KR20230143398A - 이온 필터 - Google Patents

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KR20230143398A
KR20230143398A KR1020220042217A KR20220042217A KR20230143398A KR 20230143398 A KR20230143398 A KR 20230143398A KR 1020220042217 A KR1020220042217 A KR 1020220042217A KR 20220042217 A KR20220042217 A KR 20220042217A KR 20230143398 A KR20230143398 A KR 20230143398A
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이철희
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엔브이에이치코리아(주)
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Abstract

본 문건은 이온수지 카트리지의 교체가 용이한 이온 필터를 개시한다. 이온 필터는, 내부에 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 비하여 큰 수평 단면적을 갖는 제2 챔버가 수직 방향으로 적층 구비되고, 상면이 개방되고, 하면에 냉각수 투입구가 형성된 하우징; 프레임부와, 상기 프레임부의 상방으로 연장 형성되는 제1 벽부를 구비하고, 상기 제2 챔버에 안착되는 트레이; 상기 프레임부의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합되는 제1 이온수지 카트리지; 및 냉각수 배출구를 구비하고, 상기 하우징의 상면을 마감하는 하우징-커버;를 포함한다.

Description

이온 필터{ION FILTER}
본 개시(The Present Disclosure)는 이온 필터와 관련된다.
일반적으로 수소연료전지차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)는 ① 수소를 분해하여 전기를 생성하는 수소연료전지 스택과, ② 수소연료전지 스택의 냉각수 채널과 연결되는 이온 필터를 포함한다.
한국 등록특허공보 제10-1003065호(2010.12.22. 공고) 및 한국 등록특허공보 제10-1807065호(2017.12.08. 공고) 각각에는 위 이온 필터의 실례가 게재되어 있다.
위 공보들을 참조하면, 이온 필터는 ① 냉각수 유입구와 냉각수 배출구가 구비된 하우징과, ② 하우징의 내부에 장착되는 적어도 하나 이상의 이온수지 카트리지를 포함하고, 수소연료전지 스택을 순환하는 냉각수에 함유된 금속이온을 제거하는 기능을 한다.
한편 이온수지 카트리지는 차량의 주행거리를 기준으로 주기적으로 교체되는 소모품이다.
종래의 이온 필터에 비하여, 이온수지 카트리지의 교체가 용이한 이온 필터를 제공하는 것이다.
본 개시의 실시예(들)에 따른 이온 필터가 기술된다. 실시예에 따른 이온 필터는, 내부에 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 비하여 큰 수평 단면적을 갖는 제2 챔버가 수직 방향으로 적층 구비되고, 상면이 개방되고, 하면에 냉각수 투입구가 형성된 하우징; 프레임부와, 상기 프레임부의 상방으로 연장 형성되는 제1 벽부를 구비하고, 상기 제2 챔버에 안착되는 트레이; 상기 프레임부의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합되는 제1 이온수지 카트리지; 및 냉각수 배출구를 구비하고, 상기 하우징의 상면을 마감하는 하우징-커버;를 포함한다.
실시예에 따른 이온 필터는, 상기 프레임부의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합되는 제2 이온수지 카트리지; 상기 프레임부의 둘레를 감싸는 가스킷; 상기 냉각수 투입구에 결합되는 인렛포트; 및 상기 인렛포트의 내부에 구비되는 역류방지밸브; 등을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 이온수지 카트리지와 상기 제2 이온수지 카트리지는 동일한 규격으로 구성될 수 있고, 상기 제1 이온수지 카트리지와 상기 제2 이온수지 카트리지는 상기 트레이에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 이온수지 카트리지는, 상면에 메쉬부가 구비되고, 하면이 개방된 카트리지-바디; 및 메쉬부를 구비하고, 상기 카트리지-바디의 하면에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되는 카트리지-커버;를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 트레이는, 상기 프레임부의 하방으로 연장 형성되는 제2 벽부를 더 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 트레이는, 상기 제1 벽부의 상부 외측에 돌출 형성되어, 상기 제1 벽부의 외측면과 상기 하우징의 내측면 사이의 공간을 마감하는 플랜지부를 더 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 역류방지밸브는, 제1 원통부와, 상기 제1 원통부를 감싸는 제2 원통부와, 상기 제1 원통부의 둘레에 형성되는 림부와, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부를 연결하는 둘 이상의 리브를 구비하고, 상기 인렛포트의 내부에 결합되는 밸브-캡; 상기 제1 원통부에 삽입되는 로드부와, 상기 로드부에 하단에 형성되는 반구체부를 구비하고, 상기 인렛포트의 유로를 개폐하는 밸브-바디; 및 상기 로드부를 감싸되, 일단이 상기 림부에 지지되고, 타단이 상기 반구체부에 지지되는 스프링;을 포함할 수 있고, 상기 밸브-캡은, 상기 인렛포트에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되도록 구성될 수 있다.
