KR100534913B1 - Ｃｎｇ 차량용 가스충전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CNG 차량용 가스충전시스템에 관한 것으로서, 리셉터클 및 첵밸브가 구비되어 있으며 연료탱크에 연결 설치되어 CNG 가스가 주입되는 연결주입파이프 일측에 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 이용한 축냉식 에어컨 시스템을 장착하여 연결주입파이프를 냉각시키는 동시에 이를 통해 연료탱크로 주입되는 CNG 가스가 냉각되어 압력이 떨어진 상태로 주입될 수 있게 함으로써, CNG 차량의 가스 충전율을 높일 수 있는 CNG 차량용 가스충전시스템을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 CNG 차량용 가스충전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료탱크에 연결 설치되어 CNG 가스가 주입되는 연결주입파이프 일측에 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 이용한 축냉식 에어컨 시스템을 장착하고, 이를 통해 연료탱크로 주입되는 CNG 가스가 냉각될 수 있게 함으로써, CNG 차량의 가스 충전율을 높일 수 있는 CNG 차량용 가스충전시스템에 관한 것이다.
최근 들어 석유에너지에 대한 대체 에너지 개발을 위한 노력이 여러 분야에서 활발하게 이루어 지고 있다.
이는 석유자원의 고갈에 대비할 뿐 아니라 전 세계적으로 심각해져 가고 있는 환경오염이라는 보다 심각한 문제에 대처하기 위한 노력의 일환으로 인식 되어져 가고 있다.
도시 대기오염의 주범으로 인식되고 있는 자동차의 경우도 저공해의 실현이 모든 자동차 제작사 및 부품업체의 당면 과제로 되어가고 있다.
이에 따라 기존의 자동차 연료인 가솔린이나 경유에 비해 유해 배기 물질을 현저히 줄일 수 있는 대체 에너지를 사용하는 자동차의 개발을 위해 많은 노력이 경주되고 있다.
그 일환으로CNG 가스(Compressed natural gas, 천연가스)를 연료로 사용하는 CNG 차량에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있는 바, 상기 CNG 가스는 가솔린 등에 비해 연소 효율이 좋고 운전이 조용하며, 대기오염이 적으며 경제적인 장점이 있기 때문이다.
이러한 상황에 맞춰, 우리나라에서도 1999년부터 CNG 가스를 이용한 CNG 버스가 적용되어 양산중에 있다.
한편, 상기와 같은 장점을 가지고 있는 가스를 연료로 사용하는 CNG 차량의 연료 공급장치에 대한 한 예를 첨부한 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 일반적인 CNG 차량의 연료 공급장치에 대한 계통도이다.
도면에서 부호30은 연료탱크로서, 도시된 바와 같이 상기 연료탱크(30)에는 연료공급파이프(31)가 엔진(도시하지 않음)에 이르도록 연결되어 연료를 압송하도록 되어 있다.
상기 연료공급파이프(31)의 도중에는 연료의 공급 압력을 엔진에 필요한 압력으로 강하시키는 레귤레이터(32)가 설치되어 있다.
상기 레귤레이터(32)는 연료레일(33)과 연결되어 있으며, 이 연료레일(33)에는 공급되는 연료를 엔진의 실린더로 분사하는 인젝터(34)가 실린더(도시하지 않음)와 동수로 설치되어 있다.
또한, 상기 연료탱크(30)의 다른 한 쪽에는 연료의 소진시 연료를 충전하기 위한 연료주입파이프(35)가 연결되어 있고, 이 연결주입파이프(35)에는 첵밸브(36)와 리셉터클(37)이 연결되어 있으며, 상기 리셉터클(37)에 압축기(38)의 노즐(39)이 연결되어 연료탱크(30)에 연료를 충전하도록 되어 있다.
이와 같이된 일반적인 CNG 차량은, 연료탱크로(30)부터 나오는 소정 압력(약 200~250bar)의 연료가 레귤레이터(32)를 거치면서 엔진에서 원하는 압력(예컨데, 엔진에 따라 약간씩의 차이는 있으나, 보통 1~9bar)으로 강하되어 연료레일(33)로 공급되고, 이 연료레일(33)에 있는 다수의 인젝터(34)에 의해 각각의 실린더로 공급되어 점화되고 폭발하는 사이클을 반복하게 된다.
