KR101362203B1 - Air blower for fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 허브(144) 및 복수의 날개(142)를 구비한 임펠러(140)의 회전으로 인해 흡입된 공기를 연료전지 스택으로 압송하는 볼류트(132)와, 상기 임펠러(140)와 결합한 샤프트(150)를 회전시키는 구동부(110)를 포함하는 연료전지 자동차용 공기 블로워에 관한 것이다.
상기 임펠러(140) 자오면(146)의 윗변 후단과 밑변 후단 간 거리인 출구 높이(H)를 상기 허브(144)의 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 윗변 전단 간 거리인 날개 끝 반경(R1)에서 상기 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 밑변 전단 간 거리인 허브 입구 반경(R2)을 뺀 값으로 나누어 계산된 출구비는 0.25 내지 0.5 범위 내의 값으로 설정된다.
The present invention, the volute 132 for pumping the air sucked due to the rotation of the impeller 140 having a hub 144 and a plurality of wings 142 to the fuel cell stack, combined with the impeller 140 It relates to an air blower for a fuel cell vehicle including a driving unit (110) for rotating the shaft (150).
The exit height H, which is the distance between the rear end and the bottom end of the meridion plane 146 of the impeller 140, is the wing tip radius, which is the distance between the centerline 148 of the hub 144 and the front end shear of the meridion plane 146. The exit ratio calculated by dividing R1) by subtracting the hub inlet radius R2, which is the distance between the centerline 148 and the bottom shear of the meridion plane 146, is set to a value within the range of 0.25 to 0.5.

Description

연료전지 자동차용 공기 블로워{AIR BLOWER FOR FUEL CELL VEHICLE}Air blower for fuel cell vehicle {AIR BLOWER FOR FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 공기 블로워에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 자동차에 탑재된 연료전지 스택에 압축된 공기를 공급하는 연료전지 자동차용 공기 블로워에 관한 것이다.The present invention relates to an air blower, and more particularly, to an air blower for a fuel cell vehicle for supplying compressed air to a fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle.

최근 화석에너지 고갈에 따른 유가의 지속적인 상승, 차량 배기가스에 따른 환경 오염 등과 같은 문제로 인해 연료전지 자동차의 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다. 연료전지는 수소와 산소의 반응과정에서 전기에너지를 생성시키는 전지이기 때문에 연료전지 자동차는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소공급장치, 공기를 압축한 후 연료전지 스택에 공급하는 공기 블로워 등을 탑재한다. Recently, the development of fuel cell vehicles is urgently needed due to problems such as continuous increase in oil prices due to exhaustion of fossil energy and environmental pollution due to vehicle exhaust gas. Since fuel cells generate electric energy during the reaction of hydrogen and oxygen, fuel cell vehicles are fuel cell stacks, hydrogen supply devices that supply hydrogen to fuel cell stacks, and air that is compressed and supplied to fuel cell stacks. It is equipped with a blower and the like.

상기 공기 블로워의 형태는 연료전지 스택이 필요로 하는 공기의 압력 및 유량에 따라 결정된다. 예컨대 연료전지 스택이 요구하는 공기의 압력이 높고 유량이 적다면, 스크류 압축기가 공기 블로워로 사용될 수 있다. 반면 연료전지 스택이 요구하는 공기의 압력이 낮고 유량이 많다면, 터보 압축기가 공기 블로워로 사용될 수 있다. 자동차에 탑재되는 연료전지 스택은 후자에 해당하는 압력 및 유량 조건을 요구하는바, 일반적으로 연료전지 자동차에는 터보 압축기가 탑재된다.The type of air blower is determined by the pressure and flow rate of the air required by the fuel cell stack. For example, if the air pressure required by the fuel cell stack is high and the flow rate is low, the screw compressor can be used as an air blower. On the other hand, if the air pressure required by the fuel cell stack is low and the flow rate is high, the turbo compressor may be used as an air blower. Fuel cell stacks mounted on automobiles require pressure and flow rate conditions corresponding to the latter. In general, a turbo compressor is mounted on a fuel cell vehicle.

연료전지 자동차에 탑재되는 공기 블로워는 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동부(10)와, 컴프레서부(30)와, 샤프트(50)를 포함한다. An air blower mounted in a fuel cell vehicle generally includes a drive unit 10, a compressor unit 30, and a shaft 50, as shown in FIG. 1.

