KR20220151927A - 연료전지용 공기 압축기 - Google Patents

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최건호
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현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명은 압축된 공기의 압력 강하를 방지하면서 압축공기를 가습시킬 수 있는 연료전지용 공기 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 공기 압축기는 연료전지 스택에 제공되는 공기를 압축시키는 연료전지용 공기 압축기로서, 외부에서 유입되는 공기를 1차 압축시키는 1단 압축영역과, 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 2차 압축시켜서 외부로 배출시키는 2단 압축영역으로 구획되는 하우징부와; 상기 하우징부에 구비되어 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 압축시키는 압축부와; 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역 사이에 배치되어 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 가습시켜서 2단 압축영역으로 유입시키는 가습기부를 포함한다.

Description

연료전지용 공기 압축기{AIR COMPRESSOR FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료전지용 공기 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축된 공기의 압력 강하를 방지하면서 압축공기를 가습시킬 수 있는 연료전지용 공기 압축기에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.
일반적인 연료전지 시스템은 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 연료극(anode) 및 공기극(cathode)으로 구성되는 막전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 포함하는 단위 셀이 적층되어 실질적으로 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료전지 스택의 공기극측으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료전지의 연료극측으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.
한편, 연료전지 스택의 단위셀을 구성하는 고분자 전해질막은 원활한 이온 교환 역할을 수행하기 위하여 적절한 수준의 가습이 필요하기 때문에 이를 위하여 공기 공급장치에는 공기를 가습하기 위한 가습기가 구비된다.
또한, 연료전지 스택으로 공급되는 공기는 높은 압력일수록 더 높은 효율을 발휘할 수 있기 때문에 이를 위하여 공기 공급장치에는 공기를 압축시키는 압축기도 구비된다.
그래서 공기 공급장치는 일반적으로 압축기의 후단에 냉각기와 가습기를 배치하여 압축기에서 압축된 공기를 냉각기에서 냉각시킨 다음 가습기에서 가습시켜서 연료전시 스택으로 공급하게 된다.
하지만, 압축기 이후 냉각기 및 가습기를 통과하면서 압력이 낮아지기 때문에 연료전지 스택에서의 효율이 저감되는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
한국 등록특허공보 제10-1592423호 (2016.02.01) 미국 등록특허공보 제8,048,575호 (2011.11.01)
본 발명은 압축된 공기의 압력 강하를 방지하면서 압축공기를 가습시킬 수 있는 연료전지용 공기 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 공기 압축기는 연료전지 스택에 제공되는 공기를 압축시키는 연료전지용 공기 압축기로서, 외부에서 유입되는 공기를 1차 압축시키는 1단 압축영역과, 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 2차 압축시켜서 외부로 배출시키는 2단 압축영역으로 구획되는 하우징부와; 상기 하우징부에 구비되어 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 압축시키는 압축부와; 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역 사이에 배치되어 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 가습시켜서 2단 압축영역으로 유입시키는 가습기부를 포함한다.
상기 하우징부는, 상기 1단 압축영역에 외부에서 공기가 유입되는 1단 유입유로가 형성되고, 1차 압축된 1차 압축공기가 2단 압축영역으로 배출되는 1단 배출유로가 형성되며, 상기 2단 압축영역에 1단 압축영역에서 배출된 1차 압축공기가 유입되는 2단 유입유로가 형성되고, 2차 압축된 2차 압축공기를 외부로 배출시키는 2단 배출유로가 형성되며, 상기 가습기부는 상기 1단 배출유로와 2단 유입유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 가습기부에는 내부에 1차 압축공기를 가습시키는 가습막이 내장되고, 상기 가습막에 습기를 제공하는 매체가 유입되는 유입구와 상기 매체가 배출되는 배출구가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 압축부는 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 독립적으로 구동되어 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 각각 압축시키는 개별축 압축부인 것을 특징으로 한다.
