KR100872406B1 - 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레귤레이터의 내측에 연료가스를 우회시키는 열교환튜브가 구비되며, 열교환튜브의 연료가스는 레귤레이터의 내측에서 엔진의 냉각수와 열교환하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 외부로부터 공급된 연료가스를 고압상태로 저장하는 연료용기(14); 상기 연료용기(14)와 연결되며, 상기 연료용기(14)로부터 공급받은 연료가스를 감압시켜 엔진(30)으로 공급하는 레귤레이터(100); 상기 엔진(30)과 레귤레이터(100)를 연결하며, 상기 엔진(30)의 냉각수가 상기 레귤레이터(100)를 거쳐 순환하도록 하는 냉각수유로(20); 상기 레귤레이터(100)의 내측에 제공되며, 감압된 냉매가 냉각수와 열교환 할 수 있도록 상기 레귤레이터(100)의 내측에 구비되는 열교환튜브(500);가 포함된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 레귤레이터의 성능이 향상되는 효과가 있다.

압축천연가스, 공급장치, 열교환, 냉각수

Description

압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치 { A feeder of vehicle using compressed naturalgas }

도 1 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터 상부 외형을 보인 사시도.

도 3 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터 하부 외형을 보인 사시도.

도 4 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터의 구성을 보인 분해 사시도.

도 5 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터의 결합관계를 보인 단면도.

도 6 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 열교환튜브 외형을 보인 사시도.

도 7 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터의 유로를 보인 횡단면도.

도 8 은 도 7 의 B-B' 단면도.

도 9 는 도 7 의 C-C' 단면도.

도 10 은 도 7 의 D-D' 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 가스연료 공급장치 20. 냉각수유로

30. 엔진 100. 레귤레이터

200. 본체 250. 밸브조립체

280. 밸브 부싱 300. 헤드

360. 다이어프램수단 400. 캡

440. 냉각제 챔버 500. 열교환튜브

본 발명은 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레귤레이터의 내측에 연료가스를 우회시키는 열교환튜브가 구비되며, 열교환튜브의 연료가스는 레귤레이터의 내측에서 엔진의 냉각수와 열교환하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축천연가스(CNG:Compressed natural gas) 연료를 공급하는 차량용 연료가스 공급장치는 일반적으로 대형 상용차량 등 다양한 차량에 사용되고 있으며, 압축천연가스가 저장된 연료용기로부터 대략 15~250bar 상태의 연료가스를 엔진의 부하와 탱크압변화 그리고 주변 운전환경변화에 대응하여 래귤레이터를 통 해 감압시킨후 인젝터에서 요구하는 정압으로 공급하는 기능을 수행한다.

그리고, 이와 같은 연료가스 공급장치에 의해 공급되는 연료가스의 상태는 차량의 성능에 관여되는 주요한 구성으로, 차량의 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 연료가스 공급장치에 의해 공급되는 연료가스의 압력 및 온도가 요구되는 상태가 될 수 있도록 조절되어야 할 것이다.

특히 연료가스는 연료가스 공급장치의 레귤레이터에서 감압되어 저압의 상태가 되면서 팽창하여 온도가 대략 -40℃ 가량으로 떨어지게 된다.

물론 연료가스의 유량이 적을 때에는 연료가스의 온도가 낮더라도 큰 문제가 되지 않지만, 비교적 유량이 많을 때에는 연료가스의 온도가 낮을 경우 엔진 점화시의 문제를 초래하거나 밸브의 유로를 막는 등의 문제를 유발하게 되므로, 연료가스의 온도가 지나치게 낮아지지 않도록 관리가 필요하게 된다.

이에 연료가스 공급장치에는 연료가스를 감압시키는 래귤레이터와 함께 연료가스의 온도를 상승시키는 별도의 열교환장치가 장착되고 있다.

이와 같은 열교환장치가 장착된 대표적인 구성은 대한민국 공개특허 1998-031300호와 대한민국 공개특허 제1990-038493호에 개재되어 있다.

