KR20150110200A

KR20150110200A - 공기 압축기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

Info

Publication number: KR20150110200A
Application number: KR1020140034288A
Authority: KR
Inventors: 이창하; 하경구
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-10-02
Also published as: DE102014223519A1; US20150270566A1; KR101610100B1; CN104948503A

Abstract

공기 압축기가 개시된다. 개시된 공기 압축기는 임펠러의 회전으로서 공기를 흡입 및 압축하는 것으로서, 공기를 흡입하는 공기 흡입구 및 압축 공기를 배출하는 공기 배출구를 지닌 볼루트 케이스를 포함하며, 공기 배출구는 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유동패스를 형성할 수 있다.

Description

공기 압축기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 {AIR COMPRESSURE AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING THE SAME}

본 발명의 실시예는 연료전지 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 차량의 연료전지 시스템에 채용되는 공기 압축기의 공기 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지 차량에는 구동 모터를 구동시키기 위한 전원 공급원으로서 연료전지에 의한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 시스템을 구비하고 있다.

연료전지 시스템은 연료전지들이 적층된 스택, 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급 계통과, 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급 계통, 그리고 스택에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각 계통을 구비하고 있다.

여기서, 공기 공급 계통은 공기를 압축한 압축 공기를 스택으로 공급하기 위한 공기 압축기와, 스택에서 발생되는 수분으로 압축 공기를 가습하는 가습기를 구비한다.

그러나, 스택의 고출력 운전 조건에서 공기 압축기를 통해 압축된 공기는 높은 압축비와 많은 공기량으로 인해 100~150℃ 정도의 온도로 상승하게 된다.

이러한 압축 공기의 온도는 스택의 정상적인 운전 온도인 60~80℃ 보다 높기 때문에, 가습기의 가습 효율 및 스택의 운전 효율에 불리한 조건으로 작용한다. 따라서 연료전지 시스템은 공기 압축기에 의해서 가습기로 공급되는 고온의 압축 공기를 냉각시킬 필요가 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 스택으로 공급되는 고온의 압축 공기를 간단한 구성으로 냉각시킬 수 있도록 한 공기 압축기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기는, 임펠러의 회전으로서 공기를 흡입 및 압축하는 것으로서, 공기를 흡입하는 공기 흡입구 및 압축 공기를 배출하는 공기 배출구를 지닌 볼루트 케이스를 포함하며, 상기 공기 배출구는 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유동패스를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 공기 압축기에 있어서, 상기 볼루트 케이스는 냉각수를 유입하는 냉각수 유입구와 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구를 지니며 상기 공기 배출구의 외주에 설치되는 냉각수 순환하우징을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 공기 압축기에 있어서, 상기 볼루트 케이스는 상기 냉각수 순환하우징과 공기 배출구의 외주 사이에 상기 냉각수 유동패스를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 공기 압축기에 있어서, 상기 냉각수 순환하우징에 대응하는 상기 공기 배출구의 내주에는 다수 개의 냉각 핀들이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 공기 압축기에 있어서, 상기 냉각 핀들은 상기 공기 배출구의 내주 방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 배치되며, 압축 공기의 스트림 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지들이 적층된 스택과, 상기 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급유닛과, 상기 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급유닛을 포함하며, 상기 공기 공급유닛은 상술한 바와 같은 공기 압축기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기 공급유닛은 상기 스택 및 공기 압축기와 연결되는 가습기를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지들이 적층된 스택과, 상기 스택으로 수소를 공급하는 수소 탱크와, 공기를 흡입 및 압축하며 압축 공기를 가습기를 통해 스택으로 공급하고 공기 배출 측에 냉각수 유동패스를 형성하는 공기 압축기와, 전장 냉각 계통을 통해 상기 냉각수 유동패스로 냉각수를 순환시키는 공기 냉각 루프를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기 압축기는 공기를 흡입하는 공기 흡입구 및 압축 공기를 배출하는 공기 배출구를 지닌 볼루트 케이스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 냉각수 유동패스는 상기 공기 배출구에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 볼루트 케이스는 냉각수를 유입하는 냉각수 유입구와 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구를 지니며 상기 공기 배출구의 외주에 설치되는 냉각수 순환하우징을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 냉각수 순환하우징과 공기 배출구의 외주 사이에 상기 냉각수 유동패스를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기 냉각 루프는 냉각수 라인을 통해 상기 전장 냉각 계통과 냉각수 유동패스를 연결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기 냉각 루프는 냉각수 라인을 통해 상기 전장 냉각 계통과 상기 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구를 연결할 수 있다.

