KR20140037321A - 연료전지용 차량의 공기블로워 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지용 차량의 공기블로워에 구비되는 볼류트의 생산성을 향상시킴과 더불어 제조원가를 절감시킬 수 있는 새로운 구조의 볼류트를 구비한 공기블로워에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 볼류트는, 압축유로의 외면 일부를 형성하는 제1압축유로면을 형성하는 스크롤부와, 임펠러로 외부 공기가 유입되는 입구덕트와, 압축유로의 나머지 외면 일부를 형성하는 제2압축유로면을 형성하는 디퓨저부를 포함하여 구성된다.

Description

연료전지용 차량의 공기블로워 {Air blower for fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지용 차량의 공기블로워에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 볼류트의 생산성을 향상시킴과 더불어 무게를 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 볼류트를 구비한 공기블로워에 관한 것이다.

최근 화석에너지의 고갈에 따른 유가의 지속적인 상승과, 차량 배기가스의 증가로 인한 환경 오염 등과 같은 문제로 인해 연료전지 자동차의 개발이 활발히 진행되고 있다. 연료전지는 수소와 산소의 반응과정에서 전기에너지를 생성시키는 전지를 말하는 것으로, 연료전지 자동차에는 다수의 셀이 적층되어 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소공급장치, 그리고 공기를 압축한 후 연료전지 스택에 공급하는 공기블로워 등이 구비된다.

이러한 연료전지 자동차에 구비되는 공기블로워는, 도 1에 도시된 바와 같이, 모터하우징(40)의 내부에 구비된 모터(50)가 구동하면, 입구덕트(11)에 형성된 유입구(12)를 통해 외부 공기가 유입된다. 그리고 유입된 공기는 모터(50)로부터 동력을 전달받아 회전하는 임펠러(60)를 지나 압축된다. 그 후 압축된 공기는 볼류트(10)에 형성된 압축유로(14)를 거쳐 배출구(도시되지 않음)를 통해 외부로 배출되어 연료전지 스택으로 공급된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 볼류트(10)는 외부 공기가 유입되는 유입구(12)가 형성되는 입구덕트(11)와, 상기 임펠러(60)와 좁은 간격을 두고 마주보는 쉬라우드면(16), 상기 임펠러(60)를 통해 유입된 공기를 압축하는 압축유로(14), 그리고 상기 임펠러(11)와 압축유로(14)를 거쳐 압축된 공기가 외부로 배출되는 배출구 등의 구성이 구비되어 매우 복잡한 형상을 하고 있다.

이와 같이 복잡한 형상의 볼류트(10)를 제작하기 위해서는 사형주조로 제작되는데, 사형주조로 상기 볼류트(10)를 제작하는 경우, 금형 비용이 비싸고, 하나의 금형으로 제작되는 볼류트(10)의 수가 많지 않기 때문에 제조원가가 상승하는 문제가 발생한다.

그리고 사형주조로 상기 볼류트(10)를 제작하는 경우, 생산공정이 복잡하고 제품 생산에 소요되는 시간이 길어지기 때문에 볼류트(10)를 제작하는 데 있어 생산성을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 볼류트를 다이캐스팅으로 제작하도록 하여 제조원가를 절감하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 볼류트를 구비하는 공기블로워를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전력을 발생시키기 위한 모터와, 상기 모터에 의하여 회전하는 구동축, 그리고 상기 구동축의 회전에 기초하여 공기를 흡입하여 압축한 후 배출하는 볼류트를 구비하는 공기블로워에 있어서, 상기 볼류트는, 흡입된 공기의 압축을 위한 압축유로의 외면 일부를 형성하는 제1압축유로면과 압축된 공기가 토출되는 출구덕트를 형성하는 스크롤부와, 외부 공기가 유입되는 입구덕트를 구비하고, 상기 압축유로의 나머지 외면 일부를 형성하는 제2압축유로면을 형성하는 디퓨저부, 그리고 상기 스크롤부와 디퓨저부를 결합하는 결합수단을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 상기 디퓨저부의 입구덕트는, 상기 스크롤부의 중앙에 형성된 조립홀을 관통하여 조립되는 것이 바람직하다.

이때 상기 결합수단의 실시 예에 의하면, 상기 제1압축유로면의 내측에 볼트체결홀이 형성되는 스크롤플랜지와, 상기 입구덕트와 제2압축유로면의 사이에 상기 볼트체결홀과 대응되는 위치에 볼트체결홈이 형성되는 디퓨저플랜지, 그리고 상기 볼트체결홀을 관통하여 상기 볼트체결홈에 체결하는 볼트를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 스크롤부와 디퓨저부는 다이캐스팅에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 볼류트를 스크롤부와 디퓨저부의 두 개의 부품을 결합하여 제작하고, 볼류트를 구성하는 스크롤부와 디퓨저부를 다이캐스팅으로 제작하도록 함으로써, 볼류트의 생산성이 향상되는 효과를 가진다.

