KR101493161B1 - Self Cooling type Air Compressor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 셀프 쿨링타입 공기압축기(10)는 임펠러(51)를 감싼 벌류트(53-1,53-2)의 내부공간에서 임펠러(51)에 의해 형성된 압축공기중 일부 압축공기가 벌류트(53-1,53-2)를 빠져나가는 경로에서 분기되고, 분기된 압축공기가 임펠러(51)를 회전시켜주는 모터유닛(20)으로 유입되며, 유입된 압축공기가 모터유닛(20)의 열을 흡수해 벌류트(53-1,53-2)의 내부공간으로 빠져나가는 셀프쿨러(70)를 포함함으로써, 임펠러(51)를 회전시키는 모터의 과열 방지로 구조적 불안정 상승과 베어링(40-1,40-2)의 내구성 저하 및 효율 감소가 방지되고, 특히 임펠러(51)를 갖춘 압축유닛(50)과 임펠러(51)를 회전시키는 모터를 내장한 모터유닛(20)이 분리된 구조에서 과도한 온도 상승에 의한 악 영향이 방지되는 특징을 갖는다.The self-cooling type air compressor (10) of the present invention is a self-cooling type air compressor (10) in which some of the compressed air formed by the impeller (51) in the inner space of the volutes (53-1, 53-2) surrounding the impeller 53-1 and 53-2, and the branched compressed air flows into the motor unit 20 that rotates the impeller 51, and the introduced compressed air flows into the motor unit 20 And the self-cooler 70 that absorbs the fluid and exits into the inner space of the volutes 53-1 and 53-2, thereby preventing the motor from overheating to rotate the impeller 51, The motor unit 20 incorporating the motor for rotating the impeller 51 and the compression unit 50 having the impeller 51 are separated from each other in the separated structure So that the adverse effect due to the temperature rise is prevented.

Description

셀프 쿨링타입 공기압축기{Self Cooling type Air Compressor}[0001] Self-cooling type air compressor [0002]

본 발명은 공기압축기에 관한 것으로, 특히 내부를 순환하는 공기흐름으로 모터 구동 상태에서도 과도한 온도 상승이 방지됨으로써 성능 및 효율을 크게 개선한 셀프 쿨링타입 공기압축기에 관한 것이다.The present invention relates to an air compressor, and more particularly, to a self cooling type air compressor in which an air flow circulating inside is prevented from an excessive temperature rise even in a motor driven state, thereby greatly improving performance and efficiency.

일반적으로 연료전지 차량에서는 연료전지(또는 연료전지 스택)에 공급된 수소와 화학 반응하는 산소를 압축공기 형태로 공급하고, 이를 위해 공기압축기가 필수적으로 사용된다.Generally, in a fuel cell vehicle, oxygen which chemically reacts with hydrogen supplied to a fuel cell (or a fuel cell stack) is supplied in the form of compressed air, and an air compressor is essentially used for this purpose.

그러므로, 공기압축기는 부하조건에 따라 산소 요구량이 달라지는 연료전지(또는 연료전지 스택)에서 필요로 하는 산소가 충분한 양으로 공급될 수 있는 성능과 함께 장시간 동작하더라도 효율 저하 없는 내구성을 필요로 할 수밖에 없다.Therefore, the air compressor is required to have a capability of supplying a sufficient amount of oxygen required in a fuel cell (or a fuel cell stack) whose oxygen demand varies depending on a load condition, and a durability that does not decrease in efficiency even when operated for a long period of time .

통상, 공기압축기는 공기가 들어오는 입구와 공기가 배출되는 출구를 형성한 볼류트(volute)로 감싸인 임펠러(impeller)로 이루어진 압축유닛을 구비하고, 임펠러(impeller)는 공기를 압축하도록 모터로 회전되는 방식이다.Generally, an air compressor includes a compression unit composed of an impeller wrapped in a volute forming an inlet through which air enters and an outlet through which air is discharged, and an impeller rotates with a motor .

하지만, 모터 구동 방식 공기압축기는 모터로 인해 그 성능의 개선이 꾸준히 요구될 수밖에 없다.However, the performance of the motor-driven air compressor is constantly required to be improved due to the motor.

국내특허공개 10-2012-0135541(2012년12월17일)Korean Patent Publication 10-2012-0135541 (December 17, 2012)

상기 특허문헌은 회전체의 고유진동수를 높여 작동시 진동 특성을 개선한 연료전지 자동차용 공기 블로워 기술의 예를 나타낸다.The above patent document shows an example of an air blower technique for a fuel cell vehicle in which the vibration characteristic at the time of operation is improved by raising the natural frequency of the rotating body.