이를 간략하게 살펴보면, 대한민국 공개특허 1998-031300호에는 레귤레이터와 연료개폐밸브의 사이에 엔진의 냉각수가 안내되는 냉각수 유로가 형성된 파이프의 내측에 상기 레귤레이터를 통과한 연료가스가 안내되는 유로를 형성하여 연료가스가 열교환된 상태로 상기 연료개폐밸브의 내측으로 안내될 수 있도록 한다.

그리고, 대한민국 공개특허 제1990-038493호에는 엔진으로 연료가스를 공급 하는 연료레일에 엔진의 냉각수가 흐르는 냉각수 통로를 형성하여, 상기 레귤레이터를 통과하여 감압된 연료가스가 연료레일의 내측에서 열교환된 후 상기 연료레일의 인젝터를 거쳐 엔진으로 공급될 수 있도록 한다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에는 다은과 같은 문제점이 있다.

우선 연료가스 공급장치에 별도의 열교환장치를 장착함으로써 전체 시스템의 크기가 커지게 됨은 물론 비용의 증가와 시스템 구현을 위한 배관연결 등 작업공수가 증가하는 문제점이 있다.

그리고, 연료가스를 감압시키는 레귤레이터와 열교환이 일어나는 열교환장치가 서로 떨어져 있게 됨으로써, 실질적으로 온도의 저하가 발생되는 레귤레이터에서부터 열교환장치까지는 필연적으로 저온의 연료가스가 유동할 수 밖에 없게 되며, 이로 인해 레귤레이터와 열교환장치 사이의 밸브 또는 유로가 막히게 되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레귤레이터의 내측에 연료가스를 우회시키는 열교환튜브가 구비되며, 열교환튜브의 연료가스는 레귤레이터의 내측에서 엔진의 냉각수와 열교환하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압축천연가스 차량 의 연료가스 공급장치는, 외부로부터 공급된 연료가스를 고압상태로 저장하는 연료용기; 상기 연료용기와 연결되며, 상기 연료용기로부터 공급받은 연료가스를 감압시켜 엔진으로 공급하는 레귤레이터; 상기 엔진과 레귤레이터를 연결하며, 상기 엔진의 냉각수가 상기 레귤레이터를 거쳐 순환하도록 하는 냉각수유로; 상기 레귤레이터의 내측에 제공되며, 감압된 냉매가 냉각수와 열교환 할 수 있도록 상기 레귤레이터의 내측에 구비되는 열교환튜브;가 포함된다.

상기 레귤레이터의 내측에는 엔진의 냉각수가 충진되는 냉각제 챔버가 형성되며, 상기 냉각제 챔버의 내측에 상기 열교환튜브가 장착된다.

상기 냉각수유로는, 상기 엔진의 냉각수를 상기 냉각제 챔버 내측으로 공급하는 공급유로와; 상기 냉각제 챔버 내측에서 연료가스와 열교환된 냉각수를 상기 엔진으로 안내하는 회수유로로 구성되며, 이들 각각은 상기 엔진 및 냉각제 챔버와 연통되도록 한다.

상기 열교환튜브는 상기 냉각제 챔버의 내측에서 다수회 권취되어 형성된다.

상기 열교환튜브는, 상기 냉각제 챔버의 내측에서 상기 냉각수와 열교환하는 배관부와; 상기 배관부의 일단에서 갑압된 연료가스가 유입될 수 있도록 레귤레이터 내측의 밸브조립체 일측과 연통되는 입력부와; 상기 배관부의 타단에서 열교환된 연료가스가 배출될 수 있도록 하는 출력부가 포함된다.

