KR101090710B1

KR101090710B1 - De-Mineralizer for fuel cell

Info

Publication number: KR101090710B1
Application number: KR1020090118221A
Authority: KR
Inventors: 이성호; 나성욱; 정희석
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-12-08
Also published as: KR20110061725A

Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 냉각수 이온필터에 관한 것으로서, 연료전지 스택의 냉각을 위한 냉각수에서 배관 등으로부터 용출된 이온을 제거하기 위한 이온필터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이온수지가 충전된 중공형의 필터부재를 채용한 구조에서 상기 필터부재에 냉각수를 고르게 분배하여 필터부재 내 가용한 필터링 전 구간을 고르게 사용할 수 있도록 함으로써 이온필터의 내구수명 단축 및 교체 시기 단축, 유지관리 비용의 증가 등 종래의 문제점을 해결할 수 있는 이온필터 구조를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 입구포트와 출구포트를 가지는 하우징과, 이온수지가 충전된 중공형으로 형성되고 상기 하우징 내부에 장착되어 중공 내부의 1차유동실이 상기 입구포트와 연통되는 필터부재를 포함하고; 상기 1차유동실의 내부에, 상기 하우징의 입구포트를 통해 유입되어 1차유동실의 내부를 따라 이동하는 냉각수를 회전 유동시키는 와류형성부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터가 개시된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling water ion filter for a fuel cell vehicle, and more particularly to an ion filter for removing ions eluted from a pipe or the like in cooling water for cooling a fuel cell stack. In particular, the present invention in the structure that employs a hollow filter member filled with ion resin to distribute the cooling water evenly to the filter member to evenly use the entire filter available in the filter member to reduce the durability life of the ion filter and It is an object of the present invention to provide an ion filter structure that can solve a conventional problem such as a shortened replacement time and an increase in maintenance cost. In order to achieve the above object, a filter member having a inlet port and an outlet port, and a hollow form filled with an ion resin and mounted inside the housing so that the primary flow chamber inside the hollow communicates with the inlet port. It includes; Cooling water ion filter for a fuel cell vehicle, characterized in that the vortex forming member for rotating the flow of the cooling water flowing through the inlet port of the housing to move along the interior of the primary flow chamber is installed in the primary flow chamber; Is initiated.

연료전지, 스택, 냉각수, 이온필터, 이온수지, 필터부재, 중공형, 와류 Fuel Cell, Stack, Cooling Water, Ion Filter, Ion Resin, Filter Element, Hollow Type, Vortex

Description

연료전지 차량용 냉각수 이온필터{De-Mineralizer for fuel cell}Coolant ion filter for fuel cell vehicle {De-Mineralizer for fuel cell}

본 발명은 연료전지 차량용 냉각수 이온필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 냉각수에 용출된 이온을 제거하기 위한 이온필터에 관한 것이다.The present invention relates to a coolant ion filter for a fuel cell vehicle, and more particularly, to an ion filter for removing ions eluted in the coolant of a fuel cell stack.

환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 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 시스템을 포함하여 구성된다.A fuel cell system applied to a hydrogen fuel cell vehicle, which is one of environmentally friendly future vehicles, includes a fuel cell stack for generating electric energy from an electrochemical reaction of a reaction gas, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, An air supply device that supplies air containing oxygen, which is an oxidant for electrochemical reaction, to the fuel cell stack, and releases heat, a byproduct of the electrochemical reaction of the fuel cell stack, to the outside to optimally control the operating temperature of the fuel cell stack and It consists of a heat and water management system that performs management functions.

이러한 구성에서 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 산소의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 그 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다. 이 에 연료전지 시스템에는 스택의 온도 상승을 방지하기 위하여 스택을 냉각시키는 장치가 필수적이다.In such a configuration, the fuel cell stack generates electrical energy from an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, which are reaction gases, and emits heat and water as the reaction byproducts. In the fuel cell system, a device for cooling the stack is essential to prevent the temperature of the stack from rising.

통상 차량용 연료전지 시스템에서 연료전지 스택을 최적 온도로 유지하기 위한 냉각시스템에는 스택 내 냉각수 채널을 통해 물을 순환시켜 냉각시키는 수냉식이 이용되고 있다.In general, in a vehicle fuel cell system, a cooling system for maintaining a fuel cell stack at an optimum temperature has been used to cool water by circulating water through cooling water channels in the stack.

이러한 연료전지 차량의 냉각시스템을 첨부한 도 1에 도시하였다. 도 1은 연료전지 차량의 냉각수 루프를 나타내는 개략도로서, 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)를 포함하여 구성된다.1 is a view illustrating an attached cooling system of the fuel cell vehicle. 1 is a schematic view showing a coolant loop of a fuel cell vehicle, in which a coolant does not pass through a coolant line 3 and a radiator 2 configured between a fuel cell stack 1 and a radiator 2 so that coolant can be circulated. And a bypass line 4 and a three-way valve 5 for bypassing the pump, and a pump 6 for pumping and cooling the cooling water.

한편, 연료전지 시스템의 냉각수 루프를 형성하는 배관은 이온 용출성의 문제로 인하여 적용 가능한 재질이 반 이온 용출성을 가지는 SUS 316L, 테플론(Teflon), Al 3003, 푸드 그레이드(Food-Grade)의 실리콘 등으로 매우 제한적이다. SUS 304의 경우 이온 용출의 문제로 사용이 불가하다. On the other hand, the pipes forming the coolant loop of the fuel cell system may be made of SUS 316L, Teflon, Al 3003, food grade silicon, etc. As very limited. SUS 304 cannot be used due to ion elution.

일반 저가의 재료를 사용하는 경우 냉각수가 닿는 부분에서 불순물 및 이온이 냉각수로 용출되는 문제가 발생하는데, 용출된 이온으로 인하여 연료전지 스택에서 생성된 전기가 냉각수를 통해 흐르는 심각한 문제가 발생할 수 있다. In the case of using an inexpensive material, impurities and ions are eluted into the coolant at the contact area of the coolant, and the eluted ions may cause serious problems in which electricity generated in the fuel cell stack flows through the coolant.

더욱이 운전자와 승객이 탑승한 상태로 전기를 발생시키면서 운행을 하는 연료전지 차량에서 부품 재질의 문제로 인하여 냉각수의 이온전도도가 상승하게 되면 냉각수 루프를 따라 누설 전류가 발생하여 차량 내 장착된 전기장치 및 구동부품의 정상 구동이 불가해짐은 물론 운전자와 승객의 안전에도 심각한 영향을 미칠 수 있다.Furthermore, when the ion conductivity of the coolant rises due to component material problems in a fuel cell vehicle that operates while generating electricity while the driver and passenger are on board, leakage currents are generated along the coolant loop, and thus, the electric devices installed in the vehicle and In addition to the impossibility of the normal operation of the drive parts can have a serious impact on the safety of the driver and passengers.

이러한 문제를 해결하기 위하여 연료전지 차량에서는 냉각수의 전기전도도를 항시 센싱하고 있으며, 전기전도도가 특정 수치 이상으로 높아지면 시스템을 셧다운시키는 제어로직을 반영하고 있다.In order to solve this problem, the fuel cell vehicle always senses the conductivity of the coolant, and reflects the control logic that shuts down the system when the conductivity rises above a certain value.

또한 냉각수의 이온전도도를 일정 수준 이하로 유지하기 위하여 냉각수 루프에 이온필터(De-Mineralizer, DMN)(7)를 장착하여 냉각수의 이온전도도를 일정 수준 이하로 유지하고 있다. In addition, in order to maintain the ion conductivity of the cooling water below a certain level, an ion filter (De-Mineralizer, DMN) 7 is attached to the cooling water loop to maintain the ion conductivity of the cooling water below a certain level.

