KR20180018176A - 차량용 공기 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공기 압축기에 관한 것으로, 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100); 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200); 상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300); 상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600); 상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700); 상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800); 상기 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 고압의 공기를 공급받아 냉각하기 위해 상기 하우징(100)의 외측에 밀착되게 위치되고 상기 하우징(100)을 바라보는 상대면에 통로(910)가 형성된 냉각부(900); 상기 공기 토출구(330)와 상기 냉각부(900) 사이를 서로 간에 연결하는 튜브(1000); 및 상기 냉각부(900)를 통해 공급된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함한다.

Description

차량용 공기 압축기{Air blower for vehicle}

본 발명은 차량용 공기 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 압축기의 저널 베어링과 모터와 스러스트 베어링에 대한 냉각을 모두 동시에 실시하여 상기 공기 압축기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 공기 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기, 터빈, 과급기 등과 같은 고속 회전기기의 회전축을 지지하는 베어링으로서 윤활유를 사용하지 않고 공기 또는 가스 상태의 유체를 작동 유체로서 사용하는 이른바 가스 베어링(gas bearing)은 크게 정압 베어링과 동압 베어링으로 분류할 수 있다.

정압 베어링은 외부 압축기로 가압한 공기나 가스를 강제로 베어링 사이에 공급하여 부하 지지능력을 얻는 형태로서, 압력 원천(외부 가압장치)을 필요로 하는 대신에 축이 회전하지 않을 때에도 축을 부양할 수 있으므로 고체 마찰에 의한 베어링 손상을 피할 수 있다.

이에 비해, 동압 베어링은 축의 회전에 따라 주변의 공기나 가스를 베어링 사이로 끌어들여 압력을 상승시켜서 부하능력을 얻는 형태로서, 별도의 압력 원천을 필요로 하지 않는 대신에 회전체의 기동 및 정지 시 필연적으로 고체마찰이 발생하여 베어링 수명이 단축되므로, 이를 방지하기 위해 베어링 면에 고체 윤활제의 코팅이 필요하다.

동압 베어링 중, 포일 베어링(foil bearing)은 굴곡형 박판을 겹쳐 베어링 면을 구현한 것으로서, 반경방향 하중을 지지하는 포일 래디얼 베어링 형태와 축방향 하중을 지지하는 포일 스러스트 베어링 형태로 적용되고 있다.

이 중 축 방향 하중을 지지하도록 스러스트 베어링 형태로 구현한 포일 스러스트 베어링에 대한 다양한 예가, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0360240호, 등록특허공보 등록번호 제10-0590139호, 등록특허공보 등록번호 제10-0954066호 등에 개시되어 있다.

포일 스러스트 베어링은 중심에 구동축 통과용 관통공이 형성되어 있고 베어링 하우징에 고정되는 원판형의 베이스 패드와, 베이스 패드의 상면에 방사상으로 부착되고 축 방향 힘에 대해 탄력적인 범프 포일(bump foil)과, 복수의 범프 포일을 덮으면서 베이스 패드에 부착되어 구동축의 스러스트 패드(thrust pad)(또는 '칼라(collar)' 라고도 불린다)를 마주보는 탑 포일(top foil)로 이루어진다.

상기 포일 스러스트 베어링은 구동축의 회전에 의해 구동축의 스러스트 패드와 탑 포일 사이로 주변의 공기를 끌어들여 공기층을 형성하여 구동축의 축방향 하중을 지지하게 된다.

정압 베어링에서는 앞에서 설명한 바와 같이 가압 공기를 강제로 공급하여 하중을 지지하여야 하므로 외부의 압력 원천이 필요하지만 기동 초기나 구동축이 회전하지 않을 때에도 구동축을 부양할 수 있으므로 고체 마찰에 의한 베어링 손상을 피할 수 있다.

이에 비해 동압 베어링인 포일 스러스트 베어링은 별도의 압력 원천을 필요로 하지 않아 적용이 간단하나 구동축의 기동 초기나 정지 말기에는 탑 포일과 스러스트 패드가 필연적으로 고체마찰을 일으키기 때문에 베어링 수명이 단축되는 폐단이 있다. 또한, 고체 마찰에 의한 손상을 줄이기 위해 탑 포일과 스러스트 패드에 고체 윤활제 코팅을 행하여야 함으로써 제조원가가 증가하고, 고체 윤활제 코팅을 하더라도 고체 마찰은 그대로 계속되는 문제점이 발생되었다.

