KR100815309B1 - 연료전지 차량의 이온제거기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량에 설치되는 이온제거기에 관한 것으로서, 상기 이온제거기의 내부로 공급되는 냉각수에 포함된 금속이온의 필터링 향상과 함께 스택 냉각수의 전기 전도도를 일정하게 유지시키도록 이온제거기 하우징의 상측과 하측에 각각 설치되어 이온제거기 하우징의 내부로 유입되는 냉각수가 이온교환수지에 필터링되지 않는 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않고 균일하게 흡착 가능하도록 복수개의 가이드 홀이 형성된 가이드 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온제거기에 관한 것이다.

연료전지, 스택, 이온제거기, 냉각수

Description

연료전지 차량의 이온제거기{fuel cell vehicle of demineralizer}

도 1a 내지 도 1b는 종래의 이온제거기를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기의 작동상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 이온제거기 하우징 20 : 이온교환수지

100 : 가이드 플레이트 110 : 가이드 홀

본 발명은 연료전지 차량에 설치되는 이온제거기에 관한 것으로서, 상기 이온제거기의 내부로 공급되는 냉각수 중에 포함된 금속이온의 필터링 향상과 함께 스택 냉각수의 전기 전도도를 일정하게 유지시킬 수 있는 연료전지 차량의 이온제거기에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell)는 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극과, 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막과, 상기한 전극과 전해질을 지지하는 분리판으로 이루어져 있다.

상기한 연료전지 중 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 쓰기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없는 장점을 가지고 있으며 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에 현재 전세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.

고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기를 발생하는 장치로써, 공급된 수소가 Anode 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 Cathode로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산소와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다. 이때 발생되는 이론 전위는 약 1.3V이며 반응식은 다음과 같다.

Anode : H₂ → 2H+ + 2e

Cathode : 1/2 O₂ + 2H+ + 2e → H₂O

실제 자동차용 연료전지에서는 위에서 나타난 전위보다 더 큰 전위를 필요로 하는데, 더 높은 전위를 얻기 위해서는 개별 단위전지를 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 이렇게 적층한 것을 스택(Stack)이라 한다.

상기한 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위해서 분리판을 이용하여 냉각을 실시한다. 상기 분리판은 전기 전도도가 커야 전자를 원활하게 전도하게 된다. 전기 전도도가 큰 분리판을 사용하게 되면 냉각수는 전기 전도도가 낮은 증류수를 사 용 해여야만 한다.

그러나 스택을 냉각하는 시스템의 부식이나 용출 등에 의해서 냉각수의 전기 전도도가 커지면 냉각수로 전기가 흐르게 되어 상기 스택은 단락되거나 냉각수쪽으로 전류가 흐르게 되는 문제점이 발생하게 된다.

그래서 전기 전도도가 낮은 증류수를 사용해야만 하고, 냉각수 내의 전기 전도성이 커지는 것을 방지하기 위해서 냉각수 내의 이온 전기전도성 물질을 제거하기 위한 이온제거기를 사용하고 있다.

상기한 이온제거기는 스택의 내구성과 성능 유지를 위하여 금속이온의 유입이 있어서는 않되며, 상기 스택을 냉각시키는 냉각라인으로 유동되는 냉각수는 금속이온이 제거된 전기전도도(Electrical Conductivity) 2μS/cm 이하의 증류수(Deionized Water)를 사용해야 한다

첨부된 도 1a 내지 도 1b는 종래의 이온제거기를 도시한 도면이다.

첨부된 도 1a에 도시된 이온제거기(2)는 단일 하우징으로 구성되며 내부에 이온교환수지(3)를 구비하여 구성된다. 화살표를 따라 상기 이온제거기(2)의 내부로 냉각수가 유입되어 이온교환수지(3)를 통과하게 되면 상기 이온교환수지(3)를 통해 냉각수의 필터링이 이루어지지 않는 데드 존((Dead Zone)영역이 발생하게 된다.

상기 데드 존((Dead Zone)영역이 발생하게 되면 일부의 이온교환수지(3)를 사용하지 않게 되어 이온교환기(2)의 효율이 저하되고, 상기 냉각수에 포함된 금속이온의 원활한 필터링이 이루어지지 않을 수 있는 문제점이 발생 되었다.

첨부된 도 1b를 참조하면, 데드 존((Dead Zone)영역이 발생하는 단일 하우징을 갖는 이온제거기(2)의 문제점을 방지하기 위해서 복수개의 하우징을 갖는 이온제거기(2')가 개발되었다.