상기 이온필터(7)는 연료전지 스택(1)으로 들어가는 냉각수에 포함된 이온을 필터링하여 냉각수의 전기전도도(Ion Conductivity)를 일정 수준 이하로 낮추는 역할을 하는 부품으로, 첨부한 도 2는 종래의 이온필터를 도시한 사시도이고, 도 3은 종단면도이며, 도 4는 종래의 이온필터에서 차압구간(이온수지가 충전된 구간)을 보여주는 도면이다.The ion filter 7 is a component that serves to lower the ion conductivity of the cooling water to a predetermined level by filtering ions contained in the cooling water entering the fuel cell stack 1, and FIG. 3 is a perspective view illustrating an ion filter, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view, and FIG. 4 is a view showing a differential pressure section (section filled with an ion resin) in a conventional ion filter.

이온필터(100)는 통상 냉각수가 통과하게 되는 하우징(110), 하우징(110) 내부로 냉각수가 유입/배출되도록 하는 포트부재(입구포트와 출구포트)(120,130), 하우징(110) 내부에 충전(充塡)되어 냉각수에 포함된 이온을 필터링하는 이온수지(101), 하우징(110) 내부에 충전된 이온수지(101)를 지지하고 누출을 방지하는 메쉬(Mesh) 어셈블리(140a,140b)를 포함하여 구성된다. The ion filter 100 is usually filled in the housing 110 through which the coolant passes, the port members (inlet and outlet ports) 120 and 130 for allowing the coolant to flow into and out of the housing 110, and the inside of the housing 110. (Iii) mesh assemblies 140a and 140b for supporting the ion resin 101 for filtering the ions contained in the cooling water and the ion resin 101 filled in the housing 110 and preventing leakage. It is configured to include.

이러한 구성에서, 메쉬 어셈블리(140a,140b)는 냉각수는 통과시키되 작은 알갱이 형태의 이온수지(101)는 하우징(110) 내부에 가둬두는 역할을 하며, 하우징 양단부의 입구포트(120)와 출구포트(130) 측에 모두 설치되어 하우징 내부에 충전된 이온수지의 누출을 막아주게 된다.In this configuration, the mesh assemblies 140a and 140b pass through the cooling water but keep the small granular ion resin 101 inside the housing 110, and the inlet port 120 and the outlet port at both ends of the housing 110. 130) is installed on both sides to prevent the leakage of the ion resin filled in the housing.

상기와 같이 구성된 이온필터(100)에서는 입구포트(120)(펌프 출구단과 연결)를 통해 유입된 냉각수가 메쉬 어셈블리(140a), 이온수지(101), 메쉬 어셈블리(140b)를 통과하여 출구포트(130)(펌프 입구단과 연결)를 통해 배출되며, 냉각수가 이온수지(101)를 통과하는 동안 필터링되어 이온이 제거된다.In the ion filter 100 configured as described above, the coolant introduced through the inlet port 120 (connected with the pump outlet end) passes through the mesh assembly 140a, the ion resin 101, and the mesh assembly 140b to allow the outlet port ( 130) (connected with the pump inlet end), the cooling water is filtered while passing through the ion resin 101 to remove ions.

이렇게 냉각수에서 이온을 제거함으로써 냉각수를 통한 스택 전류 누설을 막아주고, 결국 차량의 전기안전성을 기준에 적합하게 만들어주게 된다.This removal of ions from the coolant prevents leakage of the stack current through the coolant, which in turn makes the vehicle's electrical safety compliant.

그러나, 도 3에 나타낸 바와 같이, 종래의 이온필터(100)에서는 냉각수가 입구포트(120)와 출구포트(130) 사이의 종방향 경로를 따르게 되며, 종방향 경로에서 이온수지(101)가 충전된 구간이 입구측과 출구측의 냉각수 압력차(차압)를 발생시키는 구간이 된다.However, as shown in FIG. 3, in the conventional ion filter 100, the coolant follows a longitudinal path between the inlet port 120 and the outlet port 130, and the ion resin 101 is charged in the longitudinal path. This section is a section for generating the coolant pressure difference (differential pressure) between the inlet side and the outlet side.

결국, 냉각수가 이온수지의 종방향(축방향) 구간을 통과하게 되고, 이로 인해 이온필터에서의 차압구간(도 3에서 이온수지가 충전된 종방향 구간)이 길어지므로, 입구포트를 통해 유입되는 냉각수의 압력과 배출포트를 통해 배출되는 냉각수의 압력차가 크게 발생할 수밖에 없다.As a result, the coolant passes through the longitudinal (axial) section of the ion resin, which leads to a length of the differential pressure section (the longitudinal section in which the ion resin is filled in FIG. 3) in the ion filter. The pressure difference between the pressure of the cooling water and the cooling water discharged through the discharge port is inevitably large.

첨부한 도 5는 종래의 이온필터에서 냉각수 유량 증가에 따른 차압 증가를 보여주는 그래프로서, 냉각수 유량이 증가할수록 차압이 크게 발생함을 알 수 있다.5 is a graph showing an increase in the differential pressure according to the increase in the flow rate of the cooling water in the conventional ion filter, it can be seen that the differential pressure is greatly generated as the flow rate of the cooling water increases.

냉각수가 이온수지층을 종방향으로 통과한다고 할 때, 냉각수가 입구포트를 통해 유입된 뒤 필터링에 기여하는 이온수지층 구간, 즉 냉각수가 통과하는 종방향 경로 상에서 실제 이온을 제거하는 이온수지층의 폭은 15 ~ 30 mm로 알려져 있다. When the coolant passes through the ion resin layer in the longitudinal direction, the width of the ion resin layer that removes the actual ions on the ion resin layer section that contributes to the filtering after the coolant flows through the inlet port, that is, the longitudinal path through which the coolant passes is 15 It is known as ~ 30 mm.

이렇게 실제 이온을 제거하는 이온수지층의 폭을 넘어서는 하류측의 이온수지의 경우 필터링 효과가 미미하며, 따라서 하우징의 종방향 길이만큼 이온수지층이 길어질 필요가 없고, 실제 필터링에 기여하는 구간을 제외한 하류측의 이온수지는 불필요한 것이 된다. In the case of the ion resin on the downstream side that exceeds the width of the ion resin layer that actually removes the ions, the filtering effect is insignificant. Therefore, the ion resin layer does not need to be as long as the longitudinal length of the housing, and the downstream side except the section which contributes to the actual filtering. The ion resin of is unnecessary.

이에 종래와 같이 냉각수가 하우징 일단에서 유입되어 이온수지층을 길이방향인 종방향으로 통과하여 하우징 타단에 도달하도록 된 이온필터의 경우, 불필요하게 과다한 이온수지를 사용하는 것이 되고, 결국 비용 상승의 문제점과 더불어 차압이 크게 상승하는 문제점을 가지게 되는 것이다.Thus, in the case of the ion filter in which the coolant flows from one end of the housing and passes through the ion resin layer in the longitudinal direction in the longitudinal direction to reach the other end of the housing, an excessive amount of ion resin is used unnecessarily, resulting in a cost increase. The pressure difference will be greatly increased.

또한 냉각수가 배출되는 쪽, 즉 출구포트 근방의 이온수지층에서는 필터링에 거의 사용되지 않아 이온수지의 교체가 불필요하지만, 냉각수가 유입되는 쪽, 즉 입구포트 근방의 이온수지층에서는 수명을 다하여 이온수지를 교체해야하는 상황이 발생한다.In addition, the ion resin layer near the outlet port is not used for filtering because the cooling water is discharged, so it is not necessary to replace the ion resin, but the ion resin layer near the inlet port has to be replaced at the end of its life. The situation arises.

이러한 경우, 출구포트 근방의 이온수지가 좀더 사용이 가능함에도 불구하고 입구포트 근방의 이온수지로 인해 이온필터 전체를 교체해야 하므로, 유지관리 측면에서 과다한 비용이 소요되게 된다.In this case, although the ion resin near the outlet port can be used more, it is necessary to replace the entire ion filter due to the ion resin near the inlet port, which requires excessive cost in terms of maintenance.

