유지보수 기간이 단축되는 등의 문제점이 발생하게 된다. In addition, when the efficiency of the air filter decreases, problems such as shortening the maintenance period of the air filter occur.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량 수소연료전지 가동 후 연료전지 스택의 성능저하를 방지하기 위해 공급되는 높은 공기압을 에어필터로 바이패스시켜 먼저를 제거함으로써 에어필터의 효율 향상을 이루도록 하는 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 관한 것이다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to bypass the high air pressure supplied through the air filter to prevent the performance of the fuel cell stack from deteriorating after the operation of the hydrogen fuel cell of the railway vehicle. This relates to an air filter dust removal device for a hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles that improves the efficiency of the air filter by removing .
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치에 있어서, 운전압력조절수단의 배기부와 에어필터 사이에 설치되어 배기부로부터 배출되는 압축 공기를 에어필터로 바이패스, 토출시켜 먼지를 제거하는 역할을 하기 위해 상기 배기부의 일측과 연결되어 개폐동작하며 하부에는 수분배출부가 형성되는 압축공기공급밸브와 에어필터의 일측으로 연결되어 압축 공기를 분사하는 노즐 및 상기 압축공기공급밸브와 노즐 사이에 형성되는 덕트 또는 공기 이동로를 포함하는 공기바이패스수단으로 이루어지며, 상기 압축공기공급밸브는 개방 동작시 배기부의 배기로를 폐쇄하도록 구성되고 폐쇄 동작시 배기부의 배기로를 개방하도록 구성되며, 상기 압축공기공급밸브는 압축공기공급을 위한 면적이 넓게 형성되고 덕트 또는 공기이동로는 면적이 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is an air filter dust removal device for a hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles, which is installed between the exhaust part of the operating pressure control means and the air filter to remove compressed air discharged from the exhaust part into air. A compressed air supply valve is connected to one side of the exhaust section and operates to open and close in order to remove dust by bypassing and discharging it through a filter, and has a moisture discharge part at the bottom, and a nozzle that is connected to one side of the air filter and sprays compressed air. and an air bypass means including a duct or air movement path formed between the compressed air supply valve and the nozzle, wherein the compressed air supply valve is configured to close the exhaust passage of the exhaust portion when operating to open, and exhaust air when operating. It is configured to open the secondary exhaust passage, and the compressed air supply valve has a large area for supplying compressed air, and the duct or air movement path has a narrow area.
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이상에서와 같이 본 발명은 연료전지 스택 내 수분을 제거하는 시퀀스를 활용하여 에어필터의 먼지를 제거하도록 함으로써 에어필터의 효율이 떨어지는 것을 방지하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of preventing a decrease in the efficiency of the air filter by removing dust from the air filter by utilizing a sequence for removing moisture within the fuel cell stack.
또, 본 발명은 에어필터의 먼지를 지속적으로 제거함으로써, 에어필터의 유지보수 기간을 향상시키는 효과가 있다.Additionally, the present invention has the effect of improving the maintenance period of the air filter by continuously removing dust from the air filter.
도 1은 종래의 수소 연료 전지용 냉각시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 운전압력조절수단의 요부 분해도이다.
도 3은 도 2의 조립도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치의 공기바이패스수단을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템의 요부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기바이패스수단을 운전압력조절수단의 배기부에 결합한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 수소연료전지 가동시 운전압력조절수단의 배기부를 통해 공기와 수분이 배출되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 수소연료전지 가동전 에어필터 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 수소연료전지 가동 직후 공기바이패스수단의 압축공기배출밸브를 개방시켜 압축공기를 바이패스하여 에어필터 먼지를 제거하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 수소연료전지 가동후 에어필터 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing a conventional cooling system for hydrogen fuel cells.
Figure 2 is an exploded view of the main parts of the operating pressure control means according to the present invention.
Figure 3 is an assembly diagram of Figure 2.
Figure 4 is a diagram schematically showing the air bypass means of the air filter dust removal device for the hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a block diagram showing the main configuration of the hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles according to the present invention.
Figure 6 is a diagram schematically showing the state in which the air bypass means according to the present invention is coupled to the exhaust part of the operating pressure control means.
