KR101393165B1 - 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템 - Google Patents

이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템 Download PDF

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Abstract

냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가 현상을 미연에 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크는 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체; 상기 냉각수 탱크 몸체의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되는 이온 필터; 및 상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터의 출입을 제어하는 개폐 도어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템{ION FILTER EMBEDDED TYPE COOLANT TANK AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가 현상을 미연에 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 전기화학 반응에 의하여 연료가 갖고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 따라서, 원리상 열기관이 갖는 열역학적인 제한을 받지 않기 때문에 종래의 발전장치보다 발전 효율이 높고 무공해, 무소음으로 환경문제가 거의 없다. 또한, 연료전지는 다양한 용량으로 제작이 가능하고 전력 수요지 내에 설치가 용이하여 송변전 설비의 초기 투자비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
연료전지를 이용한 연료전지 시스템은 전기를 생산하는 연료전지 스택과 연료인 LNG, 석탄가스, 메탄올 등을 수소로 개질하여 수소가 많은 연료가스로 만드는 개질기(reformer), 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 전력 변환기 및 제어기 등으로 구성된다. 이때, 연료전지 스택은 적층된 다수의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 기본적으로 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
이러한 연료전지 시스템 가동시 연료전지 스택을 냉각하기 위해 냉각수 순환배관, 냉각수 순환펌프, 냉각수 탱크, 열교환기 등이 설치되게 된다. 또한 종래의 연료전지 시스템은 냉각수의 이온 전도도를 낮게 유지하기 위한 냉각수 순환배관과 연통되는 이온 필터를 별도로 설치하고 있다.
그러나, 냉각수가 이온 필터의 충진물을 통과하면서 발생하는 차압에 의해 유속이 느려지며 이를 해결하기 위해 순환펌프의 속도가 빨라져 소비 동력이 증가, 시스템 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 종래의 연료전지 시스템은 이온 필터가 냉각수 탱크 외측에 별도로 장착되어 있기 때문에 연료전지 시스템의 구동을 정지시킨 상태에서 이온 필터를 교체 및 수리해야 하므로, 유리 및 관리 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0526223(2005.11.02. 공고)호가 있으며, 상기 문헌에는 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 대하여 기재되어 있을 뿐, 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 대하여 개시하는 바가 없다.
본 발명의 목적은 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가를 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크는 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체; 상기 냉각수 탱크 몸체의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되는 이온 필터; 및 상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터의 출입을 제어하는 개폐 도어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택과 이격되도록 설치되며, 내부에 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크; 상기 냉각수 탱크와 연료전지 스택 사이에 배치되며, 상기 연료전지 스택에서 발생한 폐열을 열교환시키는 열 교환기; 상기 연료전지 스택, 냉각수 탱크 및 열 교환기를 상호 연결하며, 내부로 냉각수가 순환하는 냉각수 순환배관; 및 상기 냉각수 탱크의 출측에 배치되는 냉각수 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가를 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이온 필터가 냉각수 탱크 몸체의 내부에 내장되는 일체형으로 설계되므로, 그 만큼 부피가 감소되어 슬림화에 적극적으로 대응할 수 있다.
이에 더불어, 본 발명은 이온 필터가 냉각수 탱크 몸체에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되어 있기 때문에, 냉각수의 순환 중 개폐 도어를 열어도 냉각수가 넘치는 것이 방지될 수 있게 된다. 이 결과, 본 발명은 연료전지 시스템의 작동 중에도 이온 필터를 교체하는 작업이 가능해질 수 있으므로, 유지 및 보수 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 평면도들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크(100)는 냉각수 탱크 몸체(110), 이온 필터(120) 및 개폐 도어(130)를 포함한다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크(100)는 격벽(140)을 더 포함할 수 있다.