상기 구동부(10)는 케이스(12)와, 로터(16)와, 스테이터(14)를 포함한다. 케이스(12)는 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 흡입구(18)를 구비한다. 또한 케이스(12)는 흡입된 외부의 공기가 컴프레서부(30)로 이동할 수 있도록 공기 이동로를 내장한다. 로터(16)는 샤프트(50)의 외주면에 장착되고, 영구자석을 구비한다. 스테이터(14)는 로터(16)와 이격된 상태로 케이스(12)에 장착되고, 연료전지 스택으로부터 전력을 공급받아 로터(16)의 주변에 전기장을 형성한다. 상기 전기장과 상기 영구자석에 의해 형성된 자기장의 상호작용으로 인해 로터(16) 및 샤프트(50)가 회전하게 된다.The drive unit 10 includes a case 12, a rotor 16, and a stator 14. The case 12 has a suction port 18 so that outside air can be sucked in. In addition, the case 12 has a built-in air movement path to allow the outside air sucked to move to the compressor unit (30). The rotor 16 is mounted on the outer circumferential surface of the shaft 50 and has a permanent magnet. The stator 14 is mounted to the case 12 while being spaced apart from the rotor 16, and receives electric power from the fuel cell stack to form an electric field around the rotor 16. The rotor 16 and the shaft 50 rotate due to the interaction of the electric field and the magnetic field formed by the permanent magnet.

상기 컴프레서부(30)는 볼류트(volute)(32)와, 임펠러(40)를 포함한다. 상기 임펠러(40)는 샤프트(50)의 외주면에 장착되어 샤프트(30)와 함께 회전하면서 공기를 흡입한다. 볼류트(32)는 구동부(10)의 케이스(12)와 결합한 상단을 구비하고, 상기 임펠러(40)를 내장하며, 압출구(34)를 구비한다. 임펠러(40)가 회전하면 상기 흡입구(18)를 통해 공기가 흡입되고, 흡입된 공기는 구동부(10)의 케이스(12)를 통과하여 볼류트(32)로 이동한다. 이후 공기는 임펠러(40)를 경유하면서 가속되고, 임펠러(40)를 경유한 후 압축되어 상기 압출구(34)를 통해 외부로 배출된다. 외부로 배출된 압축 공기는 연료전지 스택으로 공급된다.The compressor unit 30 includes a volute 32 and an impeller 40. The impeller 40 is mounted on the outer circumferential surface of the shaft 50 to suck air while rotating together with the shaft 30. The volute 32 has an upper end coupled with the case 12 of the driving unit 10, has the impeller 40 built therein, and has an extrusion hole 34. When the impeller 40 rotates, air is sucked through the suction port 18, and the sucked air passes through the case 12 of the driving unit 10 and moves to the volute 32. Thereafter, the air is accelerated while passing through the impeller 40, compressed after passing through the impeller 40, and discharged to the outside through the extrusion hole 34. Compressed air discharged to the outside is supplied to the fuel cell stack.

상기 공기 블로워에 의하면 컴프레서부(30)가 구동부(10)의 하단에 결합된다. 그러나 상기 컴프레서부(30)는 일본공개특허 제2008-240574호, 일본공개특허 제2010-203242호 등에 개시된 바와 같이 구동부(10)의 상단에 구비되기도 한다. According to the air blower, the compressor unit 30 is coupled to the lower end of the driving unit 10. However, the compressor unit 30 may be provided at the upper end of the driving unit 10 as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-240574, 2010-203242, and the like.

상술한 바와 같은 연료전지용 공기 블로워의 부품들 중, 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것은 임펠러(40)이다. 그리고 임펠러(40)의 성능은 임펠러(40) 입구부의 공기 압력에 대한 임펠러(40) 출구부의 공기 압력의 비가 클수록 좋다. 즉, 임펠러(40)가 공기를 압축하는 정도가 클수록 임펠러(40)의 성능은 좋게 평가된다.Among the components of the air blower for the fuel cell as described above, the impeller 40 has the greatest influence on the performance. And the performance of the impeller 40 is better the ratio of the air pressure of the outlet of the impeller 40 to the air pressure of the inlet of the impeller 40 is better. In other words, the greater the degree that the impeller 40 compresses air, the better the performance of the impeller 40 is evaluated.