Figure 7 is a diagram schematically showing the state in which air and moisture are discharged through the exhaust part of the operating pressure control means when the hydrogen fuel cell according to the present invention is operated.
Figure 8 is a diagram schematically showing the state of the air filter before operation of the hydrogen fuel cell according to the present invention.
Figure 9 is a diagram schematically showing a state in which air filter dust is removed by bypassing compressed air by opening the compressed air discharge valve of the air bypass means immediately after operation of the hydrogen fuel cell according to the present invention.
Figure 10 is a diagram schematically showing the state of the air filter after operation of the hydrogen fuel cell according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail based on the attached drawings.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.Here, in all the drawings below, components having the same function are given the same reference numerals and repeated descriptions are omitted, and the terms described below are defined in consideration of the functions in the present invention, which has their own common meaning. It is specified that it should be interpreted as.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치(200)는 운전압력조절수단(210)과 공기바이패스수단(220)으로 대별되어 이루어진다.As shown in Figures 2 to 4, the air filter dust removal device 200 for the hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles according to the present invention is divided into an operating pressure adjustment means 210 and an air bypass means 220. It comes true.
상기 운전압력조절수단(210)은 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템(300)의 배기측에 설치되어 수소연료전지 스택(미도시)의 내부에서 발생되는 습공기를 외부로 배출하여 운전 상태에 최적으로 부합하는 스택의 내부 압력을 조절하기 위해 개도량을 가변적으로 조절할 수 있도록 구동부(211), 배기부(212), 및 상기 구동부(211)의 작동조절을 위해 동작전원을 인가하는 제어부(213)로 구성된다.The operating pressure control means 210 is installed on the exhaust side of the hydrogen fuel cell air supply system 300 of the railway vehicle and discharges the humid air generated inside the hydrogen fuel cell stack (not shown) to the outside to optimize the operating condition. A driving unit 211, an exhaust unit 212, and a control unit 213 that applies operating power to control the operation of the driving unit 211 so that the opening amount can be variably adjusted to adjust the internal pressure of the corresponding stack. It is composed.
여기서, 상기 수소연료전지 공기공급시스템(300)은 도 5에 도시된 바와 같이, 공기중의 먼지를 제거하기 위한 에어필터(310)와 공기를 압축 생산하여 높은 공압으로 저장한 후 필요에 따라 공급하는 공기압축기(320)와 연료전지 스택 내부의 습기를 조절하기 위한 가습기(330)와 연료전지 스택의 내부 압력을 조절하기 위한 운전압력조절수단(340)을 포함하여 이루어진다.Here, as shown in FIG. 5, the hydrogen fuel cell air supply system 300 compresses and produces air with an air filter 310 to remove dust in the air, stores it at high pneumatic pressure, and supplies it as needed. It includes an air compressor 320 to control the moisture inside the fuel cell stack, a humidifier 330 to control the internal pressure of the fuel cell stack, and an operating pressure control means 340 to control the internal pressure of the fuel cell stack.
상기 구동부(211)는 상기 제어부(213)로부터 인가되는 제어신호에 기초하여 상기 배기부(212)의 동작을 위한 작동력을 제공하는 것으로, 전동모터(미도시)와 감속기(미도시)와 피니언기어(미도시)를 구비한다.The driving unit 211 provides operating force for the operation of the exhaust unit 212 based on the control signal applied from the control unit 213, and includes an electric motor (not shown), a reducer (not shown), and a pinion gear. (not shown) is provided.
상기 전동모터는 출력축이 감속기의 입력축과 연동 가능한 연결구조를 가지도록 구성되어, 상기 전동모터의 회전시 감속기는 모터로부터 제공되는 토크를 증가시켜 상기 피니언기어를 통해 상기 배기부(212)로 출력하게 된다.The electric motor is configured to have a connection structure in which the output shaft can be interlocked with the input shaft of the reducer, and when the electric motor rotates, the reducer increases the torque provided from the motor and outputs it to the exhaust unit 212 through the pinion gear. do.
상기 배기부(212)는 상기 구동부(211)로부터 제공되는 작동력에 의해 동작되어 배기부(212)의 유동 단면적으로 조절하는 플랩밸브(212a)를 포함하는 것이 바람직하다.The exhaust unit 212 preferably includes a flap valve 212a that is operated by an operating force provided from the drive unit 211 to adjust the cross-sectional flow area of the exhaust unit 212.