그러나, 무엇보다도 공기압축기에서는 구동되는 모터의 온도가 허용치 이상으로 올라가지 않도록 유지하는 게 중요할 수밖에 없다.However, above all, it is important to keep the temperature of the driven motor from rising beyond the allowable value in the air compressor.

이는, 모터의 과도한 온도 상승은 모터뿐만 아니라 모터 주변도 고열 상태로 만들어줌으로써 공기압축기의 구조적 불안정을 높이게 되고, 내부 고열로 인한 베어링의 내구성 저하 및 효율 감소가 일어나게 된다.This is because the excessive temperature rise of the motor causes the high temperature state of the motor as well as the motor, thereby increasing the structural instability of the air compressor and reducing the durability and efficiency of the bearing due to the internal high temperature.

특히, 볼류트(volute)와 임펠러(impeller)로 이루어진 압축유닛과, 내부 공기 유동이 없도록 외부와 차단된 모터를 내장한 모터유닛이 서로 분리된 공기압축기일 경우, 모터의 과도한 온도 상승에 의한 악 영향은 더욱 심화될 수밖에 없다.Particularly, in the case where the compression unit consisting of a volute and an impeller and the motor unit having a motor interrupted from the outside to prevent internal air flow are separate air compressors from each other, The impact will be further intensified.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 내부로 순환되어 배출되는 공기흐름으로 열을 흡수해 모터의 과열이 방지됨으로써 구조적 불안정 상승과 베어링의 내구성 저하 및 효율 감소를 가져오는 내부 고열 상태가 방지되고, 특히 외부로 배출되는 공기흐름이 압축공기를 형성해주는 압축유닛쪽으로 이어짐으로써 모터를 내장한 모터유닛과 분리된 구조에서도 모터의 과도한 온도 상승에 의한 악 영향이 방지될 수 있는 셀프 쿨링타입 공기압축기를 제공하는데 목적이 있다.In view of the above, the present invention, which was invented in view of the above, is to prevent the overheating of the motor by absorbing heat by the air stream circulated and discharged to the inside, thereby increasing the structural instability, reducing the durability of the bearing, In particular, the self-cooling type air which can prevent the adverse effect due to the excessive temperature rise of the motor even in the structure separated from the motor unit having the built-in motor by connecting the air flow discharged to the outside to the compression unit forming the compressed air Compressor.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 셀프 쿨링타입 공기압축기는 임펠러를 감싼 벌류트의 내부공간에서 상기 임펠러의 회전으로 형성된 압축공기중 일부 압축공기가 상기 벌류트를 빠져나가는 경로에서 분기되고, 분기된 압축공기가 상기 임펠러와 고정된 모터축이 수용된 모터챔버에서 열을 흡수한 후 상기 벌류트의 내부공간으로 배출되는 냉각순환흐름으로 형성시켜주는 셀프쿨러; 가 포함된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the self-cooling type air compressor according to the present invention is characterized in that in the internal space of the volute enclosing the impeller, some of the compressed air formed by the rotation of the impeller is branched in a path exiting the volute, A self-cooler configured to form a cooling circulation flow in which branched compressed air absorbs heat in a motor chamber accommodating the impeller and a motor shaft fixed to the impeller and then discharged to an inner space of the varute; Is included.

상기 일부 압축공기의 분기는 임펠러 후단 챔버를 통해 이루어지고, 상기 임펠러 후단 챔버는 상기 모터챔버와 접하는 상기 임펠러의 뒤쪽으로 형성된다.The branch of the compressed air is made through a rear end chamber of the impeller, and the impeller rear end chamber is formed behind the impeller in contact with the motor chamber.

상기 임펠러 후단 챔버와 상기 모터챔버의 사이에는 상기 모터챔버의 개구부위를 가려주는 전단기밀부재가 위치되고, 상기 전단기밀부재에는 상기 일부 압축공기가 상기 모터챔버로 유입되도록 모터챔버 연결홀이 뚫려진다.A front end hermetic member for covering an opening portion of the motor chamber is positioned between the impeller rear end chamber and the motor chamber and a motor chamber connection hole is drilled in the front hermetic member so that the compressed air is partially introduced into the motor chamber .

상기 냉각순환흐름은 상기 모터축에 고정된 로터와 상기 모터챔버의 내면에 고정된 스테이터가 형성하는 스테이터 간극과, 상기 모터축에 뚫려진 공기배출 홀을 통해 형성된다.The cooling circulation flow is formed through a rotor fixed to the motor shaft, a stator gap formed by a stator fixed to the inner surface of the motor chamber, and an air discharge hole pierced through the motor shaft.

