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탄소 중립의 실현에 기여하기위한 연료 전지 토토 배팅 사이트을위한 전기 터보 차저 개발

탄소 중립의 실현에 기여하기위한 연료 전지 토토 배팅 사이트을위한 전기 터보 차저 개발

Hayashi Katsunori, Kaneda Shinichi, Ikeya Nobuyuki, Daito Yuichi, Kitamura Kazuhiro

Hayashi Katsunori: 전자 제품 개발 프로젝트 부서, 엔지니어링 센터, 차량 터보 차저 사업부, 산업 토토 배팅 사이트 및 일반적인 용기 통합
Kaneda Shinichi: 전자 제품 개발 프로젝트 부서, 엔지니어링 센터, 차량 터보 차저 사업 단위, 산업 토토 배팅 사이트 및 범용 기계 통합
ikeya nobuyuki: 최고 엔지니어, 차량 터보 차저 사업 단위, 산업 토토 배팅 사이트 및 범용 기계 통합
Daito Yuichi: 전자 제품 개발 프로젝트 부서, 엔지니어링 센터, 차량 터보 차저 사업부, 산업 토토 배팅 사이트 및 범용 기계 통합
Kitamura Kazuhiro: 전자 제품 개발 프로젝트 부서, 엔지니어링 센터, 차량 터보 차저 사업부, 산업 토토 배팅 사이트 및 범용 기계 통합

연료 전지 차량 (FCV)과 같은 연료 전지 토토 배팅 사이트은 탄소 중립의 실현을 위해 점점 더 많이 사용되고 있습니다. IHI는 다양한 연료 전지 토토 배팅 사이트의 성능, 비용 및 신뢰성과 관련하여 요구 사항을 충족시키는 효율성이 높은 새로운 전기 터보 차저 (ETC)를 개발하고 있습니다. 우리는 토토 배팅 사이트의 효율성 향상으로 인한 요구를 충족시키는 것 외에도 향후 대량 생산을 고려하여 제조를 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 이 논문은 IHI의 새로 개발 된 ETC-M의 강점, ETC가 연료 전지 토토 배팅 사이트에 가져 오는 이점 및이를 지원하는 원소 기술을 소개합니다.

1. 연료 전지 토토 배팅 사이트을 둘러싼 환경

수소의 활용은 탄소 중립성을 실현하는 옵션이 될 것으로 예상됩니다. 예를 들어, EU는 2030 년까지 2030 년까지 천만 톤의 재생 가능한 수소를 생산하는 것을 목표로 2020 년에 수소 전략을 발표했습니다.⁽¹⁾. 많은 국가들이 수소 활용을 지원하고 보조금을 지급하고 있습니다. 독일 정부는 중청 연료 전지 트럭에 대한 지원을 제공 할 것이라고 발표했으며, 중국 정부는 2020 년에 연료 전지 차량 (FCV) 산업의 공급망 개발에 보조금을 지급 할 것이라고 발표했다.⁽²⁾. 이러한 노력으로 FCV 산업이 확대되고 있습니다.

그림 12050 년 차량 생산의 예측 시나리오를 보여줍니다⁽³⁾. 내연 기관 차량 및 하이브리드 차량의 비율은 2030 년 이후에 빠르게 떨어질 것으로 예상되며 전기 자동차 (EV) 및 FCV로 대체됩니다. JAMA (Japan Automobile Manufacturers Association)에 따르면 EVS는 소형 승용차 부문에서 주류가 될 것으로 예상되며, 무거운 상업용 차량의 부문에서 FCV가⁽⁴⁾. 수소는 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 FCV는 고력이 필요한 중력이 필요하고 장거리 구동을 일으키는 중장비 상업용 차량에 적합한 옵션입니다.

IHI는 2002 년 연료 전지 토토 배팅 사이트의 압축기에 대한 연구를 시작했으며, 압축기는 고정 연료 전지 토토 배팅 사이트 (시설에 전력 공급 토토 배팅 사이트) 및 FCV에 장착되었습니다. 2018 년 IHI는 Daimler AG (독일) 차량을위한 세계 최초의 (우리의 연구에 따르면) 터빈 장착 전기 터보 차저 (ETC)를 대량 생산했습니다.

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2. 연료 전지 토토 배팅 사이트 등

2.1 연료 전지 토토 배팅 사이트

연료 전지 토토 배팅 사이트은 주로 수소 탱크, 연료 전지 스택 (FC 스택), 전력 관리 토토 배팅 사이트 및 전기 압축기의 일관성이 있습니다. 연료 전지 토토 배팅 사이트은 수소 및 대기 산소로 직류를 생성합니다. 산소는 전기 압축기로 공기를 압축하여 공급됩니다.

