WO2021045334A1 - 수소연료전지 자동차용 이온교환수지 카트리지 - Google Patents

수소연료전지 자동차용 이온교환수지 카트리지 Download PDF

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WO2021045334A1
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exchange resin
ion exchange
resin cartridge
ion
outlet pipe
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PCT/KR2020/002128
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Inventor
조형근
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주식회사 코렌스
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04044Purification of heat exchange media
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an ion exchange resin cartridge for a fuel cell vehicle, and more particularly, to an ion exchange resin cartridge that can be used by combining a plurality of unit cartridges according to the needs of a user.
  • fuel cell systems applied to fuel cell vehicles include a fuel cell stack that generates electric energy from an electrochemical reaction of a reaction gas, a hydrogen supply device that supplies hydrogen as fuel to the fuel cell stack, and an electrochemical reaction to the fuel cell stack.
  • An air supply device that supplies air containing oxygen, an oxidizing agent required for the fuel cell stack, and releases heat, a by-product of the electrochemical reaction of the fuel cell stack, to the outside to optimally control the operating temperature of the fuel cell stack and perform water management. It consists of a water management system, etc.
  • hydrogen supplied to the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the fuel electrode, and the separated hydrogen ions are transferred to the cathode through the electrolyte membrane, and the oxygen supplied to the cathode continues to be transferred to the cathode through the external conductor.
  • a mechanism that generates electric energy while generating water by combining with the incoming electrons is performed.
  • a cooling system for maintaining the fuel cell stack at an optimum temperature is a water cooling system that circulates water through a cooling water channel in the stack to cool it.
  • a cooling water loop the fuel cell due to ions contained in the cooling water It is of paramount importance to ensure that the electricity generated in the stack does not flow through the coolant.
  • the fuel cell system always senses the electrical conductivity of the coolant, and reflects a control logic that shuts down the system when the electrical conductivity rises above a specific value.
  • an ion filter is installed in the cooling water loop to keep the ionic conductivity of the cooling water below a certain level.
  • Such an ion filter is mounted on the fuel cell stack cooling water loop that circulates the cooling water stored in the cooling water reservoir to the fuel cell stack, and is a component that reduces the electrical conductivity of the cooling water by filtering ions contained in the cooling water entering the stack.
  • the ion filter includes an ion exchange resin as an ion exchange resin cartridge therein, so that the vehicle cooling water passes through the ion exchange resin and ions contained in the cooling water can be filtered. As a result, the electrical conductivity of the vehicle coolant decreases, and electrical safety can be maintained.
  • a conventional ion filter includes a housing 1 having an inlet port and an outlet port, an ion exchange resin cartridge 2 inserted into the housing 1, and an inlet of the housing 1 It is configured to include a cap (3) for opening and closing.
  • the standard of the ion exchange resin cartridge 2 is changed according to the amount of cooling water to be treated, and the conventional ion exchange resin cartridge 2 is manufactured according to the size of the housing 1.
  • Housing (1) There was a disadvantage that it cannot be used if the standard of is changed. That is, there is a disadvantage in that one ion exchange resin cartridge 2 cannot be commonly used for ion filters of various standards.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and can be combined and separated into various sizes according to the standard of the ion filter, is easy to remove from the housing, and can be commonly used in housings of various structures. It is an object to provide an exchangeable resin cartridge.
  • a fastening slit having a vertical portion extending downward from an upper end of the outlet pipe and a horizontal portion extending in a horizontal direction from an end of the vertical portion is formed on the side wall of the outlet pipe, and on the side wall of the inlet pipe, the inlet pipe When inserted into the outlet pipe, a fastening protrusion inserted into the fastening slit is formed.
  • a locking jaw is formed between the vertical portion and the horizontal portion of the fastening slit.
  • the traction bracket is inserted into the outlet pipe in a fitting manner, and an insertion block having a pair of through holes formed on the side walls, and both ends in the longitudinal direction are inserted into the pair of through holes, so that the traction is rotatable around the through holes. It consists of a ring.
  • An assembly plate having a cooling water inlet hole formed in the center and coupled to the inner bottom of the housing for an ion filter, and an assembly pipe protruding upward from the edge of the cooling water inlet hole by being formed in a shape in which the inlet pipe can be inserted in a fitting manner.