현재 입구부 공기 압력에 대한 출구부 공기 압력의 비가 1.3 내지 1.4 범위 내에 존재하는 임펠러의 설계 인자들이 알려져 있다. 그러나 업계에서는 1.5 이상의 입구부 공기 압력에 대한 출구부 공기 압력의 비를 갖는 임펠러가 요구되고 있는바, 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다.At present, design factors of the impeller are known in which the ratio of the outlet air pressure to the inlet air pressure is in the range of 1.3 to 1.4. However, the industry requires an impeller having a ratio of the outlet air pressure to the inlet air pressure of 1.5 or more, a solution for this situation is required.

본 발명은 상술한 바와 같은 업계의 필요성에 의해 도출된 것으로서, 입구부 공기 압력에 대한 출구부 공기 압력의 비가 1.5 이상의 범위에 존재하는 임펠러를 구비한 연료전지 자동차용 공기 블로워를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an air blower for a fuel cell vehicle having an impeller in which the ratio of the outlet air pressure to the inlet air pressure is in a range of 1.5 or more. It is.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 허브(144) 및 복수의 날개(142)를 구비한 임펠러(140)의 회전으로 인해 흡입된 공기를 연료전지 스택으로 압송하는 볼류트(132)와, 상기 임펠러(140)와 결합한 샤프트(150)를 회전시키는 구동부(110)를 포함하는 연료전지 자동차용 공기 블로워를 제공하다.In order to achieve the above object, the present invention provides a volute 132 for pumping air sucked into the fuel cell stack due to rotation of the impeller 140 having the hub 144 and the plurality of wings 142. And a drive unit 110 for rotating the shaft 150 coupled with the impeller 140.

상기 임펠러(140) 자오면(146)의 윗변 후단과 밑변 후단 간 거리인 출구 높이(H)를 상기 허브(144)의 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 윗변 전단 간 거리인 날개 끝 반경(R1)에서 상기 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 밑변 전단 간 거리인 허브 입구 반경(R2)을 뺀 값으로 나누어 계산된 출구비는 0.25 내지 0.5 범위 내의 값으로 설정된다.The exit height H, which is the distance between the rear end and the bottom end of the mesoside 146 of the meridion plane 146, is the wing tip radius, which is the distance between the centerline 148 of the hub 144 and the front end of the meridion 146. The exit ratio calculated by dividing R1) by subtracting the hub inlet radius R2, which is the distance between the centerline 148 and the bottom shear of the meridion plane 146, is set to a value within the range of 0.25 to 0.5.

여기서 자오면(146)은 허브(144)의 중심선(148)을 포함하는 임펠러(140)의 횡단면 중 일부를 의미한다. 상기 자오면(146)은 밑변과 윗변을 구비한다. 그리고 상기 밑변은 허브(144)의 외면을 따라 연장하는 곡선(이는 날개(142)의 루트(root)들 간을 연결한 곡선과 동일하다)이고, 상기 윗변은 날개(142)의 끝(tip)들 간을 연결한 곡선이다. Here, the meridion plane 146 means a part of the cross section of the impeller 140 including the centerline 148 of the hub 144. The meridion plane 146 has a bottom side and an upper side. The bottom side is a curve extending along the outer surface of the hub 144 (which is the same as the curve connecting the roots of the wings 142), and the top side is the tip of the wing 142. It is a curve connecting them.

상기 출구비는 0.35 내지 0.45 범위 내의 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 1.3 내지 1.4 범위 내의 압력비를 갖는 통상의 임펠러가 1.6 이상의 압력비를 갖게 된다. The exit ratio is preferably set to a value within the range of 0.35 to 0.45. In such a case, a conventional impeller having a pressure ratio in the range of 1.3 to 1.4 will have a pressure ratio of 1.6 or more.

