KR101189242B1

KR101189242B1 - 차량용 전동식 워터 펌프

Info

Publication number: KR101189242B1
Application number: KR1020100113422A
Authority: KR
Inventors: 김치명; 고행진; 이승용; 김학구; 김윤석; 박용선
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-10-09
Also published as: US20120121448A1; US8764417B2; KR20120052001A

Abstract

차량용 전동식 워터 펌프가 개시된다. 개시된 차량용 전동식 워터 펌프는, 모터실과 펌프실로 구획 형성되는 펌프 바디와, 실링유닛이 개재된 상태로 모터실과 펌프실로 연결되는 샤프트와, 펌프실에서 샤프트에 장착되는 임펠러를 포함하여 구성되며, 펌프 바디에는 실링유닛을 통하여 모터실로 누수되는 침출수를 배출하기 위한 침출수 배출 통로가 형성되고, 침출수 배출 통로는 연료 전지 스택의 반응가스 배출부와 연결된다.

Description

차량용 전동식 워터 펌프 {ELECTRIC WATER PUMP FOR VEHICLE}

본 발명의 예시적인 실시예는 차량용 전동식 워터 펌프에 관한 것으로서, 미케니컬 씰과 같은 실링수단을 통해 누수되는 냉각수(이하에서는 편의상 "침출수"라고 한다)를 외부로 배출시킬 수 있도록 한 차량용 전동식 워터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 워터 펌프는 엔진의 냉각 및 실내 난방을 위하여 엔진 및 히터에 냉각수를 순환시키기 위한 장치이다. 워터 펌프에서 토출된 냉각수는 엔진, 히터, 또는 라디에이터와 열교환을 하며 순환한 후 워터 펌프로 다시 유입된다.

이러한 워터 펌프는 크게 기계식 워터 펌프와 전동식 워터 펌프(당 업계에서는 통상적으로 "전기식 워터 펌프" 라고도 한다)로 나뉘어진다.

기계식 워터 펌프는 엔진의 크랭크 샤프트에 고정된 풀리에 연결되어 크랭크 샤프트의 회전(즉, 엔진의 회전)에 따라 구동한다. 따라서, 기계식 워터 펌프에서 토출되는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도에 따라 결정된다. 그런데, 히터 및 라디에이터에서 필요로 하는 냉각수의 유량은 엔진의 회전 속도와 상관없이 정해져 있다. 따라서, 엔진 회전수가 낮은 영역에서는 히터 및 라디에이터가 정상적으로 작동되지 못하였고, 히터 및 라디에이터를 정상적으로 작동시키기 위하여 엔진 회전수를 높여야 하였다. 이로 인하여, 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 생겼다.

전동식 워터 펌프는 제어 장치에 의하여 제어되는 모터에 의하여 구동된다. 따라서, 전동식 워터 펌프는 엔진의 회전 속도와는 상관 없이 냉각수의 유량을 결정할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 전동식 워터 펌프에 사용되는 부품들은 전기에 의하여 작동하므로, 전기적으로 작동하는 부품들이 충분한 방수 성능을 갖도록 하는 것이 중요하다. 충분한 방수 성능의 확보는 전자식 워터 펌프의 성능을 향상시키고 내구성을 증가시킨다.

현재에는 차량에 전동식 워터 펌프의 적용이 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 전자식 워터 펌프의 성능을 향상시키고 내구성을 증가시키기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.

한편, 상기에서와 같은 전동식 워터 펌프는 고정자와 회전자를 포함하여 구성되는 모터실과, 냉각수를 실질적으로 펌핑하는 펌프실로 구분되며, 모터실을 이루는 펌프 바디 및 펌프실을 이루는 볼류트 하우징이 결합된 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 모터실과 펌프실은 펌프실의 냉각수가 모터실로 침투하는 것을 막기 위한 미케니컬 씰로서의 실링수단을 통해 구분될 수 있으며 그 실링수단은 모터실과 펌프실로 연결되는 샤프트에 장착된다. 그리고 펌프실에서 샤프트에는 냉각수를 가압하기 위한 임펠러가 장착된다.

또한, 상기와 같은 전동식 워터 펌프의 펌프 바디에는 펌프실에서 실링수단을 통해 모터실로 누수되는 침출수를 외부로 배출시키기 위한 침출수 배출 통로를 구성하고 있다.

