KR100482069B1 - Quick gas charging tank for using compressed natural gas typed vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 천연가스차량의 고속 충전 연료탱크에 관한 것으로, 연료 주입시 연료탱크내의 연료 충전에 따른 온도 상승을 저하시켜 초 고속으로 연료를 주입할 수 있으면서도 수용 가능한 최대 량의 연료를 충전함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a fast-charging fuel tank of a natural gas vehicle, the purpose of filling the maximum amount of fuel that can be injected at a very high speed while reducing the temperature rise caused by the filling of fuel in the fuel tank during fuel injection. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축천연가스를 충전하는 연료탱크(1)의 연료 충진 공간에 충진되는 가스의 상승온도를 흡수하는 흡열부재(10)가 구비되되, 상기 흡열부재(10)는 연료주입구를 형성하도록 연료주입구부위에 장착되어 엔진으로 연료를 공급하는 솔레노이드밸브(2)에서 이어져 연료 충진공간의 길이 방향으로 장착되어진 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object is provided with a heat absorbing member 10 for absorbing the rising temperature of the gas filled in the fuel filling space of the fuel tank (1) for filling the compressed natural gas, the heat absorbing member ( 10) is mounted to the fuel inlet portion to form a fuel inlet is connected to the solenoid valve (2) for supplying fuel to the engine is characterized in that it is mounted in the longitudinal direction of the fuel filling space.
Description
본 발명은 천연가스차량의 고속 충전 연료탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충전되는 가스의 온도를 낮추어 고속으로 많은 양의 가스를 충전할 수 있도록 된 천연가스차량의 고속 충전 연료탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a fast-charging fuel tank of a natural gas vehicle, and more particularly to a fast-charging fuel tank of a natural gas vehicle that can be filled in a large amount of gas at a high speed by lowering the temperature of the gas to be charged.
현재 일반적으로 양산되는 차량은 거의 대부분 가솔린 엔진 내지는 디젤 엔진을 사용하고 있지만, 이와 같은 가솔린 엔진과 디젤 엔진은 석유 정재물을 원료로 사용하기 때문에 매장량에 한계가 있을 뿐 아니라, 배기가스가 많이 발생한다는 이유로 인하여 대처연료인 압축천연가스(CNG, Compressed Natural Gas)를 이용한 엔진이 개발되고 있다.Currently, mass-produced vehicles mostly use gasoline engines or diesel engines, but these gasoline engines and diesel engines use petroleum refinery as a raw material, and thus have limited reserves and generate a lot of exhaust gas. For this reason, engines using compressed natural gas (CNG) have been developed.
이는 압축천연가스가 가솔린 등에 비해 연소 효율이 좋고 대기오염이 적은 장점이 있기 때문인데, 이와 같은 압축 천연가스는 통상 고압의 상태로 보관되어지며, 엔진 내부의 연소실에 분사가 이루어질 때는 저압의 상태로 바뀌는 특성이 있게 된다.This is because compressed natural gas has the advantage of better combustion efficiency and less air pollution than gasoline. Such compressed natural gas is usually stored at a high pressure, and when injected into the combustion chamber inside the engine, it is at a low pressure. There are changing characteristics.
이와 같은 압축천연가스를 사용하는 차량의 연료공급시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 연료주입구를 통해 압축천연가스의 재충전과 탱크내의 압력을 유지하며 연료이송을 개폐하는 솔레노이드밸브(2)가 설치된 고압의 연료탱크(10)와, 이 연료탱크(10)로부터 분기되는 고압라인(4')을 통해 공급되는 고압의 연료를 소정의 압력으로 감압시켜 저압라인(4)으로 보내는 레귤레이터(3) 및 이 레귤레이터(3)에 의하여 소정의 압력으로 감압된 연료를 엔진(6)의 실린더내부로 분사시켜주는 인젝터(5)등으로 구성되어진다.As shown in FIG. 1, the fuel supply system of the vehicle using the compressed natural gas is provided with a solenoid valve 2 for recharging the compressed natural gas and maintaining the pressure in the tank and opening and closing the fuel feed through the fuel inlet. Regulator 3 for sending the high pressure fuel tank 10 and the high pressure fuel supplied through the high pressure line 4 'branched from the fuel tank 10 to the low pressure line 4 by depressurizing the fuel to a predetermined pressure; It consists of the injector 5 etc. which inject the fuel depressurized by predetermined | prescribed pressure by this regulator 3 to the inside of the cylinder of the engine 6.
