KR20220068938A - 필터 수단, 연료 전지 시스템, 및 내연기관 - Google Patents

필터 수단, 연료 전지 시스템, 및 내연기관 Download PDF

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KR20220068938A
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피터 게스케스
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말레 인터내셔널 게엠베하
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Abstract

본 발명은 액체(L)를 세정하기 위한 필터 수단(1)에 관한 것으로서, 상기 필터 수단(1)은: 입자 필터(2)를 포함하되, 액체(L)로부터 입자를 제거하기 위해 액체(L)가 입자 필터(2)를 통해 흐를 수 있으며; 이온 교환기(3)를 포함하되, 액체(L)로부터 이온을 제거하기 위해 액체(L)가 이온 교환기(3)를 통해 흐를 수 있고; 연장 방향(E)을 따라 연장되는 하우징(4)을 포함하되, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)가 하우징(4)에 수용되며; 입자 필터(2)와 이온 교환기(3)는 평행하게 서로 유체적으로 연결된다.

Description

필터 수단, 연료 전지 시스템, 및 내연기관{FILTER MEANS, FUEL CELL SYSTEM, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 필터 수단, 연료 전지 시스템 및 내연기관에 관한 것이다.
내연기관, 특히 자동차용 내연기관에는 오랫동안 물 주입 장치가 장착되어 왔으며, 이러한 물 주입 장치에 의해 내연기관의 연소 챔버를 냉각하기 위한 물이 연소 챔버로 주입될 수 있다. 연료 전지, 특히, 자동차용 연료 전지를 포함하는 연료 전지 시스템에도, 마찬가지로 오랫동안 냉각 사이클(cooling cycle)이 장착되어 왔으며, 이러한 냉각 사이클을 통해 액체가 연료 전지를 냉각하기 위해 흐를 수 있다. 위에서 언급한 두 가지 응용 분야에서, 각각 물 또는 액체의 순도에 대한 높은 요구 사항이 있으며, 이는 내연기관 또는 연료 전지 시스템에서 각각 액체 또는 물에 의해 혼입되는 가능한 이물질의 침착(deposit)을 피하거나 최소한 감소시키는 목표를 충족해야 한다. 이러한 침착물은 각각 내연기관 또는 연료 전지 시스템의 기능적 손상을 초래할 수 있으며, 극단적인 경우에는 전체적인 고장까지 유발할 수 있다. 또한, 액체 또는 물에 의해 혼입되는 입자 및 이온은 바람직하지 않은 방식으로 물의 전기 전도도를 증가시키고 부식을 촉진하도록 작용한다.
이를 염두에 두고, 필터 수단은 각각 액체 또는 물을 세정하는 데 종종 사용되며, 직렬로 유체적으로 연결된(fluidically connected) 이온 교환기 및 입자 필터 및 때로는 활성탄 필터를 포함하며, 이를 통해 액체 또는 물에 용해되는 이온 형태의 이물질 및 액체 또는 물에 용해되지 않는 입자 형태의 이물질이 액체 또는 물로부터 각각 제거될 수 있다. 그러나, 이러한 필터 수단은, 액체 또는 물의 전체 체적 흐름(volume flow)이 각각 이온 교환기 및 입자 필터를 통해 강제되는 경우, 바람직하지 못하게, 필터 수단의 상류로부터 하류로 높은 압력 손실을 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전술한 문제점들을 고려하는 신규한 필터 수단 및 이러한 유형의 필터 수단(filter means)을 포함하는 연료 전지 시스템 뿐만 아니라 이러한 유형의 필터 수단을 포함하는 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 독립 청구항들의 특징들을 통해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 주제이다.