상기 레귤레이터의 내부에는, 연료가스가 유입되는 가스입구로부터 연료가스의 감압을 위한 밸브조립체까지 연장되어, 연료가스의 감압을 위해 안내하는 감압유로와; 상기 밸브조립체의 일측으로부터 상기 열교환튜브의 일측까지 연장되어, 연료가스의 열교환을 위해 안내하는 열교환유로와; 상기 열교환튜브의 일측으로부터 상기 연료가스가 배출되는 가스출구까지 연장되어, 감압 및 열교환된 연료가스를 엔진측으로 공급하는 배출유로가 형성된다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치는, 가스용기로부터 공급되는 고압의 압축천연가스를 저압으로 감압시킨 후 엔진으로 공급하는 레귤레이터가 구비되는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에 있어서, 상기 레귤레이터의 내측에는 상기 연료가스의 내측으로 유입되는 연료가스를 우회시키는 열교환튜브가 구비되고, 상기 열교환튜브가 구비되는 상기 레귤레이터의 일측에는 상기 열교환튜브에 의해 안내되는 연료가스와 열교환할 수 있는 냉각제가 충진되는 냉각제 챔버가 형성된다.

상기 냉각제는 엔진을 냉각하는 냉각수이다.

상기 열교환튜브는 코일형상으로 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 엔진으로 공급되는 연료가스가 열교환되어 엔진의 성능을 향상시키는 효과를 기대할 수 있게 된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 실시예를 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도로서, 도면에 도시된 바에 따르면, 연료가스 공급장치(1)에는 연료가스가 주입되는 연료주입구(10)가 형성되며, 연료주입구(10)는 체크밸브(12)와 연결되어 연료가스의 유입을 조절하게 된다.

그리고, 상기 체크밸브(12)는 연료용기(14)와 연결되어 체크밸브(12)를 통과한 연료가스가 상기 연료용기(14)의 내측에 저장되며, 이때 상기 연료용기(14) 내부의 연료가스 압력은 대략 200bar정도가 될 수 있도록 유지되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 상기 연료용기(14) 내측의 연료가스는 연료배관에 의해 레귤레이터(100)로 안내되며, 레귤레이터(100)의 내측에서 엔진(30)이 요구하는 압력(대략 7bar)으로 감압이 이루어지게 된다. 그리고, 상기 레귤레이터(100)의 내측에는 엔진(30)을 냉각하는 냉각수가 유입되는 냉각제 챔버(440)가 형성된다. 상기 냉각제 챔버(440)는 냉각수유로(20)에 의해 상기 엔진(30)의 일측과 연결되며, 공급유로(24)와 회수유로(22)로 구성된다.

상기 공급유로(24)는 상기 엔진(30)의 냉각수가 상기 레귤레이터(100)의 냉각제 챔버(440) 내측으로 유입될 수 있도록 안내하고 상기 회수유로(22)는 상기 레귤레이터(100)의 냉각제 챔버(440) 내측에서 연료가스와 열교환된 냉각수가 상기 엔진(30)으로 돌아갈 수 있도록 안내하게 된다. 따라서 상기 공급유로(24)와 회수유로(22)는 각각 상기 엔진(30)의 일측과 상기 레귤레이터(100)의 냉각제 챔버(440) 일측에 연통되도록 형성된다.

한편, 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에는 연료가스를 우회시키는 열교환튜브(500)가 제공되며, 상기 열교환튜브(500)의 연료가스는 감압에 의해 저온상태로 상기 냉각제 챔버(440) 내측의 열교환튜브(500)를 따라 유동하는 것에 의해 상기 엔진(30)의 냉각수와 열교환에 의해 온도가 상승될 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 레귤레이터(100)를 통과하는 연료가스는 감압 및 열교환을 거치게 되며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

상기 레귤레이터(100)는 인젝터(34)에 의해 상기 엔진(30)으로 연료가스를 분사하는 연료가스밸브(32)와 연결되며, 레귤레이터(100)에 의해 감압 및 열교환되어 최적의 상태가 된 연료가스가 상기 엔진(30)의 내측으로 분사될 수 있도록 구성된다.

도 2 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터 상부 외형을 보인 사시도이고, 도 3 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터 하부 외형을 보인 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 레귤레이터(100)의 외형은 본체(200)와 상기 본체(200)의 상부에 결합되는 헤드(300) 그리고, 상기 본체(200)의 하부에 결합되는 캡(400)에 의해 형성된다.