  • An assembly bracket is further included, wherein an assembly slit into which the fastening protrusion is inserted when the inflow pipe is inserted is formed on the side wall of the assembly pipe.
  • the ion exchange resin cartridge according to the present invention has the advantage that it can be combined and separated into various sizes according to the standard of the ion filter, can be easily removed from the housing, and can be commonly used in housings of various structures.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional ion filter.
  • FIGS. 2 and 3 are perspective and bottom perspective views of the ion exchange resin cartridge according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional perspective view of the ion exchange resin cartridge according to the present invention.
  • 5 and 6 are a perspective view and a bottom perspective view showing a shape in which two ion exchange resin cartridges according to the present invention are combined.
  • FIG. 10 and 11 is a perspective view and a state of use of the assembly bracket included in the ion exchange resin cartridge according to the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are perspective and bottom perspective views of the ion exchange resin cartridge according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the ion exchange resin cartridge according to the present invention.
  • the ion exchange resin cartridge 10 is a component of an ion filter installed in a cooling water loop of a fuel cell stack to remove ions contained in the cooling water entering the stack. It is characterized in that a plurality of unit cartridges are configured in a structure that can be combined to be used.
  • the ion exchange resin cartridge 10 includes a cylindrical body 100 with open top and bottom, a center rod 200 arranged to pass through a vertical central axis of the body 100, and the An upper filtration net 310 covering the upper end of the body 100 and the upper end of the center rod 200, a lower filtration net 320 covering the lower end of the body 100 and the lower end of the center rod 200, and the An undercap 400 coupled to the lower end of the body 100 so as to cover the lower side of the lower filtering net 320 while being spaced apart from the bottom of the lower filtering net 320, the lower filtering net 320 and the undercap 400 )
  • the inlet pipe 500 connected to the center of the undercap 400 so as to inflow coolant therebetween, and the inlet pipe 500 is formed in a shape that can be inserted in a fitting manner so that the upper end of the center rod 200 It is configured to include an outlet pipe 600 connected to.
  • the inlet pipe 500 is inserted into the outlet pipe 600 of the other ion exchange resin cartridge 10 in a fitting manner, so that the ion exchange resin cartridge 10 can be combined in a stacked structure.
  • the two ion exchange resin cartridges 10 coupled to each other can be utilized as a single cartridge, the user can use the ion exchange resin cartridge 10 according to the standard of the ion filter (more specifically, the size of the housing of the ion filter). ) Can be increased or decreased. That is, the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention has the advantage of being applicable to ion filters of various standards since a plurality of the ion exchange resin cartridges 10 can be combined in succession like a play block for children.
  • the inlet pipe 500 and the outlet pipe 600 are not simply coupled in a fitting manner, but are not separated even if the two ion exchange resin cartridges 10 are pulled away from each other.
  • a fastening slit 610 is formed on a side wall of the outlet pipe 600, and a fastening protrusion 510 inserted in a slidable structure along the fastening slit 610 is formed on the side wall of the inlet pipe 500. Can be formed.
  • the fastening slit 610 has a'b' shape, that is, a vertical portion 612 extending downward from the upper end of the outlet pipe 600 and a horizontal portion extending horizontally from the end of the vertical portion 612 It may consist of 614.
  • a fastening protrusion 510 inserted into the fastening slit 610 when the inflow tube 500 is inserted into the outflow tube 600 is formed on the side wall of the inflow tube 500, and the fastening protrusion
  • the two ion exchange resin cartridges 10 can be held firmly fixed. There will be.
  • the structure in which the two ion exchange resin cartridges 10 are coupled will be described in detail below with reference to FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 and 6 are a perspective view and a bottom perspective view showing a shape in which two ion exchange resin cartridges 10 according to the present invention are combined
  • FIG. 7 is a shape in which two ion exchange resin cartridges 10 according to the present invention are combined It is a cross-sectional perspective view showing.
  • the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention may be combined in a stacked structure as shown in FIGS. 5 to 7.
