KR20120045897A - 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛은, 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 냉각수 중의 이온 전기 전도성 물질을 제거하는 이온교환 필터를 포함하여 이루어지는 이온 제거기에 있어서, 연료 전지 시스템의 냉각수 유동 통로 상에서 상기 이온 제거기를 소정의 장착부에 탈/부착하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 하우징의 내부와 상호 연결되게 그 하우징의 상측부에 돌출 형성되며, 상기 장착부에 암수 결합될 수 있는 결합부와, ⅱ)상기 장착부의 냉각수 유동 통로 상에 구성되며, 상기 결합부에 의해 탄성 변형되면서 상기 냉각수 유동 통로를 선택적으로 개폐할 수 있는 개폐부를 포함한다.

Description

연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛 {MOUNTING UNIT FOR ION-EXCHANGE FILTER OF FUEL CELL SYSTEM}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 시스템의 이온 제거기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 시스템의 냉각수 유동 경로 상에 이온 제거기를 탈/부착시키기 위한 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 관한 것이다.

일반적으로 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다. 연료 전지 시스템은 연료로 사용되는 수소와 산화제로 사용되는 공기를 연료전지 스택에 공급하여 전기를 생산하게 된다.

연료 전지 시스템은 차량에 구성되면서 연료전지 스택에 의해 생산된 전기로 전기모터를 작동시켜 차량을 구동시키는 바, 이러한 연료 전지 시스템을 채용한 연료 전지 차량에는 연료 전지 스택을 통해 전기 에너지를 발생시키는 과정에 그 스택에서 발생되는 열을 냉각수로서 냉각시킬 수 있는 냉각 시스템을 구비하고 있다.

상기 냉각 시스템은 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위해서 분리판을 이용하여 냉각을 실시한다. 상기 분리판은 전기 전도도가 커야 전자를 원활하게 전도하게 된다. 전기 전도도가 큰 분리판을 사용하게 되면 냉각수는 전기 전도도가 낮은 증류수를 사용 해여야만 한다.

그러나 연료 전지 스택을 냉각하는 시스템의 부식이나 용출 등에 의해서 냉각수의 전기 전도도가 커지면 냉각수로 전기가 흐르게 되어 스택은 단락되거나 냉각수 쪽으로 전류가 흐르게 되는 문제점이 발생하게 된다.

그래서 전기 전도도가 낮은 증류수를 사용해야만 하고, 냉각수 내의 전기 전도성이 커지는 것을 방지하기 위해서 냉각 시스템에는 냉각수 내의 이온 전기전도성 물질을 제거하기 위한 이온 제거기를 구비하고 있다. 이러한 이온 제거기는 연료 전지 시스템의 냉각수 유동 경로 상에서 소정의 장착부에 장착될 수 있다.

그런데, 종래 기술에서는 이온 제거기가 냉각수 탱크나 라디에이터 보다 낮게 위치하는 경우, 이온 제거기를 보수 및 교체하거나 이온 제거기의 필터를 교환할 때 냉각수가 장착부를 통해 유출됨으로써 주변을 오염시키고, 냉각수 유출로 인해 냉각수를 보충해야 된다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 종래 기술에서는 이온 제거기가 냉각수 탱크 등 보다 높게 구성될 경우, 냉각수 탱크와의 높이 차이로 인해 냉각수가 분산되면서 냉각수 내에 기포를 생성하게 되고, 이러한 기포로 인하여 연료 전지 스택의 냉각 성능이 저하되거나 스택, 물 펌프 등의 부품 내구 성능이 저하된다는 문제점도 내포하고 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 장착부에 대한 이온 제거기의 탈/부착 시 장착부를 통해 냉각수가 유출되는 것을 방지할 수 있고, 이온 제거기의 패키지 레이아웃에 대한 위치 자유도를 더욱 증대시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛은, 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 냉각수 중의 이온 전기 전도성 물질을 제거하는 이온교환 필터를 포함하여 이루어지는 이온 제거기에 있어서, 연료 전지 시스템의 냉각수 유동 통로 상에서 상기 이온 제거기를 소정의 장착부에 탈/부착하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 하우징의 내부와 상호 연결되게 그 하우징의 상측부에 돌출 형성되며, 상기 장착부에 암수 결합될 수 있는 결합부와, ⅱ)상기 장착부의 냉각수 유동 통로 상에 구성되며, 상기 결합부에 의해 탄성 변형되면서 상기 냉각수 유동 통로를 선택적으로 개폐할 수 있는 개폐부를 포함한다.

상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 있어서, 상기 결합부는 상기 하우징의 내부와 연결되며 상기 개폐부를 탄성 변형시키며 상기 냉각수 유동 통로를 개방할 수 있는 원통 형상의 오픈 가이드와, 상기 오픈 가이드의 가장자리 측에 일체로 형성되며 상기 장착부에 암수 결합될 수 있는 결합 블록으로 이루어질 수 있다.