그런데, 상기 CNG 가스는 LPG 가스(액화석유가스)와 달리 비중이 0.6 정도로 낮고 메탄(CH4)이 주성분을 이루는 가스로서, 액화 가능한 온도(-162℃)가 낮아서 차량에서는 액화상태로 저장하는 것이 거의 불가능하다.
따라서, CNG 가스를 연료로 사용하는 차량은 통상적으로 연료탱크의 크기가 크다는 단점이 있다.
즉, CNG 차량, 특히 CNG 버스와 같은 경우에는 연료탱크가 장착되는 공간이 한정 되어 있는 바, 일정 크기의 연료탱크에 한번에 충전으로 많은 양의 CNG 가스를 충전하는 것이 중요하다.
그러나, 상기와 같이 연료탱크에 충전되는 CNG 가스의 충전율은 항상 일정하지 못하고 주변 온도에 따라 차이가 발생하게 되었다.
즉, 주변 온도가 높은 하절기의 경우에는 동절기에 대비하여 대략 10%~20% 정도 가스 충전율이 낮아지는 현상이 발생하는 바, 하절기에 CNG 가스 충전시 높은 주변 온도에 의해 연료탱크 주입구 부위의 압력이 높아져 결과적으로 CNG 가스의 충전량을 낮아지게 하였다.
따라서, CNG 가스를 연료로 사용하는 CNG 차량은 하절기에 가스 충전량이 낮아 자주 충전시켜야 하는 번거로움이 발생하였고, 특히 상기와 같은 문제점으로 인해 CNG 버스의 경우에는 장거리 보다는 단거리 코스로 운행되어야 하는 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로서, 연료탱크에 연결 설치되어 CNG 가스가 주입되는 연결주입파이프 일측에 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 이용한 축냉식 에어컨 시스템을 장착하고, 이를 통해 연료탱크로 주입되는 CNG 가스가 냉각될 수 있게 함으로써, CNG 차량의 가스 충전율을 높일 수 있는 CNG 차량용 가스충전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기의 노즐과 연결될 수 있는 리셉터클 및 첵밸브가 구비되어 있는 연결주입파이프가 연료탱크에 연결 설치되는 차량용 가스충전시스템에 있어서, 상기 연결주입파이프는 연료탱크로 주입되는 가스를 냉각시켜 압력이 떨어진 상태로 주입될 수 있도록 축냉식 에어컨 시스템에 의해 냉각되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축냉식 에어컨 시스템은, 압축기, 콘덴서 및 증발기를 포함하여 구성된 차량용 에어컨 시스템의 공급관 일측에 장착되어, 컨트롤러 가스 스위치의 조작에 따라 개폐되는 냉매조절밸브와, 상기 냉매조절밸브가 개방됨에 따라 일정량의 냉매를 압축기로 순환시키는 보조 공급관과, 상기 보조 공급관 도중에 장착되어 냉매를 냉각시키는 보조 증발기와, 상기 연결주입파이프를 감싸는 방식으로 설치되어, 상기 보조 증발기를 통해 전달되는 냉매에 의해 일정온도로 냉각되는 축냉제를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축냉식 에어컨 시스템은, 상기 축냉재의 온도변화에 따라 냉매조절밸브를 개폐 조정할 수 있도록 축냉재 일측에 장착되어 축냉재의 온도변화를 감지하는 온도감지수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템의 구성을 도시한 도면이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템으로서, 이의 작동순서를 도시한 블록도이다.
미설명 부호 21은 콘덴서, 22는 압축기, 23은 컨트롤러의 가스 스위치를 지칭한다.
도시한 바와 같이, CNG 차량의 연료탱크(3)에는 연료공급파이프(4)가 엔진(도시하지 않음)에 이르도록 연결되어 연료를 압송하도록 되어 있다.