상기 공기배출 홀은 상기 모터축의 중심을 향해 뚫려진 공기유입홀과, 상기 모터축의 한쪽 끝에서 상기 공기유입홀에 연결되도록 상기 모터축의 길이를 따라 뚫려진 공기경로홀로 이루어지고, 상기 공기유입홀의 형성 위치는 상기 모터축이 상기 모터챔버를 형성한 하우징에 결합된 후단베어링으로 지지되지 않는 구간이다.
Wherein the air discharge hole comprises an air inlet hole pierced toward the center of the motor shaft and an air passage hole pierced along the length of the motor shaft so as to be connected to the air inlet hole at one end of the motor shaft, Position is a section in which the motor shaft is not supported by the rear end bearing coupled to the housing forming the motor chamber.

이러한 본 발명은 내부로 순환되어 외부로 배출되는 공기흐름으로 열을 흡수해 모터의 과열이 방지됨으로써 내부 고열 상태를 형성하지 않고 안정적으로 공기압축기가 구동될 수 있고, 특히 내부 고열 상태 방지로 구조적 불안정 상승과 베어링의 내구성 저하 및 효율 감소가 발생되지 않는 효과가 있다.According to the present invention, the air is circulated to the inside and absorbed heat by the air flow to the outside to prevent overheating of the motor, so that the air compressor can be stably driven without forming an internal high temperature state. Especially, And the durability and the efficiency of the bearing are not lowered.

또한, 본 발명은 외부로 배출되는 공기흐름이 압축공기를 형성해주는 압축유닛쪽으로 이어짐으로써 압축유닛이 모터를 내장한 모터유닛과 분리된 공기압축기에서도 내부 고열 상태를 형성하지 않고 안정적으로 구동되는 효과가 있다.Further, the present invention is advantageous in that the air flow discharged to the outside leads to the compression unit which forms the compressed air, so that the compression unit is stably driven without forming the internal high-temperature state even in the motor unit in which the motor is built- have.

또한, 본 발명은 모터의 열을 흡수하는 공기흐름이 모터부위와 모터 축으로 연결된 임펠러부위로 이어짐으로써 모터내부의 온도 상승이 설정 범위이내로 유지될 수 있고, 특히 임펠러 후단부위에도 공기흐름에 의한 냉각작용이 일어남으로써 베어링 수명감소를 가져오는 임펠러 전/후면 압력차로 발생하는 추력과다가 크게 감소되는 효과가 있다.In addition, since the airflow absorbing the heat of the motor is led to the impeller portion connected to the motor portion and the motor shaft, the temperature rise inside the motor can be maintained within the set range, and in particular, The effect of thrust generated by the front / rear pressure difference of the impeller which reduces the bearing life is greatly reduced.

도 1은 본 발명에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기가 적용된 차량의 레이아웃이고, 도 2는 본 발명에 따른 셀프 쿨링 작용이 일어나는 셀프 쿨러의 구성이며, 도 3은 본 발명에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기의 작동도이며, 도 4는 본 발명에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기의 내부 공기 순환 흐름 상태이다.FIG. 1 is a layout of a vehicle to which a self-cooling type air compressor according to the present invention is applied, FIG. 2 is a configuration of a self-cooler in which self- Fig. 4 is an internal air circulation flow state of the self-cooling type air compressor according to the present invention. Fig.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기가 적용된 차량의 레이아웃을 나타낸다.1 shows a layout of a vehicle to which a self-cooling type air compressor according to the present embodiment is applied.

도시된 바와 같이, 연료전지 차량에는 수소와 산소의 화학반응을 이용해 전기가 생성되는 연료전지스택(또는 연료전지, 1)과, 연료전지스택(1)에서 생성된 전기를 이용하여 구동되는 전기모터(2)와, 차량의 상위제어기로 작용하는 제어기(3)와, 연료전지스택(1)에 수소를 공급하는 수소탱크(5)와, 연료전지스택(1)의 산소 요구량에 맞춰 공기를 압축하도록 작동하고 작동에 의한 온도상승을 자체적으로 냉각시켜주는 공기압축기(10)가 포함된다.As shown in the figure, the fuel cell vehicle includes a fuel cell stack (or fuel cell 1) in which electricity is generated by the chemical reaction between hydrogen and oxygen, an electric motor (not shown) driven using electricity generated in the fuel cell stack 1, (3) serving as an upper controller of the vehicle, a hydrogen tank (5) for supplying hydrogen to the fuel cell stack (1), and a controller And an air compressor (10) which operates to cool the temperature rise caused by the operation by itself.

