KR20150077822A - De-Mineralizer cartridge for fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

Provided is an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle which enables to prevent damage of an ion exchange resin and to increase ion filtering efficiency when minimizing the volume of the ion exchange resin. The present invention comprises: a cartridge house; a sealed high elasticity mesh net contained inside the housing, and where the ion exchange resin is injected; a cartridge cap for opening and closing an upper end of the housing; and a compression unit installed in a lower end of the cartridge cap, and compressing the mesh net.

Description

연료전지 차량용 이온 필터 카트리지 {De-Mineralizer cartridge for fuel cell vehicle}[0001] The present invention relates to an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle,

본 발명은 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 냉각수에 함유된 이온을 필터링하여 냉각수의 전기전도도를 낮추기 위한 이온 필터 카트리지에 관한 것이다.
The present invention relates to an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle, and more particularly, to an ion filter cartridge for filtering ions contained in cooling water of a fuel cell stack to lower electric conductivity of the cooling water.

연료전지 차량용 냉각수 이온 필터(De-Mineralizer, DMN)는 연료전지 스택의 냉각 루프를 흐르는 냉각수에 함유된 이온을 필터링하여 냉각수의 전기전도도(Ion Conductivity)를 낮추는 부품이다. A fuel cell vehicle coolant ion filter (De-Mineralizer, DMN) is a component that lowers the electrical conductivity (Ion Conductivity) of cooling water by filtering the ions contained in the cooling water flowing through the cooling loop of the fuel cell stack.

도 1을 참조로 설명하면, 연료전지 스택의 냉각 루프는 냉각수가 순환될 수 있도록 연료전지 스택(1)과 라디에이터(2) 사이에 구성되는 냉각수 라인(3), 라디에이터(2)를 통과하지 않도록 냉각수를 바이패스시키기 위한 바이패스라인(4) 및 3-웨이 밸브(5), 냉각수를 펌핑하여 압송하기 위한 펌프(6), 펌프(6) 양측에서 냉각수 라인(3)에 연결된 순환 라인(8)에 설치되는 이온 필터(7)를 포함하여 구성된다.1, the cooling loop of the fuel cell stack is arranged so as not to pass through the cooling water line 3 and the radiator 2 constituted between the fuel cell stack 1 and the radiator 2 so that the cooling water can be circulated A bypass line 4 and a three-way valve 5 for bypassing the cooling water, a pump 6 for pumping and pumping cooling water, a circulation line 8 connected to the cooling water line 3 on both sides of the pump 6, And an ion filter (7) installed in the ion exchanger.

일반적으로 연료전지 차량용 냉각수 이온 필터는 내부에 이온 교환 수지를 수납하기 위해 이온 교환 수지를 내부에 충전한 이온 필터 카트리지가 분리 가능하게 설치되며, 차량 냉각수가 카트리지의 이온 교환 수지를 통과하면서 냉각수에 포함되어 있는 이온이 필터링되어 차량 냉각수의 전기전도도가 낮게 유지되며 운전자의 전기 안전성을 유지할 수 있게 된다. Generally, a cooling water ion filter for a fuel cell vehicle includes an ion filter cartridge in which an ion exchange resin is internally charged to accommodate an ion exchange resin therein, and the cooling water of the vehicle passes through the ion exchange resin of the cartridge and is included in the cooling water And the electric conductivity of the cooling water of the vehicle is kept low and the electric safety of the driver can be maintained.

이러한 역할을 하는 이온 필터에 관한 다양한 실험을 통해서, 이온 교환 수지의 수명이 다 되어 갈수록 이온 교환 수지의 크기가 줄어드는 문제점을 확인한바 있다. Various experiments on the ion filter having such a role have confirmed that the size of the ion exchange resin decreases as the life of the ion exchange resin is shortened.

기존에는 차량 제작 시 이온 필터 카트리지(7)를 최초 장착 후 교체 시까지 내부 이온 교환 수지의 크기가 줄어들어도 그대로 사용하는데, 이 경우 도 2에 보이듯이 이온 교환 수지의 크기 및 부피가 줄어든 만큼 카트리지 내에 비는 공간이 발생하기 때문에 냉각수 흐름에 의해서 이온 교환 수지가 카트리지 내에 비는 공간을 회유하는 현상이 발생하며, 이 경우 이온 교환 수지끼리 서로 부딪쳐서 파손이 발생하게 되고, 이는 이온 필터의 내구 및 교체 주기에 악영향을 미치게 된다.In the past, when the size of the ion exchange resin is reduced, the size and volume of the ion exchange resin are reduced as shown in FIG. 2, In this case, the ion exchange resins collide with each other and breakage occurs. This is because the ion exchange resin has a durability and replacement cycle .