여기서, 상기 라인(4,4')에는 연료의 누출등을 대비하기 위하여 수동으로 개·폐 가능한 매뉴얼밸브(7,8)가 각각 설치됨은 물론이다.Here, of course, the manual valves 7 and 8 that can be opened and closed manually are installed in the lines 4 and 4 ′ in order to prepare for leakage of fuel.
또한, 상기 압축천연가스차량에 사용되는 연료탱크(1)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 고압의 연료를 충진 할 수 있는 내구성을 갖도록 제작되는데 즉, 연료주입구를 형성하는 솔레노이드밸브(2)가 장착되면서 그 내부에 연료 충진 공간을 형성하는 아우터쉘(1a)과, 이 아우터쉘(1a)에 일정 간격을 갖고 덧대어지는 인너쉘(1b) 및 이 인너쉘(1b)을 따라 덧대어진 라이너(1c)로 이루어지게 된다.In addition, the fuel tank 1 used for the compressed natural gas vehicle is manufactured to have a durability to fill the high-pressure fuel as shown in Figure 2 and 3, that is, the solenoid valve (2) to form a fuel inlet The outer shell (1a) and the inner shell (1b) which is padded at regular intervals to the outer shell (1a) and the liner is padded along the inner shell (1b) is attached to the outer shell (1a) to form a fuel filling space therein; (1c).
여기서, 상기 라이너(1c)는 플라스틱계열의 재질을 사용하거나 또는 알루미늄 계열의 재질을 사용하게 되는데 이중, 알루미늄 계열의 재질은 가벼우면서 밀폐성과 강한 열 응력을 갖고 있어 많이 사용되고 있는 실정이다.Here, the liner 1c may be made of a plastic-based material or an aluminum-based material. Of these, the aluminum-based material is light and has a high sealing property and strong thermal stress.
그러나, 이와 같은 연료탱크(1)는 일반적으로 연료 주입시 탱크의 입구는 좁고 탱크내부는 상대적으로 넓기 때문에, 연료가 탱크내부로 공급될 때 내부에서 확산되는 현상이 발생하여 탱크내부에서 단열팽창이 일어나고, 이에 따라 부피비율이 높아지기 때문에 밀도가 낮아지면서 저온의 가스를 고온의 가스상태로 유지해야 하기 때문에 탱크 내부온도가 상승하게 되고 결국, 연료탱크에 저장될 수 있는 최대량의 연료를 저장하지 못하고 약 80% - 90% 정도밖에 수용하지 못하는 결과를 초래하는 문제점이 있다.However, since the inlet of the tank is generally narrow and the inside of the tank is relatively wide when fuel is injected, such a fuel tank 1 diffuses inside when the fuel is supplied into the tank, causing thermal expansion in the tank. As a result, the volume ratio increases, and thus, the density decreases and the low temperature gas must be maintained in the high temperature gas state, thereby increasing the temperature inside the tank. As a result, the maximum amount of fuel that can be stored in the fuel tank cannot be stored. There is a problem that results in accommodating only 80%-90%.
또한, 이와 같은 연료탱크(1)에서 연료와 접촉되는 라이너(1c)가 알루미늄 계열의 재질로 사용하게 되면, 상기 라이너(1c)의 상승온도가 최고 100℃로 제한되기 때문에 고속 충전시 저속 충전에 비해 약 10%의 충전율의 향상이 있음에도 불구하고, 연료의 저속 충전시에 비해 고속 충전시에 탱크내의 온도 상승이 큰 특성과 라이너(1c)의 상승 온도 제한으로 고속으로 연료를 충전하지 못하는 한계가 있게 된다.In addition, when the liner 1c in contact with the fuel in the fuel tank 1 is made of an aluminum-based material, the rising temperature of the liner 1c is limited to a maximum of 100 ° C. Although there is an improvement in the filling rate of about 10%, there is a limit in that the fuel cannot be charged at high speed due to the characteristic of a large temperature rise in the tank at the time of high-speed filling and a rise temperature limit of the liner 1c. Will be.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 연료 주입시 연료탱크내의 연료 충전에 따른 온도 상승을 저하시켜 초 고속으로 연료를 주입할 수 있으면서도 수용 가능한 최대 량의 연료를 충전함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and the purpose of filling the maximum amount of fuel that can be injected at a very high speed while lowering the temperature rise caused by the filling of fuel in the fuel tank during fuel injection. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축천연가스의 재충전과 탱크내의 압력을 유지하면서 연료를 이송하도록 연료주입구 부위에서 개·폐되는 솔레노이드밸브가 장착된 천연가스차량의 연료탱크에 있어서,상기 연료탱크내부의 연료 충진 공간에는 충전되는 가스의 상승온도를 흡수하도록 구비된 흡열부재가 상기 솔레노이드밸브로부터 연료 충진 공간의 길이 방향으로 위치되는 지지축에서 일정 간격을 두고 방사상으로 돌출 형성되는 다수의 흡열핀으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel tank of a natural gas vehicle equipped with a solenoid valve which is opened and closed at a fuel inlet part to refill compressed natural gas and to transfer fuel while maintaining pressure in the tank. In the fuel filling space inside the fuel tank, a plurality of heat absorbing members protruding radially at regular intervals from the solenoid valve at a support shaft positioned in the longitudinal direction of the fuel filling space are provided to absorb the rising temperature of the gas to be filled. Characterized in that it consists of a heat absorbing pin.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 연료탱크의 내부 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 연료주입구를 통해 압축천연가스의 재충전과 탱크내의 압력을 유지하며 연료이송을 개·폐하도록 연료주입구부위에 구비된 솔레노이드밸브(2)가 설치된 고압의 연료탱크(10)가,상기 연료탱크(10)의 내부로 연료 충진 공간을 형성하면서 내 측면을 따라 라이너(1c)가 덧대어진 인너쉘(1b)을 외부에서 감싸는 아우터쉘(1a)로 이루어지고, 상기 연료탱크(10)의 연료 충진 공간에는 충전되는 가스의 상승온도를 흡수하는 흡열부재(10)가 솔레노이드밸브(2)로 부터 이어져 연료 충진 공간의 길이 방향으로 구비되어진다.Figure 4 shows the internal configuration of the fuel tank according to the present invention, the present invention is provided at the fuel inlet portion to maintain the pressure in the tank and recharge the compressed natural gas through the fuel inlet and opening and closing the fuel transfer The high pressure fuel tank 10 in which the solenoid valve 2 is installed is configured to form a fuel filling space into the fuel tank 10 and to the inner shell 1b having the liner 1c padded along the inner side thereof. The outer shell (1a) wrapped in the, the fuel filling space of the fuel tank 10, the heat absorbing member 10 for absorbing the rising temperature of the gas to be filled from the solenoid valve (2) to the length of the fuel filling space Direction is provided.
여기서, 상기 흡열부재(10)는 솔레노이드밸브(2)에 장착되어 연료 충진 공간의 길이 방향으로 위치되는 지지축(11)과, 이 지지축(11)에 일정 간격을 두고 방사상으로 돌출 형성되는 다수의 흡열핀(12, Heat Sink Fin)으로 이루어진다.Here, the heat absorbing member 10 is attached to the solenoid valve 2 and the support shaft 11 which is located in the longitudinal direction of the fuel filling space, and a plurality of radially projecting formed at regular intervals on the support shaft 11 The heat sink fin (12, Heat Sink Fin) is made of.
이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 연료탱크(1)의 일단에 구비된 솔레노이드밸브(2)의 연료주입구를 통해 가스를 충전하게 되면 전술한 종래의 경우와 같이, 탱크의 입구는 좁고 탱크내부는 상대적으로 넓어 확산 현상에 따라 가스의 단열팽창이 일어나면서 밀도가 낮아짐과 더불어 탱크 내부온도가 상승하게 되지만, 이와 같이 저온의 가스를 고온의 가스상태로 유지하기 위해 상승되는 온도는 상기 연료탱크(1)내에 수용된 흡열부재(10)의 흡열핀(12)을 통해 흡수되어지게 된다.According to the present invention, when the gas is filled through the fuel inlet of the solenoid valve 2 provided at one end of the fuel tank 1, the inlet of the tank is narrow and the inside of the tank is relatively wide as in the conventional case described above. As a result of the adiabatic expansion of the gas, the density decreases and the temperature inside the tank rises. However, the temperature rising to maintain the low-temperature gas in the high-temperature gas state may include a heat absorbing member (housed in the fuel tank 1). 10 is absorbed through the heat absorbing fin (12).
