具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的制作方法

本发明具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机，更详细地，涉及如下的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机，即，通过同时使用空冷式和水冷式的冷却结构对生成高压空气的叶轮单元进行冷却来防止温度上升，由此提高叶轮单元的有效性和耐久性。

背景技术：

由于因化石能源的枯竭导致的油价持续上涨以及因车辆排放的废气而造成的环境污染等的问题，更加迫切需要开发利用燃料电池的车辆。

因为燃料电池是在氢和氧反应过程中产生电能的电池，所以在燃料电池车辆装载燃料电池堆、用于向燃料电池堆供给氢的氢供给装置、将空气压缩后供给到燃料电池堆的鼓风机等。

尤其，车辆的燃料电池用鼓风机需要低流量及高压力，同时需要高耐久性、低噪音以及广的运作范围。

这种燃料电池用鼓风机为用于供给燃料电池堆产生电能所需要的氧气的装置，是燃料电池系统的核心结构部件，为了减少由于在转移到燃料电池堆的过程中产生的流路阻力而造成的损失，而包括压缩大气的过程。

并且，燃料电池用鼓风机的形态根据燃料电池堆所需要的空气的压力及流量水平确定并适用，例如，通常，在流量少且压力高的区域中适用螺杆或容积式压缩机，在流量相对多且压力低的区域中适用压缩机。

与涡轮压缩机相比，在螺杆压缩机的情况下，在低转数下进行工作，具有可直观理解的压缩结构，但是，缺点为体积大，在涡轮压缩机的情况下，可通过小且简单的结构来以低廉的成本制造产品，但是需要确保适用于高速旋转的润滑结构。

在本发明中，针对这种以往的车辆的燃料电池用鼓风机的冷却方法及冷却结构进行重点集中、试验来去除燃料电池用鼓风机的热量，由此提供有效性及耐久性得到提高的燃料电池用鼓风机。

对此，作为涉及具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的现有技术，在韩国授权专利公报第10-1735042号的“燃料电池车辆用鼓风机”(以下，称之为“现有技术1”)中，涉及如下的燃料电池车辆用鼓风机，即，在与轴承相接触的外周形成空气流动槽，由此减少轴负荷来提高耐久性，从而可以冷却包括轴承的马达，在马达外壳形成冷却水流路，由此进一步提高冷却效率。

作为另一现有技术，韩国公开专利公报第10-2016-0097884号的“燃料电池车辆用鼓风机”(以下，称之为“现有技术2”)包括：外罩，形成外观；叶轮外罩，形成有叶轮支撑部、空气流入口及空气排出口，上述叶轮支撑部与上述外罩的前方相结合，支撑吸入外部空气的叶轮，上述空气流入口与上述叶轮支撑部相结合来覆盖上述叶轮，用于吸入空气，上述空气排出口用于排出压缩空气；后盖，与上述外罩的后方相结合；以及鼓风机马达，设置于上述外罩的内部，用于使上述叶轮旋转驱动，上述叶轮支撑部包括使通过叶轮吸入的空气向上述外罩的内部流入的第一流路，没有额外的排水软管及用于排水的端口，因此，方便管理鼓风机，且无需更换排水软管，可以充分冷却鼓风机马达的转子，从而，具有使转子的热量所引起的轴承的耐久性下降及寿命缩减的情况得到消减的效果。

如上所述，上述现有技术1至现有技术2为与本发明相同的技术领域，相应发明所要解决的问题(发明的目的)部分相同，但是用于解决其的方案，即，结构要素及其效果存在差异。

因此，技术特征不相同。

现有技术文献

专利文献1：韩国授权专利公报第10-1735042号(2017年05月04日)

专利文献2：韩国公开专利公报第10-2016-0097884号(2016年08月18日)

技术实现要素：

技术课题

对此，本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，本发明的目的在于，提供如下的燃料电池用涡轮鼓风机，即，形成同时使用空冷式及水冷式的冷却结构，减缓叶轮单元的温度上升情况，从而有效性及耐久性得到提高。