여기서, 상기 플랩밸브(212a)는 연료전지 스택의 운전압력조절수단(210)에 있어 상기 배기부(212)를 통해 습공기의 외부 배출의 정도를 조절함으로써 연료전지 스택의 내부 압력을 운전 상황에 맞춰 최적으로 제어하는 역할을 수행한다.Here, the flap valve 212a adjusts the internal pressure of the fuel cell stack to the operating situation by controlling the degree of external discharge of wet air through the exhaust unit 212 in the operating pressure control means 210 of the fuel cell stack. It performs an optimal control role.
상기 제어부(213)는 상기 구동부(211)의 작동 조절을 위해 동작전원을 인가하는 것으로, PCB 모듈로 이루어진다. The control unit 213 applies operating power to control the operation of the driving unit 211 and is made of a PCB module.
이 경우, 상기 PCB 모듈은 외부로부터 동작전원과 제어신호를 각각 인가받는 커넥터를 구비한다.In this case, the PCB module is provided with a connector that receives operating power and control signals from the outside, respectively.
따라서 본 발명은 수소연료전지 시스템에서 스택의 내부 압력을 조절하기 위해 PCB 모듈로부터 전동모터에 동작전원과 제어신호를 인가하여 플랩밸브(212a)에 대한 개폐각도를 정밀하게 조절할 수 있게 하여 연료전지 시스템의 운전 상황에 부합하게 스택의 내부 압력을 최적으로 제어할 수 있게 된다.Therefore, in order to control the internal pressure of the stack in the hydrogen fuel cell system, the present invention applies operating power and control signals to the electric motor from the PCB module to precisely adjust the opening and closing angle of the flap valve 212a, thereby improving the fuel cell system. The internal pressure of the stack can be optimally controlled to suit the operating situation.
상기 공기바이패스수단(220)은 상기 운전압력조절수단(210)의 배기부(213)와 에어필터(310) 사이에 설치되어 배기부(213)로부터 배출되는 높은 압축 공기를 에어필터(310)로 바이패스, 토출시켜 먼지를 제거하는 역할을 한다.The air bypass means 220 is installed between the exhaust part 213 and the air filter 310 of the operating pressure control means 210 and filters the highly compressed air discharged from the exhaust part 213 into the air filter 310. It serves to remove dust by bypassing and discharging.
좀 더 구체적으로 상기 공기바이패스수단(220)은 배기부(213)의 일측과 연결되어 개폐동작하는 압축공기공급밸브(221)와 에어필터(310)의 일측으로 연결되어 압축 공기를 분사하는 노즐(222) 및 상기 압축공기공급밸브(221)와 노즐(222) 사이에 형성되는 덕트 또는 공기 이동로(223)를 포함하여 이루어진다.More specifically, the air bypass means 220 is a compressed air supply valve 221 that is connected to one side of the exhaust unit 213 and operates to open and close, and a nozzle that is connected to one side of the air filter 310 and sprays compressed air. (222) and a duct or air movement path 223 formed between the compressed air supply valve 221 and the nozzle 222.
그리고, 상기 압축공기공급밸브(221)는 개방 동작시 상기 배기부(213)의 배기로를 폐쇄하도록 구성되고 폐쇄 동작시 상기 배기부(213)의 배기로를 개방하도록 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the compressed air supply valve 221 is configured to close the exhaust passage of the exhaust unit 213 during an opening operation and to open the exhaust passage of the exhaust unit 213 during a closing operation.
또, 상기 압축공기공급밸브(221)는 연료전지가동 동작 또는 연료전지 가동직 후 동작을 감지하는 컨트롤러(Controller)(미도시)에 연동되어 개폐되도록 구성될 수 있다.In addition, the compressed air supply valve 221 may be configured to open and close in conjunction with a controller (not shown) that detects the operation of the fuel cell or immediately after operation of the fuel cell.