그림 3작동중인 연료 전지 토토 배팅 사이트의 토토 배팅 사이트 흐름을 보여줍니다. 이 토토 배팅 사이트 흐름에서 ETC는 전기 압축기로 사용됩니다. ETC는 압축기, 터빈, 모터, 베어링 및 인버터로 구성됩니다. ETC에 의해 압축 된 공기 (산소) 및 수소 탱크에서 공급 된 수소는 FC 스택에서 화학적으로 반응하여 전기를 생성하고 배터리를 충전합니다. 하전 된 전기는 트랙션 모터 등을 구동하는 데 사용됩니다. FC 스택에서 화학 반응이 발생한 후, 배기 가스 (습한 공기) 및 FC 스택에서 물이 배출됩니다. 그들은 터빈을 통해 외부로지나갑니다. 현재 터빈은 배기 가스에서 에너지를 회수하고이를 사용하여 등의 회전을 돕습니다. 압축기와 터빈은 동일한 샤프트에 배열되어 회전체 (로터)를 형성합니다. 로터는 에어 베어링에 의해지지됩니다. 인버터는 모터에 전원을 공급하고 차량 토토 배팅 사이트과 통신하는 인터페이스가 있습니다.

2.2 IHI 등의 강점

IHI는 수년간 항공기 엔진 및 터보 차저를 포함한 여러 종류의 회전 기계를 제공해 왔습니다. IHI는 이러한 기존 기술로 등을 개발해 왔으며 다음 5 가지 강점을 성공적으로 장착했습니다 (그림. 4) .

(1) 터빈 보조에 의한 고효율: - FC 스택에서 배출 된 배기 가스의 에너지는 터빈에 의해 회수되며 압축기 전력의 30%를 덮는 데 사용됩니다. 이를 통해 ETC의 축소 및 전력 소비 감소가 가능합니다.
- ETC의 감소 된 전력 소비는 연료 전지 토토 배팅 사이트의 더 높은 효율을 제공함으로써 의도 된 사용에 따라 토토 배팅 사이트을 더 작고 강력하게 만들 수 있습니다.
(2) 오일 프리 머신: 연료 전지의 성능이 악화되는 것을 방지하기 위해 에어 베어링을 채택하여 오일이없는 구조가 실현되었습니다.
(3) 작동 중지/시작 기능: 공기 베어링에 코팅을 적용하면 연료 전지 토토 배팅 사이트을 따르는 정지/시작 작동이 가능합니다. 연료 전지 토토 배팅 사이트이 사용되지 않을 때 전력을 절약합니다.
(4) 고전력 밀도: 회전 속도가 증가하여 기존 생산 모델에서 전력 밀도가 58% 증가했습니다.
(5) Mechatronic 통합 구조: 모터 및 인버터를 포함한 터보 차저가 추가로 통합되어 전체 크기를 최적화하여 다운 사이징을 달성했습니다. 이것은 전체 연료 전지 토토 배팅 사이트의 축소를 가능하게했습니다.

3. 전기 압축기 토토 배팅 사이트 비교

3.1 터빈이 있거나없는 전기 압축기 토토 배팅 사이트 비교

정격 작업에서 80 ~ 100 ° C의 촉촉한 공기는 FC 스택에서 배기 가스로 배출됩니다. 압축기를 돌리는 데 필요한 전력은 터빈으로 배기 가스에 포함 된 에너지를 회수함으로써 보충 될 수 있습니다. 그림 5는 압축기 압력 비율과 압축기 전력 사이의 관계를 1.5 ~ 3.2의 비율 범위에서 보여줍니다. 또한 터빈으로 회수 할 수있는 전력의 양은 동일한 그래프에 겹쳐집니다. 회수 가능한 터빈 전력의 양은 FC 스택의 압력 손실 및 터빈이 사용할 수있는 압력 차이에 따라 다릅니다. 그래프로부터, 아래 방정식 (1)에서 Zeta로 표시된 파라미터 값이 증가하거나 터빈 증가에 의해 사용될 수있는 압력 차이, 터빈 전력 회복 가능의 양

Zeta = p3-p1 P2-P1 ···· (1)

회복 된 전력은 FC 스택의 사양 및 작동 지점에 따라 변경됩니다. 작동 조건에 대한 압축기와 터빈의 최적 조합으로 터빈으로 압축기 전력의 약 30%를 회수 할 수 있습니다. 이를 통해 모터와 인버터의 다운 사이징이 가능합니다.