냉각수 탱크 몸체(110)는 내부에 냉각수가 채워지는 빈 공간(E)을 구비하는 육면체 형상을 가질 수 있다. 이때, 냉각수 탱크 몸체(110)는 설계의 용이성을 고려해 볼 때, 육면체 형상을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통 형상 등 다양한 형태가 적용될 수 있다.
이러한 냉각수 탱크 몸체(110)는 냉각수 유입구(P1), 냉각수 배출구(P2) 및 냉각수 공급구(P3)를 포함한다.
냉각수 유입구(P1)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 상측에 형성되며, 열 교환을 통하여 냉각된 저온의 냉각수를 냉각수 탱크 몸체(110)로 다시 유입시키는 포트 역할을 한다. 냉각수 배출구(P2)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 하측에 형성되며, 상기 냉각수 탱크 몸체(110) 내부에 저장된 냉각수를 연료전지 스택으로 이송시키는 포트 역할을 한다. 냉각수 공급구(P3)는 냉각수 수위 부족 또는 기타 이유로 추가적인 냉각수 필요시 냉각수 탱크 몸체(110) 외부로부터 공급되는 냉각수의 유입 포트 역할을 한다. 도 1에서는 냉각수 공급구(P3)가 냉각수 탱크 몸체(110)의 하측에 설계되어 있는 것을 일 예로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각수 탱크 몸체(110)의 상측에 설계하는 것도 무방하다.
이온 필터(120)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입된다. 이때, 이온 필터(120)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 내부에 채워진 냉각수의 이온 전도도를 낮게 유지시키는 역할을 한다.
이러한 이온 필터(120)는 필터 하우징(120a) 및 필터 충진물(120b)을 포함한다.
필터 하우징(120a)은 냉각수 탱크 몸체(110)의 내부 바닥면 또는 벽면에 부착된다. 이때, 필터 하우징(120a)은 필터 충진물(120b)이 빠져 나가지 않으면서 냉각수는 통과시킬 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 이러한 재질로는 섬유, 면사, 부직포 등을 포함하는 직조물을 예로 들 수 있다.
필터 충진물(120b)은 필터 하우징(120a) 내에 충진된다. 이러한 필터 충진물(120b)은 냉각수의 이온 전도도를 낮게 유지시키는 역할을 한다.
개폐 도어(130)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터(120)의 출입을 제어하는 역할을 한다. 이와 같이, 개폐 도어(130)를 냉각수 탱크 몸체(110)의 상단에 설치함과 더불어, 냉각수 탱크(100)를 냉각수 순환계의 상단에 설치할 경우, 냉각수의 순환 중에 개폐 도어(130)를 열어도 냉각수가 흘러 넘치는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다. 만일, 개폐 도어(130)만 상단에 설치할 경우, 중력에 의해 냉각수 순환배관에 차있던 냉각수가 냉각수 탱크(100)로 역류하여 넘치는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 냉각수 탱크(100)는 냉각수 순환배관의 상단에 설치해야 개폐 도어(130)를 열어도 냉각수가 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있게 된다.
이러한 개폐 도어(130)는 도어 몸체(130a)와 도어 손잡이(130b)를 포함할 수 있다. 도어 몸체(130a)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 천장에 경첩 등과 같은 결합 수단에 의해 결합될 수 있다. 도어 손잡이(130b)는 도어 몸체(130a)에 결합되며, 사용자가 필요에 따라 선택적으로 개폐 도어(130)의 개폐를 보조하는 역할을 한다. 이러한 도어 손잡이(130b)는 냉각수 탱크 몸체(110)의 외측에 배치하는 것이 바람직하다.