상기 개별축 압축부는, 상기 하우징부의 1단 압축영역에 구비되는 1단 스테이터 및 1단 로터와; 상기 1단 로터에 설치되어 회전되는 1단 샤프트와; 상기 1단 샤프트에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 1단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠과; 상기 하우징부의 2단 압축영역에 구비되는 2단 스테이터 및 2단 로터와; 상기 2단 로터에 설치되어 회전되는 2단 샤프트와; 상기 2단 샤프트에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 2단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠을 포함한다.
상기 1단 스테이터 및 1단 로터의 동작과 상기 2단 스테이터 및 2단 로터의 동작을 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 제어부는 상기 1단 샤프트와 2단 샤프트의 회전 속도를 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기의 압축부는 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 일체로 구동되어 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 각각 압축시키는 동축 압축부인 것을 특징으로 한다.
상기 동축 압축부는, 상기 하우징부에 구비되는 스테이터 및 로터와; 상기 로터에 설치되어 회전되되 일측이 상기 하우징부의 1단 압축영역에 배치되고, 타측이 상기 하우징부의 2단 압축영역에 배치되는 샤프트와; 상기 샤프트의 일측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 1단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠과; 상기 샤프트의 타측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 2단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠을 포함한다.
상기 스테이터 및 로터의 동작을 제어하여 상기 샤프트의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 다단으로 압축시킬 수 있는 구성요소와 공기를 가습시킬 수 있는 구성요소를 일체형으로 구성함으로써, 연료전지 시스템의 레이아웃을 효과적으로 구성할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 압축된 공기의 압력 저하없이 공기를 가습시키고, 이를 연료전지 스택에 공급함으로써, 연료전지 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기를 보여주는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기의 작동상태를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기를 보여주는 도면이다.
본 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기는 연료전지 스택에 제공되는 공기를 다단으로 압축시키면서 가습시키는 공기 압축기로서, 공기를 다단으로 압축시키는 구성과 공기를 가습시키는 구성이 일체형으로 구성된다.
예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기는 공기가 다단으로 압축되는 공간을 제공하는 하우징부(100)와; 하우징부(100)의 내부에서 공기를 실질적으로 압축시키는 압축부(200)와; 하우징부(100)의 내부에서 공기를 가습시키는 가습기부(300)를 포함한다.
하우징부(100)는 내부에 공기가 압축되는 공간을 제공하되, 외부에서 유입되는 공기를 1차 압축시키는 1단 압축영역(100a)과, 1단 압축영역(100a)에서 1차 압축된 1차 압축공기를 2차 압축시켜서 외부로 배출시키는 2단 압축영역(100b)으로 구획된다.
예를 들어 하우징부(100)는 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)이 양측으로 양분되어 구획된다. 이때 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)은 격벽(101)으로 구획될 수 있다. 물론 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)은 격벽(101)에 의해 구획되는 것에 한정되지 않고, 각각의 영역에서 압축되는 공기가 상호 간에 연통되지 않도록 구획될 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이 격벽(101)에 의해 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)으로 구획되는 하우징부(100)는 각 영역에 공기가 유입 및 유출되는 유로가 형성된다.
예를 들어 1단 압축영역(100a)에는 외부에서 공기가 유입되는 1단 유입유로(111)가 형성되고, 1차 압축된 1차 압축공기가 2단 압축영역(100b)으로 배출되는 1단 배출유로(112)가 형성된다.
그리고, 2단 압축영역(100b)에는 1단 압축영역(100a)에서 배출된 1차 압축공기가 유입되는 2단 유입유로(121)가 형성되고, 2차 압축된 2차 압축공기를 외부로 배출시키는 2단 배출유로(122)가 형성된다.
이때 1단 배출유로(112)와 2단 유입유로(121)는 1차 압축공기의 유동을 위하여 서로 연통된다.
특히, 본 실시예에서는 1단 배출유로(112)와 2단 유입유로(121) 사이에 가습기부(300)를 배치하여 1차 압축공기를 가습시켜서 2단 압축영역(100b)으로 제공한다. 이렇게 1단 압축영역(100a)에서 압축된 1차 압축공기가 가습기부를 통과하면서 압력이 저하되는 것을 2단 압축영역(100b)에서 2차로 압축시킴으로써 연료전지 스택으로 제공되는 공기가 고압을 유지할 수 있도록 한다.