즉, 이온 교환 수지의 수축 현상 발생시 냉각수 유동에 의한 이온 교환 수지의 파손이 발생하게 되고 이에 필터의 내구 수명이 단축되고 냉각수의 이온 필터링 효율이 저하되는 문제를 초래하게 된다.
That is, when the ion exchange resin shrinks, the ion exchange resin breaks due to the cooling water flow, which shortens the durability life of the filter and deteriorates the ion filtering efficiency of the cooling water.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 이온 교환 수지의 부피 축소시 이온 교환 수지의 파손을 방지하고 스택 냉각수의 이온 필터링 효율을 증대할 수 있는 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.
Disclosure of the Invention The present invention has been devised in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle, which can prevent breakage of an ion exchange resin during volume reduction of an ion exchange resin and increase ion filtering efficiency of a stack cooling water. There is a purpose.

이에 본 발명에서는, 카트리지 하우징; 상기 하우징 내부에 수납되며, 내부에 이온 교환 수지가 주입된 밀봉 상태의 고탄성 매쉬망; 상기 하우징의 상단을 개폐하는 카트리지 캡; 상기 카트리지 캡의 하단에 설치되어 상기 매쉬망을 가압하게 되는 압착 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 차량용 이온 필터 카트리지를 제공한다.Accordingly, in the present invention, A highly elastic mesh net in a sealed state, which is accommodated in the housing and into which an ion exchange resin is injected; A cartridge cap for opening and closing an upper end of the housing; And a compression unit installed at a lower end of the cartridge cap to press the mesh net.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 압착 유닛은 카트리지 캡의 하단에 설치되어 상기 고탄성 매쉬망의 상부에 밀착하는 압착부와; 상기 카트리지 캡과 압착부 사이에 설치되는 탄성부재;로 이루어지며, 상기 탄성부재는 카트리지 캡을 카트리지 하우징의 상단에 조립시 고탄성 매쉬망의 상부에 밀착한 압착부에 의해 압축 상태가 된다.
According to an embodiment of the present invention, the compression unit includes a compression unit installed at the lower end of the cartridge cap and closely contacting the upper portion of the high elasticity mesh net; Wherein the elastic member is compressed by a compression bonding portion which is brought into close contact with an upper portion of the high elasticity mesh net when assembling the cartridge cap to the upper end of the cartridge housing.

본 발명에 따른 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지는 이온 교환 수지의 부피 축소시 이온 교환 수지를 압착하는 동시에 고정해주게 되어 카트리지를 통과하는 냉각수 유동에 의한 이온 교환 수지의 파손을 방지하고, 또한 카트리지 하우징과 압착부 간 틈새로 이온 교환 수지가 누출되는 것을 방지하게 되며, 이에 연료전지 냉각수의 이온 필터링 효율을 개선하고 카트리지의 내구성을 증대할 수 있게 된다.
The ion filter cartridge for a fuel cell vehicle according to the present invention compresses and fixes the ion exchange resin when the volume of the ion exchange resin is reduced so as to prevent breakage of the ion exchange resin due to the flow of cooling water passing through the cartridge, It is possible to prevent the ion exchange resin from leaking through the gap, thereby improving the ion filtering efficiency of the fuel cell cooling water and increasing the durability of the cartridge.

도 1은 연료전지 차량의 냉각수 루프를 설명하기 위한 도면
도 2는 종래 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지의 문제점을 설명하기 위한 도면
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지를 설명하기 위한 도면
도 3b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 이온 필터 카트리지 내 이온 교환 수지의 부피 축소시 작동 상태를 설명하기 위한 도면1 is a view for explaining a cooling water loop of a fuel cell vehicle;
2 is a view for explaining a problem of a conventional ion filter cartridge for a fuel cell vehicle
3A is a view for explaining an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention;
3B is a view for explaining an ion filter cartridge for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention
4 is a view for explaining the operation state of the ion exchange resin in the ion filter cartridge for a fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention when the volume of the ion exchange resin is reduced.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 필터 카트리지(100)는 카트리지 하우징(110), 카트리지 캡(120), 압착 유닛(130), 및 고탄성 매쉬망(140)을 포함하여 구성된다.3A, an ion filter cartridge 100 according to one embodiment of the present invention includes a cartridge housing 110, a cartridge cap 120, a compression unit 130, and a high elastic mesh network 140 .