실시예에 따른 이온 필터는, 트레이를 매개로 이온수지 카트리지가 하우징에 장착되도록 구성되어, 이온수지 카트리지의 교체가 용이하다.
또한 실시예에 따른 이온 필터는, 그 구조가 심플하여, 고장 발생 우려가 낮고, 유지가 관리가 용이하며, 저렴한 비용으로 생산이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 이온 필터의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 이온 필터의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 A - A' 선을 따라 절단한 모습을 나타낸다.
도 4는 도 3의 제1 이온수지 카트리지를 분해한 모습을 나타낸다.
도 5는 도 3의 역류방지밸브를 분해한 모습을 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 이온 필터를 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 이온 필터(100)[이하 '이온 필터(100)'라 한다]의 사시도이고, 도 2는 이온 필터(100)의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 A - A' 선을 따라 절단한 모습을 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이온 필터(100)는 하우징(110), 트레이(120), 제1 이온수지 카트리지(130) 및 하우징-커버(150)를 포함한다.
또한 이온 필터(100)는 제2 이온수지 카트리지(140), 가스킷(160), 인렛포트(170), 역류방지밸브(180) 및 아웃렛포트(190)를 더 포함할 수 있다.
하우징(110)은 소정 부피를 갖는다. 하우징(110)은 금속 재질, 합성수지 재질 등으로 제작될 수 있다. 하우징(110)은 특정 형상으로 한정되지 않으며, 하나의 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 수평 단면적을 갖는 2개의 육면체가 층계 구조로 결합된 형상일 수 있다.
하우징(110)의 내부에는 제1 챔버(111)와, 제2 챔버(112)가 수직 방향으로 적층되는 형태로 구비된다. 제2 챔버(112)는 제1 챔버(111)의 수평 단면적보다 큰 수평 단면적을 갖는다. 그에 따라 하우징(110)의 내부에는 단턱(114)이 형성된다.
하우징(110)의 상면은 개방되고, 하우징(110)의 하면 내측에는 냉각수 투입구(113)가 형성된다. 냉각수 투입구(113)는 제1 챔버(111)와 연통된다.
트레이(120)는 ① 단턱(114)의 상부에 안착되는 프레임부(121)와, ② 프레임부(121)의 상방으로 연장 형성되고, 제2 챔버(112)에 대응되는 높이를 갖는 제1 벽부(122)를 포함한다.
트레이(120)는 합성수지 사출하여 제작할 수 있으며, 재료비 절감을 위하여, 제1 벽부(122)에는 적어도 하나 이상의 창(122a)이 마련될 수 있다.
제1 벽부(122)의 외측면과 하우징(110)의 내측면[= 제2 챔버(112)를 둘러싸는 벽면]에는 소정 부피의 빈 공간이 마련될 수 있다.
트레이(120)는 프레임부(121)의 하방으로 연장되는 제2 벽부(123)를 더 포함할 수 있다. 제2 벽부(123)의 외측면은 하우징(110)의 내측면[= 제1 챔버(111)를 둘러싸는 벽면]과 마주하고, 트레이(120)의 삽입을 안내하는 기능을 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제2 벽부(123)는 제1 챔버(111)의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 구성되어도 무방하다.
트레이(120)는 제1 벽부(122)의 상부 외측에 돌출 형성되는 플랜지부(124)를 더 포함할 수 있다. 플랜지부(124)는 제1 벽부(122)의 외측면과 하우징(110)의 내측면 사이의 공간을 마감하고, 사용자가 하우징(110)에서 트레이(120)를 제거하고자 할 때, 파지할 수 있는 부분을 제공한다.
제1 이온수지 카트리지(130)는 프레임부(121)의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합될 수 있다.
제2 이온수지 카트리지(140)는 프레임부(121)의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합될 수 있다.
한편, 부품의 공용화를 위하여, 제1 이온수지 카트리지(130)와 제2 이온수지 카트리지(140)는 동일한 구조로 구성될 수 있으며, 이때 제1 이온수지 카트리지(130)와 제2 이온수지 카트리지(140)는 트레이(120)의 프레임부(121)를 기준으로 상호 마주하도록 조립된다.
제1 이온수지 카트리지(130)와 제2 이온수지 카트리지(140)는 트레이(120)에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되도록 구성될 수 있다.