압축부(200)는 하우징부(100)에 구비되어 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 공기를 압축시키는 수단이다.
본 실시예에서 압축부(200)는 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 독립적으로 구동되어 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 공기를 각각 압축시키는 개별축 압축부(200a)로 구성된다.
예를 들어 도 1과 같이 개별축 압축부(200a)는 1단 압축영역(100a)에 구비되는 1단측 압축부(200)와 2단 압축영역(100b)에 구비되는 2단측 압축부(200)로 구분될 수 있다.
그래서, 1단측 압축부(200)는 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)에 구비되는 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)와; 1단 로터(212)에 설치되어 회전되는 1단 샤프트(213)와; 1단 샤프트(213)에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 1단 압축영역(100a)으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠(214)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 2단측 압축부(200)는 하우징부(100)의 2단 압축영역(100b)에 구비되는 2단 스테이터(221) 및 2단 로터(222)와; 2단 로터(222)에 설치되어 회전되는 2단 샤프트(223)와; 2단 샤프트(223)에 설치되어 일체로 회전하면서 2단 압축영역(100b)으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠(224)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)와 2단 스테이터(221) 및 2단 로터(222)는 일반적인 모터를 구성하는 스테이터와 로터와 동일 또는 유사한 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)에 인가되는 전원과 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)에 인가되는 전원을 각각 개별적으로 제어하여 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)의 동작과 2단 스테이터(221) 및 2단 로터(222)의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다.
이를 위하여 본 실시예에서는 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)의 동작과 상기 2단 스테이터(221) 및 2단 로터(222)의 동작을 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
특히, 제어부는 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)의 회전 속도를 개별적으로 제어하기 위하여 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)에 인가되는 전원의 인가량과 1단 스테이터(211) 및 1단 로터(212)에 인가되는 전원의 인가량을 각각 개별적으로 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
그래서, 제어부는 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)의 회전 유무 및 속도를 선택적으로 제어할 수 있다.
한편, 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)에는 하우징부(100)와의 접촉지점에 베어링(미도시)을 배치하여 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)가 원활하게 회전될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 1단 휠(214)과 2단 휠(224)은 각각 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)에 설치되어 일체로 회전되면서 공기를 압축시키는 수단이다.
이때 1단 휠(214)과 2단 휠(224)은 일반적인 공기 압축기를 구성하는 휠과 동일 또는 유사한 형상으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 본 실시예에서는 1단 휠(214)과 2단 휠(224)을 동일한 형상으로 형성하여 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)가 동일한 회전 속도로 회전되는 경우에 1단 휠(214)과 2단 휠(224)을 통하여 공기가 동일한 압축비로 공기를 압축시킬 수 있다.
또는, 1단 휠(214)과 2단 휠(224)을 서로 다른 형상으로 형성하여 1단 샤프트(213)와 2단 샤프트(223)가 동일한 회전 속도로 회전되더라도 1단 휠(214)과 2단 휠(224)을 통하여 공기가 서로 다른 압축비로 공기를 압축시킬 수 있을 것이다.
가습기부(300)는 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b) 사이에 배치되어 1단 압축영역(100a)에서 1차 압축된 1차 압축공기를 가습시켜서 2단 압축영역(100b)으로 유입시키는 수단이다.
가습기부(300)는 일반적인 연료전지 시스템에서 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 가습시키는 가습기를 구성하는 구성과 동일 또는 유사한 방식으로 구성되는 것이 바람직하다.
예를 들어 가습기부(300)는 1단 압축영역(100a)의 1단 배출유로(112)와 2단 압축영역(100b)의 2단 유입유로(121) 사이에 배치되어 1단 배출유로(112)와 2단 유입유로(121)를 연통시킨다.
그리고, 가습기부(300)는 내부에 1차 압축공기를 가습시키는 가습막(310)이 내장되고, 가습막(310)에 습기를 제공하는 매체가 유입되는 유입구(320)와, 매체가 배출되는 배출구(330)가 구비된다.