상기 연료전지스택(1)과 상기 전기모터(2), 상기 제어기(3) 및 상기 수소탱크(5)는 통상적인 연료전지 차량의 구성요소와 동일하다. 제어기(3)는 연료전지스택(1)과 전기모터(2) 및 수소탱크(5)를 차량 부하조건에 맞춰 제어하도록 회로를 형성하고, 연료전지스택(1)의 산소 요구량에 따라 공기압축기(10)를 제어하도록 공기압축기(10)와 회로를 형성한다.The fuel cell stack 1 and the electric motor 2, the controller 3 and the hydrogen tank 5 are the same as those of a typical fuel cell vehicle. The controller 3 forms a circuit for controlling the fuel cell stack 1, the electric motor 2 and the hydrogen tank 5 in accordance with the vehicle load condition and controls the air compressor 10 with the air compressor (10).

상기 공기압축기(10)는 회전력을 발생시키는 모터유닛(20)과, 회전력을 전달받아 외부에서 유입된 공기를 압축하여 배출시켜주는 압축유닛(50)과, 압축유닛(50)에서 배출되는 압축공기중 일부 압축공기가 유입되어져 모터유닛(20)을 순환한 후 압축유닛(50)쪽으로 배출되는 흐름 경로가 형성된 셀프쿨러(70)로 구성된다.The air compressor 10 includes a motor unit 20 for generating a rotational force, a compression unit 50 for compressing and discharging the air introduced from the outside by receiving a rotational force, And a self-cooler 70 having a flow path through which a part of the compressed air flows into the compression unit 50 after circulating the motor unit 20 is formed.

상기 모터유닛(20)과 상기 압축유닛(50)은 각각 별개 부품으로 제조된 후, 볼트나 스크류를 이용해 조립된다.The motor unit 20 and the compression unit 50 are manufactured as separate parts, and then assembled using bolts or screws.

상기 모터유닛(20)은 빈 공간인 모터챔버(21-1)를 형성한 하우징(21)과, 모터챔버(21-1)에 수용된 마그네틱으로 이루어진 로터(22)와, 모터챔버(21-1)의 내벽으로 고정된 스테이터(23)와, 로터(22)에 의해 회전되는 모터축(24)과, 모터챔버(21-1)의 개구 부위를 밀폐하는 한쌍의 기밀부재(30-1,30-2)와, 모터축(24)을 지지하는 한쌍의 베어링(40-1, 40-2)으로 구성된다.The motor unit 20 includes a housing 21 formed with a motor chamber 21-1 as an empty space, a rotor 22 formed of a magnet housed in the motor chamber 21-1, A motor shaft 24 rotated by the rotor 22 and a pair of hermetic members 30-1 and 30 for sealing the opening portion of the motor chamber 21-1 -2 and a pair of bearings 40-1 and 40-2 for supporting the motor shaft 24. [

상기 한쌍의 기밀부재(30-1,30-2)는 하우징(21)이 압축유닛(50)에 결합되는 부위에서 모터챔버(21-1)의 개구부위를 가려주는 전단기밀부재(30-1)와, 모터챔버(21-1)의 반대쪽 개구부위를 가려주는 후단기밀부재(30-2)로 구성된다.The pair of airtightness members 30-1 and 30-2 are provided at a position where the housing 21 is coupled to the compression unit 50. The front end airtightness member 30-1 And a rear end airtight member 30-2 for covering the opening portion opposite to the motor chamber 21-1.

상기 한쌍의 베어링(40-1, 40-2)은 압축유닛(50)쪽으로 이어진 모터축(24)의 부위를 지지하는 전단베어링(40-1)과, 모터축(24)의 반대쪽 부위를 지지하는 후단베어링(40-2)으로 구성된다. 상기 전단베어링(40-1)은 전단기밀부재(30-1)를 이용해 조립되고, 상기 후단베어링(40-2)은 하우징(21)을 이용해 조립된다.The pair of bearings 40-1 and 40-2 includes a front end bearing 40-1 for supporting a portion of the motor shaft 24 extending to the compression unit 50 side, And a rear stage bearing 40-2. The front end bearing 40-1 is assembled using the front end hermetic member 30-1 and the rear end bearing 40-2 is assembled using the housing 21. [