격벽(140)은 이온 필터(120)와 인접한 위치에 장착되어, 이온 필터 하우징(120a)의 재질이 직조물과 같이 자체 형상 유지가 어려운 경우, 상기 이온 필터(120)의 이탈 방지 및 형상 유지 역할을 한다. 이러한 격벽(140)은 냉각수 탱크 몸체(110)의 내부 바닥면에 형성하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 냉각수 탱크 몸체(110)의 내벽에 장착할 수도 있다. 이때, 격벽(140)의 높이는 특별히 한정되는 것은 아니나, 이온 필터 하우징(120a)의 재질이 직조물인 경우 그 높이가 너무 낮으면 상측의 필터 충진물(120b)이 냉각수의 흐름에 의해 옆으로 몰리거나 형상이 흐트러질 수 있으며, 심각할 경우에는 탈착되어 돌아다닐 우려가 있다. 따라서, 격벽(140)은 적어도 이온 필터(120)의 절반 이상의 높이를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.
이때, 도 2 및 도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 평면도들이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 격벽(140)은 이온 필터(120)의 외곽을 둘러싸도록 형성되어, 상기 이온 필터(120)와 접촉될 수 있다. 이때, 격벽(140)은 이온 필터(120)의 외곽을 따라 일체형으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 도 3에 도시된 바와 같이, 격벽(140)은 이온 필터(120)의 외곽을 둘러싸도록 형성되되, 이온 필터(120)의 외곽에 복수개가 상호 분리되는 분리형으로 형성될 수도 있다.
이때, 격벽(140)은 자체적인 지지가 가능하면서도 냉각수가 통과하기 쉬운 재질, 즉 내부가 막혀있지 않는 다공판, 금속망 등의 재질로 형성될 수 있다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크는 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가를 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크는 이온 필터가 냉각수 탱크 몸체의 내부에 내장되는 일체형으로 설계되므로, 그 만큼 부피가 감소되어 슬림화에 적극적으로 대응할 수 있다.
이에 더불어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크는 이온 필터가 냉각수 탱크 몸체에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되어 있기 때문에, 냉각수의 순환 중에 개폐 도어를 열어도 냉각수가 넘치는 것이 방지될 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크(200)는 냉각수 탱크 몸체(210), 이온 필터(220) 및 개폐 도어(230)를 포함한다. 이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 탱크 몸체(210) 및 개폐 도어(230)는 제1 실시예에 따른 냉각수 탱크 몸체(도 1의 110) 및 개폐 도어(도 1의 130)와 실질적으로 동일한바, 중복 설명은 생략하도록 한다.
이온 필터(220)는 냉각수 탱크 몸체(210)의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입된다. 이때, 이온 필터(220)는 냉각수 탱크 몸체(210)의 내부에 채워진 냉각수의 이온 전도도를 낮게 유지시키는 역할을 한다.
이러한 이온 필터(220)는 필터 하우징(220a) 및 필터 충진물(220b)을 포함한다.
필터 하우징(220a)은 냉각수 탱크 몸체(210)의 내부 바닥면 또는 벽면에 부착된다. 이때, 필터 하우징(220a)은 필터 충진물(220b)이 빠져 나가지 않으면서 냉각수는 통과시킬 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 이러한 재질로는 금속망을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 금속망으로 필터 하우징(220a)을 형성할 경우, 금속망의 자체 하중에 의하여 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체(210)의 내부에서 필터 하우징(220a)이 부유하는 것이 미연에 방지될 수 있으므로, 격벽(도 1의 140)을 설계할 필요가 없게 된다.
필터 충진물(220b)은 필터 하우징(220a) 내에 충진된다. 이러한 필터 충진물(220b)은 냉각수의 이온 전도도를 낮게 유지시키는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 탱크(200)는 수위 측정 센서(250), 수질 측정 센서(255) 및 온도 측정 센서(260)를 더 포함한다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 탱크(200)는 대기압 유지 유닛(280)을 더 포함할 수 있다.
수위 측정 센서(250)는 냉각수 탱크 몸체(210) 내부에 채워진 냉각수의 수위를 측정하여 수위를 조절하는 역할을 한다. 수질 측정 센서(255)는 냉각수 탱크 몸체(210) 내부에 채워진 냉각수의 수질을 측정하여 냉각수의 교체 시기를 컨트롤한다. 온도 측정 센서(260)는 냉각수 탱크 몸체(210) 내부에 채워진 냉각수의 온도를 측정한다. 이때, 수위 측정 센서(250), 수질 측정 센서(255) 및 온도 측정 센서(260)는 제어부(270)로부터의 선택 신호에 응답하여 각각의 구동이 제어된다.