  • the fastening protrusion 510 does not easily come out of the horizontal part 614 of the fastening slit 610. It is preferable that a locking projection 616 is formed between the vertical portion 612 and the horizontal portion 614 of the fastening slit 610. In this way, when the locking projection 616 is formed between the vertical portion 612 and the horizontal portion 614, the locking projection 510 must be rotated by the user to rotate the upper ion exchange resin cartridge 10 with a very large force. Since it is possible to ride the 616 and enter the vertical part 612, it is possible to prevent the separation of the two ion exchange resin cartridges 10 against the intention of the user.
  • O-rings to be combined may be additionally provided.
  • Such an O-ring is a component widely commercialized in the technical field to which the present invention corresponds, so a detailed description of the material and shape of the O-ring will be omitted.
  • FIG 8 and 9 are a perspective view and a state of use of the traction bracket 700 included in the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention.
  • the traction bracket 700 is formed only in a block shape inserted into the outlet pipe 600, the ion exchange resin cartridge 10 is removed when the ion exchange resin cartridge 10 coupled in two stages is removed from the housing. Since there is no part to be held firmly, there is a lot of difficulty in removing the ion exchange resin cartridge 10.
  • the traction bracket 700 is inserted into the outlet pipe 600 in a fitting manner to seal the outlet pipe 600, as shown in FIG. 8, and the insertion block 710 It is preferable that it is configured to include a traction ring 720 that is coupled to.
  • a pair of through-holes 712 are formed on the sidewall of the insertion block 710, and both ends of the traction ring 720 in the longitudinal direction are the pair of through-holes so as to be rotatable around the through-hole 712. It is inserted at 712.
  • the outer wall of the insertion block 710 prevents cooling water from flowing between the inner wall of the outlet pipe 600 and the outer wall of the insertion block 710.
  • the O-ring may be mounted so as to surround it, and since such an O-ring is substantially the same as the O-ring mounted on the inlet pipe 500, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIGS. 10 and 11 are a perspective view and a state view of the assembly bracket 800 included in the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention.
  • the inlet pipe 500 of the ion exchange resin cartridge 10a located at the lowermost side is connected to the bottom of the housing to receive cooling water from the outside, depending on the type of the housing.
  • the inlet pipe 500 may not be directly connected to the bottom of the housing.
  • the ion exchange resin cartridge 10 may be additionally provided with a separate assembly bracket 800 connecting the inlet pipe 500 to the bottom of the housing.
  • the assembly bracket 800 has a cooling water inlet hole 812 formed in the center of the assembly plate 810 coupled to the inner bottom of the ion filter housing, and the inlet pipe 500 has a shape that can be inserted in a fitting manner It is configured to include an assembly pipe 820 protruding upward from the edge of the cooling water inlet hole 812. As shown in FIG. 11, when coolant flows into the coolant inlet hole 812 while the assembly bracket 800 is fastened to the inlet pipe 500, the coolant flows into the body 100 through the inlet pipe 500. It comes into contact with the internal ion exchange resin.
  • the assembly plate 810 is configured to be coupled to the bottom of the housing so that the through hole 712 communicates with the inlet port of the housing, and the assembly pipe 820 is inserted in a fitting manner in which the inlet pipe 500 is fitted. It is formed to be possible. At this time, so that the inlet pipe 500 is not easily removed from the assembly pipe 820, an assembly slit into which the fastening protrusion 510 is inserted when the inlet pipe 500 is inserted into the side wall of the assembly pipe 820 ( 822) is formed, and since the assembly slit 822 is substantially the same as the fastening slit 610 formed on the side wall of the outlet pipe 600, detailed descriptions of the detailed structure and function of the assembly slit 822 are omitted. do.
  • the ion exchange resin cartridge 10 can be stably coupled to the housing by appropriately selecting the type of the assembly bracket 800. There is an advantage. That is, since the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention can be used universally in various types of housings, the effect of remarkably improving the usability of the ion exchange resin cartridge 10 according to the present invention can be obtained.