이때 습기를 제공하는 매체는 연료전지 스택에서 생성된 생성수 또는 사용되지 않은 공기가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 전술된 실시예와 같이 압축부(200)를 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 독립적으로 구동되어 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 공기를 각각 압축시키는 개별축 압축부(200a)로 구성하는 것에 한정되지 않고, 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 일체로 구동되어 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 공기를 각각 압축시키도록 구성할 수 있다.
예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 압축부(200)는 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 일체로 구동되어 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)과 2단 압축영역(100b)에서 공기를 각각 압축시키는 동축 압축부(200b)로 구성된다.
예를 들어 도 2과 같이 동축 압축부(200b)는 하우징부(100)에 구비되는 스테이터(210) 및 로터(220)와; 로터(220)에 설치되어 회전되되 일측이 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)에 배치되고, 타측이 하우징부(100)의 2단 압축영역(100b)에 배치되는 샤프트(230)와; 샤프트(230)의 일측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 1단 압축영역(100a)으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠(214)과; 샤프트(230)의 타측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 2단 압축영역(100b)으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠(224)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 스테이터(210) 및 로터(220)는 일반적인 모터를 구성하는 스테이터와 로터와 동일 또는 유사한 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 스테이터(210) 및 로터(220)에 인가되는 전원의 인가량을 제어하여 스테이터(210) 및 로터(220)의 동작 정도를 제어할 수 있다.
이를 위하여 본 실시예에서도 스테이터(210) 및 로터(220)의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
특히, 제어부는 샤프트(230)의 회전 속도를 제어하기 위하여 스테이터(210) 및 로터(220)에 인가되는 전원의 인가량을 선택적으로 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
그래서, 제어부는 샤프트(230)의 회전 유무 및 속도를 선택적으로 제어할 수 있다.
한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기의 작동상태를 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 1단 유입유로(111)를 통하여 외부의 공기가 하우징부(100)의 1단 압축영역(100a)으로 유입된다. 이때 1단 스테이터(211)와 1단 로터(212)를 작동시켜 1단 샤프트(213)를 회전시킴으로써 1단 휠(214)이 회전되고, 이에 따라 1단 압축영역(100a)으로 유입된 공기가 압축되면서 1단 배출유로(112)로 배출된다.
1단 배출유로(112)로 배출된 1차 압축공기는 가습기부(300)로 유입되어 가습된다.
가습기부(300)에는 유입구(320)를 통하여 연료전지 스택에서 생성된 물 또는 사용되지 않은 공기가 유입되어 가습기부(300)에 내장된 가습막(310)을 가습시키고 배출구(330)를 통하여 외부로 배출된다. 이때 1차 압축공기가 가습막(310)을 통과하면서 가습되어 2단 유입유로(121)로 유동된다.
2단 유입유로(121)로 유입된 가습된 1차 압축공기는 가습기부(300)에서 다소 압력이 저하될 수 있지만, 이때 2단 스테이터(221)와 2단 로터(222)를 작동시켜 2단 샤프트(223)를 회전시킴으로써 2단 휠(224)이 회전되고, 이에 따라 2단 압축영역(100b)으로 유입된 1차 압축공기가 추가적으로 압축되면서 2단 배출유로(122)로 배출되어 연료전지 스택으로 공급된다.
한편, 제어부를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 공기 압축기의 작동 모드를 다양하게 변경할 수 있다.
예를 들어, 고출력이 요구되는 경우에는 1단 압축영역(100a)에서의 출력과 2단 압축영역(100b)에서의 출력을 최고로 설정하여 최고 수준으로 압축된 공기를 연료전지 스택으로 공급할 수 있다.
그리고, 1단 압축영역(100a)에서의 출력을 상대적으로 낮추고, 2단 압축영역(100b)에서의 출력을 상대적으로 높게 하여 적정 수준으로 공기를 압축시키면서도 가습기부(300)에서의 가습효과를 증대시킬 수 있다.