따라서, 공통 하우징에서 액체를 세정하기 위해 입자 필터와 필터 수단의 이온 교환기를 배열하고, 그에 따라 이들을 서로 평행하게 유체적으로 연결하는 것이 본 발명의 기본 개념이다. 즉, 입자 필터는 이온 교환기에 대한 바이패스(bypass)를 형성할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
이는 입자 필터 및 이온 교환기를 포함하는 종래의 필터 수단에 비해 필터 수단의 상류로부터 하류로 세정될 액체의 압력 손실을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 전체 체적 흐름이 입자 필터뿐만 아니라 이온 교환기를 통해 안내되는 것은 아니지만, 이는 또한 본 필터 수단의 경우에서 절대적으로 필요한 것은 아닌데, 그 이유는 액체로부터 입자 및 이온의 부분적인 제거는 이러한 필터 수단을 포함하는 연료 전지 시스템 또는 내연기관 각각에서 바람직하지 않은 침착물의 강한 감소를 유도하기 때문이다. 따라서, 액체의 전기 전도도와 부식 효과를 충분히 줄일 수 있다. 이러한 맥락에서, 입자는 특히 액체에 용해되지 않는 이물질, 특히 액체에 적어도 부분적으로 불용성인 이물질의 다-분자 응집체(agglomeration)로 이해할 수 있다. 따라서, 입자는 외부 고체 뿐만 아니라 외부 액체 방울, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 이에 비해, 이온 교환기의 상류에 있는 이온은 용액의 액체에 존재한다.
액체를 세정하기 위한 본 발명에 따른 필터 수단은 액체로부터 입자를 제거하기 위해 액체가 흐를 수 있는 입자 필터를 포함한다. 필터 수단은 또한 액체로부터 이온을 제거하기 위해 액체가 흐를 수 있는 이온 교환기를 포함한다. 필터 수단은 연장 방향을 따라 연장되고 입자 필터 및 이온 교환기가 내부에 수용되는 하우징을 추가로 포함한다. 따라서 입자 필터와 이온 교환기는 평행하게 서로 유체적으로 연결된다. 필터 수단은 필터 수단의 상류에 있는 액체에 의해 혼입되는(entrained) 입자 및 이온의 충분히 많은 부분을 제거하고 그와 동시에 필터 수단에서 발생하는 액체의 압력 손실을 낮게 유지하는 것을 가능하게 한다. 이와 관련하여, 필터 수단은 설치 공간에 대해 높은 투과율을 나타낸다.
본 발명의 필터 수단의 바람직한 추가 변형예에 따르면, 입자 필터는 하우징의 제1 관형 몸체(tubular body)에 의해 제한되고 이온 교환기는 하우징의 제2 관형 몸체에 의해 제한되며, 각각의 경우, 연장 방향에 횡단 방향으로(transversely) 제한되고, 두 관형 몸체는 바람직하게는 연장 방향을 따라 연장된다. 이러한 필터 수단은, 미리-제작된 이온 교환기 카트리지 또는 입자 필터 카트리지가 각각의 경우에 관형 몸체에 삽입될 수 있기 때문에 특히 비용-효율적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 바람직한 추가 변형예의 경우, 2개의 관형 몸체는 연장 방향을 따라 배열된 종방향 이음매(longitudinal seam)에 의해 및/또는 적어도 하나의 보강재(reinforcement)에 의해 연장 방향에 대해 횡단 방향으로 서로 연결된다. 이러한 유형의 필터 수단은 기계적으로 특히 안정적인 것으로 판명되었다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예에 따르면, 입자 필터 및 이온 교환기는 연장 방향에 수직인 섹션에서 서로 나란히 배열된다. 상기 섹션에서, 입자 필터는 바람직하게 하우징에 의해 일체로 둘러싸이는 칸막이 벽(partition wall)에 의해 연장 방향에 대해 횡단 방향으로 이온 교환기로부터 유체적으로 분리된다. 따라서, 하우징의 외부 치수에 의해 특정되는 설치 공간의 특히 큰 부분을, 이온 교환기 및 입자 필터에 사용할 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 추가적인 유리한 추가 변형예의 경우에서, 입자 필터는 연장 방향에 수직인 섹션에서 이온 교환기를 각각 완전히 둘러싸거나 감싸거나 혹은 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 유리하게는, 이는 이온 교환기 및 입자 필터의 특히 균일한 통과를 허용하고, 이와 관련하여, 통과 동안에, 이온 교환기, 입자 필터 및 입자 필터에 작용하는 압력 강하에 대한 응력의 특히 균일한 분포를 허용한다.