尤其，本发明的目的在于，提供如下的燃料电池用涡轮鼓风机，即，利用通过叶轮单元自然地被吸入到鼓风机壳体单元内部的空气来减缓温度上升情况。

本发明的另一目的在于，提供如下的燃料电池用涡轮鼓风机，即，确保通过叶轮单元被吸入到鼓风机壳体单元内部的空气的量，由此性能保持稳定。

解决课题的手段

本发明为了解决上述问题而提出，本发明具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的特征在于，包括：鼓风机壳体单元，用于引导所吸入的空气的流动及排出；以及叶轮单元，在上述鼓风机壳体单元内部设置及结合，用于使空气流入及流动，鼓风机壳体单元包括：叶轮单元空冷式冷却部，利用通过叶轮单元吸入到鼓风机壳体单元内部的空气的流动来对叶轮单元进行冷却；以及叶轮单元水冷式冷却部，与叶轮单元相邻形成，利用从外部供给的冷却水的流动来对叶轮单元进行冷却，从而减缓高速旋转的叶轮单元的温度上升情况，将有效性及耐久性极大化。

另一方面，在上述本说明书中，在发明要求保护范围中所使用的术语或单词不能被限定解释成通常或词典的含义，立足于本发明人员为了通过最优的方法说明自己的发明而适当定义术语的概念的原则，需要通过符合本发明的技术思想和含义和概念解释。

因此，本说明书中记载的实施例和附图所示的结构仅是本发明最优选的一实施例，并不代表本发明的所有技术思想，应该理解的是，在本申请时间点上，可具有能够代替这些的多种等同技术方案和变形例。

发明的效果

在以上的结构及作用中，如上所述，根据本发明，通过同时使用空冷式和水冷式的冷却结构对生成压缩空气的叶轮单元进行冷却来防止温度上升。

尤其，在利用空冷的冷却方式中，利用通过叶轮单元自然地被吸入到鼓风机壳体单元内部的空气的流动，通过这种空气的流动减缓温度上升情况，同时不向外部排出对叶轮单元进行冷却的空气，而是使其直接向叶轮流入，由此提高叶轮单元的效率。

即，叶轮单元一同执行压缩空气的作用以及吸入用于冷却叶轮单元的空气的冷却风扇的作用，因此，去除用于使冷却风扇进行工作的额外的能源，通过所吸入的空气的流动降低叶轮单元的温度，不仅如此，对其进行压缩来向燃料电池堆排出，由此将叶轮单元的效率极大化。

由此，燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性得到提高。

并且，通过吸入空气量确保部来充分确保向鼓风机壳体单元内部吸入的空气量，从而稳定维持被叶轮单元压缩并向燃料电池堆供给的压缩空气的量。

即，本发明为通过燃料电池用涡轮鼓风机的完美冷却来维持及确保高有效性及经济性的极为有效的发明。

附图说明

图1示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的结构图。

图2示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的状态立体图。

图3示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的剖视图。

图4简要示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的工作及所吸入的空气的流动的流程图。

附图标记的说明

1：具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机

100：鼓风机壳体单元

110：空气吸入管

120：空气流动引导盖

130：空气排出管

140：吸入空气量确保部

150：叶轮单元空冷式冷却部

160：叶轮单元水冷式冷却部

161：冷却水流入循环槽

170：第一空气流动路径

180：第二空气流动路径

190：空气循环室

200：叶轮单元

210：定子

220：转子

230：叶轮

s100：叶轮单元工作步骤

s200：空气吸入步骤

s300：空气流动步骤

s310：第一空气流动路径生成步骤

s320：第二空气流动路径生成步骤

s400：叶轮单元冷却步骤

s500：空气压缩步骤

s600：压缩空气排出步骤

s700：压缩空气供给步骤

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的功能、结构及作用。

图1示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的结构图，图2示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的状态立体图，图3示出本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机的剖视图。