카트리지 하우징(110)은 내부에 일정 양의 이온 교환 수지(150)를 수납할 수 있는 공간을 가지는 중공형의 하우징으로, 이온 교환 수지(150)를 주입한 고탄성 매쉬망(140)의 투입을 위해 상단이 개방되어 있다.The cartridge housing 110 is a hollow housing having a space capable of accommodating therein a certain amount of the ion exchange resin 150. The cartridge housing 110 has a structure in which a high elasticity mesh network 140 into which an ion exchange resin 150 is injected is inserted The top is open.

카트리지 캡(120)은 카트리지 하우징(110)의 개방된 상단을 개폐하기 위한 것으로 하우징(110)의 상단에 탈착식으로 조립가능하게 형성된다.The cartridge cap 120 is configured to be detachably assembled to the upper end of the housing 110 for opening and closing the open top of the cartridge housing 110.

압착 유닛(130)은 상기 카트리지 캡(120)의 하단에 설치되어 상기 고탄성 매쉬망(140)을 가압하게 되는 것으로, 카트리지 캡(120)의 하단에 설치되는 압착부(131)와 상기 카트리지 캡(120)과 압착부(131) 사이에 설치되는 탄성부재(132)로 이루어진다.The compression unit 130 is installed at the lower end of the cartridge cap 120 and presses the high elasticity mesh net 140. The compression unit 130 includes a compression part 131 provided at the lower end of the cartridge cap 120, And an elastic member 132 provided between the pressing part 131 and the pressing part 131.

상기 압착부(131)는 카트리지 캡(120)을 하우징(110)의 상부에 조립시 카트리지 하우징(110) 내에 수납된 고탄성 매쉬망(140)의 상부에 밀착하게 되는 것으로, 탄성부재(132)를 사이에 두고 카트리지 캡(120)의 하단에 설치되어서 압축된 탄성부재(132)의 탄성복원력에 의해 매쉬망(140)의 상부를 가압하게 된다.The pressing portion 131 is in close contact with the upper portion of the high elasticity mesh net 140 stored in the cartridge housing 110 when the cartridge cap 120 is assembled to the upper portion of the housing 110, And presses the upper portion of the mesh network 140 by the resilient restoring force of the compressed elastic member 132 installed at the lower end of the cartridge cap 120.

그리고 탄성부재(132)는 카트리지 캡(120)을 카트리지 하우징(110)의 상단에 조립시 고탄성 매쉬망(140)의 상부에 밀착한 압착부(131)에 의해 압축 상태가 되어 탄성복원력을 생성하게 된다.When the cartridge cap 120 is assembled to the upper end of the cartridge housing 110, the elastic member 132 is compressed by the pressing part 131 which is in close contact with the upper part of the high elasticity mesh net 140 to generate an elastic restoring force do.

즉, 탄성부재(132)는 카트리지 캡(120)을 하우징(110) 상단에 조립하면서 압축되어 탄성복원력을 생성하게 된다. 상기 탄성부재(132)로는 탄성을 갖는 코일스프링 등이 사용될 수 있다.That is, the elastic member 132 is compressed while assembling the cartridge cap 120 to the upper end of the housing 110 to generate an elastic restoring force. As the elastic member 132, a coil spring having elasticity may be used.

고탄성 매쉬망(140)은 내부에 주입된 이온 교환 수지(150)를 매쉬망(140) 외부로 이탈하지 않도록 고정해주는 탄성을 갖는 망으로, 내부에 일정 양의 이온 교환 수지(150)를 주입하여 밀봉한 뒤 카트리지 하우징(110) 내에 수납된다.The high elastic mesh network 140 is an elastic net that fixes the ion exchange resin 150 injected therein to the outside of the mesh network 140. The ion exchange resin 150 is injected into the high elastic mesh network 140, Sealed and then housed in the cartridge housing 110. [

고탄성 매쉬망(140)은 압착부(131)가 이온 교환 수지(150)를 압착할 때 이온 교환 수지 입자가 압착부(131)와 하우징(110) 틈새로 이탈하는 것을 방지하여 이온 교환 수지(150)의 수축시에도 이온 교환 수지(150)를 지속적으로 고정해준다.The highly elastic mesh net 140 prevents the ion exchange resin particles from separating into the gap between the crimping portion 131 and the housing 110 when the crimping portion 131 presses the ion exchange resin 150, The ion exchange resin 150 is continuously fixed.

즉, 상기 고탄성 매쉬망(140)은 이온 교환 수지(150)의 압착시 압착부(131)와 카트리지 하우징(110) 간에 공차에 상관없이 이온 교환 수지(150)의 전체적인 압착이 가능하게 한다.That is, the high elastic mesh network 140 enables the entire compression of the ion exchange resin 150 regardless of the tolerance between the crimping portion 131 and the cartridge housing 110 when the ion exchange resin 150 is compressed.

