KR20110065167A - 연료전지차량용 공기블로어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터제어모듈이 모터케이스에 설치되어 모터와 함께 수냉식으로 냉각되는 연료전지차량용 공기블로어에 관한 것이다. 개시발명은 볼루트케이스(110)와, 상기 볼루트케이스(110) 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(120)와, 상기 임펠러(120)를 구동시키는 모터(130) 및, 상기 볼루트케이스(110)와 연결되고 상기 모터(130)가 내부에 장착되는 모터케이스(140)를 포함하고, 상기 모터케이스(140)는 내부에 상기 모터(130)가 수용되는 모터수용부(142)와 인버터제어모듈(150)이 수용되는 모듈수용부(144)가 각각 구비되며, 상기 모터수용부(142)와 모듈수용부(144)의 사이를 따라 복수의 냉각수관(146)이 연통 형성되도록 되어 있다. 따라서, 모터케이스(140)에 구비된 냉각수관(146)을 통하여 모터(130)와 인버터제어모듈(150)을 동시에 냉각시킴으로써 공기블로어의 냉각효율을 높일 수 있다.

Description

연료전지차량용 공기블로어{An air blower for fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지차량용 공기블로어에 관한 것으로, 특히 인버터제어모듈이 모터케이스에 설치되어 모터와 함께 수냉식으로 냉각되는 연료전지차량용 공기블로어에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지차량은 연료공급부에서 공급되는 수소와 공기공급부에서 공급되는 공기 중 산소가 가습기에 공급되어 물의 전기분해 역반응으로 전기화학 반응으로 연속적으로 생성되는 전기에너지를 사용하여 구동되도록 되어 있다.

연료전지차량은 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 상기 연료전지 스택에 연료와 공기를 가습하여 공급하는 가습기와, 상기 가습기에 수소를 공급하는 연료공급부와, 상기 가습기에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급부 및, 상기 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각모듈을 포함하고 있다.

공기공급부는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 상기 에어클리너에서 여과된 공기를 압축하여 공급하는 공기블로어 및 상기 공기블로어를 제 어하는 컨트롤박스로 구성되어 있다. 여기서, 공기블로어는 압축공기로 생성하기 위하여 모터를 고속으로 구동하게 되므로 모터케이스에 냉각부를 구비하고 있다. 또한, 컨트롤박스도 공기블로어를 제어하면서 파워소자가 가열되므로 자체의 냉각부를 구비하고 있다.

종래에 사용되는 일반적인 연료전지차량은 공기공급부에서 공기블로어와 컨트롤박스가 별개로 분리되어 있어서, 부피를 줄이고 무게를 경량화하는데 어려움이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 공기블로어와 컨트롤박스를 일체화하는 기술로서, 한국 공개특허 제2009-69617호(이하, 특허문헌 이라 한다)에서 연료전지차량용 컨트롤박스부착 공기블로어가 개시되어 있다.

상기 특허문헌의 공기블로어는 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 볼루트케이스(10)와, 상기 볼루트케이스(10) 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(120)와, 상기 임펠러(120)를 구동시키는 모터(22) 및, 상기 볼루트케이스(10)에 장착되고 상기 모터(22)가 내부에 수용되는 모터케이스(20)를 포함한다. 상기 모터케이스(20)의 일측에는 지지부재(24)가 형성되어 있고, 상기 지지부재(24)에 컨트롤박스(30)의 냉각케이스(40)가 설치되도록 되어 있다. 상기 냉각케이스(40)는 측면으로 냉각수유입구(42)와 냉각수배출구(44)가 형성되어 있고, 바닥면에 냉각수유로(46)가 형성되어 냉각수가 흐르도록 되어 있다. 상기 모터(22)와 컨트롤박스(30)는 냉각케이스(40)의 냉각수유로(46)를 따라 흐르는 냉각수에 의해 수냉식으로 냉각되도록 되어 있다.