그런데 이러한 종래의 공기 압축기는 베어링 주변의 공간이 협소하여 냉각 공기가 좁은 틈을 통과해 베어링 및 모터 등을 냉각해야 하므로 냉각 성능이 좋지 않은 문제가 있다. 특히, 모터 및 공기 압축기의 후방에 위치한 저널 베어링의 온도가 급격히 상승하기 쉬워 베어링의 손상까지 일으키는 경우가 발생할 수 있다.

한국특허등록 제0962903호 (등록일 2010. 06. 01)

본 발명의 목적은 냉각 유로를 개선하여 베어링의 내구성 및 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 공기 압축기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 차량용 공기 압축기는 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100); 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200); 상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300); 상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600); 상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700); 상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800); 상기 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 고압의 공기를 공급받아 냉각하기 위해 상기 하우징(100)의 외측에 밀착되게 위치되고 상기 하우징(100)을 바라보는 상대면에 통로(910)가 형성된 냉각부(900); 상기 공기 토출구(330)와 상기 냉각부(900) 사이를 서로 간에 연결하는 튜브(1000); 및 상기 냉각부(900)를 통해 공급된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함한다.

상기 하우징(100)은 상기 냉각부(900)와 대응되는 크기로 이루어지고 상기 냉각부(900)가 삽입되는 안착홈(120)이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 통로(910)는 상기 하우징(100)의 외주면을 바라보는 상대면의 길이 방향을 따라 상하로 연통된 상태로 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 통로(910)에는 길이 방향을 따라 다수개의 격벽(920)이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 격벽(920)은 상기 통로(910)의 내측 하면에서 상부로 돌출된 제1 격벽(922); 상기 통로(910)의 내측 상면에서 하부로 돌출된 제2 격벽(924)을 포함한다.

상기 제1,2 격벽(922, 924)은 서로 간에 번갈아 가면서 상기 통로(910)에서 상부와 하부를 향해 돌출된 것을 특징으로 한다.

상기 안착홈(120)과 마주보는 냉각부(900)의 상대면에는 상기 통로(910)를 따라 이동하는 기체의 누설을 방지하기 위한 씰링 부재(S)가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 냉각부(900)를 통해 냉각된 냉각 공기에 대한 추가 냉각을 위해 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향으로 연장된 제1 냉각 통로(102); 상기 제1 냉각 통로(102)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된 제2 냉각 통로(104); 상기 제2 냉각 통로(104)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향 중 상기 공기 토출구(330)를 향해 연장된 제3 냉각 통로(106); 상기 제3 냉각 통로(106)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)와 상기 저널 베어링(700) 사이로 공급하기 위해 개구된 제4 냉각 통로(108)를 포함한다.

상기 제1 내지 제3 냉각 통로(102, 104, 106)는 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 형태와 대응되는 형태로 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 튜브(1000)는 냉각 공기의 열 손실을 최소화하기 위해 외측에 단열부재(1002)가 구비된다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 차량용 공기 압축기는 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100); 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200); 상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300); 상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600); 상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700); 상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800); 상기 임펠러(300)의 후단에 일단이 개구되어 고온 고압의 공기를 공급받아 상기 냉각수 자켓(110)을 따라 이동하면서 냉각된 후에 상기 블로어 모터(600)와 저널 베어링(700) 사이의 영역을 향해 타단이 개구된 제1 통로(130); 상기 제1 통로(130)를 통해 이동된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함한다.

상기 제1 통로(130)는 상기 임펠러(300)의 후단과 마주보는 위치에 일단이 연통되고, 상기 저널 베어링(700)을 감싸는 저널 베어링 하우징(700b)을 경유하여 상기 하우징 커버(120)의 원주 방향 외측으로 개구된 제1 냉각 통로(132); 상기 제1 냉각 통로(132)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향을 따라 연장된 제2 냉각 통로(134); 상기 제2 냉각 통로(134)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된 제3 냉각 통로(136); 상기 제3 냉각 통로(136)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징 커버(200)를 향해 연장된 제4 냉각 통로(138); 상기 제4 냉각 통로(138)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)의 일측 단부로 공급하기 위해 개구된 제5 냉각 통로(139)를 포함한다.