상기 이온제거기(2')는 단일 하우징으로 이루어진 이온제거기(2)보다 작은 직경을 갖도록 형성되어 있어서 형상이 복잡하고, 제작에 어려움이 따르며, 비용이 많이 드는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 데드 존((Dead Zone)영역이 발생되지 않도록 이온제거기 하우징의 상하측에 가이드 플레이트를 설치하여 상기 이온제거기 하우징 내측에 구비된 이온교환수지상에 균일하게 냉각수에 포함된 금속이온을 흡착할 수 있는 연료전지 차량의 이온제거기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기는 이온제거기 하우징의 상측과 하측에 각각 설치되어 이온제거기 하우징의 내부로 유입되는 냉각수가 이온교환수지에 필터링되지 않는 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않고 균일하게 흡착 가능하도록 복수개의 가이드 홀이 형성된 가이드 플레이트가 설치되도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트의 가이드 홀은 가이드 플레이트의 중앙을 기준으로 상하좌우 이격되게 위치하도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트는 이온제거기 하우징의 상하측에 설치될 때 상기 가이드 플레이트에 형성된 가이드 홀이 동일 선상에 배치되도록 설치되도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트의 가이드 홀은 직경이 동일 내지 유사 직경으로 형성되도록 구성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기의 작동상태도 이다.

첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면, 이온제거기 하우징(10)의 상측과 하측에 각각 설치되어 이온제거기 하우징(10) 내부로 유입되는 냉각수가 이온교환수지(20)에 필터링되지 않는 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않고 균일하게 흡착 가능하도록 복수개의 가이드 홀(110)이 형성된 가이드 플레이트(100)가 설치되도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트(100)의 가이드 홀(110)은 가이드 플레이트(100)의 중앙을 기준으로 상하좌우 이격되게 위치하도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트(100)는 이온제거기 하우징(10)의 상하측에 설치될 때 상기 가이드 플레이트(100)에 형성된 가이드 홀(110)이 동일 선상에 배치되도록 설치되도록 구성된다.

상기 가이드 플레이트(100)의 가이드 홀(110)은 직경이 동일 내지 유사 직경으로 형성되도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 이온제거기의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부되 도 2 내지 도 3을 참조하면, 냉각수 라인을 따라 이동되는 냉각수는 물 펌프(4) 전 후단에서 압력차에 의해 이온제거기 하우징(10) 내부로 공급된다.

상기 이온제거기 하우징(10) 내부로 공급된 냉각수는 금속이온이 포함된 상태로써 이온제거기(1)를 통과하게 되면서 상기 냉각수속에 포함된 금속이온을 필터링하게 된다.

첨부된 도 3을 참조하여 이온제거기의 필터링 과정을 설명한다.

첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 이온제거기 하우징(10)의 상측에 설치된 가이드 플레이트(100)의 가이드 홀(110)을 통해 냉각수가 공급되면 이온교환수지(20)를 통해 냉각수속에 포함된 금속이온이 필터링 된다. 상기 가이드 홀(110)은 가이드 플레이트(100)의 중앙을 기준으로 상하좌우 이격되게 설치되어 있어서 상기 이온교환수지(20)에 골고루 공급시킬 수 있게 된다.

상기 이온교환수지(20)를 통과한 냉각수는 이온제거기 하우징(10)의 하측에 설치된 가이드 플레이트(100')의 가이드 홀(110')을 통해 냉각라인을 따라 스택(미도시)으로 공급되어 상기 스택이 원활하게 작동 가능하도록 한다.

상기 이온제거기 하우징(10)의 하측에 설치된 가이드 플레이트(100')의 가이드 홀(110')은 상측에 설치된 가이드 플레이트(100)의 가이드 홀(110)은 동일 선상에 배치되어 냉각수의 흐름이 방해되지 않고 이온교환수지(20)에 필터링되어 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않으면서 냉각수에 포함된 금속이온을 필터링하게 된다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 이온제거기는 이온교환수지중의 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않아 이노제거기의 필터링이 향상되고 스택의 안정적인 운전이 가능한 효과가 있다.

또한 이온제거기의 형상이 단순화 되어 연료전지 차량에서 차지하는 공간이 절약되고, 제작성과 비용이 절감 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 연료전지 차량에 구비되어 냉각수에 포함된 금속이온을 필터링하는 이온 제거기에 있어서,

   이온제거기 하우징의 상측과 하측에 각각 설치되어 이온제거기 하우징의 내부로 유입되는 냉각수가 이온교환수지에 필터링되지 않는 데드 존(Dead Zone)영역이 발생하지 않고 균일하게 흡착 가능하도록 복수개의 가이드 홀이 형성된 가이드 플레이트가 설치되되,

   상기 가이드 플레이트의 가이드 홀은 가이드 플레이트의 중앙을 기준으로 상하좌우 이격되어 위치하고,

   상기 가이드 플레이트는 이온제거기 하우징의 상하측에 설치될 때 상기 가이드 플레이트에 형성된 가이드 홀이 동일 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 이온제거기.
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