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Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지는, 상하가 개방된 원통 형상의 몸체; 상기 몸체의 수직방향 중심축을 지나도록 배열되는 센터봉; 상기 몸체의 상단과 상기 센터봉의 상단을 덮는 상측여과망; 상기 몸체의 하단과 상기 센터봉의 하단을 덮는 하측여과망; 상기 하측여과망의 저면과 이격되면서 상기 하측여과망의 하측을 덮도록 상기 몸체의 하단에 결합되는 언더캡; 상기 하측여과망과 상기 언더캡 사이로 냉각수를 유입시키도록 상기 언더캡의 중심부에 연결되는 유입관; 상기 유입관이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 센터봉의 상단에 연결되는 유출관;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지는, 이온필터의 규격에 따라 다양한 크기로 결합 및 분리될 수 있고, 하우징으로부터의 탈거가 용이하고, 다양한 구조의 하우징에 공용으로 사용될 수 있다는 장점이 있다.

Description

수소연료전지 자동차용 이온교환수지 카트리지
본 발명은 연료전지 자동차용 이온교환수지 카트리지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 사용자의 필요에 따라 복수 개의 단위 카트리지를 결합하여 사용할 수 있는 이온교환수지 카트리지에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 차량에 적용되는 연료전지 시스템은 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템 등으로 이루어진다.
이러한 연료전지 시스템에서는 고순도의 수소가 수소저장탱크로부터 연료전지의 연료극으로 공급되고, 공기 블로워와 같은 공기 공급장치를 이용하여 대기 중의 공기가 직접 연료전지의 공기극으로 공급된다.
그리고, 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극으로 넘어가게 되며, 계속해서 공기극에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키는 메커니즘이 수행된다.
여기서, 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 산소의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 그 반응부산물로 열과 물을 배출하게 되며, 이에 따라 연료전지 시스템에는 스택의 온도 상승을 방지하기 위하여 스택을 냉각시키는 냉각장치의 구성이 필수적이다.
보통 연료전지 시스템에서 연료전지 스택을 최적 온도로 유지하기 위한 냉각 시스템에는 스택 내 냉각수 채널을 통해 물을 순환시켜 냉각시키는 수냉식이 이용되고 있으며, 이러한 냉각수 루프에서는 냉각수 속에 포함되어 있는 이온으로 인해 연료전지 스택에서 발생된 전기가 냉각수를 통해 흐르지 않도록 해주는 것이 무엇보다도 중요하다.
이러한 점을 고려하여 연료전지 시스템에서는 냉각수의 전기 전도도를 항상 센싱하고 있으며, 전기 전도도가 특정 수치 이상으로 높아지면 시스템을 셧 다운시키는 제어로직을 반영하고 있다. 또한, 냉각수의 이온 전도도를 일정 수준 이하로 유지하기 위하여 냉각수 루프에 이온필터를 설치하여 냉각수의 이온 전도도를 일정 수준 이하로 유지하고 있다.
이와 같은 이온필터는 냉각수 리저버에 저장된 냉각수를 연료전지 스택으로 순환시키는 연료전지 스택 냉각수루프에 장착되며, 스택으로 들어가는 냉각수에 포함된 이온을 필터링 하여 냉각수의 전기 전도도를 낮추는 부품이다.
상기 이온필터는 내부에 이온교환수지 카트리지로서의 이온교환수지가 포함되어 있으며, 이에 따라 차량 냉각수는 이온교환수지를 통과하면서 냉각수에 포함되어 있는 이온이 필터링될 수 있게 된다. 이로 인해서 차량 냉각수의 전기 전도도가 낮아지게 되며, 전기 안전성을 유지할 수 있도록 해준다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 이온필터에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 이온필터 분해사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 이온필터는, 입구 포트와 출구 포트를 갖는 하우징(1)과, 상기 하우징(1) 내에 삽입되는 이온교환수지 카트리지(2)와, 상기 하우징(1)의 입구를 개폐시키는 캡(3)을 포함하여 구성된다.
이온교환수지 카트리지(2)의 수명을 다한 경우, 캡(3)을 열어 상기 이온교환수지 카트리지(2)를 빼내고, 새로운 이온교환수지 카트리지(2)를 장착시키는데, 이온수지 카트리지(2)를 빼내기 위해서는 별도의 착탈공구가 필요하다는 어려움이 있다.