상기 제1 냉각 통로(132)는 상기 냉각수 자켓(110)을 향해 상기 하우징 커버(120)의 정면을 기준으로 방사 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 제5 냉각 통로(139)는 상기 블로어 모터(600)를 구성하는 코일(630b)의 전단 위치에 개구된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)은 상기 냉각수 자켓(110)과 근접된 상태로 개구된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)는 상기 냉각수 자켓(110)을 바라보는 상대면이 수평하게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기는 하우징에 냉각부가 밀착된 상태로 설치되므로 고온의 토출 공기를 보다 용이하게 냉각시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 차량용 공기 압축기는 공기 토출구에서 토출된 고온 고압의 공기를 냉각한 후에 저널 베어링 또는 블로어 모터에 대한 냉각과 스러스트 베어링에 대한 냉각을 동시에 실시하여 베어링의 내구성 및 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 차량용 공기 압축기는 임펠러의 출구에서 발생하는 고온 고압의 공기가 블로어 모터와 저널 베어링으로 유입되는 현상을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기를 도시한 단면도. 도 2는 도 1의 작동 상태도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 냉각부가 하우징에 설치되는 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기를 도시한 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기에 대해 상세히 설명하기로 한다. 참고로 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기를 도시한 단면도. 도 2는 도 1의 작동 상태도 이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공기 압축기(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 전방에 결합되어 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하는 임펠러 지지부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 하우징(100)의 후방에 결합되는 리어 커버(500)와, 하우징(100)의 내부에 설치되어 임펠러(400)를 회전 구동시키는 블로어 모터(600)를 포함하여 구성된다.

하우징 커버(200)는 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된다.

상기 하우징 커버(200)는 임펠러(300)가 도면 기준으로 좌측에 인접하여 위치되고 공기 압축기가 작동되면서 위치에 따른 발열 온도 중 가장 낮은 온도가 유지되는 위치에 해당된다.

본 실시 예에 의한 냉각부(900)는 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 고압의 공기를 공급받아 냉각하기 위해 상기 하우징(100)의 외측에 밀착되게 위치되고 상기 하우징(100)을 바라보는 상대면에 통로(910)가 형성된 냉각부(900); 상기 공기 토출구(330)와 상기 냉각부(900) 사이를 서로 간에 연결하는 튜브(1000); 및 상기 냉각부(900)를 통해 공급된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함한다.

임펠러 하우징(300)의 전방 중앙에는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)가 형성되고, 전방 양측에는 공기 토출구(330)가 형성된다. 임펠러(400)는 임펠러 하우징(300)의 내부에 설치되며, 임펠러(400)를 관통하는 중공에 후술할 블로어 모터(600)의 회전축(650)이 결합된다. 즉, 임펠러(400)는 회전축(650)에 의해 지지된다. 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기는 임펠러(400)에 의해 압축되어 공기 토출구(330)로 배출된다.

리어 커버(500)는 하우징(100)의 후방에 결합되어 회전축(650)이 외부로 노출되지 않도록 차단하며, 회전축(650)의 단부를 지지한다. 리어 커버(500)의 내측으로 하우징 커버(850)가 구비되어 후술할 후방측 베어링 케이싱(700a‘)을 지지한다.

블로어 모터(600)는 하우징(100)의 내주면에 인접하게 설치되며 중공을 갖는 스테이터(630)와, 스테이터(630)의 중공을 관통하여 설치되는 회전축(650)과, 회전축(650)의 외주면에 결합되는 로터(610)로 구성된다.

스테이터(630)는 플레이트(630a) 및 코일(630b)로 구성되어 고정되고, 로터(610)는 회전축(650)의 외주면에 일체로 형성되며, 회전축(650)은 길이 방향을 따라 중공이 관통 형성된 중공축이다.

회전축(650)은 일단이 임펠러(400)의 중공에 결합된 상태에서 임펠러(400)의 후방에 설치되는 저널 베어링(700)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 타단이 스러스트 베어링(thrust bearing, 800)에 의해 회전 가능하게 지지된다(이하에서는 도 1을 기준으로 임펠러가 위치된 단부(좌측단부)를 전방으로 정의하고, 상기 스러스트 베어링이 위치된 단부(우측 단부)를 후방으로 정의 함).

외부로부터 전력을 공급받아 블로어 모터(600)가 작동되면, 회전축(650)이 회전하면서 임펠러(400)를 회전 구동시키고, 외부의 공기가 공기 유입구(310)를 통해 유입되어 임펠러(400)를 지나면서 압축된 후 공기 토출구(330)로 배출된다.