또한 통상의 이온필터는 도 1에 나타낸 바와 같이 메인 냉각수 루프가 아닌 바이패스 루프에 장착되고 있고, 더구나 차압구간이 길어 이온수지층으로 인한 높은 차압이 발생하고 있기 때문에, 원활한 냉각수 순환이 불가능하다. In addition, the conventional ion filter is mounted in the bypass loop instead of the main cooling water loop as shown in FIG. 1, and furthermore, since the differential pressure section is long and high differential pressure is generated due to the ion resin layer, smooth cooling water circulation is impossible.

특히, 냉각수가 원활하게 흐르지 못하는 문제점은 냉각수의 이온 필터링 효율을 극도로 낮추게 되며, 이로 인해 차량 시동 초기에 전기전도도가 신속하게 떨어지지 않아 누설 전류 문제를 원천적으로 해결하지 못하게 된다.In particular, the problem that the coolant does not flow smoothly lowers the ion filtering efficiency of the coolant extremely, and thus the electrical conductivity does not drop quickly at the initial start of the vehicle, thereby preventing the source of leakage current from being solved.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 이온수지가 충전된 필터부재를 중공형으로 제작하여, 하우징의 입구포트를 통해 유입된 냉각수가 필터부재의 중공 내부(1차유동실)를 거쳐 필터부재를 방사방향으로 통과한 뒤 하우징의 출구포트를 통해 배출되도록 한 이온필터가 개발된 바 있다. In order to solve this problem, the filter member filled with the ion resin is made hollow, and the cooling water introduced through the inlet port of the housing passes through the hollow interior (primary flow chamber) of the filter member in the radial direction. An ion filter has been developed that passes through and exits through the outlet port of the housing.

이러한 이온필터에서는 하우징 일단의 입구포트에서 유입된 냉각수가 필터부재의 중공 내부를 따라 이동하면서 상기 중공 내부의 길이방향 각 위치에서 필터부재로 분배되어 방사방향으로 통과하게 된다. In such an ion filter, the coolant flowing from the inlet port of one end of the housing moves along the hollow interior of the filter member and is distributed to the filter member at each position in the longitudinal direction of the hollow interior to pass radially.

그러나, 단순히 중공형의 필터부재를 채용한 이온필터에서는 냉각수가 중공 내부에서 길이방향(하우징의 길이방향임)을 따라 유동하는 동안 각 위치에서 필터부재로 분배되어 방사방향으로 통과하게 되므로, 냉각수의 중공부 내 유동방향과 필터부재 통과방향이 다르다.However, in the ion filter employing the hollow filter member, the cooling water is distributed to the filter member at each position and passes in the radial direction while the coolant flows along the longitudinal direction (which is the longitudinal direction of the housing). The flow direction in the hollow part and the filter member passing direction are different.

이에 따라 중공 내부 전 구간에서 냉각수가 필터부재로 고르게 분배될 수 없다. 즉, 중공 내부의 종방향(축방향)을 따르는 각 위치별로 냉각수의 압력차가 발생하고, 종방향 전 구간에 걸쳐 이온수지에 균등한 유량을 공급하지 못하게 된다. Accordingly, the coolant cannot be evenly distributed to the filter member in the entire hollow interior section. That is, the pressure difference of the cooling water is generated for each position along the longitudinal direction (axial direction) inside the hollow, and it becomes impossible to supply an equal flow rate to the ion resin over the entire longitudinal section.

예를 들면, 입구포트에 가까울수록(중공 내부의 입구쪽에 가까울수록) 이온수지를 통과하는 냉각수의 유량이 적고, 입구포트에서 멀어질수록 이온수지를 통과 하는 냉각수의 유량은 많아지게 된다.For example, the closer to the inlet port (the closer to the inlet side of the hollow interior), the smaller the flow rate of the cooling water passing through the ion resin, and the farther from the inlet port, the larger the flow rate of the cooling water passing through the ion resin.

이렇게 필터부재 내에서 편향된 유동이 발생하면, 유량이 가장 많은 부분에서는 이온수지의 내구수명이 다하게 되어, 유량이 적은 부분의 이온수지가 좀더 사용 가능하고 이온 제거 기능이 양호함에도 불구하고 이온필터를 교체해야 하는 문제가 발생하게 된다. When the deflected flow occurs in the filter member, the endurance life of the ion resin is reached at the portion with the highest flow rate, and the ion filter is used even though the ion resin at the portion with a low flow rate is more usable and the ion removal function is good. There is a problem that needs to be replaced.

이는 이온필터의 교체주기를 단축시켜 내구수명에 영향을 미치게 되고, 유지관리 비용을 증가시키는 요인이 된다. This shortens the replacement cycle of the ion filter, affecting the service life and increases the maintenance cost.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 이온수지가 충전된 중공형의 필터부재를 채용한 구조에서 상기 필터부재에 냉각수를 고르게 분배하여 필터부재 내 가용한 필터링 전 구간을 고르게 사용할 수 있도록 함으로써 이온필터의 내구수명 단축 및 교체 시기 단축, 잦은 교체에 따른 유지관리 비용의 증가 등 종래의 문제점을 해결할 수 있는 이온필터 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, in the structure employing the hollow filter member filled with ion resin, evenly distributes the cooling water to the filter member to cover the entire filter available in the filter member. The purpose of the present invention is to provide an ion filter structure that can solve conventional problems such as shortening the durability life and replacement time of the ion filter and increasing maintenance costs due to frequent replacement.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 입구포트와 출구포트를 가지는 하우징과, 이온수지가 충전된 중공형으로 형성되고 상기 하우징 내부에 장착되어 중공 내부의 1차유동실이 상기 입구포트와 연통되는 필터부재를 포함하고; 상기 하우징 내에 필터부재 외측으로 상기 출구포트와 연통된 2차유동실이 형성되어, 입구포트를 통해 1차유동실로 유입된 냉각수가 필터부재를 방사상으로 통과하여 필터링된 뒤 상기 2차유동실과 출구포트를 통해 배출되며; 상기 1차유동실의 내부에, 상기 하우징의 입구포트를 통해 유입되어 1차유동실의 내부를 따라 이동하는 냉각수를 회전 유동시키는 와류형성부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the housing having an inlet port and an outlet port, and formed into a hollow type filled with an ion resin and mounted inside the housing so that the primary flow chamber inside the hollow and the inlet port A filter member in communication therewith; A secondary flow chamber communicating with the outlet port is formed in the housing to the outside of the filter member, and the coolant flowing into the primary flow chamber through the inlet port is radially passed through the filter member to filter the secondary flow chamber and the outlet port. Discharged through; In the interior of the primary flow chamber, a vortex forming member for rotating the flow of the cooling water flowing through the inlet port of the housing to move along the interior of the primary flow chamber is installed.

여기서, 상기 와류형성부재는 판재를 나선형으로 형성한 스크류가 될 수 있고, 이때 상기 스크류는 1차유동실의 길이방향 전 구간에 걸쳐 배치되도록 길게 형 성되어 삽입될 수 있다.Here, the vortex forming member may be a screw spirally formed plate, wherein the screw can be inserted into a long formed so as to be disposed over the entire longitudinal direction of the primary flow chamber.

또한 상기 스크류는 일단이 필터부재에서 1차유동실의 일단을 밀폐하는 필터 캡 내측면에 고정되어 설치될 수 있다.In addition, the screw may be fixedly installed on the inner surface of the filter cap for closing one end of the primary flow chamber in the filter member.