도 4는 도 3의 제1 이온수지 카트리지(130)를 분해한 모습을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 이온수지 카트리지(130)는 카트리지-바디(131)와 카트리지-커버(132)를 포함할 수 있다.
카트리지-바디(131)는 상면에 메쉬부(131a)가 구비되고, 하면이 개방된 함체 형태일 수 있다. 카트리지-바디(131)의 내부에는 이온수지(미도시)가 충진된다.
카트리지-커버(132)는 카트리지-바디(131)의 하부에 결합되어, 개방된 하면을 폐쇄한다. 카트리지-커버(132)의 내측에는 메쉬부(132a)가 구비된다. 카트리지-커버(132)는 카트리지-바디(131)에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되도록 구성될 수 있다.
트레이(120)에 이온수지 카트리지(130, 140)를 결합하고자 할 때, 카트리지-커버(132)의 메쉬부(132a)는 프레임(121)과 마주한다. 한편 하부에 위치된 카트리지(140)를 통과한 냉각수가 상부에 위치된 카트리지(130)로 원할하게 흘러 들어갈 수 있도록, 각각의 이온수지 카트리지(130, 140)와 트레이(120) 사이에는 밀폐기재(예 : 가스킷)가 더 구비될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 가스킷(160)은 프레임부(121)의 둘레에 결합될 수 있다.
가스킷(160)은 프레임부(121)와 하우징(110)의 내측면 사이의 공간으로 냉각수가 유출되는 것을 차단한다.
하우징-커버(150)는 하우징(110)의 상부에 결합되어, 하우징(110)의 개방된 상면을 폐쇄한다. 하우징-커버(150)에는 냉각수 배출구(151)가 구비된다. 냉각수 배출구(151)는 제2 챔버(112)와 연통된다. 그에 따라, 하우징(110)의 냉각수 투입구(113)로 유입된 냉각수는 제1 챔버(111) 또는 제2 챔버(112)에 위치된 이온수지 카트리지(130, 140)를 경유한 뒤, 금속이온이 제거된 상태로 냉각수 배출구(151)로 배출된다.
하우징-커버(150)는 하우징(110)에 볼팅 결합되도록 구성될 수 있다. 또한 하우징-커버(150)에는 상부에는 아웃렛포트(190)가 볼팅 결합될 수 있다. 아웃렛포트(190)는 냉각수 배출구(151)와 연통된다.
인렛포트(170)는 하우징(110)의 하부에 결합된다. 인렛포트(170)는 하우징(110)의 냉각수 투입구(113)와 연통된다. 인렛포트(170)는 하우징(110)에 볼팅 결합되도록 구성될 수 있다.
인렛포트(170)의 내부에는 ① 반전된 콘 형태의 제1 챔버(171)와, ② 원기둥 형태의 제2 챔버(172)가, 적층된 형태로 구비될 수 있다. 이때 제1 챔버(171)의 하단 중앙에는 유로(173)가 형성되며, 제2 챔버(172)의 상부는 냉각수 투입구(113)에 직결된다.
역류방지밸브(180)는 인렛포트(170)의 내부에 구비되며, 인렛포트(170)를 통하여 하우징(110)로 투입되는 냉각수가 역류하는 것을 차단한다.
도 5는 도 3의 역류방지밸브(180)를 분해한 모습을 나타낸다.
역류방지밸브(180)는 특정 구조로 한정되지 않으나, 하나의 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브-캡(181), 밸브-바디(182) 및 스프링(183)을 포함할 수 있다.
밸브-캡(181)는 ① 인렛포트(170)의 제2 챔버(172) 중앙에 수직으로 구비되는 제1 원통부(181a)와, ② 제1 원통부(181a)를 감싸되 제2 챔버(172)의 수평 단면적에 대응되는 수평 단면적을 갖는 제2 원통부(181b)와, ③ 제1 원통부(181a)의 둘레의 형성되는 림부(181c)와, ④ 제1 원통부(181a)의 외측면과 제2 원통부(181b)의 내측면을 최단거리로 연결하는 적어도 둘 이상의 리브(181d)로 구성될 수 있다.
밸브-캡(181)은 인렛포트(170)에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 챔버(172)를 둘러싸는 인렛포트(170)의 내측면에는 홀이 형성되고, 제2 원통부(181b)의 외측면에는 위 홀에 삽입되는 돌기가 형성될 수 있다.
밸브-바디(182)는 ① 제1 원통부(181a)의 중공에 삽입되되 제1 원통부(181a)에 비하여 긴 길이를 갖는 로드부(182a)와, ② 로드부(182a)의 하단에 구비되어 유로(173)와 마주하는 반구체부(182b)로 구성될 수 있다. 반구체부(182b)는 러버 등의 재질로 로드부(182a)에 사출 성형될 수 있다.
