2022.03.04
수소 연료 전지 시스템의 수소 압력 제어
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자세한 세부 사항
개요: 수소 공급 시스템은 연료전지 시스템의 중요한 부분으로, 공기측과 수소측의 압력차를 동적으로 제어하는 것은 전체 연료전지 시스템의 신뢰성에 특히 중요하다. 본 기사에서는 수소 연료전지 시스템의 수소 압력 제어에 존재하는 문제점에 초점을 맞추고 정밀 비례 유량 제어 밸브의 사용을 권장하며 비례 유량 제어 밸브의 특성 및 기술 매개변수를 자세히 소개합니다.
1.질문의 공식화
연료전지 시스템의 중요한 부분인 수소 공급 시스템은 볼타 파일, 공기 공급 시스템, 물 및 열 관리 시스템, 전자 전력 시스템과 협력하여 수소 흐름과 압력의 안정적인 공급을 보장하고 수소 재활용을 실현합니다. 연료전지 수소 공급 시스템의 단순화된 구조는 그림 1-1과 같다. 고압 수소 저장 탱크는 시스템의 수소 공급원입니다. 수소는 감압밸브를 통과하여 시스템에 적합한 범위로 압력이 감소됩니다. 일반적으로 몇 바 정도입니다. 수소 흡입 밸브는 볼타 파일로 들어가는 수소의 양을 제어하고 볼타 파일의 수소 회로의 압력을 제어하는 데 사용됩니다. 이제 가장 일반적인 수소 흡입 밸브는 비례 제어 밸브, 전환 밸브 또는 다중 전환 밸브 그룹입니다.
연료전지의 막전극 두께가 점차 얇아짐에 따라 기계적 강도도 감소하게 됩니다. 따라서 공기측과 수소측 압력의 동적 제어는 전체 연료전지 시스템의 신뢰성을 위해 특히 중요합니다. 일반적인 요구 사항은 수소 측의 압력이 공기 측의 압력과 같거나 약간 높아야 한다는 것입니다. 양쪽의 압력을 조절할 때 압력이 동시에 상승하고 하강하도록 하여 양성자막의 손상을 줄이세요. 그러나 현재의 수소연료전지 발전시스템에서는 양측의 압력차 제어에 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 전환 밸브는 수소 섭취량을 제어하는 데 사용되는데, 이는 전체 수소 회로의 변동이 너무 커서 제어가 어렵습니다.
(2) 비례 솔레노이드 밸브는 특정 비율에 따라 PID 모드와 유사한 압력 제어에 사용될 수 있습니다.
그러나 비례 솔레노이드 밸브는 히스테리시스 현상이 커서 제어가 불안정해지는 심각한 문제를 가져옵니다. 본 기사에서는 수소 연료전지 시스템의 수소 압력 제어에 존재하는 문제점에 초점을 맞추고 정밀 비례 유량 제어 밸브의 사용을 권장하며 비례 유량 제어 밸브의 특성 및 기술 매개변수를 자세히 소개합니다.
2.비례 유량 제어 밸브
비례 유량 제어 밸브는 그림 2-1에 나와 있습니다.
그림 2-2 비례 유량 제어 밸브 기술 지표.
방문하시기 바랍니다https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm
2.2. 드라이브 모듈
비례 유량 제어 밸브에는 스테퍼 모터 구동 회로 모듈이 장착되어 필요한 전력 및 제어 신호를 제공하고 DC 신호를 바이폴라 스테퍼 모터의 스테퍼 제어로 변환하며 RS485 직렬 통신을 직접 제어할 수도 있습니다.
2.3. 특징
비례 유량 조절을 위해 전동식으로 디지털 제어되는 새로운 비례 유량 제어 밸브는 스테퍼 모터의 정밀도 및 반복성 이점과 선형성을 결합합니다. 분해능은 2% 미만의 히스테리시스, 2% 선형성, 1% 반복성 및 0.2% 조정 가능한 유량 제어로 고성능입니다. 일반적으로 많이 사용되는 솔레노이드 비례밸브를 업그레이드한 제품입니다. 다양한 PID 제어 알고리즘 및 압력 컨트롤러를 결합하여 빠르고 정확한 수소 압력 제어 장치를 구성할 수 있습니다.