이에 따라, 본 발명의 냉각수 이온필터에서는 이온수지가 충전된 중공형 필터부재의 중공 내부(1차유동실)에 중공의 전 구간에 걸쳐 냉각수의 와류를 발생시킬 수 있는 와류형성부재가 삽입, 설치됨으로써, 냉각수가 중공 내부를 따라 와류를 형성하면서 이동될 수 있는 바, 필터부재의 종방향 전 구간에 걸쳐 냉각수가 고르게 분배될 수 있고, 필터부재의 전 구간에서 이온수지를 고르게 사용할 수 있는 장점이 있게 된다.Accordingly, in the cooling water ion filter of the present invention, a vortex forming member capable of generating a vortex of cooling water over the entire hollow section is inserted and installed in the hollow interior (primary flow chamber) of the hollow filter member filled with the ion resin. As a result, the coolant can be moved while forming a vortex along the hollow interior, so that the coolant can be evenly distributed over the entire longitudinal section of the filter member, and the ion resin can be evenly used in the entire filter member. do.

결국, 전체 이온수지를 고르게 사용함에 따라 이온필터의 필터링 효율을 증가시킬 수 있고, 균일 유량 분배로 이온필터의 내구수명 및 교체시기를 연장시킬 수 있으며, 유지관리 비용 절감 등의 장점이 있게 된다.As a result, by using the entire ion resin evenly, it is possible to increase the filtering efficiency of the ion filter, to extend the durability life and replacement time of the ion filter by uniform flow distribution, and there is an advantage such as maintenance cost reduction.

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

첨부한 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이온필터의 종단면도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이온필터의 요부 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이온필터와 종래의 이온필터의 유량분배상태를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 7a 및 도 7b에서는 도 6에 도시된 이온수지 및 메쉬망은 도시를 생략하였다. 6 is a longitudinal cross-sectional view of the ion filter according to an embodiment of the present invention, Figures 7a and 7b is a perspective view of the main portion of the ion filter according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is an ion according to an embodiment of the present invention It is a graph which compares the flow distribution state of a filter and the conventional ion filter. 7A and 7B, the ion resin and mesh networks shown in FIG. 6 are not shown.

본 발명은 연료전지 스택의 냉각수에서 이온을 제거하기 위한 이온필터에 관한 것으로서, 특히 차압 발생 축소를 위해 이온수지가 충전된 중공형의 필터부재를 사용하여 냉각수가 필터부재를 방사상으로 통과하도록 구성된 구조에서 필터부재 내 각 위치에 따른 유량분배성을 개선하고자 하는 것이다.The present invention relates to an ion filter for removing ions from cooling water of a fuel cell stack, and in particular, a structure configured such that cooling water radially passes through the filter member by using a hollow filter member filled with an ion resin for reducing differential pressure generation. In order to improve the flow distribution according to each position in the filter member.

이를 위해, 본 발명은 필터부재의 중공 내부에 냉각수의 유동을 회전시킬 수 있는 와류형성부재가 삽입, 설치되어 구성된다.To this end, the present invention is configured by inserting and installing a vortex forming member that can rotate the flow of cooling water in the hollow inside of the filter member.

상기 와류형성부재는 필터부재의 중공 내부에서 냉각수가 필터부재의 종방향(길이방향, 축방향)을 따라 이동되는 동안 종방향 전 구간에 걸쳐 고르게 분배되도록 하고, 필터부재 내 이온수지의 전 구간에 걸쳐 냉각수의 통과유량을 균일하게 해주게 된다. The vortex forming member allows the cooling water to be distributed evenly over the entire longitudinal section while the coolant is moved along the longitudinal direction (length direction, axial direction) of the filter member in the hollow interior of the filter member. It evens out the flow rate of cooling water.

우선, 본 발명에 따른 이온필터(100)는, 내부공간으로 냉각수가 통과하도록 냉각수가 유입되는 입구포트(120)와 냉각수가 배출되는 출구포트(130)를 가지는 하우징(110)과, 이온수지(147)가 충전된 중공형으로 형성되고 상기 하우징(110) 내부에 장착되어 중공 내부에 상기 입구포트(120)와 연통되는 1차유동실(102)이 형성된 이온 제거용 필터부재(140)를 포함하여 구성된다. First, the ion filter 100 according to the present invention includes a housing 110 having an inlet port 120 through which the coolant flows into the internal space and an outlet port 130 through which the coolant is discharged, and an ion resin ( 147 is formed in a hollow form and is mounted inside the housing 110 includes an ion removal filter member 140 formed with a primary flow chamber 102 in communication with the inlet port 120 inside the hollow. It is configured by.

이때, 하우징(110) 내에서 필터부재(140)의 외측으로는 출구포트(130)와 연 통되는 2차유동실(103)이 형성되며, 입구포트(120)를 통해 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 필터부재(140)를 방사상으로 통과하여 필터링된 뒤 2차유동실(103)과 출구포트(130)를 통해 배출되도록 되어 있다.At this time, the secondary flow chamber 103 in communication with the outlet port 130 is formed on the outside of the filter member 140 in the housing 110, the primary flow chamber 102 through the inlet port 120 Coolant flowed into the through) is filtered through the filter member 140 radially and is discharged through the secondary flow chamber 103 and the outlet port 130.

바람직한 실시예에서, 하우징(110)은 필터부재(140)가 넣어져 냉각수가 통과하는 내부공간을 형성하는 것으로, 하우징 본체(111)와 하우징 캡(112)으로 구성될 수 있으며, 필터부재(140)의 용이한 교체를 위해 하우징 캡(112)이 하우징 본체(111)에 탈부착식으로 조립되도록 구성될 수 있다.In a preferred embodiment, the housing 110 is a filter member 140 is inserted to form an internal space through which the coolant passes, may be composed of the housing body 111 and the housing cap 112, the filter member 140 The housing cap 112 may be configured to be detachably assembled to the housing body 111 for easy replacement.

상기 하우징 본체(111)의 일단부에는 냉각수가 유입되는 입구포트(120)가 일체로 형성되고, 상기 하우징 본체(111)의 타단부에 조립되는 하우징 캡(112)에는 출구포트(130)가 일체로 형성된다. An inlet port 120 into which coolant is introduced is integrally formed at one end of the housing body 111, and an outlet port 130 is integral to the housing cap 112 assembled to the other end of the housing body 111. Is formed.

상기 입구포트(120)는 하우징 본체(111)의 일단부 중앙에 형성되어 필터부재(140)의 중공 내부에 형성된 1차유동실(102)과 연통된다.The inlet port 120 is formed at the center of one end of the housing body 111 to communicate with the primary flow chamber 102 formed inside the hollow of the filter member 140.

또한 하우징 본체(111)의 내측면과 필터부재(140)의 외측면 사이에는 필터부재(140)를 통과한 냉각수(이온수지에 의해 이온이 제거된 냉각수)가 유동하는 공간인 2차유동실(103)이 마련되며, 이 2차유동실(103)은 하우징 캡(112)의 출구포트(130)와 연통된다. In addition, between the inner surface of the housing main body 111 and the outer surface of the filter member 140, the secondary flow chamber which is a space through which the coolant (cooling water from which ions are removed by the ion resin) flows through the filter member 140 ( 103 is provided, the secondary flow chamber 103 is in communication with the outlet port 130 of the housing cap 112.

상기 하우징 캡(112)은 하우징 본체(111)의 내부공간을 밀폐하는 구성부로서, 중앙에 출구포트(130)가 형성된 플랜지 형상으로 제작되고, 용이한 탈부착을 위해 하우징 본체(111)의 끝단에 형성된 플랜지에 스크류 등 체결수단에 의해 고정되도록 한다. The housing cap 112 is a component that seals the inner space of the housing main body 111, and is manufactured in a flange shape having an outlet port 130 formed at the center thereof, and is provided at an end of the housing main body 111 for easy detachability. It is to be fixed to the formed flange by a fastening means such as a screw.