대기압 유지 유닛(280)은 대기압 유지 포트(282), 대기압 공급 배관(284) 및 대기압 저장 탱크(286)를 포함할 수 있다. 이때, 대기압 유지 포트(280)는 냉각수 탱크 몸체(210)의 일측 벽면에 배치되며, 대기압 저장 탱크(286)로부터 공급되는 대기압을 대기압 공급 배관(284)을 통하여 공급받아 냉각수 탱크 몸체(210)의 내부로 대기압을 선택적으로 유입시키는 역할을 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템(300)은 연료전지 스택(350), 냉각수 탱크(301), 열 교환기(360), 냉각수 순환배관(370) 및 냉각수 펌프(380)를 포함한다.
연료전지 스택(350)은 수소의 산화반응 및 산소의 환원반응이 동시에 일어나는 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성한다. 이때, 연료전지 스택(350)은 적층된 다수의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 기본적으로 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
냉각수 탱크(301)는 연료전지 스택(350)과 이격되도록 설치되며, 내부에 냉각수가 채워진다. 이러한 냉각수 탱크(301)는 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체(310)와, 상기 냉각수 탱크 몸체(310)에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되는 이온 필터(320)와, 상기 냉각수 탱크 몸체(310)의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터(320)의 출입을 제어하는 개폐 도어(330)를 포함한다.
이때, 이온 필터(320)는 냉각수 탱크 몸체(310)의 내부 바닥면 또는 벽면에 부착된 필터 하우징(미도시)과, 상기 필터 하우징 내에 충진된 필터 충진물(미도시)을 포함한다. 여기서, 필터 하우징은 섬유, 면사, 부직포 등을 포함하는 직조물이 이용될 수 있다. 이와 같이, 필터 하우징으로 직조물을 이용할 경우, 냉각수 탱크(301)는 냉각수 탱크 몸체(310)에 설치되어, 상기 필터 하우징의 이탈이 방지되도록 필터 하우징을 지지하는 격벽(340)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 격벽(340)은 필터 하우징의 외곽을 둘러싸도록 형성된다.
열 교환기(360)는 냉각수 탱크(301)와 연료전지 스택(350) 사이에 배치되며, 상기 연료전지 스택(350)에서 발생한 폐열을 열교환시킨다.
냉각수 순환배관(370)은 연료전지 스택(350), 냉각수 탱크(301) 및 열 교환기(360)를 상호 연결한다. 이러한 냉각수 순환배관(370)의 내부로는 냉각수가 순환하게 된다.
냉각수 펌프(380)는 냉각수 탱크(301)의 출측에 배치된다. 이러한 냉각수 펌프(380)는 냉각수 순환배관(370)의 내부를 순환하는 냉각수를 펌핑하여 냉각수의 유속을 조절하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템(300)은 냉각수 공급배관(390)과 냉각수 공급 제어밸브(392)를 더 포함할 수 있다. 냉각수 공급배관(390)은 냉각수 탱크(301)와 연결되어 냉각수를 보충하는 역할을 한다. 그리고, 냉각수 공급 제어밸브(392)는 냉각수 공급배관(390)에 설치되어 냉각수 탱크(301)의 내부로 냉각수가 공급되는 것을 선택적으로 제어하는 역할을 한다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가를 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 이온 필터가 냉각수 탱크 몸체에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되어 있기 때문에, 냉각수의 순환 중에 개폐 도어를 열어도 냉각수가 넘치는 것이 방지될 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시에에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 이의 구동 중에도 이온 필터를 교체하는 작업이 가능해질 수 있으므로, 유지 및 보수 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템(400)은 연료전지 스택(440), 냉각수 탱크(401), 열 교환기(450), 냉각수 순환배관(460) 및 냉각수 펌프(470)를 포함한다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크(400)는 냉각 팬(475), 연료처리부(480) 및 산소공급부(485)를 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 스택(440), 냉각수 탱크(401), 열 교환기(450), 냉각수 순환배관(460) 및 냉각수 펌프(470)는 제1 실시예의 그것들과 실질적으로 동일한바, 중복된 설명은 생략하도록 한다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템(400)에 있어서, 이온 필터(420)의 필터 하우징의 재질로 금속망을 이용한 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 필터 하우징의 재질로 금속망을 이용할 경우, 필터 하우징의 자체 하중에 의하여 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체(410)의 내부에서 필터 하우징이 부유하는 것이 미연에 방지될 수 있는 이점으로, 격벽을 설계하는 것 없이도 이온 필터(420)를 냉각수 탱크 몸체(410) 내에 안정적으로 장착하는 것이 가능해질 수 있다.