상기 본체(200)는 연료가스 및 냉각제의 유로를 형성하는 것으로, 중앙부는 대략 육면체 형상으로 형성하며, 각 모서리는 경사지게 형성된다. 그리고 상기 본체(200) 중앙부의 상부와 하부는 각각 원통형상으로 상하로 연장 형성되며, 내부에는 다수의 연료가스 유로 및 다른 구성이 장착되기 위한 공간이 제공된다.

상기 본체(200)의 제1면(210)에는 연료가스가 배출되는 가스 출구(212)가 형성되고, 상기 가스 출구(212)의 하측에는 상기 엔진(30)을 냉각하는 냉각제 즉, 냉각수가 출입되는 냉각제 출구(214)와 냉각제 입구(216)가 나란하게 형성된다. 상기 가스 출구(212)와 냉각제 출구(214) 및 냉각제 입구(216)는 모두 다른 호스 및 배 관과 연결이 용이하도록 외측으로 돌출되어 형성되는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 가스 출구(212)는 상기 엔진(30)의 연료가스밸브(32)와 연결되어 상기 레귤레이터(100)를 통과한 연료가스가 감압 및 열교환되어 상기 연료가스밸브(32)로 유입될 수 있도록 한다.

또한, 상기 냉각제 출구(214)는 상기 엔진(30)의 일측과 연결된 회수유로(22)와 연결되어 상기 레귤레이터(100) 내부에서 연료가스와 열교환된 냉각수가 상기 엔진(30)으로 돌아올 수 있도록 구성되며, 상기 냉각제 입구(216)는 상기 엔진(30)의 일측과 연결된 공급유로(24)와 연결되어 상기 엔진(30) 내부의 냉각수가 상기 레귤레이터(100) 내측의 냉각제 챔버(440)로 공급되어 열교환튜브(500) 내측의 연료가스와 열교환 할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 본체(200)의 제2면(220)에는 릴리즈 밸브(222)가 장착된다. 상기 릴리즈 밸브(222)는 배출되는 연료가스가 요구되는 압력보다 고압일 경우, 시스템을 보호하기 위해 선택적으로 개방되어 고압의 연료가스를 외부로 배출하는 것으로, 상기 본체(200)의 제2면(220)으로부터 외측으로 돌출되어 형성된다.

그리고, 상기 본체(200)의 제3면(230)에는 연료가스가 유입되는 가스 입구(232)가 형성된다. 상기 가스 입구(232) 또한, 상기 본체(200)의 제3면(230)에서 돌출되어 다른 호스 및 배관과 연결이 용이하도록 형성되며, 상기 가스 출구(212)와 대향되는 면에 형성된다.

상기 가스 입구(232)는 상기 연료용기(14) 내부에 저장된 고압의 연료가스가 상기 레귤레이터(100)의 내측으로 유입될 수 있도록 상기 연료용기(14) 또는 상기 연료용기(14)와 연결된 연료가스 배관과 연결된다. 따라서, 고압의 연료가스는 상기 가스 입구(232)를 통해 상기 레귤레이터(100)의 내측으로 유입되며, 상기 레귤레이터(100)의 내측에서 상기 엔진(30)이 요구하는 압력과 온도 상태의 연료가스가 된다.

상기 본체(200)의 상면에는 헤드(300)가 결합된다. 상기 헤드(300)는 대략 원통형상으로 형성되며, 하단이 외측으로 돌출 형성되며, 상기 본체(200)의 상부와 결합된다. 또한, 상기 본체(200)의 하면에는 캡(400)이 결합된다. 상기 캡(400)은 상기 본체(200)의 하면과 대응하는 형상으로 형성되며, 결합과 분리가 용이하도록 중앙부에는 사용자가 파지하기 위한 파지부(420)가 돌출 형성된다.