본 발명의 필터 수단의 추가의 바람직한 추가 변형예에 따르면, 필터 수단은, 액체를 입자 필터 및 입자 필터에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기 내에 각각 비례적으로 유입시키기 위하여, 입자 필터 및 이온 교환기와 유체적으로 연통하는 액체 분배기를 포함한다. 필터 수단은 액체 수집기를 추가로 포함하되, 입자 필터 및 입자 필터에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기를 통해 각각 비례적으로 흐른 후에, 액체를 수집하기 위하여, 상기 액체 수집기는 입자 필터 및 이온 교환기와 유체적으로 연통한다. 입자 필터 및 입자 필터에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기는 액체 분배기와 액체 수집기 사이에 배열된다. 따라서, 본 발명에서 핵심적인 이온 교환기 및 입자 필터의 평행한 유체적인 연결은, 특히 컴팩트한 구성으로 실현될 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예의 경우에서, 액체 수집기 및 액체 분배기는 연장 방향을 따라 서로 맞은편에 위치된 하우징의 두 전면(front side)에서 입자 필터 및 이온 교환기에 유체적으로 연결된다. 유체 측면에서, 이는 특히 유리한 것으로 판명되었다.
본 발명의 필터 수단의 추가적인 유리한 추가 변형예에 따르면, 입자 필터 및 이온 교환기는 각각의 경우에 연장 방향에 대해 횡단 방향으로 절단된 타원형, 특히 원형의 기하학적 형상(geometry)을 갖는다. 이는, 각각의 경우 자체적으로, 이온 교환기 또는 입자 필터의 균일한 통과를 보장한다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예의 경우에, 하우징은, 연장 방향에 대해 횡단 방향으로 절단된, 완전한 타원형의 기하학적 형상, 특히 완전한 원형의 기하학적 형상을 갖는다. 이러한 하우징은 기계적으로 특히 안정적인 것으로 판명되었다.
본 발명의 필터 수단의 추가의 바람직한 추가 변형예에 따르면, 이온 교환기 및 입자 필터는, 각각의 경우에 연장 방향에 대해 횡단 방향으로 절단된, 타원형 세그먼트의 기하학적 형상, 특히 원형 세그먼트의 기하학적 형상을 갖고, 입자 필터 및 이온 교환기의 타원형 세그먼트의 기하학적 형상은 서로 완전히 타원형의 기하학적 형상, 특히 완전히 원형의 기하학적 형상을 형성한다. 따라서, 하우징의 외부 치수에 의해 특정되는 설치 공간의 특히 큰 부분을, 이온 교환기 및 입자 필터에 사용할 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 추가의 유리한 추가 변형예에 따르면, 하우징은 연장 방향을 따라 서로 맞은편에 위치되고 전면이 존재하는 2개의 전방 플레이트(front plate)를 포함한다. 전방 플레이트는 각각의 경우에 유체적으로 개방될 수 있으며, 이온 교환기 및 입자 필터에는 전면에서 세정할 액체가 공급될 수 있고, 액체는 이온 교환기와 입자 필터를 통과한 후에 전면에서 배출될 수 있다. 이러한 전방 플레이트는 필터 수단에 대해 유리한 기계적 보강 효과를 가지며, 또한 이온 교환기 및 입자 필터에 대한 유체 수집기 및 유체 분배기의 유체적 연결을 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예의 경우, 이온 교환기는 액체 투과성 패킹(packing) 뿐만 아니라 액체 투과성 부직포 인서트(insert) 및 액체 투과성 압력 플레이트(pressure plate)를 포함하며, 상기 패킹은 부직포 인서트와 압력 플레이트에 의해 연장 방향을 따라 사전-인장된다(pre-tensioned). 이러한 이온 교환기는 특히 효과적인 것으로 판명되었다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예에 따르면, 액체 분배기 및/또는 액체 수집기는 하우징에 릴리스 가능하게 고정된다(releasably fastened). 액체 분배기 및/또는 액체 수집기 및/또는 하우징은 플라스틱 재료를 포함하거나 플라스틱 재료로 구성된다. 액체 수집기 및/또는 액체 분배기 및/또는 하우징은 사출 성형될 수 있다. 이러한 필터 수단은 특히 쉽게 조립될 수 있고 특히 대량의 경우에 비용 효율적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 더 바람직한 추가 변형예의 경우에, 입자 필터와 이온 교환기는, 입자 필터와 이온 교환기를 통해 평행하게 흐르는 세정될 액체의 체적 흐름의 체적 흐름 부분이, 입자 필터에서, 이온 교환기(3)의 상호보완적인 체적 흐름 부분의 3배 내지 10배 사이, 특히 4배 이도록, 서로 구성되고 형성된다. 따라서, 세정 수단에서 발생하는 작은 압력 강하로 액체를 충분히 세정할 수 있다.