구체적으로, 이온 교환 수지(150)에 원활한 압력이 가해지기 위해서는 압착부(131)와 카트리지 하우징(110) 벽면 사이에 공차가 필요한데, 고탄성 매쉬망(140)이 이온 교환 수지(150)를 지속적으로 고정해주기 때문에 압착부(131)가 매쉬망(140) 내 이온 교환 수지(150)를 가압시 압착부(131)와 하우징(110) 틈새로 발생할 수 있는 이온 교환 수지(150)의 누출을 방지할 수 있게 된다.Specifically, in order to apply a smooth pressure to the ion exchange resin 150, a clearance is required between the pressing portion 131 and the wall surface of the cartridge housing 110. The high elasticity mesh network 140 continuously conveys the ion exchange resin 150 The pressing portion 131 prevents the leakage of the ion exchange resin 150 which may occur in the gap between the pressing portion 131 and the housing 110 when the ion exchange resin 150 in the mesh net 140 is pressed. .

이러한 고탄성 매쉬망(140)은 이온 교환 수지(150)의 지속적인 압착 및 고정이 가능하여 이온 교환 수지(150)의 고정률 증대 및 공극률 감소를 가능하게 한다.The high elasticity mesh network 140 allows the ion exchange resin 150 to be continuously compressed and fixed, thereby increasing the fixing rate and reducing the porosity of the ion exchange resin 150.

상기 고탄성 매쉬망(140)은 주입된 이온 교환 수지(150)의 입자가 매쉬망(140)의 그물눈을 통해 이탈하는 것을 방지하기 위해 이온 교환 수지(150)를 주입한(혹은 이온 교환 수지를 주입하여 신장된) 초기 상태의 그물눈이 이온 교환 수지 입자보다 작은 크기를 갖는 동시에, 연료전지 스택용 냉각수를 통과시킬 수 있는 크기의 그물눈을 갖는다.The high elasticity mesh network 140 is formed by injecting an ion exchange resin 150 to prevent particles of the injected ion exchange resin 150 from being separated through a mesh of the mesh network 140 The initial mesh having a smaller size than the ion exchange resin particles and having a mesh size enough to allow the cooling water for the fuel cell stack to pass therethrough.

아울러, 도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 카트리지 캡(120)의 중앙부와 카트리지 하우징(110)의 하단 중앙부에는 냉각수 유입 및 배출을 위한 구조가 각각 마련되어 있다.Although not shown in the drawings, the center portion of the cartridge cap 120 and the center portion of the lower end of the cartridge housing 110 are provided with structures for inflow and discharge of cooling water, respectively.

또한 도 3b에 나타낸 바와 같이, 카트리지 하우징(110)으로는 하우징(110)을 형성하는 내벽부(111)와 외벽부(112)가 동축으로 배열된 구조의 하우징이 사용될 수 있다.3B, a housing having a structure in which an inner wall portion 111 and an outer wall portion 112 forming the housing 110 and the outer wall portion 112 are coaxially arranged may be used as the cartridge housing 110. [

상기의 카트리지 하우징(110)은 환형의 내부공간을 구비하게 되며, 상기 환형의 내부공간에 이온 교환 수지(150)를 주입한 고탄성 매쉬망(140)이 수납되고, 압착부(131)로는 하우징(110)의 내부공간 형상에 따라 중앙이 천공된 환형의 압착부(131)가 사용된다.The cartridge housing 110 has an annular inner space and a highly elastic mesh net 140 into which the ion exchange resin 150 is injected is accommodated in the annular inner space. An annular pressing portion 131 is used, the center of which is perforated in accordance with the shape of the inner space.

도 4를 보면, 고탄성 매쉬망(140)에 주입된 상태로 카트리지 하우징(110) 내에 수납되는 이온 교환 수지(150)는 상부의 압착부(131)를 통해 탄성부재(132)의 탄성복원력을 받는 상태로서 이온 교환 수지(150)의 고정률이 증대되고 공극률이 감소된 상태이다.4, the ion exchange resin 150 stored in the cartridge housing 110 in a state of being injected into the high elasticity mesh net 140 receives the elastic restoring force of the elastic member 132 through the upper pressing portion 131 State, the fixing rate of the ion exchange resin 150 is increased and the porosity is decreased.