한편, 본 발명에서 필터부재(140)는 전체적인 형상이 원통 형상을 가지면서 입구포트(120)로부터 냉각수가 1차 유입되는 중공부(1차유동실)를 가지는 구조로 되어 있고, 필터프레임(141), 메쉬망(145,146), 이온수지(147), 필터 캡(149)을 주요 구성으로 한다.Meanwhile, in the present invention, the filter member 140 has a cylindrical shape and has a hollow portion (primary flow chamber) through which the coolant is first introduced from the inlet port 120, and has a cylindrical shape, and the filter frame 141. ), Mesh nets 145 and 146, ion resin 147, and filter cap 149 as main components.

상기 필터프레임(141)은 냉각수 통과홀(142a,143a)이 형성된 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)를 포함하여 구성되고, 이때 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)는 각각 내측과 외측으로 이격 배치되어 일단의 엔드부(144)에 의해 연결 고정된 이중관 구조를 형성하여, 상기 엔드부(144)와 함께 이온수지(147)가 충전되는 수지충전실을 형성하게 된다.The filter frame 141 includes an inner frame portion 142 and an outer frame portion 143 having coolant passage holes 142a and 143a formed therein. In this case, the inner frame portion 142 and the outer frame portion 143 are formed. Are respectively spaced apart from the inside and outside to form a double tube structure connected and fixed by one end portion 144 to form a resin charging chamber in which the ion resin 147 is filled together with the end portion 144. .

상기와 같은 필터프레임(141)은 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)가 동축상에 이격 배치됨으로써 이중관 구조로 형성된 프레임으로서, 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)가 형성하는 이격된 공간이 이온수지(147)가 충전되는 수지충전실이 된다.The filter frame 141 as described above is a frame formed in a double pipe structure by the inner frame part 142 and the outer frame part 143 spaced apart on the same axis, and the inner frame part 142 and the outer frame part 143 are The spaced space to be formed becomes a resin charging chamber in which the ion resin 147 is filled.

또한 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)에는 길이방향을 따라 길게 형성된 냉각수 통과홀(142a,143a)이 형성되며, 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)에서 그 원주방향을 따라 일정 간격으로 다수개가 설치된다.In addition, the inner frame part 142 and the outer frame part 143 are formed with cooling water passage holes 142a and 143a elongated in the longitudinal direction, and circumferential directions of the inner frame part 142 and the outer frame part 143. A plurality are installed at regular intervals along the way.

도시된 실시예에서는 내측프레임부(142) 및 외측프레임부(143)에서 그 길이방향을 따라 2개씩의 냉각수 통과홀(142a,143a)이 간격을 두고 직선상에 배치되고 있다.In the illustrated embodiment, two cooling water passage holes 142a and 143a are disposed in a straight line at intervals in the inner frame portion 142 and the outer frame portion 143 along the longitudinal direction thereof.

상기 일단의 엔드부(144)는 내측과 외측의 내측프레임부(142)와 외측프레임 부(143)를 일체로 연결하여 수지충전실을 형성하는 부분으로, 엔드부(144)의 중앙은 개구되어 상기 내측프레임부(142)의 내부가 되는 중공부, 즉 1차유동실(102)로 냉각수가 유입되도록 하는 입구가 된다.The end portion 144 of one end is a portion that connects the inner and outer frame portion 142 and the outer frame portion 143 integrally to form a resin filling chamber, the center of the end portion 144 is opened The hollow part that is the inside of the inner frame part 142, that is, the inlet for allowing the coolant to flow into the primary flow chamber 102.

바람직한 실시예에서, 상기 엔드부(144)의 중앙에 1차유동실(102)과 연통되는 유입포트(148)가 돌출되도록 연장 형성되는데, 상기 필터프레임(141)의 유입포트(148)는 하우징 본체(111) 내측에 입구포트(120)와 연통되게 돌출 형성된 원통형의 포트삽입부(113)에 삽입되어 결합되게 된다.In a preferred embodiment, the inlet port 148 communicating with the primary flow chamber 102 is formed to protrude in the center of the end portion 144, the inlet port 148 of the filter frame 141 is a housing The main body 111 is inserted into and coupled to the cylindrical port insertion portion 113 protruding to communicate with the inlet port 120.

결국, 필터프레임(141)의 유입포트(148)가 하우징(110)의 포트삽입부(113)에 삽입되어 결합됨으로써 입구포트(120)와 필터프레임(141)의 1차유동실(102)이 직선상으로 연통되는 구조가 되며, 이에 입구포트(120)를 통해 유입된 냉각수가 1차유동실(102)을 거쳐 필터부재(140)를 방사상으로 통과할 수 있게 된다. As a result, the inlet port 148 of the filter frame 141 is inserted into and coupled to the port inserting portion 113 of the housing 110 so that the primary flow chamber 102 of the inlet port 120 and the filter frame 141 is connected. It is a structure that communicates in a straight line, the cooling water introduced through the inlet port 120 can pass radially through the filter member 140 via the primary flow chamber (102).

바람직하게는 포트삽입부(113)와 입구포트(120) 사이에 오링(114)이 개재되어 냉각수가 2차유동실(103)로 누출되지 않도록 한다.Preferably, the O-ring 114 is interposed between the port insertion portion 113 and the inlet port 120 to prevent the coolant from leaking into the secondary flow chamber 103.

그리고, 상기 메쉬망(145,146)은 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)의 내측면에 각각 설치되어, 이온수지(147)를 충전상태가 유지되도록 지지하면서 냉각수 통과홀(142a,143a)에서 이온수지가 누출되는 것을 방지하게 된다.In addition, the mesh nets 145 and 146 are respectively provided on the inner surfaces of the inner frame part 142 and the outer frame part 143 to support the ion resin 147 so that the state of charge is maintained, and the cooling water passage holes 142a and 143a. ) To prevent the ion resin from leaking.

상기 메쉬망(145,146)은 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)의 냉각수 통과홀(142a,143a)을 통해 이온수지(147)가 외부로 누출되는 것을 차단하기 위한 것으로, 냉각수는 통과시키면서 작은 알갱이 입자로 된 이온수지(147)를 수지충전실 내에 가둬두는 역할을 하게 된다. The mesh nets 145 and 146 are for preventing the ion resin 147 from leaking to the outside through the coolant through holes 142a and 143a of the inner frame part 142 and the outer frame part 143. While keeping the ion resin 147 made of small grain particles in the resin filling chamber.

상기 이온수지(147)는 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)의 이격된 내부공간인 상기 수지충전실에 충전되어 냉각수에 용출된 이온을 제거하게 되며, 상기 필터 캡(149)은 내측프레임부(142)와 외측프레임부(143)의 타단에 고정되어 상기 수지충전실과 상기 내측프레임부(142)의 내부공간인 중공부, 즉 1차유동실(102)의 일단을 밀폐하게 된다.The ion resin 147 is filled in the resin filling chamber, which is spaced inside the space between the inner frame part 142 and the outer frame part 143 to remove ions eluted in the cooling water, and the filter cap 149 is It is fixed to the other ends of the inner frame portion 142 and the outer frame portion 143 to seal one end of the hollow portion, that is, the inner flow chamber 102 of the resin filling chamber and the inner frame portion 142. .

바람직한 실시예에서 이온수지(147)의 교체를 용이하게 하기 위해 상기 필터 캡(149)은 필터프레임(141)에 탈부착식으로 조립되는 구조, 예컨대 필터프레임(141)과 나사체결방식으로 조립되는 구조로 구비될 수 있다.In order to facilitate the replacement of the ion resin 147 in the preferred embodiment, the filter cap 149 is detachably assembled to the filter frame 141, for example, a structure assembled to the screw frame and the filter frame 141. It may be provided as.

이때, 외측프레임부(143) 끝단의 내주면과 이에 삽입되는 필터 캡(149)의 외주면에 각각 나사산을 가공하여 필터 캡(149)이 외측프레임부(143)에 나사체결됨으로써 고정되도록 할 수 있다. At this time, the thread is machined on the inner circumferential surface of the end of the outer frame portion 143 and the outer circumferential surface of the filter cap 149 inserted therein so that the filter cap 149 is screwed to the outer frame portion 143 to be fixed.