스프링(183)은 로드부(182a)를 감싸며, 상단이 림부(181c)의 하면에 지지되고, 하단이 반구체부(182b)의 상면에 지지된다.
유로(173)에 의하여 투입되는 냉각수의 압력이 스프링(183)의 탄성력보다 약할 때, 유로(173)의 출구는 반구체부(182b)의 선단에 의하여 폐쇄된다. 즉, 스프링(183)의 포스(Force)는 냉각수 흐름 압력보다 약하게 설정되고, ① 냉각수 펌프가 구동될 경우, 밸브-바디(182)가 밀어올려져 냉각수가 하우징(100) 내부로 공급되며, ② 냉각수 펌프가 구동을 멈출 경우, 스프링(183)의 포스와 밸브-바디(182)의 자중에 의하여, 유로(173)가 폐쇄되어 냉각수가 하우징(100) 내부로 공급되지 않는다. 그에 따라, 이온수지 카트리지(130, 140)의 교체를 위해 하우징-커버(150)를 열어도 냉각수가 유로(173)로 누수되지 않는다.
앞서 설명된 이온 필터(100)는, 트레이(120)를 매개로 이온수지 카트리지[제 1 이온수지 카트리지(130), 제2 이온수지 카트리지(140)]가 하우징(110)에 장착되도록 구성되어, 이온수지 카트리지(130, 140)의 교체가 용이하다.
또한 이온 필터(100)는, 그 구조가 심플하여, 고장 발생 우려가 낮고, 유지가 관리가 용이하며, 저렴한 비용으로 생산이 가능하다.
100 : 이온 필터
110 : 하우징
120 : 트레이
130 : 제1 이온수지 카트리지
140 : 제2 이온수지 카트리지
150 : 하우징-커버
160 : 가스킷
170 : 인렛포트
180 : 역류방지밸브
190 : 아웃렛포트

Claims (10)

  1. 내부에 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 비하여 큰 수평 단면적을 갖는 제2 챔버가 수직 방향으로 적층 구비되고, 상면이 개방되고, 하면에 냉각수 투입구가 형성된 하우징;
    프레임부와, 상기 프레임부의 상방으로 연장 형성되는 제1 벽부를 구비하고, 상기 제2 챔버에 안착되는 트레이;
    상기 프레임부의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합되는 제1 이온수지 카트리지; 및
    냉각수 배출구를 구비하고, 상기 하우징의 상면을 마감하는 하우징-커버;를 포함하는, 이온 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임부의 높이 방향 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에 선택적으로 결합되는 제2 이온수지 카트리지;를 더 포함하는, 이온 필터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 이온수지 카트리지와 상기 제2 이온수지 카트리지는 동일한 규격으로 구성되고, 상기 트레이에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되는 것을 특징으로 하는, 이온 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 이온수지 카트리지는,
    상면에 메쉬부가 구비되고, 하면이 개방된 카트리지-바디; 및
    메쉬부를 구비하고, 상기 카트리지-바디의 하면에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되는 카트리지-커버;를 포함하는, 이온 필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임부의 둘레를 감싸는 가스킷;을 더 포함하는, 이온 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레이는, 상기 프레임부의 하방으로 연장 형성되는 제2 벽부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 이온 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레이는, 상기 제1 벽부의 상부 외측에 돌출 형성되어, 상기 제1 벽부의 외측면과 상기 하우징의 내측면 사이의 공간을 마감하는 플랜지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 이온 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수 투입구에 결합되는 인렛포트; 및
    상기 인렛포트의 내부에 구비되는 역류방지밸브;를 더 포함하는, 이온 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 역류방지밸브는,
    제1 원통부와, 상기 제1 원통부를 감싸는 제2 원통부와, 상기 제1 원통부의 둘레에 형성되는 림부와, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부를 연결하는 둘 이상의 리브를 구비하고, 상기 인렛포트의 내부에 결합되는 밸브-캡;
    상기 제1 원통부에 삽입되는 로드부와, 상기 로드부에 하단에 형성되는 반구체부를 구비하고, 상기 인렛포트의 유로를 개폐하는 밸브-바디; 및
    상기 로드부를 감싸되, 일단이 상기 림부에 지지되고, 타단이 상기 반구체부에 지지되는 스프링;을 포함하는, 이온 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 밸브-캡은, 상기 인렛포트에 스냅-핏(SNAP-FIT) 방식으로 체결되는 것을 특징으로 하는, 이온 필터.
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