예컨대, 상기 연료전지가 가동 중인 경우 컨트롤러는 압축공기공급밸브(221)를 폐쇄시키도록 제어하고, 연료전지 가동 직후인 경우 컨트롤러는 압축공기공급밸브(221)를 개방시키도록 제어한다.For example, when the fuel cell is in operation, the controller controls the compressed air supply valve 221 to be closed, and when the fuel cell is immediately operated, the controller controls the compressed air supply valve 221 to open.
이에 따라, 연료전지가동 여부 동작에 의해 압축공기공급밸브(221)가 개폐되도록 하여 압축공기공급밸브(221)가 열리면 압축공기가 에어필터(310)로 공급되어 먼지가 제거되도록 한다. Accordingly, the compressed air supply valve 221 is opened and closed depending on whether the fuel cell is running or not, and when the compressed air supply valve 221 is opened, compressed air is supplied to the air filter 310 to remove dust.
또한, 상기 압축공기공급밸브(221)는 압축공기공급을 위한 면적이 넓게 형성되고 덕트 또는 공기이동로(223)는 면적이 좁게 형성되어 고압 공기의 흐름을 이루도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the compressed air supply valve 221 has a large area for supplying compressed air and the duct or air passage 223 has a narrow area to enable the flow of high-pressure air.
이에 따라, 좀 더 강한 압축공기를 에어필터(310)로 공급할 수 있도록 하여 에어필터(310)에 흡착되어 있는 먼지를 효율적으로 제거할 수 있다.Accordingly, by allowing stronger compressed air to be supplied to the air filter 310, dust adsorbed on the air filter 310 can be efficiently removed.
또, 상기 압축공기공급밸브(221)의 하부에는 압축공기 내에 포함되어 있는 수분을 원활하게 제거하기 위해 수분배출부(221a)가 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a moisture discharge portion 221a be formed at the lower part of the compressed air supply valve 221 to smoothly remove moisture contained in the compressed air.
여기서, 상기 수분배출부(221a)는 압축공기의 외부 유출을 최소화함과 동시에 수분 배출을 이룰 수 있도록 미세한 메시(mesh) 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the moisture discharge portion 221a is preferably formed in the form of a fine mesh to minimize external outflow of compressed air and simultaneously discharge moisture.
또한, 본 발명은 상기 에어필터 먼지 제거장치(200)을 구비하는 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템(300)을 더 제공하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention preferably further provides a railroad vehicle hydrogen fuel cell air supply system (300) including the air filter dust removal device (200).
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도차량 수소연료전지 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치의 동작관계를 도 7 및 도 9를 참고하여 설명하면 다음과 같다.The operational relationship of the air filter dust removal device for the hydrogen fuel cell air supply system for railway vehicles according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 7 and 9 as follows.
먼저, 본 발명에 따른 공기공급시스템용 에어필터 먼지 제거장치가 설치된 수소연료전지를 이용하여 전기에너지를 생성할 경우, 상기 수소연료전지의 애노드(Anode) 측에는 별도의 수소공급장치(미도시)에 의해 수소가 공급되고, 캐소드(Cathode) 측에는 공기공급시스템(300)에 의해 산소가 공급된다.First, when generating electrical energy using a hydrogen fuel cell installed with an air filter dust removal device for an air supply system according to the present invention, a separate hydrogen supply device (not shown) is installed on the anode side of the hydrogen fuel cell. Hydrogen is supplied by, and oxygen is supplied to the cathode by the air supply system 300.
그리고, 상기 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드(Cathode)로 이동한다. Then, the oxidation reaction of hydrogen proceeds at the anode to generate hydrogen ions (protons) and electrons (electrons), and the generated hydrogen ions and electrons move to the cathode through the electrolyte membrane and separator, respectively. .
상기 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지가 발생한다.At the cathode, water is generated through an electrochemical reaction involving hydrogen ions and electrons moving from the anode and oxygen in the air, and electrical energy is generated from the flow of these electrons.
이때, 상기 공기공급시스템(300)은 연료전지 스택의 내부에서 발생되는 습공기를 외부로 배출하여 운전 상태에 최적으로 부합하도록 운전압력조절수단(340)을 통해 압축공기를 배출시켜 스택의 내부 압력과 수분을 조절하게 된다.At this time, the air supply system 300 discharges the wet air generated inside the fuel cell stack to the outside and discharges compressed air through the operating pressure control means 340 to optimally match the operating condition, thereby adjusting the internal pressure of the stack and It regulates moisture.