그리고 볼류트를 구성하는 스크롤부와 디퓨저부가 다이캐스팅으로 제작함으로 인해 제조원가가 절감되는 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 의한 공기블로워의 구성을 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 공기블로워의 구성을 보인 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)의 구성을 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 볼류트의 구성을 보인 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2에는 본 발명에 의한 공기블로워의 구성이 단면도로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 공기블로워(100)는, 모터(150)가 구비되는 모터하우징(140)과, 상기 모터하우징(140)의 상단에 결합하는 볼류트(110)를 포함하여 구성된다.

상기 모터하우징(140)의 중앙에는 상기 공기블로워(100)의 구동에 필요한 동력을 발생시키는 모터(150)가 장착된다. 상기 모터(150)는 회전자(153)와, 상기 회전자(153)의 둘레에 일정 간격을 갖고 구비되는 고정자(151)를 포함하여 구성된다.

상기 고정자(151)는 그 중앙이 관통된 원통 형상으로, 코어 편이 다수 개 적층되고 외부에는 코일이 감겨 구성된다. 그리고 상기 회전자(153)는 대략 원통 형상으로 자석으로 이루어져, 상기 고정자(151)의 코일에 전류가 인가되면, 자기장이 발생하게 되어 상기 회전자(153)가 회전하게 된다.

상기 회전자(153)의 중앙에는 구동축(141)이 결합하여 상기 회전자(153)와 구동축(141)이 함께 회전하게 된다. 그리고 상기 구동축(141)의 일측은 후술할 임펠러(160)와 결합하여 상기 구동축(141)이 회전에 따라 같이 회전하게 되어, 모터(150)의 동력이 임펠러(160)로 전달된다.

상기 모터하우징(140)의 상단에 결합되는 볼류트(110)는 외부에서 유입된 공기를 압축하여 외부로 배출하기 위한 구성으로, 공기의 압축을 위한 압축유로의 외면 일부를 형성하는 스크롤부(130)와, 상기 스크롤부(130)와 협력하여 압축유로의 외면 다른 일부를 형성하는 디퓨저부(120)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 디퓨저부(120)의 하단에 구비되는 임펠러(160)를 포함하여 구성된다.

상기 임펠러(160)는, 상기 구동축(141)의 일측에 결합하여 상기 모터(150)로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 임펠러(160)의 외주면에는 유선형의 날개가 형성되어, 상기 임펠러(160)의 회전에 의해 외부 공기가 (어디를 통하여?)공기블로워(100)의 내부로 유입된다.

다음에는 상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)에 대한 구체적인 설명을 위해, 도 3을 참조하도록 한다.

먼저, 상기 스크롤부(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중앙에 조립홀(132)이 형성되는 몸체부(131)와, 상기 조립홀(132)의 외곽을 따라 형성되는 제1압축유로면(133), 그리고 제1압축유로면(133)의 선단에 배출구(136)를 형성하는 출구덕트(135)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 스크롤부(130)는 다이캐스팅 방법으로 제작된다.

상기 제1압축유로면(133)은, 도 2에 도시된 압축유로(114)를 형성하는 외면의 일부를 구성하는 것으로, 상기 조립홀(132)을 중심으로 나선형으로 형성되며, 상기 출구덕트(135)에 형성된 배출구(136)로 갈수록 직경이 점차 커지도록 형성된다. 상기 압축유로(114)는 임펠러(160)를 경유한 공기가 압축유로(114)를 지나면서 압축되어 상기 공기블로워(100)의 외부로 배출되도록 하기 위한 공간이다.

그리고 상기 제1압축유로면(133)의 내측에는 평면상의 스크롤플랜지(134)가 형성되는데, 상기 스크롤플랜지(134)에는 원주방향으로 다수 개의 볼트체결홀(134h)이 형성되어, 상기 디퓨저부(120)와 결합된다.

상기 디퓨저부(120)의 중앙에는 외부의 공기를 상기 임펠러(160)의 동작에 의해 외부공기가 유입되는 유입구(122)가 형성되는 입구덕트(121)와, 상기 입구덕트(121)의 외곽을 둘러 형성되는 제2압축유로면(124)을 포함하여 구성된다. 상기 디퓨저부(120)도 다이캐스팅으로 제작된다. 상기 제2압축유로면(124)의 반대 측에는 쉬라우드면(125)이 형성되는데, 상기 임펠러(160)는 좁은 간극을 두고 상기 쉬라우드면(125)과 마주하도록 구비된다.

상기 제2압축유로면(124)은 상기 입구덕트(121)를 중심으로 나선형으로 형성되고, 상기 배출구(136)로 갈수록 직경이 점차 커지도록 형성되어, 상기 압축유로(114)의 외면 나머지 일부를 구성한다. 상기 제2압축유로면(124)은 제1압축유로면(133)과 협력하여 상기 압축유로(114)를 형성하게 된다.