상기 압축유닛(50)은 회전력으로 외부 공기를 유입하고 압축하는 임펠러(51)와, 임펠러(51)를 감싼 볼류트(53-1,53-2)로 구성된다.The compression unit 50 is composed of an impeller 51 for introducing and compressing external air by rotational force and a bolt 53-1 and 53-2 surrounding the impeller 51. [

상기 임펠러(51)는 모터유닛(20)의 모터축(24)과 결합되어 모터축(24)에 의해 회전된다. 상기 볼류트(53-1,53-2)는 외부 공기가 유입되는 입구를 갖추고 임펠러(51)의 앞쪽으로 위치되는 볼류트 프론트(53-1)와, 임펠러(51)의 뒤쪽으로 위치되어 모터유닛(20)의 하우징(21)에 볼트나 스크류로 체결되는 볼류트 리어(53-2)로 구성된다.The impeller 51 is engaged with the motor shaft 24 of the motor unit 20 and is rotated by the motor shaft 24. The bolts 53-1 and 53-2 are provided with a bolt front 53-1 having an inlet for introducing outside air and positioned in front of the impeller 51, And a bolt rear 53-2 fastened to the housing 21 of the unit 20 by bolts or screws.

상기 볼류트 프론트(53-1)와 상기 볼류트 리어(53-2)는 서로 조립됨으로써 그 내부공간으로 임펠러(51)가 수용되고, 임펠러(51)에 의해 압축된 압축공기가 외부로 배출되는 압축공기출구(55)가 형성된다.The volute front 53-1 and the bolus rear 53-2 are assembled together to receive the impeller 51 in the inner space and the compressed air compressed by the impeller 51 is discharged to the outside A compressed air outlet 55 is formed.

상기 셀프 쿨러(70)는 임펠러(51)의 뒤쪽에서 모터챔버(21-1)로 이어지고, 모터챔버(21-1)에서 모터축(24)으로 이어진 후 임펠러(51)의 앞쪽으로 이어진다. 그러므로, 셀프 쿨러(70)를 순환하는 공기는 임펠러(51)에 의해 압축된 압축공기중 일부 압축공기가 이용될 수 있다.The self-cooler 70 extends from the rear of the impeller 51 to the motor chamber 21-1, leads from the motor chamber 21-1 to the motor shaft 24, and then to the front of the impeller 51. [ Therefore, some compressed air among the compressed air compressed by the impeller 51 can be used as the air circulating through the self-cooler 70. [

한편, 도 2는 셀프 쿨러(70)의 구성을 나타낸다.On the other hand, Fig. 2 shows the configuration of the self-cooler 70. Fig.

도시된 바와 같이, 상기 셀프쿨러(70)는 임펠러(51)의 뒤쪽에서 공간을 형성하는 임펠러 후단 챔버(71)와, 모터챔버(21-1)의 개구부위를 가려주는 전단기밀부재(30-1)에 뚫려진 모터챔버 연결홀(73)과, 회전되는 로터(22)와 고정되어진 스테이터(23)가 형성하는 스테이터 간극(75)과, 모터축(24)에 뚫려진 공기배출 홀(77)로 이루어진다.As shown in the figure, the self-cooler 70 includes an impeller rear end chamber 71 forming a space at the rear of the impeller 51, a front end hermetic member 30- A stator gap 75 formed by a stator 23 fixed to the rotor 22 to be rotated and an air discharge hole 77 bored in the motor shaft 24 ).

상기 공기배출 홀(77)은 모터축(24)의 원주방향으로 뚫려진 공기유입홀(77a)과, 공기유입홀(77a)에 연결되어 모터축(24)의 한쪽 끝으로 개구된 공기경로홀(77b)로 이루어진다.The air discharge hole 77 includes an air inlet hole 77a formed in the circumferential direction of the motor shaft 24 and an air passage hole 77a connected to the air inlet hole 77a and opened to one end of the motor shaft 24. [ (77b).

상기 공기유입홀(77a)은 모터축(24)에서 로터(22)가 위치되지 않고 후단베어링(40-2)으로 지지되지 않는 구간으로 위치되며, 상기 공기경로홀(77b)은 임펠러(51)를 고정한 모터축(24)의 한쪽끝에서 시작되어 공기유입홀(77a)까지 이어진다.The air inlet hole 77a is located in a section where the rotor 22 is not positioned in the motor shaft 24 but is not supported by the rear stage bearing 40-2, and the air passage hole 77b is located in the impeller 51, Starting from one end of the fixed motor shaft 24 to the air inlet hole 77a.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기의 구성예를 나타낸다.3 shows an example of the self-cooling type air compressor according to the present invention.

