KR101610412B1 - 연료전지차량의 이온필터장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이온필터장치(5)는 냉각수 흐름이 차단되는 이온필터(8)의 막힘이 발생되더라도 상승된 냉각수 압력에 반응해 열리는 바이패스밸브(11)를 이용해 냉각수흐름을 유지해줌으로써, HVAC(1)에서 원활한 냉각수 흐름이 형성되지 못해 발생될 수 있는 차량 난방 불가나 차량의 전기 전도도 값 상승의 염려가 해소될 수 있는 특징을 갖는다.

Description

연료전지차량의 이온필터장치{Ion Filter Device in Fuel Cell Electric Vehicle}

본 발명은 연료전지차량에 관한 것으로, 특히 연료전지차량의 열 및 물관리계에 적용되는 이온필터장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell)차량의 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택과, 연료전지스택에 수소와 산소를 공급하는 수소/산소공급장치와, 연료전지스택의 반응열과 운전온도를 제어하며 물관리 기능을 수행하는 열/물관리계인 TMS(Thermal Management System, TMS)와, 작동 전반을 제어하는 시스템 제어기를 포함하여 구성된다.

상기 TMS는 증류수(Distilled Water)를 연료전지스택으로 순환시켜 온도(60~70℃)를 유지시키는 일종의 냉각 장치로서, 증류수(이하, 냉각수라 칭함)가 저장된 리저버와, 상기 냉각수를 순환시키는 펌프와, 순환되는 냉각수로부터 금속이온을 제거하는 이온필터와, 냉각수 온도를 낮추는 라디에이터를 포함하여 구성되어있다.

상기와 같은 TMS에 실내 냉방을 위한 히터기능을 부여하여 HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)로 구성되어진다.

통상, 이온필터는 냉각수로부터 금속이온을 걸러주는 기능상 필터 막힘이 일어날 수밖에 없고, 이러한 필터 막힘은 원활한 냉각수 흐름을 유지할 수 없게 된다.

특히, HVAC는 이온필터와 HVAC 히터의 분기 루프가 이온필터의 막힘으로 인해 원활한 냉각수 흐름을 형성하지 못하게 되면, 차량 난방이 되지 않으며 차량의 전기 전도도 값이 상승될 우려가 있게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 이온필터의 막힘에 의해 높아진 냉각수압력으로 바이패스통로를 열어 냉각수 흐름이 형성됨으로써, 이온필터내 필터 막힘시에도 냉각수 흐름을 유지하고 HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)의 난방 성능 유지는 물론 차량의 전기 전도도 값 상승도 방지될 수 있는 연료전자차량의 이온필터장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열/물 관리계와 함께 냉각수를 이용해 실내 난방을 하는 HVAC히터에 이어진 분기루프라인에 설치되어 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터장치를 갖춘 연료전지 차량에 있어서,

상기 이온필터장치는 상기 분기루프라인에 연결되어 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터기와, 상기 이온필터기의 필터막힘에 의해 냉각수의 흐름이 차단될 때 바이패스라인으로 냉각수 흐름을 형성시켜 주는 개폐기

를 포함해 구성되어진 것을 특징으로 한다.

상기 이온필터기는 상기 분기루프라인이 연결되는 연결단을 양쪽으로 형성한 하우징과, 중앙으로 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로가 뚫리고 상기 하우징의 내면과 냉각수 유입을 위한 틈인 확장흐름공간을 형성하는 이온필터로 구성되어진다.

상기 하우징의 냉각수 배출구로 이어진 하우징의 안쪽으로는 상기 이온필터의 외주면과 하우징의 내면사이에 기밀을 유지하는 오링이 더 구비되어진다.

상기 개폐기는 상기 이온필터기의 중앙으로 뚫려 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로에 설치되어 압력스프링으로 탄발지지되는 바이패스밸브로 구성되어진다.

상기 압력스프링은 상기 흐름통로에 고정된 스토퍼로 구속되어진다.

상기 바이패스밸브는 상기 흐름통로의 냉각수 유입구 안쪽으로 위치되어진다.