그런데, 종래 기술에서는 펌프실에서 실링수단을 통해 모터실로 누수되는 침출수를 단순히 외부로 배출시킬 수 있는 침출수 배출 통로를 형성하므로, 반대로 외부에서 물이 침출수 배출 통로를 통해 펌프 바디의 내부로 유입되며 모터의 절연을 저하시키고 베어링을 부식시키는 등의 여러가지 문제점을 야기시킬 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 실링수단을 통해 누수되는 침출수를 외부로 원활하게 배출할 수 있고, 외부의 물이 침출수 배출 통로를 통해 펌프 바디의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 차량용 전동식 워터 펌프를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프는, 모터실과 펌프실로 구획 형성되는 펌프 바디와, 실링유닛이 개재된 상태로 상기 모터실과 펌프실로 연결되는 샤프트와, 상기 펌프실에서 상기 샤프트에 장착되는 임펠러를 포함하여 구성되며, 상기 펌프 바디에는 상기 실링유닛을 통하여 상기 모터실로 누수되는 침출수를 배출하기 위한 침출수 배출 통로가 형성되고, 상기 침출수 배출 통로는 연료 전지 스택의 반응가스 배출부와 연결된다.

또한 상기 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 침출수 배출 통로는 연결관을 통해 상기 반응가스 배출부와 연결될 수 있다.

또한 상기 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 연결관은 오리피스 관으로서 이루어질 수 있다.

또한 상기 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 펌프 바디에는 상기 실링유닛에 의해 발생하는 증기를 배출시키기 위한 증기 배출 통로가 형성될 수 있다.

또한 상기 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 반응가스 배출부를 통한 반응가스의 배출 압력이 커지는 경우, 상기 증기 배출 통로는 외부의 공기를 흡입할 수 있다.

또한 상기 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 상기 반응가스 배출부는 공기와 물을 배출하는 공기 배출구, 및 수소와 물을 배출하는 수소 배출구 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프에 의하면, 침출수 배출 통로가 연결관을 통해 연료 전지 스택의 반응가스 배출부와 연결되는 구조로 이루어짐에 따라 펌프실에서 모터실로 누수되는 침출수를 원활하게 배출할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 침출수 배출 통로가 연결관을 통해 반응가스 배출부와 연결되므로, 외부의 물이 침출수 배출 통로를 통해 모터실 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프에 있어서, 침출수 배출 통로와 연료 전지 스택의 연결 구조를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프(100)는 전기식으로 작동하며 냉각수를 펌핑하고 그 냉각수를 차량의 냉각이 필요한 부분으로 압송하기 위한 것이다.

상기 전동식 워터 펌프(100)는 연료전지 차량, 하이브리드 차량, 및 일반적인 내연기관 차량 등에 구성될 수 있는 바, 예를 들면 연료 전지 차량에서 연료 전지 스택(10)을 냉각시키기 위한 용도로 사용될 수 있다.

이러한 전동식 워터 펌프(100)는 기본적으로, 고정자와 회전자를 구성하는 모터실(110)과, 냉각수를 펌핑하는 펌프실(120)로 구분되며, 그 모터실(110)과 펌프실(120)을 구획 형성하는 펌프 바디(111)가 구비된다.

상기 펌프 바디(111)는 모터실(110)을 이루는 케이스(112a)와, 펌프실(120)을 이루며 케이스(112a)에 결합되는 커버(112b)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 모터실(110)과 펌프실(120)은 그 펌프실(120)에서의 냉각수가 모터실(110)로 침투하는 것을 막기 위한 실링유닛(130: 당 업계에서는 통상적으로 "미케니컬 씰" 이라고 한다)을 통해 구분될 수 있다. 상기 실링유닛(130)은 모터실(110)과 펌프실(120)로 연결되는 샤프트(140)에 장착된다.

그리고, 상기 펌프실(120)에서 샤프트(140)에는 냉각수를 가압하기 위한 임펠러(150)가 장착되어 있다.

상기에서와 같은 차량용 전동식 워터 펌프(100)는 펌프실(120)에서 실링유닛(130)을 통해 모터실(110)로 누수되는 침출수를 외부로 배출하기 위한 침출수 배출 통로(160)를 펌프 바디(111)의 케이스(112a)에 형성하고 있다.

그리고, 상기 펌프 바디(111)의 케이스(112a)는 펌프실(120)에서 실링유닛(130)에 의해 발생하는 증기를 배출시키기 위한 증기 배출 통로(170)를 형성하고 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 상기 워터 펌프(100)는 침출수를 원활하게 배출할 수 있고, 외부에서 물이 침출수 배출 통로(160)를 통해 펌프 바디(111)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 상기 침출수 배출 통로(160)는 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)와 연결될 수 있다.