본 발명에 의하면, 출구 높이를 날개 끝 반경에서 허브 입구 반경을 뺀 값으로 나누어 정의된 새로운 임펠러 설계 변수에 의해 임펠러가 설계된다. 그리고 상기 새로운 임펠러 설계 변수는 임펠러의 압력비 증가에 큰 영향을 미침과 동시에 임펠러를 제작함에 있어서도 어려움을 초래하지 않는다. 따라서 본 발명에 의하면 상용 임펠러의 간단한 설계 변경만으로도 임펠러의 압력비가 1.5 이상에 도달할 수 있다.According to the invention, the impeller is designed by a new impeller design variable defined by dividing the exit height by the blade tip radius minus the hub inlet radius. In addition, the new impeller design parameters have a great effect on increasing the pressure ratio of the impeller and do not cause difficulties in manufacturing the impeller. Therefore, according to the present invention, the pressure ratio of the impeller can reach 1.5 or more by simple design change of the commercial impeller.

또한 본 발명에 의하면 임펠러의 출구비가 0.35 내지 0.45 범위 내의 값으로 설정된다. 이와 같은 경우, 1.3 내지 1.4 범위 내의 압력비를 갖는 임펠러의 압력비가 1.6 이상까지 도달할 수 있다.Further, according to the present invention, the outlet ratio of the impeller is set to a value within the range of 0.35 to 0.45. In such a case, the pressure ratio of the impeller having a pressure ratio in the range of 1.3 to 1.4 may reach up to 1.6 or more.

도 1은 연료전지 자동차용 공기 블로워의 일반적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 공기 블로워를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연료전지 자동차용 공기 블로워의 임펠러를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 자오면을 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 임펠러의 출구비를 0.25 및 0.43으로 설정한 후 CFD 해석을 수행한 결과를 도시한 압력 분포도이다.
도 6은 여러 출구비에 대한 CFD 해석을 반복적으로 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing a general structure of an air blower for a fuel cell vehicle.
2 is a cross-sectional view showing an air blower for a fuel cell vehicle according to the present invention.
3 is a perspective view illustrating an impeller of the air blower for the fuel cell vehicle illustrated in FIG. 2.
FIG. 4 shows the meridion plane of the impeller shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a pressure distribution diagram showing a result of performing CFD analysis after setting the outlet ratio of the impeller shown in FIG. 3 to 0.25 and 0.43.
6 is a graph showing the results of repeatedly performing CFD analysis for various exit ratios.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 공기 블로워의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell vehicle air blower according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the terminology or words used herein are not to be construed in an ordinary sense or a dictionary, and that the inventor can properly define the concept of a term to describe its invention in the best possible way And should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 따른 연료전지 자동차용 공기 블로워는, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동부(110)와, 컴프레서부(130)와, 샤프트(150)를 포함한다.The air blower for a fuel cell vehicle according to the present invention, as shown in FIG. 2, includes a driving unit 110, a compressor unit 130, and a shaft 150.

상기 구동부(110)는 케이스(112)와, 로터(116)와, 스테이터(114)를 포함한다. 케이스(112)는 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 흡입구(118)를 구비한다. 또한 케이스(112)는 흡입된 외부의 공기가 컴프레서부(130)로 이동할 수 있도록 공기 이동로를 내장한다. The driving unit 110 includes a case 112, a rotor 116, and a stator 114. The case 112 includes a suction port 118 to allow the outside air to be sucked in. In addition, the case 112 has a built-in air movement path so that the outside air sucked into the compressor 130.

로터(116)는 샤프트(150)의 외주면에 장착되고, 영구자석을 구비한다. 스테이터(114)는 로터(116)와 이격된 상태로 케이스(112)에 장착되고, 연료전지 스택으로부터 전력을 공급받아 로터(116)의 주변에 전기장을 형성한다. 상기 전기장과 상기 영구자석에 의해 형성된 자기장의 상호작용으로 인해 로터(116) 및 샤프트(150)가 회전하게 된다.The rotor 116 is mounted on the outer circumferential surface of the shaft 150 and has a permanent magnet. The stator 114 is mounted to the case 112 while being spaced apart from the rotor 116, and receives electric power from the fuel cell stack to form an electric field around the rotor 116. The rotor 116 and the shaft 150 rotate due to the interaction between the electric field and the magnetic field formed by the permanent magnet.