냉각 팬(475)은 냉각수 탱크(401)의 출측에 장착되어, 상기 냉각수 탱크(401)로부터 배출되는 냉각수의 온도를 낮추는 역할을 한다. 도 6에서는 냉각 팬 1개가 장착된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개를 일정한 간격으로 이격하여 장착할 수도 있다.
연료처리부(480)는 연료를 개질하여 연료전지 스택(440)에 수소(H2)를 공급한다. 이러한 연료처리부(480)는, 도면으로 도시하지는 않았지만, 연료공급장치, 개질기, 버너 등을 포함할 수 있다.
산소공급부(485)는 연료전지 스택(440)으로 산소(O2)를 공급한다. 이러한 산소공급부(485)에는 컴프레서(compressor) 또는 송풍기 등이 장착되고, 컴프레서 또는 송풍기를 이용하여 연료전지 스택(485)으로 산소를 공급하게 된다.
전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 필터 내장형 냉각수 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은, 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템과 마찬가지로, 냉각수 탱크 몸체의 내부에 이온 필터를 내장함으로써, 냉각수 순환시 차압 증가를 억제하여 냉각수 펌프의 소비동력을 감소시킬 수 있음과 더불어, 이온 필터의 교체 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 냉각수 탱크 110 : 냉각수 탱크 몸체
120 : 이온 필터 120a : 필터 하우징
120b : 필터 충진물 130 : 개폐 도어
130a : 도어 몸체 130b : 도어 손잡이
140 : 격벽 P1 : 냉각수 유입구
P2 : 냉각수 배출구 P3 : 냉각수 공급구

Claims (20)

  1. 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체;
    상기 냉각수 탱크 몸체의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되는 이온 필터;
    상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터의 출입을 제어하는 개폐 도어; 및
    상기 이온 필터와 인접한 위치에 장착되어, 상기 이온 필터의 이탈 방지 및 형상 유지시키는 격벽;을 포함하며,
    상기 냉각수 탱크 몸체는 상기 냉각수 탱크 몸체의 상측에 형성되며, 열 교환을 통하여 냉각된 저온의 냉각수를 상기 냉각수 탱크 몸체로 유입시키기 위한 냉각수 유입구와, 상기 냉각수 탱크 몸체의 하측에 형성되며, 상기 냉각수 탱크 몸체 내부에 저장된 냉각수를 연료전지 스택으로 이송시키는 냉각수 배출구와, 상기 냉각수 탱크 몸체로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급구를 포함하고,
    상기 이온 필터는 상기 냉각수 탱크 몸체의 내부 바닥면 또는 벽면에 부착된 필터 하우징과, 상기 필터 하우징 내에 충진되며, 직조물로 형성된 필터 충진물을 포함하며,
    상기 개폐 도어 및 냉각수 유입구는 상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 각각 설치되어, 상기 냉각수의 순환 중에 개폐 도어를 열어도 냉각수가 흘러 넘치는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은
    상기 이온 필터의 외곽을 둘러싸도록 형성되어, 상기 이온 필터와 접촉하는 것을 특징으로 하는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 탱크는
    상기 냉각수 탱크 몸체 내부에 채워진 냉각수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서와,
    상기 냉각수 탱크 몸체 내부에 채워진 냉각수의 수질을 측정하는 수질 측정 센서와,
    상기 냉각수 탱크 몸체 내부에 채워진 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각수 탱크는
    상기 냉각수 탱크 몸체 내부의 대기압을 유지시키기 위한 대기압 유지 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 필터 내장형 냉각수 탱크.