또한, 이온필터는 처리하는 냉각수량에 따라 이온교환수지 카트리지(2)의 규격이 변경 적용되는데, 종래의 이온교환수지 카트리지(2)는 하우징(1)의 크기에 맞춰 제작되는바 하우징(1)의 규격이 달라지는 경우 사용이 불가하다는 단점이 있었다. 즉, 하나의 이온교환수지 카트리지(2)를 다양한 규격의 이온필터에 공용으로 사용하지 못한다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이온필터의 규격에 따라 다양한 크기로 결합 및 분리될 수 있고, 하우징으로부터의 탈거가 용이하고, 다양한 구조의 하우징에 공용으로 사용될 수 있는 이온교환수지 카트리지를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지는, 상하가 개방된 원통 형상의 몸체; 상기 몸체의 수직방향 중심축을 지나도록 배열되는 센터봉; 상기 몸체의 상단과 상기 센터봉의 상단을 덮는 상측여과망; 상기 몸체의 하단과 상기 센터봉의 하단을 덮는 하측여과망; 상기 하측여과망의 저면과 이격되면서 상기 하측여과망의 하측을 덮도록 상기 몸체의 하단에 결합되는 언더캡; 상기 하측여과망과 상기 언더캡 사이로 냉각수를 유입시키도록 상기 언더캡의 중심부에 연결되는 유입관; 상기 유입관이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 센터봉의 상단에 연결되는 유출관;을 포함하여 구성된다.
상기 유출관의 측벽에는, 상기 유출관의 상단으로부터 하향으로 연장되는 수직부와 상기 수직부의 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부를 구비하는 체결슬릿이 형성되고, 상기 유입관의 측벽에는, 상기 유입관이 상기 유출관에 삽입되었을 때 상기 체결슬릿에 삽입되는 체결돌기가 형성된다.
상기 체결슬릿의 수직부와 수평부 사이에는 걸림턱이 형성된다.
상기 유입관의 외벽을 둘러싸도록 결합되는 오링을 더 포함한다.
상기 유출관으로 냉각수가 유출되지 못하도록 상기 유출관에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 견인브라켓을 더 포함한다.
상기 견인브라켓은, 상기 유출관에 끼워맞춤 방식으로 삽입되되 한 쌍의 관통공이 측벽에 형성되는 삽입블록과, 길이방향 양단이 상기 한 쌍의 관통공에 삽입되어 상기 관통공을 중심으로 회동 가능한 견인고리를 포함하여 구성된다.
상기 삽입블록의 외벽을 둘러싸도록 결합되는 오링을 더 포함한다.
중심부에 냉각수 유입홀이 형성되어 이온필터용 하우징의 내측 바닥에 결합되는 조립판과, 상기 유입관이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 냉각수 유입홀의 가장자리로부터 상향으로 돌출되는 조립관을 구비하는 조립브라켓을 더 포함하되, 상기 조립관의 측벽에는, 상기 유입관이 삽입되었을 때 상기 체결돌기가 삽입되는 조립슬릿이 형성된다.
본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지는, 이온필터의 규격에 따라 다양한 크기로 결합 및 분리될 수 있고, 하우징으로부터의 탈거가 용이하고, 다양한 구조의 하우징에 공용으로 사용될 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 이온필터 분해사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지의 사시도 및 저면사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지의 단면사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지 2개가 결합된 형상을 도시하는 사시도 및 저면사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지 2개가 결합된 형상을 도시하는 단면사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지에 포함되는 견인브라켓의 사시도 및 사용상태도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지에 포함되는 조립브라켓의 사시도 및 사용상태도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지의 사시도 및 저면사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지의 단면사시도이다.