본 발명의 필터 수단의 추가의 유리한 추가 변형예에 따르면, 이온 교환기는 이온 교환제를 포함하는 이온 교환 섹션 및 입자 여과제를 포함하는 입자 여과 섹션을 포함하며, 이들은 이온 교환기에서 직렬로 서로 유체적으로 연결된다. 따라서, 필터 수단의 상류에 있는 액체에 의해 혼입되는 입자의 특히 큰 부분은 필터 수단을 통해 흐를 때 액체로부터 제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 자동차용 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 시스템은 액체가 흐를 수 있는 냉각 사이클(cooling cycle)을 추가로 포함한다. 또한, 연료 전지 시스템은 냉각 사이클에 배열되고 본 발명에 상응하는 전술한 설명에 따른 필터 수단을 포함하며, 액체는 상기 필터 수단에 의해 세정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 필터 수단의 전술한 이점은 이러한 필터 수단을 포함하는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에도 해당한다.
또한, 본 발명은 연소 챔버(combustion chamber)를 냉각하기 위해 액체, 특히 물이 주입될 수 있는 연소 챔버를 포함하는 특히 자동차용 내연기관에 관한 것이다. 상기 내연기관은 또한 전술한 설명에 상응하는 본 발명에 따른 필터 수단을 포함하며, 필터 수단에 의해 액체가 연소 챔버로 주입되기 전에 세정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 필터 수단의 전술한 이점은 이러한 필터 수단을 포함하는 본 발명에 따른 내연기관에도 해당한다.
본 발명의 추가의 중요한 특징 및 이점은 종속항, 도면, 및 도면에 기초한 도면의 설명으로부터 이어진다.
전술한 특징 및 후술하는 특징은 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 한, 각각의 특정 조합으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있고 이하의 설명에서 더욱 상세하게 설명될 것이며, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사하거나 기능적으로 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도면에서, 각각의 경우에 개략적으로,
도 1은 본 발명에 따른 필터 수단의 한 예를 도시한 사시도,
도 2는, 도 1의 예를 도시한, 필터 수단의 연장 방향에 반대되는 상면도,
도 3은 본 발명에 따른 필터 수단의 추가 예를 도시한 사시도,
도 4는, 도 3의 추가 예를 도시한, 연장 방향에 반대되는 상면도,
도 5는 연장 방향을 따른 섹션에서 본 발명에 따른 필터 수단의 추가 예를 도시한 도면.