도시된 바와 같이, 셀프 쿨링타입 공기압축기(10)는 연료전지스택(1)으로 이어지는 라인상에 설치되고, 상기 라인의 외부공기 유입 구간으로는 화학필터와 소음기를 함께 갖춘 공기유입기(10-1)가 설치되며, 상기 라인의 압축공기 배출 구간으로는 압축공기내 습기를 제거하는 가습기(10-2)가 더 설치될 수 있다.As shown, the self-cooling type air compressor 10 is installed on a line leading to the fuel cell stack 1, and the external air inflow section of the line includes an air inlet 10- 1, and a humidifier 10-2 for removing moisture in the compressed air may be installed as a compressed air discharge section of the line.

한편, 도 4는 본 실시예에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기의 내부 공기 순환 흐름을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 4 shows the internal air circulation flow of the self-cooling type air compressor according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 셀프 쿨링타입 공기압축기(10)에서는 압축 공기를 연료전지스택(1)으로 공급해주는 산소공급작용(실선의 화살표)과, 압축 공기중 일부의 압축 공기를 이용한 셀프 쿨링 작용(파선의 화살표)이 동시에 구현된다.As shown in the figure, in the self-cooling type air compressor 10, an oxygen supply operation (solid line arrow) for supplying compressed air to the fuel cell stack 1 and a self-cooling operation Are simultaneously implemented.

실선의 화살표와 같이 산소공급작용이 이루어지면, 모터축(24)를 통해 임펠러(51)가 회전됨으로써 볼류트(53-1,53-2)의 내부로 외부 공기가 유입되고, 유입된 외부 공기는 임펠러(51)의 회전에 의해 압축공기로 전환된다.When the oxygen supplying action is performed as indicated by solid line arrows, the impeller 51 is rotated through the motor shaft 24 to introduce the outside air into the inside of the bolts 53-1 and 53-2, Is converted into compressed air by the rotation of the impeller (51).

이어, 압축공기는 볼류트(53-1,53-2)의 압축공기출구(55)를 통해 빠져나감으로써 연료전지스택(1)은 공급된 압축공기로부터 산소를 취하게 된다. 이러한 작용은 통상적인 작용과 같다. Then, the compressed air is discharged through the compressed air outlet 55 of the bolts 53-1 and 53-2, so that the fuel cell stack 1 takes oxygen from the supplied compressed air. This action is like a normal action.

파선의 화살표와 같이 셀프 쿨링 작용이 이루어지면, 볼류트(53-1,53-2)의 압축공기출구(55)를 빠져나가는 압축공기중 일부 압축공기가 임펠러(51)의 뒤쪽으로 형성된 임펠러 후단 챔버(71)로 유입되고, 임펠러 후단 챔버(71)로 유입된 압축공기는 전단기밀부재(30-1)에 뚫려진 모터챔버 연결홀(73)을 통과함으로써 모터챔버(21-1)의 내부공간 앞쪽으로 유입된다.When the self cooling function is performed as indicated by the broken line arrows, some of the compressed air out of the compressed air outlet 55 of the bolts 53-1 and 53-2 flows toward the rear end of the impeller 51 The compressed air introduced into the impeller rear end chamber 71 passes through the motor chamber connection hole 73 pierced in the front end airtightness member 30-1 so that the inside of the motor chamber 21-1 It flows in front of the space.

그러면, 모터챔버(21-1)의 내부공간 앞쪽으로 유입된 압축공기는 로터(22)와 스테이터(23)가 형성하는 스테이터 간극(75)을 통해 내부공간 뒤쪽으로 빠져나감으로써 내부공간은 압축공기로 채워지고, 내부공간에 채워진 압축공기는 로터(22)의 회전으로 발생된 열을 흡수하는 냉각공기로 작용하여준다.Then, the compressed air flowing in front of the inner space of the motor chamber 21-1 escapes to the rear of the inner space through the stator gap 75 formed by the rotor 22 and the stator 23, And the compressed air filled in the inner space acts as cooling air that absorbs the heat generated by the rotation of the rotor 22.

이어, 열을 흡수한 압축공기는 모터축(24)에 뚫려진 공기유입홀(77a)로 빨려 들어간 후, 공기유입홀(77a)에 연통된 공기경로홀(77b)을 따라 흐름으로써 임펠러(51)가 고정된 모터축(24)의 한쪽 끝에서 배출되어 외부 공기와 함께 섞여진다.The compressed air that has absorbed the heat is sucked into the air inlet hole 77a punched in the motor shaft 24 and then flows along the air path hole 77b communicated with the air inlet hole 77a so that the impeller 51 Is discharged from one end of the fixed motor shaft 24 and mixed with the outside air.