본 발명의 실시예는 공기 압축기의 공기 배출구에 냉각수 유동패스를 형성하므로, 냉각수 유동패스에 냉각수를 순환시킴으로써 공기 배출구를 통해 배출되는 압축 공기의 온도를 저감시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 고온의 압축 공기가 가습기로 공급되는 것을 방지할 수 있으므로, 가습기의 소재 손상을 막고, 압축 공기의 상대습도를 상승시키는 등 가습기의 가습 효율 및 내구 성능을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 스택의 정상적인 운전에 적합한 압축 공기의 온도 조건을 충족시킬 수 있으므로, 스택의 운전 성능을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 공기 압축기의 공기 배출구 자체에 압축 공기의 냉각을 위한 냉각수 유동패스를 형성하므로, 압축 공기를 냉각하기 위한 별도의 열교환기(에어쿨러)를 필요로 하지 않는다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 전체 연료전지 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있으며, 원가 절감을 도모할 수 있고, 추가적인 공간 확보를 통해 차량의 레이아웃 설계에 유리하다는 장점이 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기가 적용되는 연료전지 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기 압축기를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기 압축기를 도시한 정면 구성도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면 구성도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기가 적용되는 연료전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 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.

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

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기가 적용되는 연료전지 시스템을 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)는 수소와 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 생산하는 연료전지 시스템(200)에 적용될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 전기 에너지로서 구동 모터를 작동시키며, 그 구동 모터의 구동력으로서 차륜을 구동시키는 연료전지 차량에 적용될 수 있다. 이러한 연료전지 시스템(200)은 스택(10), 수소 공급유닛(20) 및 공기 공급유닛(30)을 포함한다.

스택(10)은 공기극과 연료극으로 이루어진 연료전지들의 전기 발생 집합체이다. 스택(10)은 수소 공급유닛(20)으로부터 공급되는 수소를 공급받고 공기 공급유닛(30)으로부터 공기를 제공받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

그리고, 수소 공급유닛(20)은 수소 가스를 저장하며 그 수소 가스를 스택(10)으로 공급하는 수소 탱크(21)를 포함한다. 공기 공급유닛(30)은 공기를 흡입 및 압축하며 압축 공기를 스택(10)으로 공급하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)를 포함한다.

더 나아가, 공기 공급유닛(30)은 공기 압축기(100)로부터 공급되는 압축 공기를 스택(10)의 공기극에서 배출되는 수분으로서 가습하고 그 가습 공기를 스택(10)의 공기극으로 공급하는 가습기(31)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)는 임펠러(110)의 회전으로서 공기를 흡입 및 압축하고, 그 압축 공기를 가습기(31)로 공급할 수 있다.

이와 같은 공기 압축기(100)는 일반 차량, 하이브리드 차량 및 전기 자동차 등에 구성될 수도 있는데, 이하에서는 연료전지 차량의 연료전지 시스템(200)에 구성되는 공기 압축기를 예로 들어 설명하기로 한다.

그러나 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 공기 공급 구조에 채용되는 공기 압축기라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기 압축기(100)의 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)는 고온으로 압축된 압축 공기가 가습기(31)로 유입되는 방지하기 위해 공기 배출 측에서 압축 공기를 간단한 구성을 냉각시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시예는 압축 공기의 배출 온도를 낮춰 가습기(31)의 가습 효율 및 스택(10)의 운전 성능 저하를 방지할 수 있는 연료전지 시스템용 공기 압축기(100)를 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기 압축기를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기 압축기를 도시한 정면 구성도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)는 볼루트(volute) 형상(당 업계에서는 맴돌이 형상 또는 스크류 형상이라고도 한다)의 볼루트 케이스(130)를 포함한다.