그런데, 상기 특허문헌의 공기블로어는 모터케이스(20)의 일측에 냉각케이스(40)가 설치되어 모터(22)를 충분히 냉각시키기가 어려워 냉각효율이 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 공기블로어의 냉각구조가 복잡한 것은 물론, 모터케이스(20)에 냉각케이스(40)와 컨트롤박스(30)가 설치된 구조가 복잡하여 고장에 따른 보수작업에 어려움이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 모터의 전체를 골고루 냉각시켜 냉각효율을 높일 수 있는 연료전지차량용 공기블로어를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉각구조를 단순화하여 유지나 보수작업을 편리하게 할 수 있는 연료전지차량용 공기블로어를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 볼루트케이스와, 상기 볼루트케이스 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러와, 상기 임펠러를 구동시키는 모터 및, 상기 볼루트케이스와 연결되고 상기 모터가 내부에 장착되는 모터케이스를 포함하고, 상기 모터케이스는 내부에 상기 모터가 수용되는 모터수용부와 인버터제어모듈이 수용되는 모듈수용부가 각각 구비되며, 상기 모터수용부와 모듈수용부의 사 이를 따라 복수의 냉각수관이 연통 형성되도록 되어 있다.

상기 모터케이스는 열전도율이 높은 재질로 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 복수의 냉각수관은 상기 모터수용부의 둘레를 따라 나선형으로 연결되도록 되어 있다.

상기 냉각수관은 내부식성 및 열전도율이 높은 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어에 의하면, 모터케이스에 구비된 냉각수관을 통하여 모터와 인버터제어모듈을 동시에 수냉식으로 냉각시키고, 특히 냉각수관이 모터의 둘레를 따라 인버터제어모듈 사이로 통과됨으로써 블로어의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 모터케이스 내부에 모터와 인버터제어모듈이 구비되어 블로어의 구조를 단순화하여 유지나 보수작업이 용이하고, 블로어의 크기와 부피를 동시에 줄여서 연료전지차량의 엔진룸을 컴팩트하게 할 수 있다.

또한, 모터와 인버터제어모듈의 케이스를 공용화함으로써 공기블로어의 재료비를 절감할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어를 도시한 분해사시도이다.

본 발명에 따른 공기블로어(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 볼루트케이스(110)와, 상기 볼루트케이스(110) 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(120)와, 상기 임펠러(120)를 구동시키는 모터(130) 및, 상기 볼루트케이스(110)에 장착되고 상기 모터(130)가 내부에 장착되는 모터케이스(140) 및 상기 모터케이스(140)에 장착되는 인버터제어모듈(150)을 포함한다.

상기 볼루트케이스(110)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 축방향과 반경방향으로 공기유입구(112)와 공기배출구(114)가 각각 형성되어 있고, 내부 원주면을 따라 상기 공기유입구(112)와 공기배출구(114)와 연통된 공기유로(116)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 볼루트케이스(110)는 원주방향과 반경방향에 공기유입구(112)와 공기배출구(114)가 형성되어, 공기가 모터케이스(140)를 거치지 않고 상기 임펠러(120)로 직접 공급되게 된다.

상기 임펠러(120)는 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 모터(130)의 회전축(132) 선단에 설치되어 있고, 상기 볼루트케이스(110)의 내부에 배치되도록 되어 있다. 여기서, 임펠러(120)는 상기 모터(130)의 회전자(Rotor;136)가 회전함에 따라 연동하여 상기 공기유입구(112)에서 유입되는 공기를 압축하여 상기 공기배출 구(114)로 배출하도록 되어 있다.

상기 모터(130)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(132)이 고정자(Stator;134)를 관통하도록 되어 있고, 상기 회전축(132)의 중심부에 회전자(136)가 감겨져 있다.

상기 회전축(132)은 앞쪽에 상기 임펠러(120)가 장착되어 있고, 뒤쪽에 지지부재(138)가 장착되도록 되어 있으며, 상기 지지부재(138) 뒤쪽으로 회전축(132)의 선단에 캡(139)이 장착되도록 되어 있다. 여기서, 회전축(132)은 지지베어링(133a,133b)에 의해 지지되도록 되어 있다.

상기 지지부재(138)는 판형 구조로 되어 있고, 중앙부에 상기 지지베어링(133b)이 수용되어 상기 회전축(132)을 회전가능하게 지지하도록 되어 있다. 상기 캡(139)은 상기 지지부재(138)에 고정되어 상기 회전축(132)을 덮도록 되어 있다. 여기서, 캡(139)은 상기 회전축(132)을 덮어서 이물질이 내부로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.