도 4 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터의 구성을 보인 분해 사시도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터의 결합관계를 보인 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따라 상기 레귤레이터(100)의 내부 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 헤드(300)의 상부는 그 단면이 다소 좁게 형성된 헤드 상부(320)가 형성되며, 상기 헤드 상부(320)의 내측에는 상기 스프링 지지구(322)와 스프링(324)이 구비된다.

상기 스프링(324)은 연료가스의 유입시 아래에서 상세하게 설명할 밸브조립체(250)가 일정 간극만큼 개방될 수 있도록 탄성을 제공하는 것으로, 소정의 압축력을 가지는 압축스프링이 채택된다.

그리고, 상기 스프링 지지구(322)는 상기 스프링(324)의 상방에 구비되어 상 기 스프링(324)을 상방에서 지지하는 것으로, 하측이 상기 스프링(324)의 상방에서 삽입되어 지지되며, 상기 스프링 지지구(322)의 상단은 상기 헤드(300)의 상면을 관통하는 스크류(326)와 체결된다.

상기 스크류(326)는 상기 스프링 지지구(322)의 위치를 조절하는 것으로, 체결 정도에 따라 상기 스프링 지지구(322)의 하방 이동 거리를 조절할 수 있게 되어, 상기 스프링(324)의 탄성력을 조절할 수 있게 된다. 따라서, 사용자는 시스템이 요구하는 압력에 따라 적절하게 상기 스크류(326)를 조절하는 것으로 상기 밸브조립체(250)의 간극을 조절할 수 있게 된다.

한편, 상기 헤드 하부(340)에는 다이어프램수단(360)이 구비된다. 상기 다이어프램수단(360)은, 원판형상으로 형성되어 상기 본체(200)의 개구된 상면을 차폐하는 다이어프램(362)과, 상기 다이어프램(362)의 상면에 겹쳐지는 다이어프램판(364), 그리고 상기 다이어프램(362)과 다이어프램판(364)의 대략 중앙부를 관통하여 결합하도록 각각 상부와 하부에 구비되는 고정너트(366) 및 다이어프램 고정구(368)로 구성된다.

상기 다이어프램(362)의 외측단은 상기 본체(200)의 상단 둘레를 따라 안착 및 고정되어 상기 본체 상부와 다이어프램(362)은 소정의 공간을 형성하게 되며, 상기 다이어프램(362)과 상기 본체(200) 상부에 의해 형성되는 공간은 상기 가스 출구(212)측과 오리피스(674)에 의해 연통된다.

한편, 상기 본체(200)의 대략 중앙부는 밸브조립체(250)가 삽입될 수 있도록 관통되며, 상기 밸브조립체(250)의 장착시 외측 챔버(260)를 형성하게 된다. 그리 고, 상기 밸브조립체(250)는 밸브부재(251)와 밸브스프링(252), 상부 고정구(253), 하부 고정구(254) 및 밸브시트(255)로 구성된다.

상기 밸브부재(251)는 소정의 직경을 가지는 로드 형상으로 하단에는 버섯형상의 포핏(251a)이 형성되며, 상기 포핏(251a)은 밸브시트(255)와 간극을 형성하게 되며, 상기 밸브부재(251)의 상하이동에 따라 연료가스가 통과하는 개도가 조절된다.

상기 밸브부재(251)의 상부에는 외측으로 돌출된 플렌지(251b)가 형성되어 상기 밸브부재(251)에 장착되는 상부 고정구(253)가 탈거되지 않도록 하며, 상기 플렌지(251b)와 포핏(251a)의 사이에는 외측으로 돌출된 플러그(251c)가 형성된다.

상기 플러그(251c)는 상기 하부 고정구(254)를 관통하도록 장착되며, 상기 밸브부재(251)의 상하이동시 상기 하부 고정구(254)에 의해 상하이동이 안내될 수 있도록 상기 하부 고정구(254)의 대략 중앙부의 내경과 대응하는 외경을 가지도록 형성된다.

상기 상부 고정구(253)와 하부 고정구(254)의 사이에는 밸브스프링(252)이 개재된다. 상기 밸브스프링(252)은 상기 밸브부재(251)의 복귀를 위한 탄성을 제공하는 것으로, 압축스프링이 채용된다.