볼루트 케이스(130)는 공기를 흡입하는 공기 흡입구(131)와, 압축 공기를 배출하는 공기 배출구(133)를 형성하고 있다.

볼루트 케이스(130)에는 위에서 언급한 바 있는 임펠러(110)가 설치된다. 임펠러(110)는 구동축(미도시)을 통해 볼루트 케이스(130)에 회전 가능하게 설치되며, 공기의 흡입 경로 및 압축 공기의 배출 경로 사이에 설치된다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면 구성도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면 구성도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 볼루트 케이스(130)의 공기 배출구(133)는 압축 공기의 배출 온도를 낮추기 위해 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동패스(151)를 형성하고 있다.

이러한 냉각수 유동패스(151)를 공기 배출구(133)에 형성하기 위해 본 발명의 실시예에 의한 볼루트 케이스(130)는 공기 배출구(133)의 외주 측에 설치되는 냉각수 순환하우징(160)을 포함한다.

냉각수 순환하우징(160)은 공기 배출구(133)의 외경 보다 큰 내경을 지니며 그 공기 배출구(133)의 외주에 고정되게 설치된다. 냉각수 순환하우징(160)은 이의 내경면과 공기 배출구(133)의 외경면 사이에 소정 공간의 통로를 형성할 수 있다.

예를 들면, 냉각수 순환하우징(160)은 원통 형상의 몸체 양단으로부터 공기 배출구(133)의 외주 측으로 절곡된 벽체를 지닌 형상으로 이루어지며, 이의 내경면과 공기 배출구(133)의 외경면 사이에 상기한 통로를 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 볼루트 케이스(130)는 냉각수 순환하우징(160)의 내경면과 공기 배출구(133)의 외경면 사이에 냉각수 유동 통로서의 냉각수 유동패스(151)를 형성할 수 있다.

여기서, 냉각수 순환하우징(160)에는 냉각수를 유입하는 냉각수 유입구(161)와 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구(163)를 형성하고 있다. 냉각수 유입구(161)를 통해 유입된 냉각수는 냉각수 유동패스(151)를 따라 유동하며 냉각수 배출구(163)를 통해 배출될 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)는 압축 공기를 배출하는 공기 배출구(133)에 냉각수 순환하우징(160)을 통하여 냉각수 유동패스(151)를 형성함으로, 냉각수 유동패스(151)를 따라 순환하는 냉각수에 의해 압축 공기의 배출 온도를 낮출 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기의 냉각 효율을 더욱 향상시키기 위해 냉각수 순환하우징(160)에 대응하는 공기 배출구(133)의 내주에 다수 개의 냉각 핀들(171)을 형성하고 있다.

냉각 핀들(171)은 냉각수 유동패스(151)를 따라 유동하는 냉각수와, 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기의 열교환을 도모하는 것으로, 공기 배출구(133)의 내주에 돌출되게 형성된다.

여기서, 냉각 핀들(171)은 공기 배출구(133)의 내주 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되게 배치되며, 압축 공기의 스트림 방향을 따라 길게 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 냉각수 유동패스(151)를 유동하는 냉각수의 유량과, 냉각 핀들(171)의 개수, 크기 및 길이는 압축 공기의 온도 및 압력에 따라 다양하게 가변될 수 있으므로, 어느 특정한 수치로 한정하지 않는다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)가 적용되는 연료전지 시스템(200)은 공기 압축기(100)의 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기를 냉각하기 위해 공기 배출구(133)의 냉각수 유동패스(151)로 냉각수를 순환시키는 공기 냉각 루프(180)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 공기 냉각 루프(180)는 연료전지 차량의 전장 부품 예컨대, 모터 및 인버터 등과 같은 발열 부품을 냉각하기 위한 전장 냉각 계통(190)을 통해 형성될 수 있다.

전장 냉각 계통(190)은 냉각수를 저장하는 냉각수 리저버(191)와, 그 냉각수 리저버(191)에 저장된 냉각수를 연료전지 차량의 전장 부품으로 공급하기 위한 냉각수 펌프(193)를 포함한다.