상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 있어서, 상기 결합 블록의 외주면에는 상기 장착부와의 실링을 위한 가스켓이 설치될 수 있다.

상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 있어서, 상기 개폐부는 상기 장착부의 냉각수 유동 통로를 가로막으며 설치되고, 상기 결합부가 통과할 수 있는 절개선이 형성되어 있는 탄성 패드를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 있어서, 상기 절개선은 상기 탄성 패드의 중앙에서 상기 오픈 가이드의 외경에 상응하는 길이로서 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 의하면, 장착부의 냉각수 유동 통로를 개폐하는 개폐부로서 절개선을 지닌 탄성 패드를 구비하므로, 장착부에 대한 이온 제거기의 탈/부착시 장착부를 통한 냉각수의 유출을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 이온 제거기를 보수 및 교체하거나 이온교환 필터를 교환할 때, 냉각수가 유출됨으로 주변을 오염시키는 것을 방지할 수 있으며, 냉각수 유출로 인한 냉각수의 보충이 필요하지 않다.

또한, 본 실시예에서는 정비성을 고려하여 이온 제거기에 대한 높이 제한이 있었던 종래 기술과 달리, 이온 제거기의 탈/부착에 따른 냉각수의 실링이 이루어지므로, 이온 제거기의 패키지 레이아웃에 대한 위치 자유도가 증가하는 효과가 기대된다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 적용되는 장착부의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛에 적용되는 장착부의 탄성 패드를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예는 연료로 사용되는 수소와 산화제로 사용되는 공기를 연료전지 스택에 공급하여 전기를 생산하며, 연료전지 스택에 의해 생산된 전기로 전기모터를 작동시켜 차량을 구동시키는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.

이러한 연료 전지 시스템을 채용한 연료 전지 차량에는 연료 전지 스택을 통해 전기 에너지를 발생시키는 과정에 그 스택에서 발생되는 열을 냉각수로서 냉각시킬 수 있는 냉각 시스템을 구비하고 있다.

예를 들어 연료 전지 차량의 냉각 시스템은 냉각수를 연료 전지 스택의 분리판으로 공급하여 그 스택을 냉각시키는 바, 냉각수 내의 전기 전도성이 커지는 것을 방지하기 위해서 냉각수 내의 이온 전기 전도성 물질을 제거하기 위한 이온 제거기(10)를 적용하고 있다.

이 경우, 상기 이온 제거기(10)는 기본적으로 하우징(11)과, 그 하우징(11)에 내장되며 냉각수 중의 이온 전기 전도성 물질을 제거하는 이온교환 필터(15)를 포함하여 이루어진다.

따라서, 상기 이온 제거기(10)는 하우징(11)의 내부로 냉각수가 유입되며 이온교환 필터(15)를 통과하면서 냉각수에 포함된 이온 전기 전도성 물질을 제거하게 된다.

상기한 이온 제거기(10)는 연료 전지 시스템의 냉각수 유동 통로 상에서 소정의 장착부(20)에 탈/부착되는 바, 이 장착부(20)는 냉각수의 유동 경로와 상호 연결될 수 있다.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛(100)은 이온 제거기(10)를 장착부(20)에 탈/부착하기 위한 것으로서, 장착부(20)에 대한 이온 제거기(10)의 탈/부착시 장착부(20)를 통해 냉각수가 유출되는 것을 방지하고, 이온 제거기(10)의 패키지 레이아웃에 대한 위치 자유도를 더욱 증대시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛(100)는 기본적으로, 결합부(30) 및 개폐부(70)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 결합부(30)는 이온 제거기(10)의 하우징(11) 내부와 상호 연결되게 그 하우징(11)의 상측부에 돌출 형성되며, 언급한 바 있는 장착부(20)에 암수 결합될 수 있다.

이러한 결합부(30)는 오픈 가이드(41)와 결합 블록(51)을 포함하여 이루어지는 바, 오픈 가이드(41)는 더욱 설명될 개폐부(70)를 탄성 변형시키며 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 선택적으로 개방하기 위한 것이다. 상기 오픈 가이드(41)는 하우징(11)의 내부와 연결되는 원통 형태로 이루어진다.

그리고, 상기 결합 블록(51)은 오픈 가이드(41)의 가장자리 측에 일체로 형성되며, 장착부(20)에 암수 결합될 수 있다. 여기서, 상기 결합 블록(51)의 외주면에는 장착부(20)와의 실링을 위한 가스켓(55)이 설치된다.

본 실시예에서, 상기 개폐부(70)는 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 선택적으로 개폐시키기 위한 것이다.

이러한 개폐부(70)는 도 3 및 도 4에서와 같이 장착부(20)의 냉각수 유동 통로 상에 구성되며, 결합부(30)에 의해 탄성 변형되며 그 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 개폐시킬 수 있는 탄성 패드(71)를 포함한다.

상기 탄성 패드(71)는 실리콘과 같은 탄성 고무 재질로 이루어진 고무 패드로서, 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 가로 막으며 그 통로의 내측벽에 부착 설치된다.