비례 유량 제어 밸브는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.
(1) 다중 사양 스로틀링 영역: 저유량 직경 0.9mm(0~50L/min 가스)부터 고유량 직경 4.10mm(0~660L/min 가스) 니들 밸브 스로틀링 영역까지 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 응용 프로그램이 필요합니다.
(2) 높은 선형성: 2% 미만의 선형성. 이는 외부 제어 하드웨어와 소프트웨어의 표면 또는 매칭을 단순화합니다. 또한 명령 입력과 흐름 출력 간의 관계를 단순화합니다. (3) 높은 반복성: 매번 동일한 유량(0.1%)에 도달함으로써 장기간 안정적인 일관성을 제공할 수 있습니다.
(4) 넓은 압력 범위: 구멍 크기에 따라 5 또는 7bar의 압력으로 입구 환경이 넓은 압력 범위를 커버할 수 있습니다. 모터의 강성과 힘은 압력이 아닌 동일한 입력 명령으로 밸브가 열리도록 보장합니다.
(5) 낮은 히스테리시스: 2% 미만의 히스테리시스는 통합 및 프로그래밍을 단순화하여 설정점으로 증가 및 감소할 때 일관된 흐름을 제공합니다.
(6) 높은 분해능: 0.2% 분해능으로 비례 유량 제어 밸브가 조정 명령의 작은 변화에 따라 최소 유량 조정을 수행하여 탁월한 제어성을 제공합니다.
(7) 빠른 응답: 전체 작동 시간은 1초 미만으로 신속한 흐름 조절 및 제어를 제공할 수 있습니다.
1.질문의 공식화
연료전지 시스템의 중요한 부분인 수소 공급 시스템은 볼타 파일, 공기 공급 시스템, 물 및 열 관리 시스템, 전자 전력 시스템과 협력하여 수소 흐름과 압력의 안정적인 공급을 보장하고 수소 재활용을 실현합니다. 연료전지 수소 공급 시스템의 단순화된 구조는 그림 1-1과 같다. 고압 수소 저장 탱크는 시스템의 수소 공급원입니다. 수소는 감압밸브를 통과하여 시스템에 적합한 범위로 압력이 감소됩니다. 일반적으로 몇 바 정도입니다. 수소 흡입 밸브는 볼타 파일로 들어가는 수소의 양을 제어하고 볼타 파일의 수소 회로의 압력을 제어하는 데 사용됩니다. 이제 가장 일반적인 수소 흡입 밸브는 비례 제어 밸브, 전환 밸브 또는 다중 전환 밸브 그룹입니다.
연료전지의 막전극 두께가 점차 얇아짐에 따라 기계적 강도도 감소하게 됩니다. 따라서 공기측과 수소측 압력의 동적 제어는 전체 연료전지 시스템의 신뢰성을 위해 특히 중요합니다. 일반적인 요구 사항은 수소 측의 압력이 공기 측의 압력과 같거나 약간 높아야 한다는 것입니다. 양쪽의 압력을 조절할 때 압력이 동시에 상승하고 하강하도록 하여 양성자막의 손상을 줄이세요. 그러나 현재의 수소연료전지 발전시스템에서는 양측의 압력차 제어에 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 전환 밸브는 수소 섭취량을 제어하는 데 사용되는데, 이는 전체 수소 회로의 변동이 너무 커서 제어가 어렵습니다.
(2) 비례 솔레노이드 밸브는 특정 비율에 따라 PID 모드와 유사한 압력 제어에 사용될 수 있습니다.
그러나 비례 솔레노이드 밸브는 히스테리시스 현상이 커서 제어가 불안정해지는 심각한 문제를 가져옵니다. 본 기사에서는 수소 연료전지 시스템의 수소 압력 제어에 존재하는 문제점에 초점을 맞추고 정밀 비례 유량 제어 밸브의 사용을 권장하며 비례 유량 제어 밸브의 특성 및 기술 매개변수를 자세히 소개합니다.