물론, 외측프레임부(143) 끝단의 외주면과 이에 접하는 필터 캡(149)의 내주면에 각각 나사산을 가공하여 필터 캡(149)이 외측프레임부(143)의 외주면에 나사체결되도록 하는 것도 가능하다.Of course, it is also possible to thread the filter cap 149 to the outer circumferential surface of the outer frame portion 143 by machining a thread on the outer circumferential surface of the outer frame portion 143 end and the inner circumferential surface of the filter cap 149 that is in contact with it.

한편, 본 발명에 따른 이온필터(100)에서는 상기 입구포트(120)를 통해 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 필터부재(140)를 방사상으로 통과하여 2차유동실(103)로 이동되고, 2차유동실(103)에서 이온이 제거된 냉각수는 하우징 본체(111)의 내벽면을 타고 흘러 하우징 캡(112)에 형성된 출구포트(130)를 통해 배출된다.Meanwhile, in the ion filter 100 according to the present invention, the coolant flowing into the primary flow chamber 102 through the inlet port 120 radially passes through the filter member 140 to the secondary flow chamber 103. The cooling water, which is moved and the ions are removed from the secondary flow chamber 103, flows through the inner wall surface of the housing body 111 and is discharged through the outlet port 130 formed in the housing cap 112.

이렇게 냉각수가 필터부재(140)를 방사상으로 통과하여 출구포트(130)를 통 해 배출되록 하기 위해서는 2차유동실(103)이 출구포트(130)와 연통되어야 하며, 이에 하우징 캡(112)의 내측면에는 필터부재(140)를 고정하여 지지하는 복수개의 돌기부(115)가 형성되되, 돌기부(115)와 돌기부 사이를 이격시켜 냉각수가 통과하도록 해야 한다.In order for the coolant to radially pass through the filter member 140 and be discharged through the outlet port 130, the secondary flow chamber 103 must communicate with the outlet port 130, and thus, the housing cap 112 of the A plurality of protrusions 115 are formed on the inner side to fix and support the filter member 140, and the cooling water passes through the protrusions 115 and spaced apart from the protrusions 115.

이렇게 돌기부(115) 사이를 이격시켜 출구포트(130)와 연통되는 냉각수 통로를 형성하며, 이로써 2차유동실(103)의 냉각수가 돌기부(115) 사이의 냉각수 통로를 통과하여 출구포트(130)를 통해 배출되게 된다.Thus, the space between the protrusions 115 to form a cooling water passage communicating with the outlet port 130, whereby the cooling water of the secondary flow chamber 103 passes through the cooling water passage between the protrusions 115 to the outlet port 130 It will be discharged through.

그리고, 본 발명에 따른 이온필터(100)에서는 필터부재(140)의 중공 내부, 즉 냉각수가 종방향(길이방향, 축방향)을 따라 이동되는 1차유동실(102)의 내부에 냉각수의 유동을 회전시키기 위한 와류형성부재가 삽입, 설치된다.In the ion filter 100 according to the present invention, the coolant flows inside the hollow of the filter member 140, that is, inside the primary flow chamber 102 in which the coolant moves along the longitudinal direction (length direction, axial direction). Vortex forming member is inserted and installed to rotate the.

바람직한 실시예에서, 상기 와류형성부재는 판재를 나선형으로 형성하여 제작한 스크류(150)가 될 수 있으며, 1차유동실(102)의 종방향(축방향) 전 구간에 걸쳐 배치되도록 길게 제작하여 삽입하게 된다.In a preferred embodiment, the vortex forming member may be a screw 150 formed by spirally forming a plate, and made to be long to be disposed over the entire longitudinal direction (axial direction) of the primary flow chamber (102) Will be inserted.

상기 스크류(150)는 일단을 필터 캡(149)의 내측면에 고정하여 삽입하게 되는데, 필터 캡(149)이 SUS 316L 등 금속재질로 제작되는 경우 스크류(150)를 필터 캡에 용접하여 고정하는 방식이 실시 가능하다.The screw 150 is inserted into one end fixed to the inner surface of the filter cap 149, when the filter cap 149 is made of a metal material such as SUS 316L to weld and fix the screw 150 to the filter cap The method is possible.

상기와 같이 스크류(150)를 1차유동실(102) 내부에 설치하게 되면, 입구포트(120)를 통해 유입된 냉각수가 1차유동실(102)을 따라 이동하되, 나선형으로 형성된 스크류(150)의 표면을 따라 안내되면서 1차유동실(102) 내에서 회전 유동을 하게 된다.When the screw 150 is installed in the primary flow chamber 102 as described above, the coolant introduced through the inlet port 120 moves along the primary flow chamber 102, but has a spirally formed screw 150. Guided along the surface of) will be a rotational flow in the primary flow chamber (102).

결국, 냉각수가 1차유동실(102)을 따라 이동하는 동안 1차유동실 전 구간에 걸쳐 각 위치에서 필터부재(140)를 통과하는 방향으로 냉각수가 적절히 분배되는 바, 1차유동실(102) 내 각 위치에 따른 유량분배성이 개선될 수 있게 된다.As a result, the coolant is properly distributed in the direction passing through the filter member 140 at each position throughout the entire primary flow chamber while the coolant moves along the primary flow chamber 102. Flow rate distribution according to each position in the) can be improved.

도 8은 1차유동실의 종방향 위치에 따른 유량분배율을 보여주고 있는데, 종래의 중공형 필터부재를 사용한 이온필터에서는 입구쪽(도 6에서 도면상 하측 부분)에서 필터부재의 통과유량이 적고 그 반대쪽으로 갈수록 통과유량이 상대적으로 커짐을 알 수 있는 바, 종방향 위치에 따라 평균 유량 대비 큰 유량차를 보이고 있으며, 위치에 따른 유량 불균형이 크게 발생함을 알 수 있다. FIG. 8 shows the flow distribution ratio according to the longitudinal position of the primary flow chamber. In the ion filter using the conventional hollow filter member, the flow rate of the filter member at the inlet side (lower part in the drawing in FIG. 6) is less. It can be seen that the flow rate is relatively increased toward the other side, showing a large flow difference compared to the average flow rate according to the longitudinal position, it can be seen that a large flow imbalance occurs depending on the position.

이러한 경우 통과유량이 많은 입구 반대쪽(도 6에서 도면상 상측 부분) 이온수지가 먼저 수명을 다하게 되고, 이에 이온필터를 교체해야 할 필요가 발생한다. In this case, the ion resin on the opposite side of the inlet (higher part in the drawing in Fig. 6), which has a large flow rate, first reaches the end of its life, and thus, the ion filter needs to be replaced.

그러나, 본 발명에 따른 이온필터에서는 와류형성부재, 즉 스크류가 설치됨에 따라 1차유동실의 종방향 전 구간에 걸쳐 고른 통과유량을 보이고 있는 바, 유량분배성이 개선되어 전체적으로 이온수지에서 담당하는 냉각수 유량을 고르게 만들어줄 수 있음을 알 수 있다. However, in the ion filter according to the present invention, as the vortex forming member, that is, the screw is installed, the flow rate is evenly distributed over the entire longitudinal direction of the primary flow chamber. It can be seen that the coolant flow rate can be made even.

한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온필터를 도시한 종면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온필터에서 필터부재의 내측프레임부를 도시한 종단면도이다.On the other hand, Figure 9 is a longitudinal sectional view showing an ion filter according to another embodiment of the present invention, Figure 10 is a longitudinal sectional view showing the inner frame portion of the filter member in the ion filter according to another embodiment of the present invention.