액체(L)를 세정하는 역할을 하는 본 발명에 따른 필터 수단(1)의 한 예가 도 1에 개략적으로 예시된다. 필터 수단(1)은 액체(L)가 액체(L)로부터 입자를 제거하기 위해 그 사이를 통해 흐를 수 있는 입자 필터(2)를 포함한다. 필터 수단(1)은 이온 교환기(3)를 추가로 포함하고, 액체(L)가 상기 이온 교환기(3)를 통해 액체로부터 이온을 제거하기 위해 흐를 수 있다. 따라서, 입자는 액체(L)에 용해되지 않은 이물질 즉 고체 형태의 이물질뿐만 아니라 액체 방울(liquid droplet) 형태의 이물질의 응집체(agglomeration)로 이해될 수 있다. 대조적으로, 이온 교환기(3)에 의해 액체(L)로부터 제거될 수 있는 이온은 용액 내의 액체(L)에 존재한다.
필터 수단(1)은 또한 연장 방향(E)을 따라 연장되는 하우징(4)을 포함한다. 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 하우징(4)에 내장된다. 하우징(4)은 이온 교환기(3) 및 입자 필터(2)를 위한 공통 하우징(4) 일 수 있다. 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 평행하게 서로 유체적으로 연결된다. 입자 필터(2)는 각각 다중 필터 층, 부직포, 금속 메쉬, 스크린, 또 다른 개방-공극, 또는 이들의 조합을 포함하거나 이들일 수 있다.
도 2는, 도 1의 예를 도시한, 연장 방향(E)에 반대되는 상면도이다. 도 1 및 2에 따르면, 하우징(4)은 제1 관형 몸체(5) 및 제2 관형 몸체(6)를 포함하며, 이 둘은, 예를 들어, 연장 방향(E)을 따라 연장된다. 따라서, 입자 필터(2)는 하우징(4)의 제1 관형 몸체(5)에 의해 제한되고, 이온 교환기(3)는 하우징(4)의 제2 관형 몸체(6)에 의해 제한되며, 각각의 경우, 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 제한된다. 2개의 관형 몸체(5, 6)가 적어도 하나의 보강재(7)에 의해 연장 방향(E)에 대해 또 다른 횡단 방향으로 서로 연결되어 있음을 추가로 볼 수 있는데, 도 1에는 이러한 보강재(7)가 여러 개 예시되어 있다. 대안으로 또는 추가로, 관형 몸체(5, 6)는 연장 방향(E)을 따라 배열되는 종방향 이음매(longitudinal seam)에 의해 서로 연결될 수 있는데, 이러한 종방향 이음매는 도면들에는 도시되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 필터 수단(1)의 추가 예의 사시도이다. 도 3의 예는 도 4에서 연장 방향(E)에 반대되는 상면도로 도시된다. 도 1 내지 4의 예에 따르면, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 연장 방향(E)에 수직인 섹션에서 서로 나란히 배열된다.
도 3 및 도 4에 따르면, 입자 필터(2)는 칸막이 벽(8)에 의해 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향인 섹션에서 이온 교환기(3)로부터 유체적으로 분리된다. 예를 들어, 칸막이 벽(8)은 하우징(4)에 의해 일체로 둘러싸인다.
본 발명에 따른 필터 수단(1)의 추가 예가 도 5에서 연장 방향(E)를 따라 절단되어 도시된다. 도 1 내지 4의 예와 대조적으로, 입자 필터(2)는 도 5의 예의 경우에서 연장 방향(E)에 대해 수직인 섹션에서 이온 교환기(3)를 완전히 둘러싼다. 달리 말하면, 입자 필터(2)는 상기 섹션에서 이온 교환기(3)를 완전히 둘러싼다. 그와 반대로, 이온 교환기(3)는 또한 입자 필터(2)를 완전히 둘러싸거나 내장할 수 있다. 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 서로 동축 배열될 수 있다.