이러한 전장 냉각 계통(190)은 통상적으로 연료전지 차량에 구성되는 공지 기술의 전장 냉각 시스템으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

공기 냉각 루프(180)는 냉각수 라인(181)을 통해 전장 냉각 계통(190)의 냉각수 리저버(191)와, 상술한 바와 같은 냉각수 유동패스(151)를 연결한다.

즉, 공기 냉각 루프(180)는 냉각수 라인(181)을 통해 냉각수 리저버(191)와, 각수 순환하우징(160)의 냉각수 유입구(161) 및 냉각수 배출구(163)를 연결할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100)를 적용한 연료전지 시스템(200)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 하기의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기가 적용되는 연료전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

앞서 개시한 도면들 및 도 6을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 연료전지 시스템(200)의 운전 시, 수소 공급유닛(20)의 수소 탱크(21)에 저장된 수소를 스택(10)으로 공급하고, 공기 공급유닛(30)의 공기 압축기(100)를 통해 압축 공기를 스택(10)으로 공급한다.

공기 압축기(100)는 임펠러(110)의 회전으로서 볼루트 케이스(130)의 공기 흡입구(131)를 통해 공기를 흡입하며, 그 흡입 공기를 압축하고, 그 압축 공기를 공기 배출구(133)를 통해 배출한다.

여기서, 공기 압축기(100)에서 압축된 압축 공기는 공기 공급 라인을 통해 공기 공급유닛(30)의 가습기(31)로 공급되고, 가습기(31)는 스택(10)의 공기극에서 발생된 수분으로서 압축 공기를 가습하고 그 가습 공기를 스택(10)의 공기극으로 공급한다.

한편, 스택(10)의 고출력 운전 조건에서 공기 압축기(100)를 통해 압축된 공기는 높은 압축비와 많은 공기량으로 인해 100~150℃ 정도의 온도로 상승하게 되는 바, 본 발명의 실시예에서는 볼루트 케이스(130)의 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기의 온도를 낮출 필요가 있다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 전장 냉각 계통(190)의 냉각수를 공기 냉각 루프(180)를 통해 상기한 바와 같은 공기 배출구(133)의 냉각수 유동패스(151)로 순환시킨다.

즉, 전장 냉각 계통(190)의 냉각수 리저버(191)에서 공급되는 냉각수는 공기 냉각 루프(180)의 냉각수 라인(181)을 통해 공기 배출구(133)의 냉각수 유동패스(151)를 따라 유동하며 순환될 수 있다.

여기서, 냉각수는 냉각수 순환하우징(160)의 냉각수 유입구(161)를 통해 냉각수 유동패스(151)로 유입되고, 그 냉각수 유동패스(151)를 따라 유동하며 냉각수 배출구(163)를 통해 배출될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 고온의 압축 공기를 배출하는 공기 배출구(133)에 냉각수 유동패스(151)를 통하여 냉각수를 순환시킴으로써 그 냉각수와 압축 공기의 열교환을 통해 압축 공기의 배출 온도를 낮출 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 공기 배출구(133)의 내주에 다수 개의 냉각 핀들(171)을 형성하고 있으므로, 공기 배출구(133)에 대한 압축 공기의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 공기 배출구(133)에 대한 압축 공기의 접촉 면적을 냉각 핀들(171)을 통해 증대시킴으로써 냉각수 유동패스(151)를 따라 유동하는 냉각수와, 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기의 열교환을 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 공기 압축기(100)의 공기 배출구(133)를 통해 배출되며, 냉각수와의 열교환으로 온도가 낮아진 압축 공기는 공기 공급 라인을 통해 가습기(31)로 공급될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기(100) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템(200)에 의하면, 공기 압축기(100)의 공기 배출구(133)에 냉각수 유동패스(151)를 통해 냉각수를 순환시키므로, 공기 배출구(133)를 통해 배출되는 압축 공기의 온도를 저감시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 고온의 압축 공기가 가습기(31)로 공급되는 것을 방지할 수 있으므로, 가습기(31)의 소재 손상을 막고, 압축 공기의 상대습도를 상승시키는 등 가습기(31)의 가습 효율 및 내구 성능을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 스택(10)의 정상적인 운전에 적합한 압축 공기의 온도 조건을 충족시킬 수 있으므로, 스택(10)의 운전 성능을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 공기 압축기(100)의 공기 배출구(133) 자체에 압축 공기의 냉각을 위한 냉각수 유동패스(151)를 형성하므로, 압축 공기를 냉각하기 위한 별도의 열교환기(에어쿨러)를 필요로 하지 않는다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 전체 연료전지 시스템(200)의 구성을 단순화시킬 수 있으며, 원가 절감을 도모할 수 있고, 추가적인 공간 확보를 통해 차량의 레이아웃 설계에 유리하다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 스택 20... 수소 공급유닛
21... 수소 탱크 30... 공기 공급유닛
31... 가습기 100... 공기 압축기
110... 임펠러 130... 볼루트 케이스
131... 공기 흡입구 133... 공기 배출구
151... 냉각수 유동패스 160... 냉각수 순환하우징
161... 냉각수 유입구 163... 냉각수 배출구
171... 냉각 핀 180... 공기 냉각 루프
181... 냉각수 라인 190... 전장 냉각 계통
191... 냉각수 리저버 193... 냉각수 펌프
200... 연료전지 시스템