냉각수 자켓(110)은 상기 블로어 모터(600)가 작동 중 발생되는 열을 냉각하기 위해 하우징(100)의 내측에 구비된다.

냉각수 자켓(110)은 하우징(100) 내부에서 하우징(100)을 감싸는 형태를 가지며, 그 내부에 냉각수가 공급되어 저장된다. 냉각수 자켓(110)은 블로어 모터(600)에 인접하여 구비되므로 냉각수와의 열교환을 통해 블로어 모터(600)를 냉각시키는 역할을 한다. 블로어 모터(600)의 냉각에 냉각수 자켓(110)을 이용하는 수냉식 냉각 외에도 공기를 이용해 블로어 모터(600)를 냉각하는 공랭식 냉각 방법이 혼용된다.

공기 냉각유로(P1)는 공기 유입구(310) 및 임펠러(400), 공기 토출구(330)로 연통되는 메인 유로에 연통된다. 공기 냉각유로(P1)는 임펠러(400)와 임펠러 지지부(200)의 사이에서부터 전방 저널 베어링(700)과 회전축(650)의 사이를 거쳐 후방 저널 베어링(700')과 회전축(650)의 사이를 지나 스러스트 베어링(800)의 사이를 따라 리어 커버(500)까지 연통된다. 또한, 공기 냉각유로(P1)는 리어 커버(500)와 회전축(650)의 사이에서 회전축(650)의 중앙을 관통하는 중공을 따라 다시 공기 유입구(310)까지 연통된다.

본 실시 예에 의한 냉각부(900)는 상기 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 고압의 공기를 공급받아 냉각하기 위해 상기 하우징(100)의 외측에 밀착되게 위치되고 상기 하우징(100)을 바라보는 상대면에 통로(910)가 형성된다.

냉각부(900)는 하우징(100)의 외주면의 라운드진 곡률과 대응되는 곡률로 형성되고, 상기 하우징(100)의 외주면에 밀착된 상태로 볼팅 고정된다.

상기 냉각부(900)가 고정되는 위치는 냉각수 자켓(110)과 마주보는 위치에 고정되므로 상기 냉각수 자켓(110)의 저온의 열 에너지와 열 교환을 통해 냉각을 도모할 수 있다.

냉각부(900)는 통로(910)로 고온 고압의 공기가 유입되기 위한 유입구(902)와, 냉각수 자켓(110)과 열 교환된 후 온도가 하강된 냉각 공기가 하우징(100)으로 공급되기 위한 유출구(904)가 형성된다. 따라서 고온 고압의 공기가 유입구(902)를 통해 냉각된 후에 유출구(904)를 통해 안정적으로 이동된다.

냉각부(900)는 열전달율이 우수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작되므로 열전달률이 향상된다.

본 실시 예에 의한 통로(910)는 상기 하우징(100)의 외주면을 바라보는 상대면의 길이 방향을 따라 상하로 연통된 상태로 연장된다. 예를 들면 ⊃형태로 연장되므로 상기 냉각부(900)의 한정된 크기를 최대한 활용하여 냉각을 효과적으로 실시할 수 있다.

전술한 형태는 일 예로 제시한 것이며 지그 재그 형태 또는 ㄹ자 형태로도 변경 될 수 있다.

상기 통로(910)에는 길이 방향을 따라 다수개의 격벽(920)이 구비되는데, 상기 격벽(920)은 고온의 공기가 상기 통로(910)를 경유하여 이동되는 속도를 딜레이 시키고, 딜레이된 시간 동안 냉각수 자켓(110)과의 열 교환을 통해 냉각을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.

이 경우 통로(910)가 직선 형태로 연장된 경우에 비해 보다 오랜 시간 동안 냉각수 자켓(110)과 열교환을 실시할 수 있어 낮은 온도 상태로 온도를 하강 시킬 수 있다.

또한 상기 격벽(920)은 상기 고온의 공기가 이동되는 경로를 복잡하게 하되, 이동 도중 특정 위치에 머무르지 않고 원활하게 이동 가능하게 하여 냉각 효율과 이동의 안전성을 동시에 도모할 수 있다.

상기 격벽(920)은 상기 통로(910)의 내측 하면에서 상부로 돌출된 제1 격벽(922)과, 상기 통로(910)의 내측 상면에서 하부로 돌출된 제2 격벽(924)을 포함한다.