그리고, 상기 탄성 패드(71)에는 결합부(30)의 오픈 가이드(41)가 통과할 수 있는 절개선(75)이 형성되는 바, 이 절개선(75)은 탄성 패드(71)의 중앙에서 오픈 가이드(41)의 외경에 상응하는 길이로서 형성될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 실시예에서는 도 2에서와 같이 이온 제거기(10)를 장착부(20)에 장착하는 경우, 그 이온 제거기(10)의 결합부(30)를 장착부(20)에 결합하는데, 그 결합부(30)의 결합 블록(51)이 장착부(20)에 먼저 결합되면서 가스켓(55)을 통해 결합 블록(51)과 장착부(20) 사이를 실링하게 된다.

이와 동시에, 상기 결합부(30)의 오픈 가이드(41)는 도 5a에서와 같이 탄성 패드(71)를 탄성 변형시키면서 절개선(75: 도 1 및 도 4 참조)을 통과하게 된다.

따라서, 상기 장착부(20)의 냉각수 유동 통로와 이온 제거기(10)의 내부는 오픈 가이드(41)를 통해 상호 연결되고, 냉각수는 오픈 가이드(41)를 통해 이온 제거기(10)의 하우징(11) 내부로 유입된다.

한편, 상기 이온 제거기(10)를 보수 및 교체하거나 그 이온 제거기(10)의 이온교환 필터(15: 도 2 참조)를 교환코자 하는 경우, 이온 제거기(10)의 결합부(30)를 장착부(20)로부터 분리하면, 도 5b에서와 같이 결합부(30)의 오픈 가이드(41)가 절개선(75)을 빠져나오면서 장착부(20)의 냉각수 유동 통로는 원래 형태로 탄성 복원되는 탄성 패드(71)에 의해 폐쇄될 수 있다.

이 후, 상기 결합부(30)의 결합 블록(51)이 장착부(20)로부터 이탈되는데, 본 실시예에서는 탄성 패드(71)에 의해 장착부(20)의 냉각수 유동 통로가 폐쇄되어 있기 때문에, 냉각수가 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 통하여 중력에 의해 외부로 유출되는 것을 최대한 저지할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛(100)에 의하면, 장착부(20)의 냉각수 유동 통로를 개폐하는 개폐부(70)로서 절개선(75)을 지닌 탄성 패드(71)를 구비하므로, 장착부(20)에 대한 이온 제거기(10)의 탈/부착시 장착부(20)를 통한 냉각수의 유출을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 이온 제거기(10)를 보수 및 교체하거나 이온교환 필터(15)를 교환할 때, 냉각수가 유출됨으로 주변을 오염시키는 것을 방지할 수 있으며, 냉각수 유출로 인한 냉각수의 보충이 필요하지 않게 된다.

또한, 본 실시예에서는 정비성을 고려하여 이온 제거기(10)에 대한 높이 제한이 있었던 종래 기술과 달리, 이온 제거기(10)의 탈/부착에 따른 냉각수의 실링이 이루어지므로, 이온 제거기(10)의 패키지 레이아웃에 대한 위치 자유도가 증가하게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 이온 제거기 11... 하우징
15... 이온교환 필터 20... 장착부
30... 결합부 41... 오픈 가이드
51... 결합 블록 55... 가스켓
70... 개폐부 71... 탄성 패드
75... 절개선

Claims (5)

1. 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 냉각수 중의 이온 전기 전도성 물질을 제거하는 이온교환 필터를 포함하여 이루어지는 이온 제거기에 있어서,
   연료 전지 시스템의 냉각수 유동 통로 상에서 상기 이온 제거기를 소정의 장착부에 탈/부착하기 위한 장착유닛으로서,
   상기 하우징의 내부와 상호 연결되게 그 하우징의 상측부에 돌출 형성되며, 상기 장착부에 암수 결합될 수 있는 결합부; 및
   상기 장착부의 냉각수 유동 통로 상에 구성되며, 상기 결합부에 의해 탄성 변형되면서 상기 냉각수 유동 통로를 선택적으로 개폐할 수 있는 개폐부
   를 포함하는 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 하우징의 내부와 연결되며, 상기 개폐부를 탄성 변형시키며 상기 냉각수 유동 통로를 개방할 수 있는 원통 형상의 오픈 가이드와,
   상기 오픈 가이드의 가장자리 측에 일체로 형성되며, 상기 장착부에 암수 결합될 수 있는 결합 블록으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 결합 블록의 외주면에는 상기 장착부와의 실링을 위한 가스켓이 설치되는 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 개폐부는,
   상기 장착부의 냉각수 유동 통로를 가로막으며 설치되고, 상기 결합부가 통과할 수 있는 절개선이 형성되어 있는 탄성 패드를 포함하는 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 절개선은,
   상기 탄성 패드의 중앙에서 상기 오픈 가이드의 외경에 상응하는 길이로서 형성되는 연료 전지 시스템용 이온 제거기 장착유닛.

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