이러한 본 발명은 이온필터의 막힘시에 냉각수압력 만으로 이온필터의 냉각수 흐름을 유지하여 HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)의 난방 성능 유지는 물론 차량의 전기 전도도 값 상승도 방지될 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지차량의 냉각수내 이온제거 필터를 구비한 HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)의 구성도이고, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 이온필터장치의 작동상태도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 연료전지차량의 냉각수내 금속이온 제거 필터를 구비한 HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 HVAC(1)는 열/물 관리계인 TMS(Thermal Management System)에 더해 HVAC모듈(2)을 갖추고, 냉각수를 이용해 실내 난방을 하는 HVAC히터(3)에 이어진 분기루프라인(4)을 순환하는 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터장치(5)를 갖춘다.

상기 이온필터장치(5)는 분기루프라인(4)을 순환하는 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터기(6)와, 상기 이온필터기(6)로 유입되는 냉각수 압력이 일정이상으로 상승될 때 열려 냉각수 흐름을 형성시켜 주는 개폐기(10)로 구성되어진다.

상기 이온필터기(6)는 분기루프라인(4)가 연결되는 연결단을 양쪽으로 형성한 하우징(7)과, 중앙으로 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로(9)가 뚫리고 상기 하우징(7)의 내면과 냉각수 유입을 위한 틈인 확장흐름공간(K)을 형성하는 이온필터(8)로 구성되어진다.

상기 하우징(7)의 냉각수 배출구로 이어진 하우징(7)의 안쪽으로는 이온필터(8)의 외주면과 하우징(7)의 내면사이에 기밀을 유지하는 오링(7a)이 더 구비되어진다.

상기 개폐기(10)는 이온필터기(6)의 중앙으로 뚫려 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로(9)에 설치되며, 냉각수가 유입되는 흐름경로(9)의 입구안쪽으로 위치되어진다.

상기 개폐기(10)는 유입되는 냉각수 압력을 직접받는 바이패스밸브(11)와, 상기 바이패스밸브(11)를 탄발지지하는 압력스프링(12)과, 상기 압력스프링(12)을 구속해 압력스프링(12)의 위치이탈을 방지하는 스토퍼(13)로 구성되어진다.

상기 스토퍼(13)는 이온필터기(6)의 중앙으로 뚫려 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로(9)에 고정되며, 흐름경로(9)로 유입된 냉각수가 통과하도록 환형고리 구조로 이루어진다.

도 2는 본 실시예에 따른 이온필터장치의 정상적인 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 이온필터기(6)의 막힘이 없어 분기루프라인(4)을 흐르는 냉각수는 이온필터기(6)의 외주면을 감싸는 확장흐름공간(K)으로 유입된 후 다시 배출되지만, 개폐기(10)를 통한 냉각수의 유입은 없는 상태이다.

즉, 이온필터기(6)의 유입구로 들어온 냉각수는 이온필터기(6)의 외주면을 감싸는 확장흐름공간(K)으로 퍼져나가는 흐름을 형성하게 되고, 확장흐름공간(K)으로 퍼져나간 냉각수는 이온필터(8)로 유입된 후 흐름경로(9)로 모아져 이온필터기(6)의 배출구로 빠져나가게 된다.

이러한 상태에서 개폐기(10)는 이온필터기(6)의 유입구로 들어온 냉각수 압력(Pa)을 받지만 동시에 압력스프링(13)으로부터 상기 압력(Pa)에 반하는 반력을 받음으로써, 바이패스밸브(11)가 압력스프링(13)의 반력에 의해 이온필터기(6)의 유입구를 막은 상태를 유지해줌에 기인되어진다.

도 3은 본 실시예에 따른 이온필터장치의 막힘에 따른 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 이온필터기(6)가 막힘으로써 이온필터기(6)의 유입구로 들어온 냉각수는 확장흐름공간(K)을 가득 채우게 되고, 상기 확장흐름공간(K)에 채워진 냉각수는 이온필터(8)를 통과해 흐름경로(9)로 빠져나가지 못하게 된다.