제1 격벽(922)과 제2 격벽(924)는 동일 두께와 길이로 연장되는 것으로 도시하였으나, 상기 제1 격벽(922) 또는 제2 격벽(924)의 연장된 길이가 길게 연장되는 것도 가능할 수 있다.

상기 제1,2 격벽(922, 924)은 서로 간에 번갈아 가면서 상기 통로(910)에서 상부와 하부를 향해 돌출된다. 이 경우 고온 공기의 이동 경로는 점선으로 도시된 바와 같이 이동되므로 이동 경로가 길어지고 이에 따른 열교환 시간도 증가하게 된다.

따라서 고온 공기가 저온 공기로 보다 용이하게 변화될 수 있어 공기 압축기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 안착홈(120)과 마주보는 냉각부(900)의 상대면에는 상기 통로(910)를 따라 이동하는 기체의 누설을 방지하기 위한 씰링 부재(S)가 구비된다.

씰링 부재(S)는 고무가 사용되나 다른 재질이 사용되는 것도 가능하고, 이중 구조로 이루어지는 것도 가능할 수 있다.

본 실시 예에 의한 튜브(1000)는 상기 공기 토출구(330)와 상기 냉각부(900) 사이를 서로 간에 연결하기 위해 구비되고, 전술한 냉각부(900)로 고온 고압의 공기를 공급한다.

상기 튜브(1000)는 일단이 상기 공기 토출구(330)에 연결되고, 타단은 상기 냉각부(900)의 유입구(902)와 연결된다.

상기 튜브(1000)는 공기 토출구(330) 또는 유입구(902)와 연결되는 연결 부위가 안정적으로 연결된 상태가 유지되도록 별도의 연결 튜브(미도시) 또는 연결관(미도시)이 구비될 수 있다. 상기 연결 튜브 또는 연결관은 상기 튜브(1000)에 연결되거나 고정되는 방법 중의 어느 하나의 방법이 선택적으로 적용되므로 상기 공기 토출구(330) 또는 유입구(902)에 안정적으로 연결될 수 있다.

본 실시 예에 의한 튜브(1000)는 냉각 공기의 열 손실을 최소화하기 위해 외측에 단열부재(1002)가 구비된다. 상기 단열부재(1002)는 튜브(1000)를 통해 이동하는 냉각 공기가 주위의 온도로 인한 열 손실을 최소화 하기 위해 구비된다. 상기 단열 부재(1002)는 외부의 이물질 또는 오염으로부터 상기 튜브(1000)를 보호하는 역할을 한다.

전술한 냉각부(900)는 냉각수 자켓(110)과의 열 교환을 통해 냉각 공기를 1차적으로 냉각시켜 하우징(100)으로 공급하였고, 2차적으로 후술할 제1 내지 제4 냉각 통로(102, 104, 106, 108)을 통해 추가로 냉각수 자켓(110)과의 열 교환을 통해 냉각 공기를 회전축(650)으로 공급한다.

상기 제1 냉각 통로(102)는 상기 냉각부(900)를 통해 냉각된 냉각 공기에 대한 추가 냉각을 위해 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향으로 연장된다.

일 예로 도면 기준으로 냉각수 자켓(110)과 외측으로 소정의 간격으로 이격되어 연장되므로 상기 냉각수 자켓(110)이 보유하고 있는 저온의 열 에너지와 열 교환을 통해 냉각부(900)를 경유한 공기에 대한 냉각을 실시할 수 있다.

제2 냉각 통로(104)는 상기 제1 냉각 통로(102)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된다. 연장 경로는 가장 짧은나 상기 냉각수 자켓(110)의 외측과 최대한 근거리에서 열교환이 이루어지도록 도면에 도시된 바와 같은 레이 아웃으로 연장된다.

제3 냉각 통로(106)는 상기 제2 냉각 통로(104)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향 중 상기 공기 토출구(330)를 향해 연장된다.

상기 제3 냉각 통로(106)는 전술한 제1 냉각 통로(102)와 대응되는 연장 형태로 연장되고, 후술할 제4 냉각 통로(108)와 연통된다.