如图1至图3所示，具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机1的特征在于，包括：鼓风机壳体单元100，用于引导所吸入的空气的流动及排出；以及叶轮单元200，在上述鼓风机壳体单元100内部设置及结合，用于使空气流入及流动，鼓风机壳体单元100包括：叶轮单元空冷式冷却部150，利用通过叶轮单元200吸入到鼓风机壳体单元100内部的空气的流动来对叶轮单元200进行冷却；以及叶轮单元水冷式冷却部160，与叶轮单元200相邻形成，利用从外部供给的冷却水的流动来对叶轮单元200进行冷却，减缓高速旋转的叶轮单元200的温度上升情况，将有效性及耐久性极大化。

即，本发明为向燃料电池堆供氧的燃料电池用涡轮鼓风机，通过同时利用空冷和水冷的冷却方式来对生成压缩空气的叶轮单元200进行冷却，将燃料电池用涡轮鼓风机的冷却效果极大化，同时，提高燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性，从而解决因高热引起的燃料电池用涡轮鼓风机的问题(寿命短、效率下降)。

更具体地，如图3所示，通过叶轮单元200，向特定路径引导流入内部的空气来防止叶轮单元200温度上升的鼓风机壳体单元100包括：空气吸入管110，用于向内部吸入空气；空气流动引导盖120，在与叶轮单元200相邻的位置密封、结合，形成为用于向叶轮单元200引导被吸入内部的空气的曲面；空气排出管130，用于向燃料电池堆排出通过叶轮单元200提升压力的空气；吸入空气量确保部140，用于确保向鼓风机壳体单元100内部吸入的空气量；叶轮单元空冷式冷却部150，利用通过叶轮单元200吸入到鼓风机壳体单元100内部的空气的流动来对叶轮单元200进行冷却；叶轮单元水冷式冷却部160，与叶轮单元200相邻形成，利用从外部供给的冷却水的流动来对叶轮单元200进行冷却，形成有冷却水流入循环槽161；第一空气流动路径170，通过上述空气吸入管110、叶轮单元空冷式冷却部150及空气流动引导盖120生成；第二空气流动路径180，通过上述空气吸入管110、吸入空气量确保部140及空气流动引导盖120生成；以及空气循环室190，通过上述空气流动引导盖120生成，用于使沿着第一空气流动路径170及第二空气流动路径180吸入的空气轻松流动，从而减缓高速旋转的叶轮单元200的温度上升情况，同时向如上所述的特定路径引导被吸入到鼓风机壳体单元100内部的空气，由此将燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性极大化。

即，如上所述，本发明的燃料电池用涡轮鼓风机通过同时利用空冷和水冷的冷却方式来防止鼓风机壳体单元100内部的温度上升，进而，谋求热平衡状态，提高燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性。

这种本发明的鼓风机壳体单元100的有机结合关系通过与叶轮单元200的结合来将燃料电池用涡轮鼓风机能够发挥的效果极大化。

例如，第一，通过形成叶轮单元空冷式冷却部150，通过叶轮单元200向空气吸入管110吸入的空气与叶轮单元200及叶轮单元水冷式冷却部160相接触来防止叶轮单元200及叶轮单元水冷式冷却部160的温度上升。

即，所吸入的空气通过叶轮单元空冷式冷却部150及吸入空气量确保部140分成两分支(第一空气流动路径170及第二空气流动路径180)，通过第一空气流动路径170冷却叶轮单元200，通过第二空气流动路径180冷却叶轮单元水冷式冷却部160来防止温度上升。

第二，通过与叶轮单元200相邻形成的叶轮单元水冷式冷却部160，与叶轮单元空冷式冷却部150一同防止叶轮单元200的温度上升。

即，上述叶轮单元空冷式冷却部150利用吸入的空气来对叶轮单元200的定子210及转子220进行冷却，叶轮单元水冷式冷却部160利用冷却水来对叶轮单元200的定子210进行冷却，通过空气吸入管110及吸入空气量确保部140向被吸入到第二空气流动路径180的空气对叶轮单元水冷式冷却部160及鼓风机壳体单元100的内壁进行冷却来防止叶轮单元200及叶轮单元水冷式冷却部160温度上升。