그리고 상기 입구덕트(121)와 제2압축유로면(124)의 사이에는 상기 스크롤플랜지(134)와 결합을 위한 디퓨저플랜지(123)가 형성된다. 상기 디퓨저플랜지(123)에는 원주방향으로 상기 볼트체결홀(134h)과 대응되는 위치에 볼트체결홈(123h)이 형성된다. 상기 디퓨저플랜지(123)는 상기 스크롤플랜지(134)와 밀착하여 결합함으로써, 상기 압축유로(114)의 내부 기밀을 유지한다.

한편, 상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)의 결합을 위해서는, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨저부(120)의 입구덕트(121)를 상기 스크롤부(130)의 조립홀(132)에 관통시킨다. 그리고 상기 스크롤플랜지(134)와 디퓨저플랜지(123)이 서로 밀착하도록 한다. 이때, 상기 스크롤플랜지(134)에 형성된 볼트체결홀(134h)과 상기 디퓨저플랜지(123)의 볼트체결홈(123h)이 서로 일치되도록 위치시킨다. 그후 볼트(B)를 스크롤부(130)의 상부에서 상기 볼트체결홀(134h)을 관통하여 상기 디퓨저부(120)의 볼트체결홈(123h)에 체결함으로써 상기 볼류트(110)가 형성된다.

이와 같이, 상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)의 결합에 의해, 상기 스크롤부(130)의 제1압축유로면(133)과, 상기 디퓨저부(120)의 제2압축유로면(124)이 협력하여 상기 압축유로(114)를 형성하게 된다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명의 공기블로워의 동작에 대해 설명한다. 먼저, 모터(150)에 전원이 인가되면, 상기 구동축(141)이 회전하게 된다. 상기 구동축(141)의 회전에 따라 임펠러(160)가 회전하면서, 상기 입구덕트(121)에 형성된 유입구(122)를 통해 외부공기가 유입된다.

유입된 외부공기는 상기 임펠러(160)를 경유하여 상기 볼류트(110)의 내부에 형성된 압축유로(114)를 통과하면서 압축된다. 이후 압축된 공기는 배출구(136)를 통해 공기블로워의 외부로 배출되어 연료전지 스택에 공급된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)는 각각 다이캐스팅으로 제조된 후 서로 결합함으로써 도 4에 도시된 바와 같이 볼류트(110)를 형성한다. 따라서 종래 사형주조에 의해 볼류트(110)를 제조하던 것에 비해 생산성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한 종래 사형주조에 의해 볼류트(110)를 제조하는 것에 비해, 다이캐스팅으로 제조함으로써, 하나의 금형에서 더 많은 볼류트(110)를 제작할 수 있게 되어, 제조원가를 절감할 수 있는 장점도 가진다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110:볼류트
114:압축유로
120:디퓨저부
121:입구덕트
122:유입구
124:제2압축유로면
125:쉬라우드면
130:스크롤부
131:몸체부
133:제1압축유로면
135:출구덕트
136:배출구
140:모터하우징
141:구동축
150:모터

Claims (4)

1. 회전력을 발생시키기 위한 모터(150)와, 상기 모터(150)에 의하여 회전하는 구동축(141), 그리고 상기 구동축(141)의 회전에 기초하여 공기를 흡입하여 압축한 후 배출하는 볼류트(110)를 구비하는 공기블로워(100)에 있어서,
   상기 볼류트(110)는
   흡입된 공기의 압축을 위한 압축유로(114)의 외면 일부를 형성하는 제1압축유로면(133)과 압축된 공기가 토출되는 출구덕트(130)를 형성하는 스크롤부(130)와,
   외부 공기가 유입되는 입구덕트(121)를 구비하고, 상기 압축유로(114)의 나머지 외면 일부를 형성하는 제2압축유로면(124)을 형성하는 디퓨저부(120); 그리고
   상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)를 결합하는 결합수단을 포함하는 연료전지 자동차용 공기블로워.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디퓨저부(120)의 입구덕트(121)는, 상기 스크롤부(130)의 중앙에 형성된 조립홀(132)을 관통하여 조립되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 공기블로워.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합수단은,
   상기 제1압축유로면(133)의 내측에 볼트체결홀(134h)이 형성되는 스크롤플랜지(134)와;
   상기 입구덕트(121)와 제2압축유로면(124)의 사이에 상기 볼트체결홀(134h)과 대응되는 위치에 볼트체결홈(123h)이 형성되는 디퓨저플랜지(123); 그리고
   상기 볼트체결홀(134h)을 관통하여 상기 볼트체결홈(123h)에 체결하는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 공기블로워.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스크롤부(130)와 디퓨저부(120)는 다이캐스팅에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 공기블로워.
   

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