2.비례 유량 제어 밸브
비례 유량 제어 밸브는 그림 2-1에 나와 있습니다.
| 모델 | FC-20 | FC-120 | FC-300 | FC-1000 |
| 밸브 종류 | 비례 니들 밸브 | |||
| 스풀 드리프트 직경 | 0.9mm | 2.25mm | 2.75mm | 4.10mm |
| 액추에이터 | 바이폴라 스테퍼 모터 제어 | |||
| 응답 시간 | 0.8초(열림에서 닫힘) | |||
| 표준 크기 | G1/8” | G3/8” | ||
| 체액 | 불활성 가스 및 액체 | |||
| 연락처 자료 | 스테인레스 스틸 | |||
| 압력 범위 | -1 ~ 7bar | -1 ~ 5bar | ||
| 최대 흐름 | 50L/분 @7bar | 240L/분 @7bar | 290L/분 @7bar | 600L/분 @7bar |
| 선형성 | ±2% | ±0.1~1% | ±0.2~5% | ±11% |
| 반복성 (풀 스케일) |
±0.1% | |||
| 흐름 분해능(단계 길이) | 0.1L/분 | 0.1 ~ 0.2L/분 | 0.2 ~ 0.75L/분 | 1L/분 |
| 이동 분해능(단계 길이) | 12.7um | 25.4um | ||
| 작동 온도 범위 | 0 ~ 84℃ | |||
| 밀봉하다 | 표준 FKM 또는 기타 씰 선택 | |||
| 제어 신호 | DC: 0~10V(또는 4~20mA) | |||
| 전원공급장치 | DC: 24V(12W) | |||
그림 2-2 비례 유량 제어 밸브 기술 지표.
방문하시기 바랍니다https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm
2.2. 드라이브 모듈
비례 유량 제어 밸브에는 스테퍼 모터 구동 회로 모듈이 장착되어 필요한 전력 및 제어 신호를 제공하고 DC 신호를 바이폴라 스테퍼 모터의 스테퍼 제어로 변환하며 RS485 직렬 통신을 직접 제어할 수도 있습니다.
2.3. 특징
비례 유량 조절을 위해 전동식으로 디지털 제어되는 새로운 비례 유량 제어 밸브는 스테퍼 모터의 정밀도 및 반복성 이점과 선형성을 결합합니다. 분해능은 2% 미만의 히스테리시스, 2% 선형성, 1% 반복성 및 0.2% 조정 가능한 유량 제어로 고성능입니다. 일반적으로 많이 사용되는 솔레노이드 비례밸브를 업그레이드한 제품입니다. 다양한 PID 제어 알고리즘 및 압력 컨트롤러를 결합하여 빠르고 정확한 수소 압력 제어 장치를 구성할 수 있습니다.
비례 유량 제어 밸브는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.
(1) 다중 사양 스로틀링 영역: 저유량 직경 0.9mm(0~50L/min 가스)부터 고유량 직경 4.10mm(0~660L/min 가스) 니들 밸브 스로틀링 영역까지 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 응용 프로그램이 필요합니다.
(2) 높은 선형성: 2% 미만의 선형성. 이는 외부 제어 하드웨어와 소프트웨어의 표면 또는 매칭을 단순화합니다. 또한 명령 입력과 흐름 출력 간의 관계를 단순화합니다. (3) 높은 반복성: 매번 동일한 유량(0.1%)에 도달함으로써 장기간 안정적인 일관성을 제공할 수 있습니다.
(4) 넓은 압력 범위: 구멍 크기에 따라 5 또는 7bar의 압력으로 입구 환경이 넓은 압력 범위를 커버할 수 있습니다. 모터의 강성과 힘은 압력이 아닌 동일한 입력 명령으로 밸브가 열리도록 보장합니다.
(5) 낮은 히스테리시스: 2% 미만의 히스테리시스는 통합 및 프로그래밍을 단순화하여 설정점으로 증가 및 감소할 때 일관된 흐름을 제공합니다.
(6) 높은 분해능: 0.2% 분해능으로 비례 유량 제어 밸브가 조정 명령의 작은 변화에 따라 최소 유량 조정을 수행하여 탁월한 제어성을 제공합니다.
(7) 빠른 응답: 전체 작동 시간은 1초 미만으로 신속한 흐름 조절 및 제어를 제공할 수 있습니다.