상기 모터케이스(140)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모터(130)가 수용되는 모터수용부(142)와 상기 인버터제어모듈(150)이 수용되는 모듈수용부(144)가 각각 구비하고 있다. 그리고, 모터케이스(140)는 상기 모터수용부(142)와 모듈수용부(144)의 사이를 따라 냉각수관(146)이 연통 형성되어 있다. 여기서, 모터케이스(140)는 상기 모터수용부(142)와 모듈수용부(144)가 구비된 일체형 구조로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 모터케이스(140)는 열전도율이 높은 재질, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 모터수용부(142)는 도 3에서 모터케이스(140)를 기준으로 상부에서 일정 직경을 갖는 구형타입으로 형성되어 있다. 상기 모듈수용부(144)는 상기 모터케이스(140)를 기준으로 하부에 상기 모터수용부(142)와 인접하게 박스타입으로 형성되어 있다.

상기 냉각수관(146)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모터케이스(140)의 내부에 상기 모터수용부(142)의 둘레를 따라 나선형으로 형성되도록 되어 있다. 여기서, 냉각수관(146)은 내부식성 및 열전도율을 높은 재질, 예들 들어 스테인레스, 동 및 동합금 등으로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 냉각수관(146)에 냉각수가 유입되는 유입구(146a)와 냉각수가 배출되는 배출구(146b)가 일정 거리를 두고 상기 모터케이스(140)의 반경방향으로 돌출되어 있다. 여기서, 상기 유입구(146a)는 상기 볼루트케이스(110)에 인접하게 상기 모터케이스(140)에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 인버터제어모듈(150)은 도 5에 도시된 바와 같이, 회로기판(152)에 스위칭소자(154)가 탑재되어 상기 모터케이스(140)의 모듈수용부(144)에 수용되도록 되어 있다. 여기서, 인버터제어모듈(150)은 상기 모터케이스(140)에 밀폐된 공간 즉 모듈수용부(144)에 수용됨으로써 전자파차폐를 효율적으로 할 수 있다. 상기 인버터제어모듈(150)은 상기 냉각수관(146)과 인접하게 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 인버터제어모듈(150)의 구조를 단순화하기 위하여 전자파차폐 필터와 전해캡을 일체형으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어에 의하면, 모터케이스(140)에 구비된 냉각수관(146)을 통하여 모터(130)와 인버터제어모듈(150)을 동시에 수냉식으로 냉각시킴으로써 공기블로어(100)의 구조를 단순화할 수 있고, 특히 냉각수관(146)이 모터(130)의 둘레를 따라 인버터제어모듈(150) 사이로 통과됨으로써 공기블로어(100)의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다.

도 1은 종래의 연료전지차량용 공기블로어를 도시한 사시도,

도 2a 및 도 2b는 종래의 연료전지차량용 공기블로어의 부분 분해사시도,

도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 연료전지차량용 공기블로어를 도시한 분해사시도,

도 5는 도 3의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 공기블로어 110 : 볼루트케이스

120 : 임펠러 130 : 모터

132 : 회전축 134 : 고정자

136 : 회전자 138 : 지지부재

139 : 캡 140 : 모터케이스

142 : 모터수용부 144 : 모듈수용부

146 : 냉각수관 150 : 인버터제어모듈

152 : 회로기판 154 : 스위칭소자

Claims (4)

1. 볼루트케이스(110)와, 상기 볼루트케이스(110) 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(120)와, 상기 임펠러(120)를 구동시키는 모터(130) 및, 상기 볼루트케이스(110)와 연결되고 상기 모터(130)가 내부에 장착되는 모터케이스(140)를 포함한 연료전지차량용 공기블로어에 있어서,

   상기 모터케이스(140)는 내부에 상기 모터(130)가 수용되는 모터수용부(142)와 인버터제어모듈(150)이 수용되는 모듈수용부(144)가 각각 구비되며, 상기 모터수용부(142)와 모듈수용부(144)의 사이를 따라 복수의 냉각수관(146)이 연통 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 공기블로어.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터케이스(140)는 열전도율이 높은 재질로 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 공기블로어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 냉각수관(146)은 상기 모터수용부(142)의 둘레를 따라 나선형으로 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 공기블로어.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 냉각수관(146)은 내부식성 및 열전도율이 높은 재질로 제작된 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 공기블로어.

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