도 1, 3 및 5는 또한 필터 수단(1)이 예를 들어 액체 분배기(9)를 포함할 수 있음을 추가로 보여준다. 액체(L)를 입자 필터(2) 및 입자 필터(2)에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3) 내에 각각 비례적으로 유입시키기 위하여, 액체 분배기(9)는 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)와 유체적으로 연통한다. 필터 수단(1)은 예를 들어 액체 수집기(10)를 포함한다. 입자 필터(2) 및 입자 필터(2)에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3)를 통해 유입된 비례적인 흐름 후에, 액체(L)를 수집하기 위하여, 액체 수집기(10)는 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)와 유체적으로 연통한다. 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3) 및 입자 필터(2)는 액체 분배기(9)와 액체 수집기(10) 사이에 배열된다. 액체 수집기(10) 및 액체 분배기(9)는 예를 들어 연장 방향(E)을 따라 서로 맞은편에 위치된 하우징(4)의 2개의 전면(11) 상의 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)에 유체적으로 연결된다.
도 1 및 도 2에 따르면, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 각각의 경우에 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된 타원형의 기하학적 형상(12)을 갖는데, 이 기하학적 형상(12)은 원형일 수도 있다. 하우징(4)은 예를 들어 2개의 전방 플레이트를 포함하는데, 이 플레이트들은 연장 방향(E)을 따라 서로 맞은편에 위치하며 그 위에 전면(11)이 존재한다. 전방 플레이트(15)가 유체적으로 개방되며, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)에는 전면에서 액체(L)가 공급되거나 혹은 액체(L)는 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)를 통과한 후에 전면에서 그들로부터 배출될 수 있다.
도 2 및 4의 예에 따르면, 하우징(4)은 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된 완전한 타원형의 기하학적 형상(12)을 갖는데, 이 기하학적 형상(12)은 특히 완전한 원형의 기하학적 형상일 수 있다. 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된, 이온 교환기(3) 및 입자 필터(2)는 각각의 경우에 타원형 세그먼트의 기하학적 형상(13)을 가지며, 이 기하학적 형상은 특히 원형 세그먼트의 기하학적 형상일 수 있다. 이온 교환기(3) 및 입자 필터(2)의 타원형 세그먼트의 기하학적 형상(13)은 서로 완전히 타원형의 기하학적 형상(14)을 형성하는데, 이러한 기하학적 형상(14)은 완전히 원형의 기하학적 형상일 수 있고 하우징(4)의 완전히 타원형의 기하학적 형상(14)에 실질적으로 상응할 수 있으며, 그에 따라 가능한 벽 두께를 뺀 값이다.
도 1 내지 5의 예의 경우에서, 이온 교환기(3)는 액체 투과성 패킹(packing)뿐만 아니라 액체 투과성 부직포 인서트 및 액체 투과성 압력 플레이트를 포함하며, 상기 패킹은 부직포 인서트와 압력 플레이트에 의해 연장 방향(E)을 따라 사전-인장된다(pre-tensioned). 이온 교환기(3)의 패킹은 젤 수지(gel resin)일 수 있는 합성 수지를 포함할 수 있다. 패킹은 각각 적어도 하나의 (수)-불용성 폴리머로 구성되거나 이를 포함하는 합성 수지이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 합성 수지는 가교 폴리스티렌일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 합성 수지는 폴리아크릴레이트를 포함하거나 폴리아크릴레이트 일 수 있다. 합성 수지는 기능화될 수 있다. 합성 수지는 30 질량% 또는 부피% 내지 70 질량% 또는 부피%, 특히, 대략 50 질량% 또는 부피%의 수분 함량을 가질 수 있다. 합성 수지는 다공성이거나 젤과 유사할 수 있다. 액체 분배기(9) 뿐만 아니라, 대안으로 또는 추가로, 액체 수집기(10)는 예를 들어 릴리스 가능하게 하우징(4)에 고정된다. 액체 분배기(9) 뿐만 아니라, 각각의 경우에, 대안으로 또는 추가로, 액체 수집기(10) 및 하우징(4)은 플라스틱 재료를 포함할 수 있거나 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 액체 분배기(9) 뿐만 아니라, 각각의 경우에, 대안으로 또는 추가로, 액체 수집기(10) 및 하우징(4)은 사출 성형될 수 있다. 입자 필터(2)와 이온 교환기(3)는, 예를 들어, 입자 필터(2)와 이온 교환기(3)를 통해 평행하게 흐르는 세정될 액체(L)의 체적 흐름의 체적 흐름 부분(volume flow portion)이, 입자 필터(2)에서, 이온 교환기(3)의 상호보완적인 체적 흐름 부분의 3배 내지 10배 사이, 도시된 예에서는 4배 이도록, 서로 구성되고 형성된다.