그림 6터빈이 있거나없는 식 (2)에 의해 표시된 압축 토토 배팅 사이트 효율의 비교 결과를 보여줍니다.

압축 토토 배팅 사이트 효율 = 이론적 단열 압축 전력 인버터 입력 전력 ···· (2)

그림은 터빈의 압축 토토 배팅 사이트 효율이 터빈이없는 것보다 훨씬 높다는 것을 보여줍니다. Zeta가 0.7이고 압축기 압력 비율이 3.0 인 경우 압축 토토 배팅 사이트 효율은 0.60에서 1.03으로 증가합니다. 터빈이있는 전기 압축기로 압축 토토 배팅 사이트 효율을 향상 시키면 연료 전지 토토 배팅 사이트에서 사용할 수있는 전력이 증가합니다.

3.2 등과 2 단계 압축기 비교

그림 7는 단일 단계 등의 토토 배팅 사이트 흐름과 인터쿨러가있는 2 단계 압축기 (터빈없이)를 보여줍니다. 연료 전지 토토 배팅 사이트에서 가습기의 입구 온도는 약 100 ° C 미만으로 유지되어야하므로 압축기 토토 배팅 사이트 모두 애프터 쿨러가 있어야합니다. 또한, 2 단계 압축기 토토 배팅 사이트에는 고압 단계 측면에서 압축기를 보호하고 압축 전력을 줄이기 위해 인터쿨러가 있어야합니다. 여기서 인터쿨러와 애프터 쿨러는 열교환 기입니다. 그러나 애프터 쿨러 외에 인터쿨러를 제공하면 냉각 토토 배팅 사이트의 하중이 증가합니다. 결과적으로, 2 단계 압축기의 열교환 기의 총 크기가 증가하고 단일 단계 압축기의 후일 자보다 거의 두 배나 클 수 있습니다.⁽⁵⁾. 또한, 열교환 기의 총 압력 손실 증가는 압축 토토 배팅 사이트 효율을 감소시킨다. 단일 단계 압축기로 작동 지점을 덮으면 열교환 기 및 배관 토토 배팅 사이트의 하향 조정 및 압력 손실 감소가 가능합니다.

그림. 7 단일 ETC의 토토 배팅 사이트 흐름 및 쿨러가있는 2 단계 압축기

그림 8터빈이없는 단일 단계 등과 2 단계 압축기의 토토 배팅 사이트 효율성을 보여줍니다. 그림은 ETC가 전체 범위의 2 단계 압축기보다 효율이 높다는 것을 보여줍니다. 압축기 압력 비율이 3.2 인 경우, 2 단계 압축기의 토토 배팅 사이트 효율은 0.79이지만 ETC의 토토 배팅 사이트 효율은 1.19입니다. ETC를 채택하면 축소 및 체중 감소를 가능하게 할뿐만 아니라 토토 배팅 사이트 효율성을 향상시킵니다.

4. 원소 기술

4.1 에어 베어링

연료 전지에서 촉매와의 이물질과의 접촉은 연료 전지 토토 배팅 사이트 성능을 감지하게한다. 실제 작동 조건에서 연료 전지 토토 배팅 사이트의 효율을 유지하려면 이러한 촉매 오염을 피해야합니다. 오염의 전형적인 원인은 윤활제 안개입니다. 따라서 연료 전지 토토 배팅 사이트에는 오일이없는 구조가 있어야합니다.

전체 토토 배팅 사이트을 오일 프리로 만들기 위해 IHI의 등은 동적 압력 공기 베어링을 채택합니다. 방사형 방향으로 로터를지지하는 방사형 베어링과 축 방향으로 로터를지지하는 스러스트 베어링의 두 가지 유형의 공기 베어링이 사용됩니다. 그림 9⁽⁶⁾. 방사형 공기 베어링은 주로 골판지 얇은 잎 스프링 (범프 포일), 얇은 플레이트 (상단 포일)로 구성되며, 이는 저속에서 회전 로터와 직접 접촉하여 로터 표면을 향하고 하우징을 유지합니다. 공기 베어링은 공기를 윤활 유체로 사용하므로 오일을 사용할 수없고 유지 보수가 우수한 환경에서 사용할 수 있습니다.