제4 냉각 통로(106)는 상기 제3 냉각 통로(106)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)와 상기 저널 베어링(700) 사이로 공급하기 위해 개구된다. 상기 개구된 위치는 저널 베어링(700)의 단부에 해당되는데 상기 위치로 냉각 공기가 공급될 경우 저널 베어링(700)에 대한 냉각과 회전축(650)에 대한 냉각을 동시에 도모할 수 있다.

따라서 공기 압축기가 작동시 고온의 상태가 유지되는 저널 베어링(700)과 회전축(650)에 대한 냉각을 안정적으로 실시할 수 있다.

본 실시 예에 의한 제1 내지 제3 냉각 통로(102, 104, 106)는 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 형태와 대응되는 형태로 연장되므로 상기 냉각수 자켓(110)과 냉각 공기가 열 교환이 이루어질 경우 냉각 효율이 향상된다.

공기 냉각유로(P1)는 상기 냉각부(900)를 통해 냉각된 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된다.

전술한 경로가 공기 냉각유로(P1)이며, 임펠러(400)에 의해 압축된 공기의 일부가 공기 냉각유로(P1)를 따라 순환하면서 전방 저널 베어링(700)을 냉각하고 블로어 모터(600)를 냉각시킨 후 스러스트 베어링(800)까지 냉각시키고 중공을 통해 공기 유입구(310) 쪽으로 배기된다.

스러스트 베어링(800)이 전방에 배치될 때보다 후방에 배치될 때 모터(600)가 받는 공기 온도가 낮아지고, 전방 저널 베어링(700)이 받는 공기 온도가 낮아진다. 또한, 스러스트 베어링(800)이 후방에 배치됨으로써 냉각수 자켓(110)과 근접한 위치가 되므로 전체적인 시스템 온도가 낮아지는 효과가 있다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 하우징(100)은 상기 냉각부(900)와 대응되는 크기로 이루어지고 상기 냉각부(900)가 삽입되는 안착홈(120)이 형성된다. 냉각부(900)로 공급된 공기는 고온 고압의 공기 상태가 유지되므로 저온의 공기 상태를 유지하기 위해 상기 냉각수 자켓(110)과 최대한 근접된 상태로 고정되는 것이 열교환 측면에서 유리해 진다.

본 실시 예는 하우징(100)에 안착홈(120)을 형성하고, 상기 안착홈(120)에 상기 냉각부(900)를 삽입하여 상기 통로(910)가 형성된 상대면을 냉각수 자켓(110)과 최대한 가깝게 밀착시켜 고온 고압의 공기에 대한 효과적인 냉각을 실시할 수 있다.

따라서 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 상태의 공기를 저온 상태로 하강시켜 공기 냉각유로(P1)로 공급할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 공기 압축기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 공기 압축기(10a)는 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100); 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200); 상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300); 상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600); 상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700); 상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800); 상기 임펠러(300)의 후단에 일단이 개구되어 고온 고압의 공기를 공급받아 상기 냉각수 자켓(110)을 따라 이동하면서 냉각된 후에 상기 블로어 모터(600)와 저널 베어링(700) 사이의 영역을 향해 타단이 개구된 제1 통로(130); 상기 제1 통로(130)를 통해 이동된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함한다.

본 실시 예는 전술한 실시 예와 다르게 튜브(1000)와 냉각부(900)를 사용하지 않고 제1 통로(130)를 이용하여 냉각을 실시한다.

또한 본 실시 예는 전술한 실시 예와 주요 구성이 유사하므로 상이한 특징을 갖는 제1 통로(130)의 구성 위주로 설명한다.

본 실시 예에 의한 제1 통로(130)는 상기 임펠러(300)의 후단과 마주보는 위치에 일단이 연통되고, 상기 저널 베어링(700)을 감싸는 저널 베어링 하우징(700b)을 경유하여 상기 하우징 커버(120)의 원주 방향 외측으로 개구된 제1 냉각 통로(132)와, 상기 제1 냉각 통로(132)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향을 따라 연장된 제2 냉각 통로(134)와, 상기 제2 냉각 통로(134)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된 제3 냉각 통로(136)와, 상기 제3 냉각 통로(136)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징 커버(200)를 향해 연장된 제4 냉각 통로(138)와, 상기 제4 냉각 통로(138)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)의 일측 단부로 공급하기 위해 개구된 제5 냉각 통로(139)를 포함한다.