또한, 1단 압축영역(100a)에서의 출력을 상대적으로 높이고, 2단 압축영역(100b)에서의 출력을 상대적으로 낮게 하여 전체적인 공기의 압축비를 높이면서 압축부(200)의 냉각효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 하우징부 100a: 1단 압축영역
100b: 2단 압축영역 101: 격벽
111: 1단 유입유로 112: 1단 배출유로
121: 2단 유입유로 122: 2단 배출유로
200: 압축부 200a: 개별축 압축부
211: 1단 스테이터 212: 1단 로터
213: 1단 샤프트 214: 1단 휠
221: 2단 스테이터 222: 2단 로터
223: 2단 샤프트 224: 2단 휠
200b: 동축 압축부 210: 스테이터
220: 로터 230: 샤프트
300: 가습기부 310: 가습막
320: 유입구 330: 배출구

Claims (10)

  1. 연료전지 스택에 제공되는 공기를 압축시키는 연료전지용 공기 압축기로서,
    외부에서 유입되는 공기를 1차 압축시키는 1단 압축영역과, 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 2차 압축시켜서 외부로 배출시키는 2단 압축영역으로 구획되는 하우징부와;
    상기 하우징부에 구비되어 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 압축시키는 압축부와;
    상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역 사이에 배치되어 1단 압축영역에서 1차 압축된 1차 압축공기를 가습시켜서 2단 압축영역으로 유입시키는 가습기부를 포함하는 연료전지용 공기 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징부는,
    상기 1단 압축영역에 외부에서 공기가 유입되는 1단 유입유로가 형성되고, 1차 압축된 1차 압축공기가 2단 압축영역으로 배출되는 1단 배출유로가 형성되며,
    상기 2단 압축영역에 1단 압축영역에서 배출된 1차 압축공기가 유입되는 2단 유입유로가 형성되고, 2차 압축된 2차 압축공기를 외부로 배출시키는 2단 배출유로가 형성되며,
    상기 가습기부는 상기 1단 배출유로와 2단 유입유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 압축기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가습기부에는 내부에 1차 압축공기를 가습시키는 가습막이 내장되고, 상기 가습막에 습기를 제공하는 매체가 유입되는 유입구와 상기 매체가 배출되는 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 압축기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축부는 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 독립적으로 구동되어 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 각각 압축시키는 개별축 압축부인 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 압축기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 개별축 압축부는,
    상기 하우징부의 1단 압축영역에 구비되는 1단 스테이터 및 1단 로터와; 상기 1단 로터에 설치되어 회전되는 1단 샤프트와; 상기 1단 샤프트에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 1단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠과;
    상기 하우징부의 2단 압축영역에 구비되는 2단 스테이터 및 2단 로터와; 상기 2단 로터에 설치되어 회전되는 2단 샤프트와; 상기 2단 샤프트에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 2단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠을 포함하는 연료전지용 공기 압축기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 1단 스테이터 및 1단 로터의 동작과 상기 2단 스테이터 및 2단 로터의 동작을 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료전지용 공기 압축기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 상기 1단 샤프트와 2단 샤프트의 회전 속도를 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 압축기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축부는 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 일체로 구동되어 상기 하우징부의 1단 압축영역과 2단 압축영역에서 공기를 각각 압축시키는 동축 압축부인 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 압축기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 동축 압축부는,
    상기 하우징부에 구비되는 스테이터 및 로터와; 상기 로터에 설치되어 회전되되 일측이 상기 하우징부의 1단 압축영역에 배치되고, 타측이 상기 하우징부의 2단 압축영역에 배치되는 샤프트와; 상기 샤프트의 일측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 1단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 1단 휠과; 상기 샤프트의 타측 단부에 설치되어 일체로 회전하면서 상기 2단 압축영역으로 유입되는 공기를 압축시키는 2단 휠을 포함하는 연료전지용 공기 압축기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스테이터 및 로터의 동작을 제어하여 상기 샤프트의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료전지용 공기 압축기.
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