KR100802758B1 - 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 관한 것으로서, 냉각핀의 에어 인렛부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 유선형의 곡률 형태로 개선하여, 흡입 공기가 냉각핀에 부딪힐 때 와류를 발생시키지 않게 하고, 냉각핀의 아웃렛 부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 샤프(Sharp)하게 개선하여, 냉각핀을 따라 흐르던 유체가 냉각핀 끝단에서 박리되지 않도록 함으로써, 냉각핀의 형상을 공기 흐름을 방해하지 않는 형상으로 최적화하여, 공기 공급기의 성능 향상 및 소음 저감 효과를 얻을 수 있도록 한 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 제공하고자 한 것이다.

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Description

연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀{Cooling fin for motor of turbo blower}

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 나타내는 사진,

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀의 형상을 설명하는 단면도,

도 3 및 도 4는 연료전지 공기 공급기를 설명하는 외관 사시도 및 단면도,

도 5는 연료전지 공기 공급기내에 조립되는 모터 어셈블리를 보여주는 사진,

도 6은 기존의 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 나타내는 사진,

도 7은 기존의 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀의 형상을 설명하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인렛덕트 20 : 아웃렛덕트

30 : 모터 32 : 샤프트

34 : 로터 36 : 권선

38 : 하우징 40 : 임펠러

50 : 와류 발생 방지부 60 : 유체 박리 방지부

100, 200 : 냉각핀

본 발명은 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 공기 공급기의 내부에 조립되는 모터를 냉각시키고자, 모터의 외둘레면에 배열되는 냉각핀의 구조를 에어인렛(air inlet)쪽은 모따기된 곡면 형상으로 형성하고, 에어아웃렛(air outlet)쪽은 날카로운 형상으로 뾰족하게 형성하여, 공기가 냉각핀을 타고 흐를 때, 와류 및 박리되는 현상이 발생되지 않도록 한 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 연료로 사용되는 화석 연료는 다량의 배기가스(이산화탄소)를 발생시키고, 이로 인해 지구 온난화 등 환경 오염을 발생시킴은 주지된 사실이다.

이에, 석유 자원의 고갈로 대체 에너지의 개발이 이루어지고 있는 바, 그 중 하나로서 연료로 수소에너지를 사용하는 연료 전지 자동차가 크게 부각되고 있다.

연료전지의 작동 원리는 수소와 공기의 반응으로 전기를 생성하고, 그 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써, 차량을 주행하는 방식이다.

이러한 연료전지 차량에 있어서, 수소와 반응을 위해 다량의 공기가 필요하 고, 이를 위해 공기 공급기(Turbo Blower)를 사용하게 된다.

상기 공기 공급기 안의 컴프레서(Compressor)는 약 30000 rpm까지 회전하며 연소 반응이 없는 연료전지 차량의 주된 소음이 되고 있으며, 이러한 점을 감안하여 연료전지 차량의 감성 품질(소음)을 향상시키기 위하여 저소음 공기 공급기의 개발이 필수적으로 요구되고 있다.

여기서, 연료전지 공기 공급기의 구성을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 3 및 도 4는 연료전지 공기 공급기를 설명하는 외관 사시도 및 단면도이다.

상기 연료전지 공기 공급기의 구성을 보면, 에어 공급구를 갖는 인렛덕트(10)의 내부에는 내장된 모터(30) 어셈블리와, 에어 출구를 갖는 아울렛 덕트(20)쪽에는 내장된 임펠러(40)로 구분될 수 있으며, 상기 모터(30) 어셈블리는 샤프트(32)와 로터(34), 그 외주부에 배치되는 모터 권선(36), 이 권선을 보호하기 위한 하우징(38) 등을 포함하여 구성되어 있다.

특히, 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모터(30)의 하우징(38)에는 모터 구동에 따른 열 방출을 위한 냉각핀(100)이 형성되어 있다.

보다 상세하게는, 현재 공기 공급기는 모터로 압축기를 구동하는 방식으로, 모터의 과열 문제를 해결하기 위해 인렛덕트내에 모터가 설치된 형태를 이루고 있으며, 흡입되는 공기가 모터의 냉각핀을 통과하면서 모터를 냉각하는 방식을 취하고 있다.

상기 냉각핀은 하우징(38)의 둘레면에서 그 길이방향을 따라 다수개가 방사 형 배열로 형성되어 있는 바, 기존의 냉각핀(200)은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 에어인렛쪽과 에어아울렛쪽이 동일한 형상으로 이루어진 직사각 단면 구조로 형성되어 있다.

그러나, 상기한 공기 공급기용 모터의 냉각핀은 다음과 같은 문제점을 유발한다.

첫째, 인렛 덕트(Inlet Duct) 안에 설치된 모터의 냉각핀은 공기 유동의 흐름을 방해하여 흡입 공기량을 감소 초래하고 냉각 성능을 저하시키는 단점이 있다.

즉, 냉각핀의 형상이 에어 인렛측과 에어 아울렛측이 동일한 직사각 단면 구조로 되어 있기 때문에 공기가 기존의 냉각핀을 따라 흐를 때 냉각핀의 양끝단 부분에서 난류 및 와류가 발생하게 되고, 이 와류 현상으로 인하여 흡입 고기량의 감소가 초래하게 되는 것이다.

둘째, 흡입 공기가 냉각핀을 지나면서 난류 및 와류(회오리) 유동을 발생시키고, 이 난류 유동과 컴프레서 날개가 부딪히며 소음을 크게 발생시키는 문제점이 있었다.