이와 같이 압축공기가 모터챔버(21-1)의 내부공간으로 들어와 순환한 후 다시 내부공간을 빠져나가는 냉각순환흐름을 형성하고, 이러한 냉각순환흐름이 압축공기의 열 흡수작용을 더욱 촉진해줌으로써 모터챔버(21-1)의 내부공간은 성능 및 효율저하는 가져오는 온도 상승이 일어나지 않게 된다.In this way, the compressed air flows into the inner space of the motor chamber 21-1 and circulates, and then forms a cooling circulation flow which exits the inner space again. This cooling circulation flow further promotes the heat absorbing action of the compressed air, The internal space of the chamber 21-1 will not experience a rise in temperature resulting in poor performance and efficiency.

실험적으로, 모터챔버(21-1)의 온도상승은 압축공기의 냉각순환흐름이 없을 때 약 170도 까지 상승되었으나, 압축공기의 냉각순환흐름을 형성해줌으로써 약 140도 이하로 항상 유지됨이 확인되었다.Experimentally, it was confirmed that the temperature rise of the motor chamber 21-1 was raised to about 170 degrees when there was no cooling circulation flow of the compressed air, but was always maintained at about 140 degrees or less by forming a cooling circulation flow of compressed air.

특히, 압축공기의 냉각순환흐름을 이용한 모터챔버(21-1)의 적정온도 유지는 굵은 실선의 화살표로 표시된 모터축(24)의 추력 방향도 감소시켜주고, 실험적으로 약 140도 이하로 항상 유지될 때가 그러하지 못할 때에 비해 약 25%의 추력감소가 이루어지고, 이러한 추력감소로 인해 베어링(40-1,40-2)의 수명도 크게 증대됨이 확인되었다.Particularly, maintaining the proper temperature of the motor chamber 21-1 using the cooling circulation flow of the compressed air also reduces the thrust direction of the motor shaft 24 indicated by a thick solid arrow, and is experimentally maintained at about 140 degrees or less It is confirmed that the reduction of the thrust is about 25% compared with the case where the bearing is not in use and the life of the bearings 40-1 and 40-2 is greatly increased due to the reduction of thrust.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 셀프 쿨링타입 공기압축기(10)는 임펠러(51)를 감싼 벌류트(53-1,53-2)의 내부공간에서 임펠러(51)에 의해 형성된 압축공기중 일부 압축공기가 벌류트(53-1,53-2)를 빠져나가는 경로에서 분기되고, 분기된 압축공기가 임펠러(51)를 회전시켜주는 모터유닛(20)으로 유입되며, 유입된 압축공기가 모터유닛(20)의 열을 흡수해 벌류트(53-1,53-2)의 내부공간으로 빠져나가는 셀프쿨러(70)를 포함함으로써, 임펠러(51)를 회전시키는 모터의 과열 방지로 구조적 불안정 상승과 베어링(40-1,40-2)의 내구성 저하 및 효율 감소가 방지되고, 특히 임펠러(51)를 갖춘 압축유닛(50)과 임펠러(51)를 회전시키는 모터를 내장한 모터유닛(20)이 분리된 구조에서 과도한 온도 상승에 의한 악 영향이 방지될 수 있다.As described above, the self-cooling type air compressor 10 according to the present embodiment is configured such that the air in the compressed air formed by the impeller 51 in the inner space of the volutes 53-1 and 53-2 surrounding the impeller 51 Some of the compressed air is branched off the path passing through the valleys 53-1 and 53-2 and the branched compressed air flows into the motor unit 20 which rotates the impeller 51, By including the self cooler 70 that absorbs the heat of the motor unit 20 and escapes into the inner space of the volutes 53-1 and 53-2 by preventing the motor from overheating to rotate the impeller 51, The compression unit 50 having the impeller 51 and the motor unit 20 having the motor for rotating the impeller 51 ) In this separated structure can be prevented from being adversely affected by excessive temperature rise.