도 9의 실시예는 냉각수의 유량 분배 특성을 좀더 개선한 이온필터로서, 1차유동실의 냉각수가 이온수지로 유입되도록 하는 필터부재 중공 내측면의 냉각수 통과홀의 크기를 1차유동실의 냉각수 진행방향 각 위치에 따라 다르게 형성하여 필터 부재 전 구간에 걸쳐 균등한 유량 분배가 이루어지도록 개선한 것이다.9 is an ion filter further improving the flow distribution characteristics of the cooling water, and the size of the cooling water passage hole in the hollow inner surface of the filter member to allow the cooling water of the primary flow chamber to flow into the ion resin. Formed differently depending on each position in the direction to improve the uniform flow distribution over the entire filter member section.

이를 위해, 도 9의 실시예에서는 내측프레임부에 형성된 냉각수 통과홀의 크기 분포를 냉각수 진행방향에 따라 달리하여 최적화한다.To this end, in the embodiment of FIG. 9, the size distribution of the cooling water passage hole formed in the inner frame part is optimized by varying the cooling water traveling direction.

우선, 외측프레임부의 냉각수 통과홀은 앞서 설명한 실시예와 동일하다. 즉, 외측프레임부(143)의 냉각수 통과홀(143a)은 외측프레임부 길이방향을 따라 길게 형성된 구조로 되어 있는데, 예컨대 도시된 실시예와 같이 원주방향 일정 간격의 각 위치에서 외측프레임부(143) 길이방향을 따라 길게 형성된 2개씩의 냉각수 통과홀(143a)이 소정 간격을 두고 일 직선상에 배치된다. First, the cooling water passage hole of the outer frame portion is the same as the above-described embodiment. That is, the cooling water passage hole 143a of the outer frame part 143 has a structure formed long along the outer direction of the outer frame part. For example, as shown in the illustrated embodiment, the outer frame part 143 at each circumferentially spaced interval. 2) Cooling water passage holes 143a each formed long along the longitudinal direction are arranged on one straight line at predetermined intervals.

그리고, 입구포트(120)를 통해 중공부인 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 필터부재(140)를 방사상으로 통과하도록 구성된 본 발명의 이온필터(100)에서, 내측프레임부(142)의 냉각수 통과홀(142a)은 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 필터부재(140) 내부의 이온수지층으로 유입되는 입구측 홀이 되며, 1차유동실(102)에서 필터부재(140)를 방사상으로 통과하는 냉각수가 분배되는 홀이 된다.Then, in the ion filter 100 of the present invention configured to radially pass the filter member 140 through the inlet port 120 to the primary flow chamber 102, which is a hollow portion, the inner frame portion 142 The cooling water passage hole 142a is an inlet-side hole in which the coolant introduced into the primary flow chamber 102 flows into the ion resin layer inside the filter member 140, and the filter member 140 in the primary flow chamber 102. ) Is a hole through which the coolant flowing radially is distributed.

따라서, 내측프레임부(142)의 냉각수 통과홀(142a)은 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 필터부재(140) 길이방향 전 구간에 걸쳐서 고르게 분배되어 필터부재를 통과할 수 있는 구조가 되어야 하고, 또한 냉각수가 1차유동실(102)의 길이방향 전 구간에 걸쳐서 최대한 균등하게 유량 분배되어서 통과할 수 있는 구조가 되어야 한다. Therefore, the coolant passage hole 142a of the inner frame part 142 has a structure in which the coolant flowing into the primary flow chamber 102 can be evenly distributed over the entire lengthwise direction of the filter member 140 and pass through the filter member. In addition, the cooling water should be a structure that can flow through the flow distribution as evenly as possible over the entire longitudinal section of the primary flow chamber (102).

1차유동실(102) 내 유량 분배성 향상은 이온수지층을 통과하는 냉각수 유량을 전체 이온수지층에서 고르게 분배하는 것이므로 압력 강하량, 즉 차압의 발생을 개선시키는 동시에 전체 이온수지를 고르게 사용할 수 있게 한다.Improving flow distribution in the primary flow chamber 102 is to distribute the cooling water flow rate through the ion resin layer evenly in the entire ion resin layer, thereby improving the pressure drop, that is, the occurrence of the differential pressure, and at the same time, evenly using the entire ion resin.

만약, 1차유동실(102)에서 그 길이방향 전 구간에 걸쳐서 내측프레임부(142)의 냉각수 통과홀(142a)을 통해 이온수지층으로 유입되는 냉각수의 유량이 균등하게 분배되지 못한다면, 차압 증가 및 이온수지 필터링 효용성 감소(이온수지를 고르게 사용하지 못하고 한쪽만 주로 사용하게 됨), 교체 주기 단축 등의 문제가 있게 된다. If the flow rate of the cooling water flowing into the ion resin layer through the cooling water passage hole 142a of the inner frame part 142 is not distributed evenly over the entire longitudinal section of the primary flow chamber 102, the differential pressure increases and There are problems such as reduced efficiency of ion resin filtering (Ion resin is not used evenly but mainly on one side) and shortened replacement cycle.

따라서, 필터부재(140)를 방사상으로 통과하는 냉각수의 균등한 유량 분배를 위해서는, 1차유동실(102)의 냉각수가 이온수지로 분배 및 유입되는 필터부재(140) 중공 내측면인 상기 내측프레임부(142)에서 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 1차유동실(102) 내 냉각수 진행방향을 따라 차등화하여 냉각수 통과면적을 달리해야 한다.Therefore, in order to distribute the flow rate of the cooling water radially through the filter member 140, the inner frame which is the hollow inner surface of the filter member 140 in which the cooling water of the primary flow chamber 102 is distributed and introduced into the ion resin. In the part 142, the size of the coolant passage hole 142a is differentiated along the direction of the coolant flow in the primary flow chamber 102 to vary the coolant passage area.

즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 내측프레임부(142)에서 입구포트(120)와 가까운 위치일수록 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 크게 하여 냉각수 통과면적을 크게 하고, 반대쪽 막혀 있는 부분(하기 엔드부)으로 갈수록 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 작게 하여 냉각수 통과면적을 작게 하는 것이다.That is, as shown in Figure 8, the position closer to the inlet port 120 in the inner frame portion 142, the larger the size of the cooling water passage hole (142a) to increase the cooling water passage area, the opposite end of the closed portion (below end Towards), the cooling water passage hole 142a is made smaller in size to reduce the cooling water passage area.

만약, 내측프레임부(142)에서 냉각수 통과홀(142a)의 크기를, 외측프레임부(143)의 냉각수 통과홀(143a)과 마찬가지로, 냉각수 진행방향(내측프레임부 길이방향)을 따라 달리하지 않는다면, 입구포트(120)에서 1차유동실(102)로 유입된 냉각수가 1차유동실 길이방향으로 진행 및 유동한다고 할 때 그 관성에 의해 상기 막혀 있는 부분에 가까울수록 냉각수 통과유량이 많아질 것이고, 1차유동실(102)의 길이방향 전 구간에 걸쳐 냉각수 통과유량이 균등하게 분배되지 못할 것이다.If the size of the coolant passage hole 142a in the inner frame portion 142 is not different along the cooling water traveling direction (inner frame portion longitudinal direction), similarly to the coolant passage hole 143a of the outer frame portion 143. When the coolant flowing from the inlet port 120 into the primary flow chamber 102 proceeds and flows in the longitudinal direction of the primary flow chamber, the closer to the blocked portion by the inertia, the more the coolant passage flow rate will be. In this case, the flow rate of cooling water will not be distributed evenly over the entire length of the primary flow chamber 102.