여기서, 상기 반응가스 배출부(11)는 연료 전지에서 반응하고 남은 반응가스를 배출하는 배출구, 즉 공기와 물을 배출하는 공기 배출구 및 수소와 물을 배출하는 수소 배출구 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

이 경우, 상기 침출수 배출 통로(160)는 연결관(180)을 통해 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)와 연결되는데, 연결관(180)의 일측 단부는 침출수 배출 통로(160)에 연결되며, 다른 일측 단부는 반응가스 배출부(11)에 연결된다.

여기서, 상기 연결관(180)의 다른 일측 단부는 도 2에서와 같이 반응가스 배출부(11)의 배출단에 연결되지 않고, 오리피스 관과 같이 반응가스 배출부(11)의 배출 관로 상에 연결된다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프(100)에 의하면, 침출수 배출 통로(160)가 연결관(180)을 통해 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)와 연결되므로, 침출수를 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)를 통해 배출할 수 있다.

즉, 실링유닛(130)을 통해 펌프실(120)에서 모터실(110)로 누수되는 침출수는 침출수 배출 통로(160)를 통해 배출되고, 연결관(180)을 따라 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)로 유동하며 그 반응가스 배출부(11)를 통해 연료 전지의 배출 반응가스와 함께 외부로 배출될 수 있다.

상기 침출수는 침출수 배출 통로(160)와 반응가스 배출부(11)의 압력 차에 의해 연결관(180)을 따라 유동하며 반응가스 배출부(11)를 통해 배출될 수 있다.

상기 과정에, 실링유닛(130)에 의해 발생하는 증기는 펌프 바디(111)의 증기 배출 통로(170)를 통해 외부로 배출되는데, 반응가스 배출부(11)를 통한 반응가스의 배출 압력이 커지는 경우, 외부의 공기가 증기 배출 통로(170)를 통해 펌프 바디(111)의 내부로 유입될 수 있다.

이로써 본 실시예에서는 펌프 바디(111)의 증기 배출 통로(170)가 공기를 흡입하는 공기 흡입구로서 이루어지므로, 반응가스 배출부(11)를 통한 침출수의 배출을 원활하게 할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 전동식 워터 펌프(100)에 의하면, 펌프실(120)에서 모터실(110)로 누수되는 침출수를 연료 전지 스택(10)의 반응가스 배출부(11)를 통해 외부로 배출할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 침출수 배출 통로(160)가 연결관(180)을 통해 반응가스 배출부(11)와 연결되므로, 외부의 물이 침출수 배출 통로(160)를 통해 모터실(110)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 실링유닛(130)을 통해 모터실(110)로 누수되는 침출수를 외부로 배출할 수 있고 외부의 물이 모터실(110)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있으므로, 모터의 절연 성능을 향상시킬 수 있으며, 침출수로 인한 베어링 등의 부식을 방지할 수 있다.

본 실시예에서 도면에 도시되어 있지 않지만 상기 증기 배출 통로(170)에 외부의 물이 유입되는 것을 차단할 수 있는 별도의 차단수단이 설치되어 있음은 당연하다 할 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 연료 전지 스택 11... 반응가스 배출부
110... 모터실 111... 펌프 바디
120... 펌프실 130... 실링유닛
140... 샤프트 150... 임펠러
160... 침출수 배출 통로 170... 증기 배출 통로
180... 연결관

Claims

모터실과 펌프실로 구획 형성되는 펌프 바디와, 실링유닛이 개재된 상태로 상기 모터실과 펌프실로 연결되는 샤프트와, 상기 펌프실에서 상기 샤프트에 장착되는 임펠러를 포함하여 구성되며,
상기 펌프 바디에는 상기 실링유닛을 통하여 상기 모터실로 누수되는 침출수를 배출하기 위한 침출수 배출 통로가 형성되고,
상기 침출수 배출 통로는 연료 전지 스택의 반응가스 배출부와 연결되는 차량용 전동식 워터 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 침출수 배출 통로는 연결관을 통해 상기 반응가스 배출부와 연결되는 차량용 전동식 워터 펌프.
제2 항에 있어서,
상기 연결관이 오리피스 관으로서 이루어지는 차량용 전동식 워터 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 펌프 바디에는 상기 실링유닛에 의해 발생하는 증기를 배출시키기 위한 증기 배출 통로가 형성되는 차량용 전동식 워터 펌프.
제4 항에 있어서,
상기 반응가스 배출부를 통한 반응가스의 배출 압력이 커지는 경우, 상기 증기 배출 통로는 외부의 공기를 흡입하는 차량용 전동식 워터 펌프.
제1 항 내지 제5 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 반응가스 배출부는 공기와 물을 배출하는 공기 배출구, 및 수소와 물을 배출하는 수소 배출구 중 어느 하나인 차량용 전동식 워터 펌프.