즉, 상기 연료탱크(1)내에 수용된 흡열부재(10)의 흡열핀(12)이 상승되는 가스의 온도를 흡수하여 라이너(1c)의 온도 상승을 그 많큼 더디게 하고 이에 따라, 상기 라이너(1c)의 한계 온도 상승에 대한 도달 시간의 늦어짐 많큼 가스를 더욱 고속으로 충진하게 되고 동일 조건에서 저속 충전시에 비해 고속 충전에 따른 효과로 약 10%의 충전율의 향상될 수 있게 된다.That is, the heat absorbing fin 12 of the heat absorbing member 10 accommodated in the fuel tank 1 absorbs the temperature of the gas which rises, thereby slowing the temperature rise of the liner 1c to a greater extent, and thus, the liner 1c. The slower the time to reach the limit temperature rise of the gas is filled with gas at a higher speed, the filling rate of about 10% can be improved by the effect of the high-speed charging compared to the low-speed charging under the same conditions.
이는, 도 5에 도시된 바와 같이 연료탱크(1)내부의 온도와 충전되는 가스(수소)양의 관계를 통해 알 수 있는데 즉, 탱크내 압력이 5,000psi로 동일할 때 탱크내부의 온도에 따라 탱크내의 충진된 수소질량이 100℃일 때 1.6Kg에서 25℃일 때 2Kg으로 크게 증가함을 알 수 있고 이에 따라, 본 발명과 같이 연료탱크(1)내의 온도를 흡열부재(10)를 통해 낮추는 경우 고속으로 가스를 충전하면서 동시에 많은 양의 가스를 충전할 수 있게 된다.This can be seen from the relationship between the temperature inside the fuel tank 1 and the amount of gas (hydrogen) charged as shown in FIG. 5, that is, according to the temperature inside the tank when the pressure in the tank is equal to 5,000 psi. It can be seen that the hydrogen mass in the tank is greatly increased from 1.6 Kg at 100 ° C. to 2 Kg at 25 ° C., thus lowering the temperature in the fuel tank 1 through the heat absorbing member 10 as in the present invention. In this case, it is possible to charge a large amount of gas at the same time while filling the gas at a high speed.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 압축천연가스를 충전하는 연료탱크의 내부로 충진되는 가스의 상승온도를 흡수하는 다수의 흡열핀을 형성한 흡열부재가 구비되어 연료탱크의 라이너 온도상승을 저하시키면서 고속으로 가스를 충전할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, a heat absorbing member having a plurality of heat absorbing fins for absorbing the rising temperature of the gas filled into the fuel tank filling the compressed natural gas is provided to reduce the rise of the liner temperature of the fuel tank. There is an effect of being able to fill the gas at a high speed.
또한, 본 발명은 연료탱크의 내부에 덧대어진 알루미늄 재질의 라이너 온도 상승 시간을 저하시키므로 저속 충전일 때에 비해 약 10%의 충전율의 향상할 수 있는 고속 충전을 할 수 있어 충전양을 증가하면서도 충전시간을 단축 할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.In addition, the present invention lowers the temperature rise time of the liner made of aluminum padded on the inside of the fuel tank, it is possible to perform high-speed charging that can improve the filling rate of about 10% compared to the low-speed charging, while increasing the filling amount while filling time Of course, there is an effect that can shorten.
도 1은 천연가스 차량의 연료공급 구성도1 is a fuel supply diagram of a natural gas vehicle
도 2는 일반적인 연료탱크의 사시도2 is a perspective view of a typical fuel tank
도 3은 종래에 따른 연료탱크의 내부 구성도Figure 3 is an internal configuration of a fuel tank according to the prior art
도 4는 본 발명에 따른 연료탱크의 내부 구성도4 is an internal configuration of a fuel tank according to the present invention
도 5는 연료탱크내부의 온도와 충전되는 가스(수소)양의 관계를 나타낸 표 5 is a table showing the relationship between the temperature in the fuel tank and the amount of gas (hydrogen) charged
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 연료탱크 1a : 아우터쉘1: fuel tank 1a: outer shell
1b : 인너쉘 1c : 라이너1b: inner shell 1c: liner
2 : 솔레노이드밸브2: solenoid valve
3 : 레귤레이터 4 : 저압라인3: regulator 4: low pressure line
4' : 고압라인 5 : 인젝터4 ': high pressure line 5: injector
6 : 엔진 7,8 : 매뉴얼밸브6: engine 7,8: manual valve
10 : 흡열부재 11 : 지지축10: heat absorbing member 11: support shaft
12 : 흡열핀12: endothermic fin
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