ETC가 꺼져있는 동안 로터와 베어링이 서로 접촉합니다. ETC가 켜지고 로터가 회전하기 시작하면 로터가 베어링과 접촉하여 회전합니다. 로터의 회전 속도가 증가하면 베어링과 로터 사이의 공기 층이 형성되므로 베어링과 로터가 더 이상 서로 접촉하지 않습니다. 로터는 ETC가 켜진 직후와 꺼지기 직전을 제외하고는이 비가 박리 상태에서 항상 회전합니다. IHI의 공기 베어링의 경우, 코팅이 슬라이딩 표면에 적용되어 ETC가 켜지거나 끄면 로터와 일시적으로 접촉하는 동안 회전하고 슬라이드 할 수 있습니다. 이것은 등의 정지/시작 작동을 가능하게합니다.

얇은 범프 포일과 상단 포일이 변형 중에 하우징에 삽입되기 때문에 에어 베어링의 조립 공정은 복잡합니다. 에어 베어링은 수동으로 조립되었지만 대량 생산을위한 조립 프로세스를 자동화하기 위해 전용 조립 토토 배팅 사이트을 개발하고 있습니다.

4.2 로터

ETC의 로터는 주로 내부 자석에서 회전 전력을 얻습니다. 새로운 모델 (ETC-M)은 기존 모델 (ETC-S)보다 더 강력한 FC 스택을 지원하기 위해 자석 부피가 증가한 모터 및 압축기 전력이 높습니다. 증가 된 자석 부피는 운동 전력 증가를 제공하지만, 외부 직경 증가로 인한 로터 길이 증가 및 응력 증가로 인한 샤프트 진동 증가와 같은 부작용을 갖는다. 따라서, 우리는 각 효과의 정도를 정량화하여 더 높은 전력, 작은 샤프트 진동 및 적절한 강도를 달성 할 수있는 지점을 찾아 ETC-M을 설계했습니다. ETC-M의 크기는 로터와 전체 몸체가 기존 모델보다 최대 회전 속도가 높아졌습니다. 크기, 로터 역학 및 강도 설계를 최적화하여 로터의 특정 전력을 1.7 배 씩 증가 시켰습니다.그림. 10.

4.3 모터

그림 11모터의 와인딩 방법을 보여줍니다. ETC의 경우 랩 권선 방법이 채택되었습니다. 랩 와인딩은 성능과 크기 측면에서 우수하지만 자동화는 어렵 기 때문에 대량 생산을위한 ETC-M에 랩 권선을 채택 할 수 없습니다. 이러한 이유로, 동심원 권선은 ETC-M에 채택되었으며, 여기서 각 단계의 코일은 근본적으로 배열된다. 이를 통해 인서터와 함께 자동 삽입을 가능하게하여 대량 생산이 가능합니다. 또한 ETC-M은 회전 속도가 19% 높고 ETC보다 약 1.6 배 높은 토크로 20kW의 모터 파워를 달성했습니다.

4.4 인버터

그림 12etc-s 등의 인버터를 보여줍니다. ETC-M은 새로운 재료 인 실리콘 카바이드 (SIC)를 사용하는 금속 산화물-세미 도자 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET) 모듈을 사용하며 ETC는 실리콘 (SI) 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT) 모듈을 사용합니다. 장치를 변경함으로써 ETC-M의 인버터 효율이 4%향상되었습니다. 또한, 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 ETC-M은 부품 크기가 줄어들고 운동 효율이 향상됩니다. DC 링크 커패시터 (전력 반도체 스위칭에서 DC 전압의 맥동을 억제하는 부품)는 볼륨이 약 40%로 축소되었으며 패키지는 주로 보드 레이아웃의 수정을 통해 최적화되었습니다.

연료 전지 토토 배팅 사이트의 출력이 증가함에 따라 필요한 최대 전압이 증가하고 있습니다. 따라서 각 부품의 정격 전압은 800 V 클래스 토토 배팅 사이트을 형성하기 위해 업그레이드되었습니다.

5. 결론

이 논문은 다양한 연료 전지 토토 배팅 사이트 요구 사항을 충족하기 위해 개발 한 연료 전지에 대한 새로운 등을 소개했습니다.그림 13ETC ETC-M. ETC-M은 ETC보다 58% 더 높은 전력 밀도를 가지며 터빈으로 전력 회복을 통해 더 높은 연료 전지 토토 배팅 사이트 효율을 제공합니다. 또한 ETC-M은 대량 생산을위한 제조를 개선했습니다.