도 5에 따르면, 이온 교환기(3)는 이온 교환제(16)를 포함하는 이온 교환기 섹션(15) 및 입자 여과제(18)를 포함하는 입자 여과 섹션(17)을 포함한다. 이온 교환기(3)의 이온 교환 섹션(15) 및 입자 필터 섹션(17)은 이온 교환기(3)에서 직렬로 서로 유체적으로 연결된다.
도 1 내지 5에 따르면, 본 발명에 따른 필터 수단(1)의 예는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 연료 전지 시스템은 예를 들어 자동차의 일부일 수 있다. 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 그 사이를 액체(L)가 흐를 수 있는 냉각 사이클 뿐만 아니라 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 시스템은 도 1 내지 5에 도시된 것과 상응할 수 있는 본 발명에 따른 필터 수단(1)을 추가로 포함한다. 필터 수단(1)은 연료 전지 시스템의 냉각 사이클에 배열되며, 액체(L)는 필터 수단(1)에 의해 세정된다.
도 1 내지 5의 본 발명에 따른 필터 수단(1)의 예는 본 발명에 따른 내연기관에 사용될 수 있다. 이러한 내연기관은 예를 들어 자동차의 일부일 수 있다. 내연기관은 연소 챔버를 포함하며, 연소 챔버 냉각을 위해 액체(L), 예를 들어, 물이 주입될 수 있다. 내연기관은 또한 도 1 내지 5에 도시된 것에 상응할 수 있는 필터 수단(1)을 추가로 포함한다. 연소 챔버 내로 주입되기 전에, 액체(L)는 필터 수단(1)에 의해 세정될 수 있다.

Claims (17)

  1. 액체(L)를 세정하기 위한 필터 수단(1)으로서, 상기 필터 수단(1)은:
    입자 필터(2)를 포함하되, 액체(L)로부터 입자를 제거하기 위해 액체(L)가 입자 필터(2)를 통해 흐를 수 있으며;
    이온 교환기(3)를 포함하되, 액체(L)로부터 이온을 제거하기 위해 액체(L)가 이온 교환기(3)를 통해 흐를 수 있고;
    연장 방향(E)을 따라 연장되는 하우징(4)을 포함하되, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)가 하우징(4)에 수용되며;
    입자 필터(2)와 이온 교환기(3)는 평행하게 서로 유체적으로 연결되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  2. 제1항에 있어서, 입자 필터(2)는 하우징(4)의 제1 관형 몸체(5)에 의해 제한되고 이온 교환기(3)는 하우징(4)의 제2 관형 몸체(6)에 의해 제한되며, 각각의 경우, 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 제한되고, 두 관형 몸체(5, 6)는 바람직하게는 연장 방향(E)을 따라 연장되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  3. 제2항에 있어서, 2개의 관형 몸체(5, 6)는 연장 방향(E)을 따라 배열된 종방향 이음매에 의해 및/또는 적어도 하나의 보강재(7)에 의해 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 서로 연결되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 연장 방향(E)에 대해 수직인 섹션에서 서로 나란히 배열되고;
    상기 섹션에서, 입자 필터(2)는 바람직하게는 하우징(4)에 의해 일체로 둘러싸이는 칸막이 벽(8)에 의해 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 이온 교환기(3)로부터 유체적으로 분리되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  5. 제1항에 있어서, 입자 필터(2)는 연장 방향(E)에 대해 수직인 섹션에서 이온 교환기(3)를 완전히 둘러싸거나 감싸거나 혹은 그 반대의 경우도 마찬가지인, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 수단(1)은, 추가로:
    액체 분배기(9)를 포함하되, 상기 액체 분배기(9)는, 액체(L)를 입자 필터(2) 및 입자 필터(2)에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3) 내에 각각 비례적으로 유입시키기 위하여, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)와 유체적으로 연통하며,
    액체 수집기(10)를 포함하되, 입자 필터(2) 및 입자 필터(2)에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3)를 통해 각각 비례적으로 흐른 후에, 액체(L)를 수집하기 위하여, 상기 액체 수집기(10)는 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)와 유체적으로 연통하고,