第三，在向与空气吸入管110相反方向结合的叶轮单元200的叶轮230的相邻位置，对以包围叶轮230的曲面形成的空气流动引导盖120进行密封结合，以使叶轮单元空冷式冷却部150及叶轮单元水冷式冷却部160顺畅地进行工作，由此，降低噪音，同时仅在空气吸入管110吸入空气。

并且，上述空气流动引导盖120为生成第一空气流动路径170及第二空气流动路径180的结构要素，以使通过第一空气流动路径170及第二空气流动路径180吸入的空气轻松向叶轮230流动的方式对空气的流动进行引导。

第四，为了解决因叶轮单元200的叶轮230的位置与鼓风机壳体单元100的空气吸入管110的位置关系而引起的需要向叶轮230流入的空气量的问题，通过吸入空气量确保部140生成第二空气流动路径170来充分确保向叶轮230流入的空气量。

换句话说，叶轮230和空气吸入管110的形成位置为鼓风机壳体单元100的两边缘，因此，为了确保所吸入空气的顺畅流动及空气量而形成吸入空气量确保部140。

即，在本发明中，作为将燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性极大化的一环，集中于叶轮单元200的冷却方法，通过鼓风机壳体单元100及叶轮单元200的有机结合，形成可同时利用空冷及水冷的冷却结构来对叶轮单元200进行冷却。

此外，在本发明的具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机1中，通过空气吸入管110吸入的空气经过叶轮单元200并从叶轮单元200吸收热量来进行冷却，因所吸收的热量，促进空气因所吸收的热量而进行的主动分子运动，由此使空气向叶轮230侧轻松流入。

即，本发明防止叶轮单元200温度上升、降低噪音，将燃料电池用涡轮鼓风机的有效性及耐久性极大化。

另一方面，与以往的形成于燃料电池用涡轮鼓风机的高速马达的结构相同，向鼓风机壳体单元100内部吸入空气的叶轮单元200包括定子210、转子220以及叶轮230。

本发明为通过鼓风机壳体单元100与叶轮单元200的有机结合，尤其，结合叶轮单元200的鼓风机壳体单元100的有机结合来对叶轮单元200进行冷却的技术，并非为对于叶轮单元200的技术，因此，将省略对于叶轮单元200的具体技术内容。

另一方面，参照图4，简单说明本发明具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机1的工作及空气的流动，叶轮单元200通过从外部供给的能量进行旋转(叶轮单元工作步骤)，通过高速旋转的叶轮单元200，向鼓风机壳体单元100内部吸入空气(空气吸入步骤)。

向鼓风机壳体单元100内部吸入的空气分成两分支并流动(空气流动步骤)，分支的空气沿着第一空气流动路径170及第二空气流动路径180流动(s320，第一空气流动路径生成步骤，第二空气流动路径生成步骤)，并对叶轮单元200进行冷却(叶轮单元冷却步骤)。

分别沿着第一空气流动路径170及第二空气流动路径180流动的空气被叶轮230压缩(空气压缩步骤)，压缩的空气通过空气排出管130排出(压缩空气排出步骤)，向与空气排出管130相结合的燃料电池堆供给压缩空气(压缩空气供给步骤)。

在此情况下，利用水冷的叶轮单元200的冷却在通过叶轮单元水冷式冷却部160从叶轮单元工作步骤s100至压缩空气供给步骤s700的过程中连续工作并对叶轮单元200进行冷却。

即，本发明涉及对所吸入的空气进行压缩来向燃料电池对传递所压缩的压缩空气的燃料电池用涡轮鼓风机。

如上所述，本发明并不局限于所记载的实施例，在不超出本发明的思想及范围内可以进行多种修改及变形对本发明所述技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

因此，在不超出技术思想或主要特征的情况下可以实施成其他多种形态，因此，本发明的实施例在所有方面均是例示型实施例，而并非用于限定本发明，本发明可以具有多种变形实施。

产业上的可利用性

本发明涉及具有复合式冷却结构的燃料电池用涡轮鼓风机，本发明可适用于制造其的制造商及销售商，尤其，用于向燃料电池对供给压缩空气的燃料电池用涡轮鼓风机相关产业，甚至于需要压缩空气的整个产业等，促进多个产业领域的发展。