이러한 상태로 인해 확장흐름공간(K)을 채운 냉각수 압력은 더욱 증가되고, 상승된 냉각수 압력(Pb)은 이온필터기(6)의 유입구에 구비되어진 개폐기(10)에 작용하게 된다.

상기와 같이 개폐기(10)에 작용하는 냉각수 압력(Pb)이 상승되면, 상기 냉각수 압력(Pb)이 바이패스밸브(11)를 지지하는 압력스프링(13)의 반력보다 커지는 시점에서 상기 바이패스밸브(11)가 압력스프링(13)을 압축하면서 밀려나게 된다.

상기 바이패스밸브(11)의 이동은 흐름경로(9)를 열어줌으로써, 이온필터기(6)의 유입구로 들어온 냉각수가 확장흐름공간(K)이 아닌 흐름경로(9)로 직접유입되어 이온필터기(6)의 배출구로 빠져나가게 된다.

상기와 같은 상태에서는 냉각수가 이온필터(8)를 통과하지 않고 직접 빠져나가므로 이온필터(8)를 통한 냉각수의 금속이온 제거작용은 없게 되지만, 이온필터(8)의 막힘으로 냉각수 흐름이 형성되지 못하는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 이온필터장치(5)는 냉각수 흐름이 차단되는 이온필터(8)의 막힘이 발생되더라도 상승된 냉각수 압력에 반응해 열리는 바이패스밸브(11)를 이용해 냉각수흐름을 유지해줌으로써, HVAC(1)에서 원활한 냉각수 흐름이 형성되지 못해 발생될 수 있는 차량 난방 불가나 차량의 전기 전도도 값 상승의 염려가 해소될 수 있게 된다.

1 : HVAC(Heater Ventilated Air Conditioning)
2 : HVAC모듈
3 : HVAC히터 4 : 분기루프라인
5 : 이온필터장치 6 : 이온필터기
7 : 하우징 7a : 오링
8 : 이온필터 9 : 흐름경로
10 : 개폐기 11 : 바이패스밸브
12 : 압력스프링 13 : 스토퍼
K : 확장흐름공간

Claims (6)

1. 열/물 관리계와 함께 냉각수를 이용해 실내 난방을 하는 HVAC히터에 이어진 분기루프라인에 설치되어 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터장치를 갖춘 연료전지 차량에 있어서,
   상기 이온필터장치는 상기 분기루프라인에 연결되어 냉각수의 금속이온을 제거하는 이온필터기와,
   상기 이온필터기의 필터막힘에 의해 냉각수의 흐름이 차단될 때 바이패스라인으로 냉각수 흐름을 형성시켜 주는 개폐기를 포함하고,
   상기 개폐기는 상기 이온필터기의 중앙으로 뚫려 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로에 설치되어 압력스프링으로 탄발지지되는 바이패스밸브, 상기 흐름통로에 고정되어 상기 압력스프링을 구속하는 스토퍼로 구성되며,
   상기 스토퍼는 환형고리 구조로 이루어지고, 상기 환형고리 구조는 상기 냉각수의 압력으로 상기 바이패스밸브가 밀려나도록 하고 동시에 상기 흐름경로로 유입된 상기 냉각수를 통과시켜주는
   것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온필터장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 이온필터기는 상기 분기루프라인이 연결되는 연결단을 양쪽으로 형성한 하우징과, 중앙으로 냉각수 흐름통로를 형성하는 흐름경로가 뚫리고 상기 하우징의 내면과 냉각수 유입을 위한 틈인 확장흐름공간을 형성하는 이온필터로 구성되어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온필터장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 하우징의 냉각수 배출구로 이어진 하우징의 안쪽으로는 상기 이온필터의 외주면과 하우징의 내면사이에 기밀을 유지하는 오링이 더 구비되어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온필터장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 바이패스밸브는 상기 흐름통로의 냉각수 유입구 안쪽으로 위치되어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온필터장치.
   

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