이때, 상기 상부 고정구(253)는 상기 다이어프램 고정구(368)의 내측에 삽입되어 고정되며, 상기 하부 고정구(254)는 상기 상부 고정구(253) 수직 하방의 본체(200)의 일측에 고정된다. 따라서, 상기 다이어프램(362)과 결합된 상기 다이어프램 고정구(368)의 상하 이동에 따라 상기 밸브부재(251)가 상하로 이동 가능하게 되며, 상기 밸브부재(251)의 상하이동으로 상기 본체(200)와 하측에 고정된 밸브시트(255)와 상기 포핏(251a) 사이의 간극이 조절될 수 있게 된다.

한편, 상기 본체(200)의 개구된 하측 대략 중앙부에는 소정의 직경을 가지는 원통형 슬리브(270)가 형성된다. 상기 원통형 슬리브(270)의 내주면에는 나사산이 형성되어 상기 원통형 슬리브(270)의 내측에 삽입되는 밸브 부싱(280)의 외주면과 결합된다.

즉, 상기 원통형 슬리브(270)의 내측 공간에는 밸브 부싱(280)이 삽입되며, 상기 밸브 부싱(280)의 외주면 일측에는 나사산이 형성되어 상기 밸브 부싱(280)을 회전시키기는 것에 의해 상기 밸브부재(251)의 삽입 및 결합이 이루어질 수 있게 된다.

상기 밸브 부싱(280)은 사용자가 파지하여 회전시키기 용이하도록 다각형 형상으로 형성된 조작부(282)와, 조작부(282) 상부에 형성되며, 상기 원통형 슬리브(270)의 나사산과 결합되는 나사산이 형성되는 결합부(284), 그리고, 결합부(284)의 상부에 형성되며, 상기 결합부(284)의 내측으로 단차진 원통형상으로 형성되어 상기 원통형 슬리브(270)의 내측 상단까지 연장되는 연장부(286)로 구성된다.

상기 연장부(286)의 내측에는 내측 챔버(290)가 형성되며, 상기 연장부(286)의 둘레에는 연료가스가 출입되기 위한 통공(286a)이 형성된다. 그리고, 상기 연장부(286)의 둘레 외측에는 필터(288)가 장착된다.

상기 필터(288)는 유입되는 연료가스의 내부에 포함된 이물질 등을 걸러주기 위한 것으로, 상기 밸브 부싱(280)과 원통형 슬리브(270) 사이의 공간에 개재되어 내측 챔버(290)로 유입되는 연료가스를 필터링 하게 된다.

또한, 상기 밸브 부싱(280)의 상단과 상기 원통형 슬리브(270)의 내측 상면 사이에는 밸브시트(255)가 개재된다. 상기 밸브시트(255)는 상기 밸브부재(251)의 포핏(251a)과 작용하는 것으로, 상기 밸브부재(251)와 포핏(251a)의 간극에 따라서 냉기의 유량을 조절 가능하게 된다.

한편, 상기 본체(200) 하부, 보다 상세하게는 상기 원통형 슬리브(270)의 외측과 상기 본체(200)의 하부 둘레 사이에는 냉각제 챔버(440)가 형성된다. 상기 냉각제 챔버(440)는 하방으로 개구되도록 형성되며, 하방에서 결합되는 캡(400)에 의해 차폐될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 냉각제 챔버(440)는 상기 냉각제 출구(214) 및 냉각제 입구(216)와 연통되어 엔진을 냉각하는 유체인 냉각제(바람직하게는 냉각수)가 충진될 수 있도록 함으로써 상기 냉각제 챔버(440)의 내부에 냉각제가 항상 충진된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

상기 냉각제 챔버(440)는 상기 엔진(30)의 일측과 연결되는 냉각수유로(20) 즉, 상기 공급유로(24) 및 회수유로(22)와 연통되도록 구성되며, 상기 냉각수유로(20)와 연결된 상기 냉각제 출구(214)와 냉각제 입구(216)를 통해서 상기 엔진(30)의 냉각수가 출입되면서 상기 열교환튜브(500)의 연료가스와 지속적인 열교환작업을 수행할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에는 열교환튜브(500)가 장착된다. 상기 열교환튜브(500)는 저온의 연료가스 온도를 상승시키기 위한 것으로, 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에 구비되어 상기 냉각제 챔버(440) 내측에 충진된 냉각제와 열교환하게 된다.