1 : 연료전지스택 2 : 전기모터
3 : 제어기 5 : 수소탱크
10 : 공기압축기 10-1 : 공기유입기
10-2 : 가습기 20 : 모터유닛
21 : 하우징 21-1 : 모터챔버
22 : 로터 23 : 스테이터
24 : 모터축 30-1 : 전단기밀부재
30-2 : 후단기밀부재 40-1 : 전단베어링
40-2 : 후단베어링 50 : 압축유닛
51 : 임펠러 53-1 : 볼류트 프론트
53-2 : 볼류트 리어 55 : 압축공기출구
70 : 셀프쿨러 71 : 임펠러 후단 챔버
73 : 모터챔버 연결홀 75 : 스테이터 간극
77 : 공기배출 홀 77a : 공기유입홀
77b : 공기경로홀1: Fuel cell stack 2: Electric motor
3: Controller 5: Hydrogen tank
10: air compressor 10-1: air inlet
10-2: Humidifier 20: Motor unit
21: housing 21-1: motor chamber
22: rotor 23: stator
24: motor shaft 30-1: front end airtight member
30-2: rear end airtight member 40-1: shearing bearing
40-2: rear end bearing 50: compression unit
51: Impeller 53-1: Volute front
53-2: Boltrear 55: Compressed air outlet
70: Self cooler 71: Impeller rear chamber
73: Motor chamber connection hole 75: Stator clearance
77: air exhaust hole 77a: air inflow hole
77b: air path hole

Claims (6)

임펠러를 감싼 벌류트의 내부공간에서 상기 임펠러의 회전으로 형성된 압축공기중 일부 압축공기가 상기 벌류트를 빠져나가는 경로에서 분기되고, 분기된 압축공기가 상기 임펠러와 고정된 모터축이 수용된 모터챔버에서 열을 흡수한 후 상기 벌류트의 내부공간으로 배출되는 냉각순환흐름으로 형성시켜주는 셀프쿨러;가 포함되고,
상기 일부 압축공기의 분기는 임펠러 후단 챔버를 통해 이루어지고, 상기 임펠러 후단 챔버는 상기 모터챔버와 접하는 상기 임펠러의 뒤쪽으로 형성되며, 상기 모터챔버의 개구부위를 가려주도록 위치된 전단기밀부재에 뚫려진 모터챔버 연결홀이 상기 일부 압축공기를 상기 모터챔버로 유입시켜주는
것을 특징으로 하는 셀프 쿨링타입 공기압축기.
In the inner space of the pulley enclosing the impeller, some of the compressed air formed by the rotation of the impeller is branched in a path exiting the volute, and the branched compressed air flows in the motor chamber accommodating the impeller and the fixed motor shaft And a self-cooler for absorbing the heat and forming the cooling circulation flow discharged to the inner space of the volute,
Wherein the impeller rear end chamber is formed at the rear of the impeller in contact with the motor chamber and is pierced by a front end hermetic member positioned to cover an opening portion of the motor chamber And a motor chamber connection hole for introducing the compressed air into the motor chamber
Wherein the self-cooling type air compressor is a self-cooling type air compressor.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 전단기밀부재는 상기 임펠러 후단 챔버와 상기 모터챔버의 사이로 위치된 것을 특징으로 하는 셀프 쿨링타입 공기압축기.
The self-cooling type air compressor according to claim 1, wherein the shear airtight member is positioned between the impeller rear end chamber and the motor chamber.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각순환흐름은 상기 모터축에 고정된 로터(22)와 상기 모터챔버의 내면에 고정된 스테이터가 형성하는 스테이터 간극과, 상기 모터축에 뚫려진 공기배출 홀을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 셀프 쿨링타입 공기압축기.
The motorcycle according to claim 1, wherein the cooling circulation flow is formed by a stator gap formed by a rotor (22) fixed to the motor shaft, a stator fixed to the inner surface of the motor chamber, and an air discharge hole bored in the motor shaft Wherein the self-cooling type air compressor is a self-cooling type air compressor.
청구항 4에 있어서, 상기 공기배출 홀은 상기 모터축의 중심을 향해 뚫려진 공기유입홀과, 상기 모터축의 한쪽 끝에서 상기 공기유입홀에 연결되도록 상기 모터축의 길이를 따라 뚫려진 공기경로홀로 이루어진 것을 특징으로 하는 셀프 쿨링타입 공기압축기.
[5] The air conditioner of claim 4, wherein the air discharge hole comprises an air inlet hole pierced toward the center of the motor shaft, and an air path hole pierced along the length of the motor shaft to be connected to the air inlet hole at one end of the motor shaft Self-cooling type air compressor.
청구항 5에 있어서, 상기 공기유입홀의 형성 위치는 상기 모터축이 상기 모터챔버를 형성한 하우징에 결합된 후단베어링으로 지지되지 않는 구간인 것을 특징으로 하는 셀프 쿨링타입 공기압축기.
The self-cooling type air compressor according to claim 5, wherein the air inlet hole is formed in a section where the motor shaft is not supported by a rear end bearing coupled to a housing forming the motor chamber.
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