본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는, 연료전지 스택의 냉각수 루프에 설치되어 스택으로 들어가는 냉각수에 포함된 이온을 제거하기 위한 이온필터의 구성부품으로서, 이온필터의 규격이 변경되더라도 공용으로 사용할 수 있도록 복수 개의 단위 카트리지가 결합 가능한 구조로 구성된다는 점에 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는, 상하가 개방된 원통 형상의 몸체(100)와, 상기 몸체(100)의 수직방향 중심축을 지나도록 배열되는 센터봉(200)과, 상기 몸체(100)의 상단과 상기 센터봉(200)의 상단을 덮는 상측여과망(310)과, 상기 몸체(100)의 하단과 상기 센터봉(200)의 하단을 덮는 하측여과망(320)과, 상기 하측여과망(320)의 저면과 이격되면서 상기 하측여과망(320)의 하측을 덮도록 상기 몸체(100)의 하단에 결합되는 언더캡(400)과, 상기 하측여과망(320)과 상기 언더캡(400) 사이로 냉각수를 유입시키도록 상기 언더캡(400)의 중심부에 연결되는 유입관(500)과, 상기 유입관(500)이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 센터봉(200)의 상단에 연결되는 유출관(600)을 포함하여 구성된다. 이때, 몸체(100)와 상측여과망(310)과 하측여과망(320)으로 둘러싸이는 공간에는 이온교환수지가 채워지게 된다.
상기 유입관(500)은 다른 이온교환수지 카트리지(10)의 유출관(600)에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는바, 상기 이온교환수지 카트리지(10)를 적층 구조로 결합시킬 수 있게 된다. 이와 같은 경우 상호 결합된 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)는 하나의 카트리지처럼 활용이 가능하므로, 사용자는 이온필터의 규격(더 명확하게는 이온필터의 하우징 규격)에 따라 이온교환수지 카트리지(10)의 규격을 증감시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는 마치 아동용 놀이블록과 같이 복수 개가 연이어 결합될 수 있으므로, 다양한 규격의 이온필터에 적용이 가능하다는 장점이 있다.
이때, 상기 유입관(500)과 유출관(600)은 단순히 끼워맞춤 방식으로 결합되는 것이 아니라, 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 상호 멀어지는 방향으로 당겨지더라도 분리되지 아니하도록 구성됨이 바람직하다. 예를 들어, 상기 유출관(600)의 측벽에는 체결슬릿(610)이 형성되고, 상기 유입관(500)의 측벽에는 체결슬릿(610)을 따라 슬라이딩 가능한 구조로 삽입되는 체결돌기(510)가 형성될 수 있다.
상기 체결슬릿(610)은 'ㄴ'자 형상 즉, 상기 유출관(600)의 상단으로부터 하향으로 연장되는 수직부(612)와, 상기 수직부(612)의 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부(614)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 유입관(500)의 측벽에는 상기 유입관(500)이 상기 유출관(600)에 삽입되었을 때 상기 체결슬릿(610)에 삽입되는 체결돌기(510)가 형성되는바, 상기 체결돌기(510)가 수직부(612)를 거쳐 수직부(612)에 위치되도록 사용자가 이온교환수지 카트리지(10)를 조작하였을 때 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)는 견고하게 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다. 이와 같이 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 결합되는 구조에 대해서는 이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10) 2개가 결합된 형상을 도시하는 사시도 및 저면사시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10) 2개가 결합된 형상을 도시하는 단면사시도이다.
본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 적층 구조로 결합될 수 있다.
이와 같이 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 결합되면, 하측 이온교환수지 카트리지(10)의 유입관(500)으로 유입된 냉각수 중 일부는 센터봉(200)을 통해 상측 이온교환수지 카트리지(10)로 유입되고, 나머지 일부는 하측 이온교환수지 카트리지(10)의 하측여과망(320)을 통과하여 이온교환수지와 접촉된 후 상측여과망(310)을 통해 외부로 배출된다. 또한 상측 이온교환수지 카트리지(10)로 유입된 냉각수는 상측 이온교환수지 카트리지(10)의 하측여과망(320)을 통과하여 몸체(100) 내의 이온교환수지와 접촉된 후 상측여과망(310)을 통해 외부로 배출된다(도 7의 화살표 참조).