상기 연료공급파이프(4)의 도중에는 연료의 공급 압력을 엔진에 필요한 압력으로 강하시키는 레귤레이터(5)가 설치되어 있다.
상기 레귤레이터(5)는 연료레일(6)과 연결되어 있으며, 이 연료레일(6)에는 공급되는 연료를 엔진의 실린더로 분사하는 인젝터(7)가 실린더(도시하지 않음)와 동수로 설치되어 있다.
또한, 상기 연료탱크(3)의 다른 한 쪽에는 연료의 소진시 연료를 충전하기 위한 연료주입파이프(8)가 연결되어 있고, 이 연결주입파이프(8)에는 첵밸브(9)와 리셉터클(10)이 연결되어 있으며, 상기 리셉터클(10)에 압축기(11)의 노즐(12)이 연결되어 연료탱크(3)에 연료를 충전하도록 되어 있다.
상기와 같이된CNG 차량은, 연료탱크(3)로부터 나오는 소정 압력(약 200~250bar)의 연료가 레귤레이터(5)를 거치면서 엔진에서 원하는 압력(예컨데, 엔진에 따라 약간씩의 차이는 있으나, 보통 1~9bar)으로 강하되어 연료레일(6)로 공급되고, 이 연료레일(6)에 있는 다수의 인젝터(7)에 의해 각각의 실린더로 공급되어 점화되고 폭발하는 사이클을 반복하게 된다.
이때, 상기 연료주입파이프(8)에는 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 이용한 축냉식 에어컨 시스템(15)이 장착되는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 축냉식 에어컨 시스템(15)은 연료탱크(3)로 주입되는 CNG 가스를 냉각시켜 그 충전율을 높일 수 있도록 장착된 것이다.
즉, 에어컨 시스템의 주 증발기로 공급되는 냉매의 일부가 축냉식 에어컨 시스템(15)의 보조 증발기(도시하지 않음)로 보내져 축냉재(16)를 냉각시키게 되고, 이 축냉재(16)를 통해 상기 연료주입파이프(8)가 냉각되며 이를 통해 연료탱크(3)로 주입되는 CNG 가스가 냉각된다.
이때, 상기 주 증발기(19)와 연결된 주 공급관(17)에는 냉매조절밸브(20)가 장착되어 있는 바, 이 냉매조절밸브(20)를 통해 주 증발기(19)로 공급되던 냉매의 약 10%가 보조 공급관(18)을 거쳐 보조 증발기(도시하지 않음)로 공급된다.
즉, 상기 축냉식 에어컨 시스템(15)은 주 증발기(19)로 공급되던 냉매의 약 10% 만으로도 작동되는 것으로서, 일반적인 에어컨 시스템 작동과 병행하여 작동될 수 있다.
한편, 상기 축냉재(16) 일측에는 이의 온도를 감지할 수 있는 온도감지수단(24)이 장착되어 있는 바, 이 온도감지수단(24)에서 감지한 온도에 따라 상기 냉매조절밸브를 선택적으로 차단시키며 축냉식 에어컨 시스템(15)의 동작 여부를 조정할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 축냉식 에어컨 시스템(15)을 통해 연료탱크(3)에 CNG 가스를 일정온도로 냉각된 상태로 주입하게 되면, 하절기에 높은 주변온도에 의해 가스 충전율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템의 작동순서를 첨부한 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
엔진의 시동을 건 후 에어컨 스위치(도시하지 않음)를 온(ON)하게 되면, 에어컨이 구동된다.
다음으로, 컨트롤러의 가스 스위치(23)를 온(ON)하게 되면 냉매조절밸브(20)가 개방되고, 이에 따라 주 증발기(19)로 공급되던 냉매의 일정량(약 10%)이 보조 공급관(18)을 통해 축냉식 에어컨 시스템(15)으로 공급된다.
즉, 냉매조절밸브(20)의 개방에 따라 축냉식 에어컨 시스템(15)으로 공급되는 냉매는 보조 공급관(18)을 거쳐 보조 증발기로 공급되어 축냉재(16)를 냉각시키게 된다.