여기서, 상기 컨트롤러가 연료전지의 가동직후 동작을 감지하지 하게 되면 상기 공기바이패스수단(220)의 압축공기공급밸브(221)를 개방되도록 제어한다.Here, when the controller detects no operation immediately after operation of the fuel cell, it controls the compressed air supply valve 221 of the air bypass means 220 to be opened.
이에 의해, 상기 압축공기공급밸브(221)는 개방되면서 상기 배기부(213)의 배기로를 폐쇄하고, 배출되는 압축공기를 유입시켜 덕트 또는 공기 이동로(223)와 노즐(222)을 통해 에어필터(310)로 공급하게 된다.As a result, the compressed air supply valve 221 opens and closes the exhaust passage of the exhaust unit 213, and introduces the discharged compressed air into the air through the duct or air movement path 223 and the nozzle 222. It is supplied to the filter 310.
이때, 압축공기 내에 포함되어 있는 수분은 압축공기공급밸브(221)의 하부에 형성된 수분배출부(221a)를 통해 배출되고 압축공기만 에어필터(310)로 공급된다.At this time, the moisture contained in the compressed air is discharged through the moisture discharge portion 221a formed at the bottom of the compressed air supply valve 221, and only the compressed air is supplied to the air filter 310.
따라서, 본 발명에 따른 에어필터 먼지 제거장치는 이와 같은 동작을 지속적으로 반복함으로써, 에어필터에 흡착되어 있는 먼지나 이물질을 지속적으로 원활하게 제거하여 에어필터의 효율이 떨어지는 것을 방지하고, 에어필터의 유지보수 기간을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the air filter dust removal device according to the present invention continuously and smoothly removes dust or foreign substances adsorbed on the air filter by continuously repeating this operation, preventing the efficiency of the air filter from decreasing, and preventing the air filter from deteriorating. The maintenance period can be improved.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes to other equivalent embodiments are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those skilled in the art to which the present invention pertains.
200 : 에어필터 먼지 제거장치 210 : 운전압력조절수단
211 : 구동부 212 : 배기부
212a : 플랩밸브 213 : 제어부
220 : 공기바이패스수단 221 : 압축공기공급밸브
221a : 수분배출부 222 : 노즐
223 : 공기 이동로 300 : 공기공급시스템
310 : 에어필터 320 : 공기압축기
330 : 가습기 340 : 운전압력조절수단200: Air filter dust removal device 210: Operating pressure control means
211: driving unit 212: exhaust unit
212a: flap valve 213: control unit
220: Air bypass means 221: Compressed air supply valve
221a: moisture discharge unit 222: nozzle
223: air movement path 300: air supply system
310: air filter 320: air compressor
330: Humidifier 340: Operating pressure control means
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060068851A (en) | 2004-12-17 | 2006-06-21 | 현대자동차주식회사 | System for removement of a dust |
| JP2008023497A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Toyota Boshoku Corp | Removing system of impurities in atmosphere |
| JP2008171715A (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Toyota Boshoku Corp | Fuel cell system and regeneration method of gas adsorption portion in fuel cell system |
| KR20080092679A (en) | 2007-04-13 | 2008-10-16 | 한라공조주식회사 | Device for blower air flow compensation pursuant to cumulative dust amount on air filter |
| JP2023081862A (en) * | 2021-12-01 | 2023-06-13 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Fuel cell apparatus |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060068851A (en) | 2004-12-17 | 2006-06-21 | 현대자동차주식회사 | System for removement of a dust |
| JP2008023497A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Toyota Boshoku Corp | Removing system of impurities in atmosphere |
| JP2008171715A (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Toyota Boshoku Corp | Fuel cell system and regeneration method of gas adsorption portion in fuel cell system |
| KR20080092679A (en) | 2007-04-13 | 2008-10-16 | 한라공조주식회사 | Device for blower air flow compensation pursuant to cumulative dust amount on air filter |
| JP2023081862A (en) * | 2021-12-01 | 2023-06-13 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Fuel cell apparatus |
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