이때, 상측 이온교환수지 카트리지(10)의 유출관(600)은 견인브라켓(700)에 의해 밀폐되어, 상측 이온교환수지 카트리지(10)의 센터봉(200)으로는 냉각수가 유입되지 못하게 되는데, 이와 같은 견인브라켓(700)의 상세구조 및 기능에 대해서는 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 하측 이온교환수지 카트리지(10)와 상측 이온교환수지 카트리지(10)가 적층구조로 결합되면 이온교환수지 카트리지(10)의 전체 크기가 2배로 증가하므로, 규격이 큰 이온필터에 적용이 가능하다는 장점이 있다. 즉, 이온필터로 유입된 냉각수는 각 이온교환수지 카트리지(10a, 10b) 내에 저장되어 있는 이온교환수지를 모두 거치게 되므로 이온교환율이 향상된다는 효과 즉, 대형 이온교환수지 카트리지를 사용하였을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 결합된 상태에서 체결돌기(510)가 체결슬릿(610)의 수평부(614)를 쉽게 빠져나오지 못하도록, 상기 체결슬릿(610) 중 수직부(612)와 수평부(614) 사이에는 걸림턱(616)이 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 수직부(612)와 수평부(614) 사이에 걸림턱(616)이 형성되면, 사용자가 매우 큰 힘으로 상측 이온교환수지 카트리지(10)를 회전시켜야만 체결돌기(510)가 걸림턱(616)을 타고 넘어가 수직부(612)로 진입할 수 있으므로, 사용자의 의도에 반하여 두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 분리되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 유입관(500)이 유출관(600) 내부에 삽입되었을 때, 유입관(500)과 유출관(600) 사이를 통해 냉각수가 유출되지 못하도록, 상기 유입관(500)의 외벽을 둘러싸도록 결합되는 오링이 추가로 구비될 수 있다. 이와 같은 오링은 본원발명이 해당하는 기술분야에서 널리 상용화되어 있는 부품이므로, 상기 오링의 재질 및 형상에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)에 포함되는 견인브라켓(700)의 사시도 및 사용상태도이다.
두 개의 이온교환수지 카트리지(10)가 수직으로 적층되도록 결합되면, 하측 이온교환수지 카트리지(10a)의 센터봉(200)으로 유입된 냉각수가 이온수지를 거치지 아니하고 상측 이온교환수지 카트리지(10b)의 센터봉(200)과 유출관(600)을 거쳐 외부로 유출될 수 있다. 따라서 상측 이온교환수지 카트리지(10b)의 유출관(600)으로 냉각수가 유출되지 못하도록, 상기 유출관(600)에는 도 7에 도시된 바와 같이 견인브라켓(700)이 끼워맞춤 방식으로 삽입된다.
이때, 상기 견인브라켓(700)이 유출관(600)에 삽입되는 블록 형상으로만 형성되면, 2단으로 결합된 이온교환수지 카트리지(10)를 하우징으로부터 빼낼 때 상기 이온교환수지 카트리지(10)를 견고하게 잡을 부위가 없으므로, 상기 이온교환수지 카트리지(10)를 빼내는데 많은 어려움이 있다.
따라서 상기 견인브라켓(700)은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 유출관(600)에 끼워맞춤 방식으로 삽입되어 유출관(600)을 밀폐시키는 삽입블록(710)과, 상기 삽입블록(710)에 결합되는 견인고리(720)를 포함하여 구성됨이 바람직하다. 상기 삽입블록(710)의 측벽에는 한 쌍의 관통공(712)이 형성되고, 상기 견인고리(720)의 길이방향 양단은 상기 관통공(712)을 중심으로 회동 가능하도록 상기 한 쌍의 관통공(712)에 삽입된다.
상기 견인브라켓(700)이 유출관(600)에 삽입된 상태에서 사용자가 이온교환수지 카트리지(10)를 하우징으로부터 빼내고자 하는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 견인고리(720)를 세운 후 상기 견인고리(720)를 손으로 잡고 당김으로써 이온교환수지 카트리지(10)를 쉽게 빼낼 수 있게 된다.
한편, 상기 삽입블록(710)이 유출관(600)에 삽입된 상태에서 유출관(600)의 내벽과 삽입블록(710)의 외벽 사이로 냉각수가 유출되지 못하도록, 상기 삽입블록(710)의 외벽에는 오링이 둘러싸도록 장착될 수 있는데, 이와 같은 오링은 유입관(500)에 장착된 오링과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)에 포함되는 조립브라켓(800)의 사시도 및 사용상태도이다.
본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는 가장 하측에 위치하는 이온교환수지 카트리지(10a)의 유입관(500)이 하우징의 바닥에 연결되어 외부로부터 냉각수를 유입받는데, 상기 하우징의 종류에 따라 상기 유입관(500)이 직접 하우징의 바닥에 연결되지 못할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)는, 유입관(500)을 하우징의 바닥에 연결시키는 별도의 조립브라켓(800)이 추가로 구비될 수 있다.