  10. 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택;
    상기 연료전지 스택과 이격되도록 설치되며, 내부에 냉각수가 채워지는 냉각수 탱크;
    상기 냉각수 탱크와 연료전지 스택 사이에 배치되며, 상기 연료전지 스택에서 발생한 폐열을 열교환시키는 열 교환기;
    상기 연료전지 스택, 냉각수 탱크 및 열 교환기를 상호 연결하며, 내부로 냉각수가 순환하는 냉각수 순환배관; 및
    상기 냉각수 탱크의 출측에 배치되는 냉각수 펌프;를 포함하며,
    냉각수가 채워지는 냉각수 탱크 몸체;
    상기 냉각수 탱크 몸체의 내부에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되는 이온 필터;
    상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 설치되어, 상기 이온 필터의 출입을 제어하는 개폐 도어; 및
    상기 이온 필터와 인접한 위치에 장착되어, 상기 이온 필터의 이탈 방지 및 형상 유지시키는 격벽;을 포함하며,
    상기 냉각수 탱크 몸체는 상기 냉각수 탱크 몸체의 상측에 형성되며, 열 교환을 통하여 냉각된 저온의 냉각수를 상기 냉각수 탱크 몸체로 유입시키기 위한 냉각수 유입구와, 상기 냉각수 탱크 몸체의 하측에 형성되며, 상기 냉각수 탱크 몸체 내부에 저장된 냉각수를 연료전지 스택으로 이송시키는 냉각수 배출구와, 상기 냉각수 탱크 몸체로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급구를 포함하고,
    상기 이온 필터는 상기 냉각수 탱크 몸체의 내부 바닥면 또는 벽면에 부착된 필터 하우징과, 상기 필터 하우징 내에 충진되며, 직조물로 형성된 필터 충진물을 포함하며,
    상기 개폐 도어 및 냉각수 유입구는 상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 각각 설치되어, 상기 냉각수의 순환 중에 개폐 도어를 열어도 냉각수가 흘러 넘치는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  11. 삭제
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  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 격벽은
    상기 이온 필터의 외곽을 둘러싸도록 형성되어, 상기 이온 필터와 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은
    상기 냉각수 탱크의 출측에 장착되어, 상기 냉각수 탱크로부터 배출되는 냉각수의 온도를 낮추기 위한 냉각 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은
    연료를 개질하여 상기 연료전지 스택에 수소(H2)를 공급하는 연료처리부와,
    상기 연료전지 스택에 산소(O2)를 공급하는 산소공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  19. 제10항, 제15항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지 시스템을 구동하는 방법으로써,
    상기 연료전지 스택에서 발생한 폐열과 열교환된 고온의 냉각수를 상기 이온 필터가 내장된 냉각수 탱크 몸체의 내부로 순환하도록 하여 차압이 증가하는 것이 억제되도록 하되,
    상기 이온 필터는 상기 냉각수 탱크 몸체에 채워진 냉각수에 잠기도록 삽입되고, 상기 개폐 도어 및 냉각수 유입구는 상기 냉각수 탱크 몸체의 상단에 각각 설치되어, 상기 냉각수의 순환 중에 상기 개폐 도어를 열어도 냉각수가 넘치는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 구동 방법.
  20. 삭제
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