셋째, 냉각핀은 그 원주방향으로 비 균일한 유속을 발생시켜 컴프레서 날개가 회전하면서 날개에 가해지는 압력(힘)이 맥동하게 되고, 이는 소음으로 방사되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 냉각핀의 에어 인렛부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 유선형의 곡률 형태로 개선하여, 흡입 공기가 냉각핀에 부딪힐 때 와류를 발생시키지 않게 하고, 냉각핀의 아웃렛 부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 샤프(Sharp)하게 개선하여, 냉각핀을 따라 흐르던 유체가 냉각핀 끝단에서 박리되지 않도록 함으로써, 냉각핀의 형상을 공기 흐름을 방해하지 않는 형상으로 최적화하여, 공기 공급기의 성능 향상 및 소음 저감 효과를 얻을 수 있도록 한 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 있어서, 상기 냉각핀의 에어 인렛부분에 와류 발생 방지부를 형성하고, 상기 냉각핀의 에어 아웃렛 부분에 유체 박리 방지부를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 제공한다.

바람직한 일구현예로서, 상기 와류 발생 방지부는 상기 냉각핀의 에어 인렛부분의 형상을 모따기 된 형태의 유선형 곡선 형상으로 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 유체 박리 방지부는 상기 냉각핀의 아웃렛 부분을 날카로운 형상으로 뾰족하게 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 연료전지 공기 공급기는 에어 공급구를 갖는 인렛덕트(10)의 내부에는 내장된 모터(30) 어셈블리와, 에어 출구를 갖는 아울렛 덕트(20)쪽에는 내장된 임펠러(40) 즉, 컴프레서 날개로 크게 나누어지며, 상기 모터(30) 어셈블리는 샤프트(32)와 로터(34), 그 외주부에 배치되는 모터 권선(36), 이 권선을 보호하기 위한 하우징(38), 그리고 하우징의 외둘레면에 배치된 냉각핀 등을 포함하여 구성되어 있다.

상기 냉각핀은 주변을 흐르는 공기와 열교환을 하여, 모터 구동에 따른 열 방출 역할을 하게 된다.

본 발명에 따른 냉각핀(100)은 인렛덕트(10)의 에어 공급구를 통하여 유입되는 흡입 공기가 닿았을 때 와류를 발생시키지 않는 구조, 그리고 냉각핀(100)을 따라 흐르던 유체가 끝단에서 박리되지 않게 하는 구조로 제작되어, 공기 공급기의 성능 향상 및 소음 저감 효과를 얻고자 하는데 주안점이 있다.

이러한 점을 감안하여 안출된 본 발명의 냉각핀 구조를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1 및 도 2은 본 발명에 따른 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀을 나타내는 사진이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀의 형상을 설명하는 단면도이다.

상기 냉각핀(100)은 모터(30)의 하우징(38) 둘레면에 그 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 바, 본 발명에 따르면 냉각핀(100)의 에어 인렛부분에 와류 발생 방지부(50)를 형성하고, 상기 냉각핀(100)의 에어 아웃렛 부분에 유체 박리 방 지부(60)를 형성하게 된다.

보다 상세하게는, 상기 와류 발생 방지부(50)는 냉각핀(100)의 전단부에 흡입 공기가 닿았을 때 와류되는 현상을 방지하는 부분으로서, 이 와류 발생 방지부(50)는 상기 냉각핀(100)의 에어 인렛부분의 형상을 모따기 된 형태의 유선형 곡선 형상으로 형성하여서 이루어진다.

또한, 상기 유체 박리 방지부(60)는 상기 냉각핀(100)의 후단부에 공기가 흐르면서 접촉할 때, 공기가 박리되는 것을 방지하는 부분으로서, 냉각핀(100)의 아웃렛 부분을 날카로운 형상으로 뾰족하게 형성하여서 이루어진다.

따라서, 상기 와류 발생 방지부(50) 및 유체 박리 방지부(60)로 인하여 와류 현상 및 유체 박리 현상이 방지되어, 공기의 속도 즉, 냉각핀(100)의 표면 유속이 빠르게 상승되므로, 그리고 공기 유량이 증대되므로, 모터의 냉각 효율이 증대되고, 결국 공기 공급기용 모터의 냉각 효율은 그대로 유지 또는 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 냉각 핀(100)의 형상을 최적화시킴으로써, 유체 와류 발생 감소 및 와류와 컴프레서간의 상호 작용이 감소되어 소음이 현격하게 줄어들게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 의하면, 냉각핀의 에어 인렛부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 유선 형의 곡률 형태로 개선하여, 흡입 공기가 냉각핀에 부딪힐 때 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 냉각핀의 아웃렛 부분을 기존 직사각형 냉각핀 형상과 달리 샤프(Sharp)하게 뾰족한 구조로 개선하여, 냉각핀을 따라 흐르던 유체가 냉각핀 끝단에서 박리되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 냉각핀의 형상을 공기 흐름을 방해하지 않는 형상으로 최적화함으로써, 결과적으로 공기 공급기의 성능 향상 및 소음 저감 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 있어서,

   상기 냉각핀의 에어 인렛부분에 와류 발생 방지부를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 와류 발생 방지부는 상기 냉각핀의 에어 인렛부분의 형상을 모따기 된 형태의 유선형 곡선 형상으로 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀.
3. 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀에 있어서,

   상기 냉각핀의 에어 아웃렛 부분에 유체 박리 방지부를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 유체 박리 방지부는 상기 냉각핀의 아웃렛 부분을 날카로운 형상으로 뾰족하게 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지 공기 공급기용 모터의 냉각핀.

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