상기 조립브라켓(800)은, 중심부에 냉각수 유입홀(812)이 형성되어 이온필터용 하우징의 내측 바닥에 결합되는 조립판(810)과, 상기 유입관(500)이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 냉각수 유입홀(812)의 가장자리로부터 상향으로 돌출되는 조립관(820)을 포함하여 구성된다. 도 11에 도시된 바와 같이 조립브라켓(800)이 유입관(500)에 체결된 상태에서 상기 냉각수 유입홀(812)로 냉각수가 유입되면, 상기 냉각수는 유입관(500)을 통해 몸체(100) 내부의 이온교환수지와 접촉하게 된다.
또한 상기 조립판(810)은 상기 관통공(712)이 하우징의 입구포트와 연통되도록 하우징의 바닥에 결합 가능하도록 구성되고, 상기 조립관(820)은 유입관(500)이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능하도록 형성된다. 이때 상기 유입관(500)이 조립관(820)으로부터 쉽게 빠지지 아니하도록, 상기 조립관(820)의 측벽에는 상기 유입관(500)이 삽입되었을 때 상기 체결돌기(510)가 삽입되는 조립슬릿(822)이 형성되는데, 이와 같은 조립슬릿(822)은 유출관(600)의 측벽에 형성된 체결슬릿(610)과 실질적으로 동일하므로 상기 조립슬릿(822)의 상세구조 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성되는 조립브라켓(800)을 사용하면, 하우징의 규격 및 형상이 다양하다 하더라도 조립브라켓(800)의 종류를 적절하게 선택함으로써 이온교환수지 카트리지(10)는 하우징에 안정적으로 결합시킬 수 있다는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)를 다양한 종류의 하우징에 범용으로 사용할 수 있으므로, 본 발명에 의한 이온교환수지 카트리지(10)의 활용성이 현저히 향상된다는 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 상하가 개방된 원통 형상의 몸체;
    상기 몸체의 수직방향 중심축을 지나도록 배열되는 센터봉;
    상기 몸체의 상단과 상기 센터봉의 상단을 덮는 상측여과망;
    상기 몸체의 하단과 상기 센터봉의 하단을 덮는 하측여과망;
    상기 하측여과망의 저면과 이격되면서 상기 하측여과망의 하측을 덮도록 상기 몸체의 하단에 결합되는 언더캡;
    상기 하측여과망과 상기 언더캡 사이로 냉각수를 유입시키도록 상기 언더캡의 중심부에 연결되는 유입관;
    상기 유입관이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 센터봉의 상단에 연결되는 유출관;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유출관의 측벽에는, 상기 유출관의 상단으로부터 하향으로 연장되는 수직부와 상기 수직부의 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부를 구비하는 체결슬릿이 형성되고,
    상기 유입관의 측벽에는, 상기 유입관이 상기 유출관에 삽입되었을 때 상기 체결슬릿에 삽입되는 체결돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 체결슬릿의 수직부와 수평부 사이에는 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입관의 외벽을 둘러싸도록 결합되는 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유출관으로 냉각수가 유출되지 못하도록 상기 유출관에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 견인브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 견인브라켓은, 상기 유출관에 끼워맞춤 방식으로 삽입되되 한 쌍의 관통공이 측벽에 형성되는 삽입블록과, 길이방향 양단이 상기 한 쌍의 관통공에 삽입되어 상기 관통공을 중심으로 회동 가능한 견인고리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 삽입블록의 외벽을 둘러싸도록 결합되는 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    중심부에 냉각수 유입홀이 형성되어 이온필터용 하우징의 내측 바닥에 결합되는 조립판과, 상기 유입관이 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 형상으로 형성되어 상기 냉각수 유입홀의 가장자리로부터 상향으로 돌출되는 조립관을 구비하는 조립브라켓을 더 포함하되,
    상기 조립관의 측벽에는, 상기 유입관이 삽입되었을 때 상기 체결돌기가 삽입되는 조립슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환수지 카트리지.
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