따라서, 본 발명의 이온필터(100)에서는, 1차유동실(102)의 전 구간에 걸쳐 냉각수 통과유량이 고르게 분배되도록, 내측프레임부(142)에서 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 내측프레임부 및 1차유동실의 길이방향을 따라 차등화하되, 상기와 같이 1차유동실(102)의 입구측(냉각수가 유입되는 쪽)에서 가까울수록 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 크게 하여 냉각수 통과면적을 크게 하고, 입구측에서 멀수록, 즉 상기 막혀 있는 부분에 가까울수록 냉각수 통과홀(142a)의 크기를 작게 하여 냉각수 통과면적을 작게 한다.Therefore, in the ion filter 100 of the present invention, the size of the coolant passage hole 142a in the inner frame part 142 is such that the coolant passage flow rate is evenly distributed over the entire section of the primary flow chamber 102. Differentiate along the longitudinal direction of the secondary and primary flow chambers, but as the above is closer to the inlet side (the side where the coolant flows in) of the primary flow chamber 102, the coolant passage hole 142a increases in size to pass through the coolant. The larger the area, the farther from the inlet side, i.e., the closer to the blocked portion, the smaller the size of the cooling water passage hole 142a is, thereby making the cooling water passage area smaller.

바람직한 실시예에서, 내측프레임부(142)의 냉각수 통과홀(142a)이 도시된 바와 같이 동일 폭으로 하여 내측프레임부 길이방향을 따라 길게 형성되면서 원주방향 일정 간격의 각 위치에 일 직선상에 배치되도록 형성되는 경우, 냉각수 통과홀(142a)의 길이를 입구측에서 가까울수록 길게 하고 반대로 멀수록 짧게 하여 내측프레임부 길이방향을 따라 차등화하는 것이 가능하다.In a preferred embodiment, the cooling water passage hole 142a of the inner frame portion 142 is formed in the same width as shown in the long direction along the longitudinal direction of the inner frame portion is arranged on one straight line at each position of the circumferential constant interval When formed so as to lengthen the length of the coolant passage hole 142a closer to the inlet side and shorter the farther away, it is possible to differentiate the length along the inner frame portion length direction.

이렇게 냉각수 통과홀(142a)의 크기 및 냉각수 통과면적을 입구측에 가까울수록 크게 하고 멀수록 작게 하는 경우, 냉각수가 관성에 의해 1차유동실(102) 내에서 그 길이방향으로 진행한다고 할 때 전체적으로 길이방향 전 구간에 걸쳐 균등하게 필터부재(140) 및 그 내측의 이온수지층을 통과할 수 있게 된다. In this case, when the size of the cooling water passage hole 142a and the cooling water passage area are increased closer to the inlet side, and smaller, the cooling water passage hole 142a is made larger, when the cooling water proceeds in the longitudinal direction in the primary flow chamber 102 by inertia. It is possible to evenly pass through the filter member 140 and the ion resin layer therein over the entire lengthwise section.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 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.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims and Improved forms are also included in the scope of the present invention.

도 1은 연료전지 차량의 냉각수 루프를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a coolant loop of a fuel cell vehicle.

도 2는 종래의 연료전지 차량용 냉각수 이온필터를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a conventional coolant ion filter for a fuel cell vehicle.

도 3은 종래의 연료전지 차량용 냉각수 이온필터를 도시한 종단면도이다.3 is a longitudinal sectional view showing a conventional coolant ion filter for a fuel cell vehicle.

도 4는 종래의 연료전지 차량용 냉각수 이온필터에서 차압구간을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a differential pressure section in a conventional fuel cell vehicle coolant ion filter.

도 5는 종래의 이온필터에서 냉각수 유량 증가에 따른 차압 증가를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing an increase in the differential pressure according to the increase in the cooling water flow rate in the conventional ion filter.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이온필터의 종단면도이다.6 is a longitudinal sectional view of an ion filter according to an embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이온필터의 요부 사시도이다.7A and 7B are perspective views of main parts of an ion filter according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이온필터와 종래의 이온필터의 유량분배상태를 비교하여 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing a flow rate distribution state of the ion filter and the conventional ion filter according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온필터를 도시한 종면도이다.9 is a longitudinal sectional view showing an ion filter according to another embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온필터에서 필터부재의 내측프레임부를 도시한 종단면도이다.10 is a longitudinal sectional view showing an inner frame portion of the filter member in the ion filter according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 이온필터 102 : 1차유동실100: ion filter 102: primary flow chamber

103 : 2차유동실 110 : 하우징103: secondary flow chamber 110: housing

120 : 입구포트 130 : 출구포트120: inlet port 130: outlet port

140 : 필터부재 150 : 스크류140: filter member 150: screw

Claims

입구포트와 출구포트를 가지는 하우징과, 이온수지가 충전된 중공형으로 형성되고 상기 하우징 내부에 장착되어 중공 내부의 1차유동실이 상기 입구포트와 연통되는 필터부재를 포함하고; A housing having an inlet port and an outlet port, and a filter member formed in a hollow shape filled with an ion resin and mounted inside the housing so that a primary flow chamber inside the hollow communicates with the inlet port;

상기 하우징 내에 필터부재 외측으로 상기 출구포트와 연통된 2차유동실이 형성되어, 입구포트를 통해 1차유동실로 유입된 냉각수가 필터부재를 방사상으로 통과하여 필터링된 뒤 상기 2차유동실과 출구포트를 통해 배출되며;A secondary flow chamber communicating with the outlet port is formed in the housing to the outside of the filter member, and the coolant flowing into the primary flow chamber through the inlet port is radially passed through the filter member to filter the secondary flow chamber and the outlet port. Discharged through;

상기 1차유동실의 내부에, 상기 하우징의 입구포트를 통해 유입되어 1차유동실의 내부를 따라 이동하는 냉각수를 회전 유동시키는 와류형성부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터. Cooling water ion filter for a fuel cell vehicle, characterized in that the vortex forming member for rotating the flow of the cooling water flowing through the inlet port of the housing to move along the interior of the primary flow chamber is installed in the primary flow chamber.

청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,

상기 와류형성부재는 판재를 나선형으로 형성한 스크류인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터. Cooling water ion filter for a fuel cell vehicle, characterized in that the vortex forming member is a screw spirally formed plate.

청구항 2에 있어서,The method according to claim 2,

상기 스크류는 1차유동실의 길이방향 전 구간에 걸쳐 배치되도록 길게 형성 되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터.The screw is a fuel cell vehicle coolant ion filter, characterized in that the insertion is formed long to be disposed over the entire longitudinal section of the primary flow chamber.

청구항 3에 있어서, The method of claim 3,

상기 스크류는 일단이 필터부재에서 1차유동실의 일단을 밀폐하는 필터 캡 내측면에 고정되어 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터. The screw is fixed to the inner surface of the filter cap for closing one end of the primary flow chamber in the filter member, the coolant ion filter for a fuel cell vehicle.

청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,

상기 1차유동실의 냉각수가 상기 이온수지로 유입되도록 하는 필터부재 중공 내측면의 냉각수 통과홀의 크기를 1차유동실의 냉각수 진행방향 각 위치에 따라 다르게 형성하여 필터부재 전 구간에 걸쳐 균등한 유량 분배가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각수 이온필터.The flow rate of the cooling water passage hole of the inner side of the filter member hollow to allow the cooling water of the primary flow chamber to flow into the ion resin is formed differently according to the respective positions of the cooling water flow direction of the primary flow chamber, so that the flow rate is uniform throughout the entire filter member section. Cooling water ion filter for a fuel cell vehicle, characterized in that the distribution is made.

청구항 5에 있어서,The method according to claim 5,

상기 냉각수 통과홀의 크기를 입구포트와 가까운 위치에서 크게 형성하여 냉각수 통과면적을 크게 하고, 입구포트 반대쪽으로 갈수록 냉각수 통과홀의 크기를 작게 형성하여 냉각수 통과면적을 작게 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉 각수 이온필터. The coolant passage hole is formed at a position close to the inlet port to increase the cooling water passage area, and the cooling water passage hole is made smaller to the opposite side of the inlet port, thereby reducing the cooling water passage area. Ion filter.