제1 내지 제5 냉각 통로(132, 134, 136, 138. 139)는 기체가 이동하기 위해 형성된 일종의 통로에 해당되고 드릴링 가공 또는 주조 성형시 상기 제1 내지 제5 냉각 통로(132, 134, 136, 138. 139)에 해당되는 형태를 주조품에 미리 가공하여 제작할 수 있다.

본 실시 예에 의한 상기 제1 냉각 통로(132)는 회전축(650)을 기준으로 대칭되게 배치되며, 상기 냉각수 자켓(110)을 향해 상기 하우징 커버(120)의 정면을 기준으로 방사 형태로 배치될 수 있다. 이 경우 다량의 고온 공기를 공급 시킬 수 있어 공급 효율성이 향상된다.

제2 냉각 통로(134)는 냉각수 자켓(110)과 최대한 밀착된 상태로 연장된 경로를 갖고 연장되고 제1 실시 예의 제1 냉각 통로(102)와 유사하게 연장된다.

제3 냉각 통로(136)와 제4 냉각 통로(136) 역시 전술한 제1 실시 예의 제2 냉각 통로(104)와 제3 냉각 통로(106)와 유사하게 연장된다.

본 실시 예에 의한 제5 냉각 통로(139)는 상기 블로어 모터(600)를 구성하는 코일(630b)의 전단 위치에 개구되는데, 상기 위치는 저널 베어링(700)과 샤프트(650)에 대한 냉각을 안정적으로 시키기 위한 냉각 공기를 공급하기 최적의 위치에 해당된다.

이와 같이 상기 제5 냉각 통로(139)에서 냉각 공기가 배출될 경우 공기 압축기(10a)의 지속작인 작동으로 인한 냉각을 효율적으로 실시할 수있어 냉각 효율이 향상된다.

상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)은 상기 냉각수 자켓(110)과 근접된 상태로 개구되므로 상기 냉각수 자켓(110)의 저온 상태의 열 에너지를 전달 받아 고온 공기에 대한 냉각을 도모할 수 있어 냉각을 보다 손쉽게 실시할 수 있다.

본 실시 예에 의한 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)는 상기 냉각수 자켓(110)을 바라보는 상대면이 수평하게 형성된다.

이 경우 상기 상대면의 접촉 면적이 증가되어 상기 냉각수 자켓(110)의 저온의 열 에너지가 보다 많이 상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)로 전달될 수 있어 냉각 효율이 향상된다.

공기 냉각유로(P1)를 통해 이동된 냉각 공기는 상기 회전축(650)을 따라 점선의 화살표로 도시된 바와 같이 스러스트 베어링(800)에 대한 냉각을 실시한 후에 리어 커버(500)가 구비된 위치까지 이동된다. 그리고 회전축(650)의 중공을 따라 공기 유입구(310)를 향해 이동되므로 안정적인 냉각을 실시할 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10, 10a: 공기 압축기 100: 하우징
200: 하우징 커버 300: 임펠러 하우징
310: 공기 유입구 330: 공기 토출구
400: 임펠러 500: 리어 커버
600: 블로어 모터 650: 회전축
700: 저널 베어링 800: 스러스트 베어링
P1: 공기 냉각유로 900 : 냉각부
910 : 통로 920 : 격벽
922 : 제1 격벽 924 :　제2 격벽
1000 :　튜브

Claims (16)