상기 컴프레서부(130)는 볼류트(volute)(132)와, 임펠러(140)를 포함한다. 상기 임펠러(140)는 샤프트(150)의 외주면에 장착되어 샤프트(150)와 함께 회전하면서 공기를 흡입한다. 볼류트(132)는 구동부(110)의 케이스(112)와 결합한 상단을 구비하고, 상기 임펠러(140)를 내장하며, 압출구(134)를 구비한다. The compressor unit 130 includes a volute 132 and an impeller 140. The impeller 140 is mounted on an outer circumferential surface of the shaft 150 to suck air while rotating together with the shaft 150. The volute 132 has an upper end coupled to the case 112 of the driving unit 110, includes the impeller 140, and has an extrusion hole 134.

임펠러(140)가 회전하면 상기 흡입구(118)를 통해 공기가 흡입되고, 흡입된 공기는 구동부(110)의 케이스(112)를 통과하여 볼류트(132)로 이동한다. 이후 공기는 임펠러(140)를 경유하면서 가속되고, 임펠러(140)를 경유한 후 압축되어 상기 압출구(134)를 통해 외부로 배출된다. 외부로 배출된 압축 공기는 연료전지 스택으로 공급된다.When the impeller 140 rotates, air is sucked through the inlet 118, and the sucked air passes through the case 112 of the driving unit 110 and moves to the volute 132. Thereafter, the air is accelerated while passing through the impeller 140, compressed after passing through the impeller 140, and discharged to the outside through the extrusion hole 134. Compressed air discharged to the outside is supplied to the fuel cell stack.

상기 임펠러(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 허브(144) 및 복수의 날개(142)를 포함한다. 허브(144)는 샤프트(150)의 외면에 고정되고, 복수의 날개(142)는 허브(144)의 외면에 구비된다.The impeller 140, as shown in FIG. 3, includes a hub 144 and a plurality of wings 142. Hub 144 is fixed to the outer surface of the shaft 150, a plurality of wings 142 are provided on the outer surface of the hub 144.

상기 임펠러(140)의 성능은 앞서 배경기술에서 설명된 바와 같이 임펠러(140)의 입구 압력에 대한 임펠러(140)의 출구 압력의 비로 정의된 압력비가 클수록 좋게 평가된다. 그리고, 상기 압력비는 허브(144) 및 날개(142)의 형상에 의해 결정된다. 즉, 허브(144)의 기하학적 파라미터들, 날개(142)가 공기를 유입받는 각도, 날개(142)가 공기를 배출하는 각도, 날개(142)의 팁(tip)이 연장하는 모양, 날개(142)의 루트(root)가 연장하는 모양, 날개(142)의 틀어짐 정도 등과 같은 설계 변수에 의해 상기 압력비가 결정된다. The performance of the impeller 140 is better evaluated as the pressure ratio defined as the ratio of the outlet pressure of the impeller 140 to the inlet pressure of the impeller 140 as described in the background art above. The pressure ratio is determined by the shapes of the hub 144 and the blade 142. That is, the geometric parameters of the hub 144, the angle at which the wing 142 receives air, the angle at which the wing 142 discharges air, the shape in which the tip of the wing 142 extends, the wing 142 The pressure ratio is determined by design variables such as the shape of the root of the elongation, the degree of twist of the wing 142, and the like.

상술한 바와 같은 설계 변수들 중 어느 것들은 수치의 변화가 이루어지더라도 압력비 증가에 그다지 영향을 미치지 못한다. 또한 압력비 증가에 비교적 큰 영향을 미치는 설계 변수를 찾아 그 설계 변수의 최적 수치 범위를 결정하였더라도 임펠러(140) 제작의 난해성 내지 불가능성으로 인해 발견된 설계 변수 및 그 최적 수치 범위가 무의미하여질 수 있다. 따라서 어느 설계 변수를 선택하여 제어하여야 하는지를 결정하는 것은 임펠러(140) 설계자에게 어려운 작업이다. Any of the design variables as described above do not significantly affect the pressure ratio increase even if the numerical change is made. In addition, even if a design variable having a relatively large influence on the pressure ratio is found to determine the optimum numerical range of the design variable, the found design variable and its optimal numerical range may be meaningless due to difficulty or impossibility of manufacturing the impeller 140. . Therefore, determining which design variables to select and control is a difficult task for the impeller 140 designer.