Claims

임펠러의 회전으로서 공기를 흡입 및 압축하는 공기 압축기에 있어서,
공기를 흡입하는 공기 흡입구 및 압축 공기를 배출하는 공기 배출구를 지닌 볼루트 케이스를 포함하며,
상기 공기 배출구는 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유동패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 볼루트 케이스는,
냉각수를 유입하는 냉각수 유입구와 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구를 지니며 상기 공기 배출구의 외주에 설치되는 냉각수 순환하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
제2 항에 있어서,
상기 볼루트 케이스는,
상기 냉각수 순환하우징과 공기 배출구의 외주 사이에 상기 냉각수 유동패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
제3 항에 있어서,
상기 냉각수 순환하우징에 대응하는 상기 공기 배출구의 내주에는 다수 개의 냉각 핀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
제4 항에 있어서,
상기 냉각 핀들은,
상기 공기 배출구의 내주 방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 배치되며, 압축 공기의 스트림 방향을 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기.
연료전지들이 적층된 스택과,
상기 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급유닛과,
상기 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급유닛을 포함하며,
상기 공기 공급유닛은 임펠러의 회전으로서 공기를 흡입 및 압축하는 청구항 1 내지 5 중에서 선택되는 어느 한 항의 공기 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 공기 공급유닛은,
상기 스택 및 공기 압축기와 연결되는 가습기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
연료전지들이 적층된 스택;
상기 스택으로 수소를 공급하는 수소 탱크;
공기를 흡입 및 압축하며 압축 공기를 가습기를 통해 스택으로 공급하고, 공기 배출 측에 냉각수 유동패스를 형성하는 공기 압축기; 및
전장 냉각 계통을 통해 상기 냉각수 유동패스로 냉각수를 순환시키는 공기 냉각 루프;
를 포함하는 연료전지 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 공기 압축기는 공기를 흡입하는 공기 흡입구 및 압축 공기를 배출하는 공기 배출구를 지닌 볼루트 케이스를 포함하며,
상기 냉각수 유동패스는 상기 공기 배출구에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 볼루트 케이스는,
냉각수를 유입하는 냉각수 유입구와 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구를 지니며 상기 공기 배출구의 외주에 설치되는 냉각수 순환하우징을 포함하고,
상기 냉각수 순환하우징과 공기 배출구의 외주 사이에 상기 냉각수 유동패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 공기 냉각 루프는 냉각수 라인을 통해 상기 전장 냉각 계통과 냉각수 유동패스를 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제10 항에 있어서,
상기 공기 냉각 루프는 냉각수 라인을 통해 상기 전장 냉각 계통과 상기 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구를 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.