상기 축냉재(16)가 냉각됨에 따라 이와 연결 설치되어 있는 연료주입파이프(8)도 냉각되어 지는 바, 이 축냉재(16) 일측에 장착됨 온도감지수단(24)에서 감지된 온도가 0℃를 초과하게 되면 계속해서 축냉식 에어컨 시스템(15)으로 냉매가 공급되며 축냉재(16)를 냉각시키게 되고, 온도감지수단(24)에서 감지된 온도가 0℃ 미만일 경우에는 냉매조절밸브(20)가 차단되며 냉매가 주 증발기(19) 측으로만 공급된다.
즉, 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 통해 축냉식 에어컨 시스템(15)의 축냉재(16)를 일정온도로 냉각시키게 되고, 엔진을 끈 후에 가스를 주입하게 되어도 축냉제(16)의 냉기로 인해 연료주입파이프(8)는 일정시간 동안 냉기를 유지할 수 있게 된다.
상기와 같이 연료주입파이프(8)가 냉각됨에 따라 이를 통해 연료탱크(3)로 주입되는 CNG 가스는 냉각되는 동시에 압력이 낮아진 상태로 주입되어 진다.
따라서, 상기와 같은 상태로 연료탱크(3)에 주입되는 CNG 가스는 하절기때와 같이 주변온도가 높은 상태에서도 충전율이 낮아지는 현상 없이 원래의 충전율을 유지할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템에 의하면 연료탱크에 연결 설치되어 CNG 가스가 주입되는 연결주입파이프 일측에 차량용 에어컨 시스템의 냉매를 이용한 축냉식 에어컨 시스템을 장착하고, 이를 통해 연료탱크로 주입되는 CNG 가스가 냉각될 수 있게 함으로써, CNG 차량의 가스 충전율을 높일 수 있다.
특히, 상기와 같은 방식은 하절기에 가스 충전량이 낮아짐이 없어 자주 충전시켜야 했던 번거로움을 해소할 수 있으며, CNG 버스의 경우 장거리 코스 운행도 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템의 구성을 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 CNG 차량용 가스충전시스템으로서, 이의 작동순서를 도시한 블록도
도 4는 일반적인 CNG 차량의 연료 공급장치의 계통도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 연료탱크 4 : 연료공급파이프
5 : 레귤레이터 6 : 연료레일
7 : 인젝터 8 : 연료주입파이프
9 : 첵밸브 10 : 리셉터클
11 : 압축기 12 : 노즐
15 : 축냉식 에어컨 시스템 16 : 축냉재
17 : 주 공급관 18 : 보조 공급관
19 : 주 증발기 20 : 냉매조절밸브
21 : 콘덴서 22 : 압축기
23 : 컨트롤러 가스 스위치 24 : 온도감지수단
Claims (3)
- 삭제
- 압축기의 노즐과 연결될 수 있는 리셉터클 및 첵밸브가 구비되어 있는 연결주입파이프(8)가 연료탱크(3)에 연결 설치되되, 상기 연결주입파이프(8)는 연료탱크(3)로 주입되는 가스를 냉각시켜 압력이 떨어진 상태로 주입될 수 있도록 축냉식 에어컨 시스템(15)에 의해 냉각되도록 된 CNG 차량용 가스충전시스템에 있어서,상기 축냉식 에어컨 시스템(15)은 압축기(22), 콘덴서(21) 및 증발기(19)를 포함하여 구성된 차량용 에어컨 시스템의 공급관(17) 일측에 장착되어 컨트롤러 가스 스위치(23)의 조작에 따라 개폐되는 냉매조절밸브(20)와, 상기 냉매조절밸브(20)가 개방됨에 따라 일정량의 냉매를 압축기(22)로 순환시키는 보조 공급관(18)과, 상기 보조 공급관(18) 도중에 장착되어 냉매를 냉각시키는 보조 증발기와, 상기 연결주입파이프(8)를 감싸는 방식으로 설치되어 보조 증발기를 통해 전달되는 냉매에 의해 일정온도로 냉각되는 축냉제(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 CNG 차량용 가스충전시스템.
- 삭제
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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