1. 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100);
   상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200);
   상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300);
   상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600);
   상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700);
   상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800);
   상기 공기 토출구(330)에서 토출된 고온 고압의 공기를 공급받아 냉각하기 위해 상기 하우징(100)의 외측에 밀착되게 위치되고 상기 하우징(100)을 바라보는 상대면에 통로(910)가 형성된 냉각부(900);
   상기 공기 토출구(330)와 상기 냉각부(900) 사이를 서로 간에 연결하는 튜브(1000); 및
   상기 냉각부(900)를 통해 공급된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함하는 차량용 공기 압축기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징(100)은 상기 냉각부(900)와 대응되는 크기로 이루어지고 상기 냉각부(900)가 삽입되는 안착홈(120)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 통로(910)는 상기 하우징(100)의 외주면을 바라보는 상대면의 길이 방향을 따라 상하로 연통된 상태로 연장된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 통로(910)에는 길이 방향을 따라 다수개의 격벽(920)이 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 격벽(920)은 상기 통로(910)의 내측 하면에서 상부로 돌출된 제1 격벽(922);
   상기 통로(910)의 내측 상면에서 하부로 돌출된 제2 격벽(924)을 포함하는 차량용 공기 압축기.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1,2 격벽(922, 924)은 서로 간에 번갈아 가면서 상기 통로(910)에서 상부와 하부를 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 안착홈(120)과 마주보는 냉각부(900)의 상대면에는 상기 통로(910)를 따라 이동하는 기체의 누설을 방지하기 위한 씰링 부재(S)가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각부(900)를 통해 냉각된 냉각 공기에 대한 추가 냉각을 위해 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향으로 연장된 제1 냉각 통로(102);
   상기 제1 냉각 통로(102)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된 제2 냉각 통로(104);
   상기 제2 냉각 통로(104)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향 중 상기 공기 토출구(330)를 향해 연장된 제3 냉각 통로(106);
   상기 제3 냉각 통로(106)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)와 상기 저널 베어링(700) 사이로 공급하기 위해 개구된 제4 냉각 통로(108)를 포함하는 차량용 공기 압축기.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 냉각 통로(102, 104, 106)는 상기 냉각수 자켓(110)는의 연장된 형태와 대응되는 형태로 연장된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브(1000)는 냉각 공기의 열 손실을 최소화하기 위해 외측에 단열부재(1002)가 구비된 차량용 공기 압축기.
11. 외관을 형성하며 냉각수가 저장된 냉각수 자켓(110)을 구비한 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 외부 공기를 흡입하는 임펠러(400)를 지지하고 상기 임펠러(400)의 후단에 위치된 하우징 커버(200);
    상기 하우징(100)의 중앙에 위치되고 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)와, 상기 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기가 임펠러(400)에 의해 압축된 후에 외부로 토출되는 공기 토출구(330)를 포함하는 임펠러 (300);
    상기 하우징(100)의 내부에 위치되고 상기 임펠러(400)를 회전 구동시키며, 축 방향을 따라 중공이 형성된 회전축(650)이 구비된 블로어 모터(600);
    상기 회전축(650)에 결합되어 상기 회전축(650)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(700);
    상기 저널 베어링(700)과 이격되어 위치되고 상기 회전축(650)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(800);
    상기 임펠러(300)의 후단에 일단이 개구되어 고온 고압의 공기를 공급받아 상기 냉각수 자켓(110)을 따라 이동하면서 냉각된 후에 상기 블로어 모터(600)와 저널 베어링(700) 사이의 영역을 향해 타단이 개구된 제1 통로(130); 및
    상기 제1 통로(130)를 통해 이동된 냉각 공기가 상기 회전축(650)의 축 방향을 따라 이동하면서 상기 저널 베어링(700)과 스러스트 베어링(800)을 냉각한 후에 상기 회전축(650)의 중공을 통해 이동되도록 연통된 공기 냉각유로(P1)를 포함하는 차량용 공기 압축기.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 통로(130)는 상기 임펠러(300)의 후단과 마주보는 위치에 일단이 연통되고, 상기 저널 베어링(700)을 감싸는 저널 베어링 하우징(700b)을 경유하여 상기 하우징 커버(120)의 원주 방향 외측으로 개구된 제1 냉각 통로(132);
    상기 제1 냉각 통로(132)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징(100)의 축 방향을 따라 연장된 제2 냉각 통로(134);
    상기 제2 냉각 통로(134)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 회전축(650)을 향해 연장된 제3 냉각 통로(136);
    상기 제3 냉각 통로(136)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 냉각수 자켓(110)의 연장된 경로와 인접하여 상기 하우징 커버(200)를 향해 연장된 제4 냉각 통로(138);
    상기 제4 냉각 통로(138)와 기체 이동 가능하게 일단이 연통되고, 타단이 상기 블로어 모터(600)의 일측 단부로 공급하기 위해 개구된 제5 냉각 통로(139)를 포함하는 차량용 공기 압축기.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 냉각 통로(132)는 상기 냉각수 자켓(110)을 향해 상기 하우징 커버(120)의 정면을 기준으로 방사 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 제5 냉각 통로(139)는 상기 블로어 모터(600)를 구성하는 코일(630b)의 전단 위치에 개구된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)은 상기 냉각수 자켓(110)과 근접된 상태로 개구된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 내지 제4 냉각 통로(134, 136, 138)는 상기 냉각수 자켓(110)을 바라보는 상대면이 수평하게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공기 압축기.
    

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