연료전지 시스템의 구동시 이온 필터 카트리지(100)는 내부에 냉각수 흐름이 발생하면서 냉각수의 이온 필터링이 진행되고 이온 교환 수지(150)의 수축 현상이 서서히 발생한다.During the operation of the fuel cell system, the ion filter cartridge 100 is subjected to the ion-filtering of the cooling water while the cooling water flows therein, and the ion-exchange resin 150 shrinks gradually.

상기 압착부(131)는 탄성부재(132)의 탄성복원력을 통해 이온 교환 수지(150)를 지속적으로 가압하고 있기 때문에 이온 교환 수지(150)가 축소된 부피만큼 이온 교환 수지(150)를 가압하여 압착하게 되고, 이와 동시에 고탄성 매쉬망(140)이 이온 교환 수지(150)를 고정하여 잡아주기 때문에 압착부(131)의 가압시에도 압착부(131)와 카트리지 하우징(110) 간 틈새로 이온 교환 수지(150)의 누출 없이 지속적인 압착이 이루어지게 된다.Since the pressing portion 131 continuously presses the ion exchange resin 150 through the elastic restoring force of the elastic member 132, the ion exchange resin 150 presses the ion exchange resin 150 by the reduced volume The high elasticity mesh net 140 fixes and holds the ion exchange resin 150 so that ion exchange can be performed with a gap between the crimping portion 131 and the cartridge housing 110 even when the crimping portion 131 is pressed, The resin 150 is continuously pressed without leakage.

이와 같이 본 발명에 따른 이온 필터 카트리지(100)는 이온 교환 수지(150)의 수축 여부와 상관없이 고탄성 매쉬망(140)이 항시 이온 교환 수지(150)를 고정해주게 되므로 이온 교환 수지(150)의 압착시 수지 누출 없이 지속적인 압착 및 고정이 가능하며, 이에 따라 냉각수 유동에 의한 이온 교환 수지의 입자 간 충돌로 인한 파손을 방지할 수 있게 되고, 결과적으로 연료전지 스택용 냉각수의 이온 필터링 효율이 개선되고 이온 필터 카트리지의 내구성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.As described above, the ion filter cartridge 100 according to the present invention allows the highly elastic mesh network 140 to always fix the ion exchange resin 150 irrespective of whether the ion exchange resin 150 is contracted or not, It is possible to continuously press and fix the resin without leaking the resin during the compression, thereby preventing the ion exchange resin from being damaged due to the collision between the particles of the ion exchange resin due to the cooling water flow. As a result, the ion filtering efficiency of the cooling water for the fuel cell stack is improved The durability of the ion filter cartridge can be improved.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

100 : 이온 필터 카트리지
110 : 카트리지 하우징
120 : 카트리지 캡
130 : 압착 유닛
131 : 압착부
132 : 탄성부재
140 : 고탄성 매쉬망
150 : 이온 교환 수지100: Ion filter cartridge
110: cartridge housing
120: Cartridge cap
130:
131:
132: elastic member
140: High elasticity mesh network
150: ion exchange resin

Claims (3)

카트리지 하우징;
상기 하우징 내부에 수납되며, 내부에 이온 교환 수지가 주입된 밀봉 상태의 고탄성 매쉬망;
상기 하우징의 상단을 개폐하는 카트리지 캡;
상기 카트리지 캡의 하단에 설치되어 상기 매쉬망을 가압하게 되는 압착 유닛;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 차량용 이온 필터 카트리지.
A cartridge housing;
A highly elastic mesh net in a sealed state, which is accommodated in the housing and into which an ion exchange resin is injected;
A cartridge cap for opening and closing an upper end of the housing;
A compression unit installed at a lower end of the cartridge cap to press the mesh net;
Wherein the ion filter cartridge comprises:
청구항 1에 있어서,
상기 압착 유닛은 카트리지 캡의 하단에 설치되어 상기 고탄성 매쉬망의 상부에 밀착하는 압착부와, 상기 카트리지 캡과 압착부 사이에 설치되는 탄성부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 차량용 이온 필터 카트리지.
The method according to claim 1,
Wherein the compression unit comprises a compression unit installed at the lower end of the cartridge cap and closely contacting the upper portion of the high elastic mesh network and an elastic member provided between the cartridge cap and the compression unit.
청구항 2에 있어서,
상기 탄성부재는 카트리지 캡을 카트리지 하우징의 상단에 조립시 고탄성 매쉬망의 상부에 밀착한 압착부에 의해 압축 상태가 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 차량용 이온 필터 카트리지.
The method of claim 2,
Wherein the elastic member is in a compressed state when the cartridge cap is assembled to the upper end of the cartridge housing, the compression member being in close contact with the upper portion of the high elastic mesh network.
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