    입자 필터(2) 및 입자 필터(2)에 평행하게 유체적으로 연결된 이온 교환기(3)는 액체 분배기(9)와 액체 수집기(10) 사이에 배열되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  7. 제6항에 있어서, 액체 수집기(10)와 액체 분배기(9)는 연장 방향(E)을 따라 서로 맞은편에 위치된 하우징(4)의 두 전면(11)에서 입자 필터(2)와 이온 교환기(3)에 유체적으로 연결되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는 각각의 경우에서 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된 타원형, 특히 원형의 기하학적 형상(12)을 갖는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(4)은, 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된, 완전한 타원형의 기하학적 형상(12), 특히 완전한 원형의 기하학적 형상을 갖는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  10. 제9항에 있어서, 이온 교환기(3) 및 입자 필터(2)는, 각각의 경우에 연장 방향(E)에 대해 횡단 방향으로 절단된, 타원형 세그먼트의 기하학적 형상(13), 특히 원형 세그먼트의 기하학적 형상을 갖고, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)의 타원형 세그먼트의 기하학적 형상(13)은 서로 완전히 타원형의 기하학적 형상(14), 특히 완전히 원형의 기하학적 형상을 형성하는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  11. 제7항에 따라, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(4)은 연장 방향(E)을 따라 서로 맞은편에 위치되고 전면(11)이 존재하는 2개의 전방 플레이트(15)를 포함하는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환기(3)는 액체 투과성 패킹 뿐만 아니라 액체 투과성 부직포 인서트 및 액체 투과성 압력 플레이트를 포함하며, 상기 패킹은 부직포 인서트와 압력 플레이트에 의해 연장 방향(E)을 따라 사전-인장되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  13. 제6항에 따라, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 분배기(9) 및/또는 액체 수집기(10)는 하우징(4)에 릴리스 가능하게 고정되고,
    액체 분배기(9) 및/또는 액체 수집기(10) 및/또는 하우징(4)은 플라스틱 재료를 포함하거나 플라스틱 재료로 구성되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 필터(2) 및 이온 교환기(3)는, 입자 필터(2)와 이온 교환기(3)를 통해 평행하게 흐르는 세정될 액체(L)의 체적 흐름의 체적 흐름 부분이, 입자 필터(2)에서, 이온 교환기(3)의 상호보완적인 체적 흐름 부분의 3배 내지 10배 사이, 특히 4배 이도록, 서로 구성되고 형성되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환기(3)는 이온 교환제(16)를 포함하는 이온 교환 섹션(15) 및 입자 여과제(18)를 포함하는 입자 여과 섹션(17)을 포함하며, 이들은 이온 교환기(3)에서 직렬로 서로 유체적으로 연결되는, 것을 특징으로 하는 필터 수단(1).
  16. 특히 자동차용 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은:
    적어도 하나의 연료 전지를 포함하고,
    액체(L)가 흐를 수 있는 냉각 사이클을 포함하며,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 필터 수단(1)을 포함하되, 상기 필터 수단(1)에 의해 액체(L)가 세정될 수 있는, 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  17. 특히 자동차용 내연기관에 있어서, 상기 내연기관은:
    연소 챔버를 포함하되, 연소 챔버를 냉각시키기 위해 액체(L), 특히 물이 주입될 수 있으며,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 필터 수단(1)을 포함하고, 필터 수단(1)에 의해 액체(L)가 연소 챔버 내로 주입되기 전에 세정될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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