본 출원인은 임펠러(140)의 압력비 증가에 큰 영향을 미침과 동시에 임펠러(140)를 제작함에 있어서도 어려움을 초래하지 않는 새로운 설계 변수를 발견하였다. 상기 새로운 설계 변수는 아래의 수학식 1로 정의되고, 출구비라 칭해진다.
Applicant has found a new design variable that has a great effect on increasing the pressure ratio of the impeller 140 and at the same time does not cause difficulty in manufacturing the impeller 140. The new design variable is defined by Equation 1 below, and is called an exit ratio.

[수학식 1][Equation 1]

출구비 = 출구 높이 / (날개 끝 반경 - 허브 입구 반경)
Outlet Ratio = Outlet Height / (Wing Tip Radius-Hub Inlet Radius)

위 수학식 1에서 출구 높이(H)와, 날개 끝 반경(R1)과, 허브 입구 반경(R2)은 모두 임펠러(140)의 자오면(146) 상에서 정의된다. 보다 구체적으로, 상기 날개 끝 반경(R1)은 허브(144)의 중심선(148)과 자오면(146)의 윗변 전단 간 거리이고, 상기 허브 입구 반경(R2)은 허브(144)의 중심선(148)과 자오면(146)의 밑변 전단 간 거리이며, 상기 출구 높이(H)는 자오면(146)의 윗변 후단과 밑변 후단 간 거리이다. In Equation 1 above, the outlet height H, the blade tip radius R1, and the hub inlet radius R2 are all defined on the meridion plane 146 of the impeller 140. More specifically, the wing tip radius R1 is the distance between the centerline 148 of the hub 144 and the front end shear of the meridion 146, and the hub inlet radius R2 is the centerline 148 of the hub 144. Is the distance between the front end of the meridians 146 and the exit height H is the distance between the rear end of the upper side and the rear end of the meridians 146.

상기 자오면(146)은 상기 중심선(148)을 포함하는 임펠러(140)의 횡단면 중 일부로서, 밑변과 윗변을 구비한다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밑변은 허브(144)의 외면을 따라 연장하는 곡선(이는 날개(142)의 루트(root)들 간을 연결한 곡선과 동일하다)이고, 상기 윗변은 날개(142)의 끝(tip)들 간을 연결한 곡선이다. The meridion plane 146 is a part of a cross section of the impeller 140 including the center line 148 and has a bottom side and an upper side. 3, the bottom side is a curve extending along the outer surface of the hub 144 (which is the same as the curve connecting the roots of the wings 142), and the top side is It is a curve connecting the tips of the wings (142).

본 출원인은 상기 출구비가 상기 압력비에 미치는 영향을 확인하기 위해 CFD 해석을 수행하였고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 도시하였다. 상기 해석은 1.3 내지 1.4 범위 내의 압력비를 갖는 통상의 임펠러에 출구비 변화를 가해가면서 이루어졌다. Applicant performed CFD analysis to confirm the effect of the outlet ratio on the pressure ratio, the results are shown in Figures 5 and 6. The analysis was made by adding exit ratio changes to a conventional impeller having a pressure ratio in the range of 1.3 to 1.4.

도 5의 (a)는 출구비를 0.25로 설정한 경우에 자오면(146) 상의 압력 분포를 나타내고 있다. 도 5의 (a)에 의하면, 압력이 임펠러(140)의 입구로부터 출구로 갈수록 증가하고, 상기 임펠러(140)의 압력비가 1.47임을 알 수 있다. 반면, 도 5의 (b)는 출구비를 0.43으로 설정한 경우에 자오면(146) 상의 압력 분포를 나타내고 있다. 도 5의 (b)에 의하면, 압력이 임펠러(140)의 입구로부터 출구로 갈수록 증가하고, 상기 임펠러(140)의 압력비가 1.62임을 알 수 있다. FIG. 5A shows the pressure distribution on the meridion plane 146 when the outlet ratio is set to 0.25. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the pressure increases from the inlet to the outlet of the impeller 140 and the pressure ratio of the impeller 140 is 1.47. On the other hand, Fig. 5B shows the pressure distribution on the meridion plane 146 when the outlet ratio is set to 0.43. Referring to FIG. 5B, the pressure increases from the inlet to the outlet of the impeller 140 and the pressure ratio of the impeller 140 is 1.62.

위와 같은 해석을 반복하여 수행한 결과가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 가로축은 출구비를 나타내고, 세로축은 압력비를 나타낸다. 도 6에 따르면, 1.3 내지 1.4 범위 내의 압력비를 갖는 통상의 임펠러가 0.25 내지 0.5 범위 내의 출구비를 갖도록 설계변경되면 1.5 이상의 압력비를 갖게 됨을 알 수 있다. 또한 상기 통상의 임펠러가 0.35 내지 0.45 범위 내의 출구비를 갖도록 설계변경되면 1.6 이상의 압력비를 갖게 됨을 알 수 있다.The result of repeating the above analysis is shown in FIG. 6. In FIG. 6, the horizontal axis represents the outlet ratio, and the vertical axis represents the pressure ratio. According to FIG. 6, it can be seen that a conventional impeller having a pressure ratio in the range of 1.3 to 1.4 has a pressure ratio of 1.5 or more when the design is changed to have an outlet ratio in the range of 0.25 to 0.5. In addition, it can be seen that if the conventional impeller is designed to have an outlet ratio within the range of 0.35 to 0.45, it will have a pressure ratio of 1.6 or more.

한편, 상술한 연료전지 자동차용 공기 블로워에 의하면 컴프레서부(130)가 구동부(110)의 하단에 결합되어 있으나, 구동부(110)의 상단에 구비되어도 무방하다. Meanwhile, according to the above-described air blower for a fuel cell vehicle, the compressor unit 130 is coupled to the lower end of the driving unit 110, but may be provided at the upper end of the driving unit 110.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that the invention may be variously varied and modified within the scope of the appended claims.

110 : 구동부 112 : 케이스
114 : 스테이터 116 : 로터
118 : 흡입구 130 : 컴프레서부
132 : 볼류트(volute) 134 : 압출구
140 : 임펠러 142 : 날개
144 : 허브 146 : 자오면
148 : 허브 중심축 150 : 샤프트
R1 : 날개 끝 반경 R2 : 허브 입구 반경
H : 출구 높이
110: drive unit 112: case
114: stator 116: rotor
118: suction port 130: compressor
132: volute 134: extrusion port
140 impeller 142 wings
144: hub 146: when sleeping
148 hub central axis 150 shaft
R1: Wing Tip Radius R2: Hub Inlet Radius
H: outlet height

Claims (2)

허브(144) 및 복수의 날개(142)를 구비한 임펠러(140)의 회전으로 인해 흡입된 공기를 연료전지 스택으로 압송하는 볼류트(132)와, 상기 임펠러(140)와 결합한 샤프트(150)를 회전시키는 구동부(110)를 포함하는 연료전지 자동차용 공기 블로워에 있어서,
상기 임펠러(140) 자오면(146)의 윗변 후단과 밑변 후단 간 거리인 출구 높이(H)를 상기 허브(144)의 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 윗변 전단 간 거리인 날개 끝 반경(R1)에서 상기 중심선(148)과 상기 자오면(146)의 밑변 전단 간 거리인 허브 입구 반경(R2)을 뺀 값으로 나누어 계산된 출구비는 0.25 내지 0.5 범위 내의 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 공기 블로워.
A volute 132 for pumping the sucked air into the fuel cell stack due to the rotation of the impeller 140 having the hub 144 and the plurality of wings 142, and the shaft 150 coupled with the impeller 140. In the air blower for a fuel cell vehicle comprising a driving unit 110 for rotating the,
The exit height H, which is the distance between the rear end and the bottom end of the meridion plane 146 of the impeller 140, is the wing tip radius, which is the distance between the centerline 148 of the hub 144 and the front end shear of the meridion plane 146. The fuel cell, characterized in that the exit ratio calculated by dividing the center line 148 and the bottom inlet shear of the meridion surface 146 by subtracting the hub inlet radius (R2) is set to a value within the range of 0.25 to 0.5 Car air blower.
제1항에 있어서,
상기 출구비는 0.35 내지 0.45 범위 내의 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 공기 블로워.


The method of claim 1,
And said outlet ratio is set to a value within the range of 0.35 to 0.45.


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