도 6 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 열교환튜브 외형을 보인 사시도로서, 도 5 와 도 6 을 참고로 하여 상기 열교환튜브에 관하여 살펴보면, 상기 열교환튜브(500)는 소정의 내경을 가지는 튜브형상으로 다수회 권취되어 형성되며, 배관부(520)와 입력부(540) 및 출력부(560)로 구성된다.

상기 입력부(540)와 출력부(560)는 연료가스가 출입되는 입구와 출구로 각각 본체(200)에 형성된 연료가스 유로와 결합되어 상기 가스 입구(232)로 유입된 연료가스가 상기 열교환튜브(500)를 거쳐서 상기 가스 출구(212)로 토출될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 입력부(540)와 출력부(560)는 상기 본체(200)의 냉각제 챔버(440) 내측 상면으로 개구된 연료가스 유로에 각각 결합될 수 있도록, 각각의 외측 둘레에 나사산이 형성될 수도 있으며, 너트가 구비되어 상기 너트를 회전시키는 것에 의해 상기 입력부(540)와 출력부(560)가 연료가스 유로에 결합될 수 있도록 구성될 수 있을 것이다.

이때, 상기 열교환튜브(500)의 입력부(540)는 상기 밸브조립체(250)에 의해 감압되어 저온상태가 된 연료가스가 유입될 수 있도록 상기 밸브조립체(250)의 일측 또는 상기 밸브조립체(250)를 거쳐 감압된 연료가스가 유동하는 연료가스 유로와 연통되도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 상기 배관부(520)는 연료가스를 안내하는 것으로, 양단에 각각 입력부(540)와 출력부(560)가 형성된다. 그리고, 상기 배관부(520)는 상기 열교환튜브(500)가 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에 위치할 수 있도록 소정의 직경을 가지는 원형상으로 권취되어 형성된다. 또한, 상기 배관부(520)는 상기 냉각제 챔버(440) 내부의 냉각제와 접촉면적을 극대화하기 위해서 다수회 권취되어 형성된다.

도 7 내지 도 10 은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의 레귤레이터 내측에 형성된 연료가스 유로를 보인 횡단면도로서, 이들 도면에는 상기 본체(200)의 내측에 형성되는 연료가스 유로가 상세하게 도시되어 있다. 도면에 도시된 바에 따라 상기 연료가스 유로에 관하여 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 본체(200)의 내측에는 가스 입구(232)에서 상기 밸브조립체(250)가 제공되는 외측챔버(260)까지는 갑압유로가 형성된다. 상기 감압유로는 상기 연료용기(14)에 저장된 고압의 연료가스가 상기 밸브조립체(250)에서 감압될 수 있도록 안내하며 아래에서 설명할 제1유로(610)와 제2유로(620)로 구성된다.

그리고, 상기 본체(200)의 내측에는 상기 밸브조립체(250)를 통과하여 감압된 연료가스를 상기 열교환튜브(500)로 안내할 수 있도록 하는 열교환유로가 더 형성된다. 상기 열교환유로는 상기 밸브조립체(250)의 일측과 상기 열교환튜브(500)의 입력부(540)가 연통될 수 있도록 하는 것으로, 아래에서 설명할 제3유로(630)와 제4유로(640)로 구성된다.

또한, 상기 본체(200)의 내측에는 상기 열교환튜브(500)를 통과하여 열교환 된 연료가스가 배출되어 상기 엔진(30)을 향하도록 안내하는 배출유로가 더 형성된다. 상기 배출유로는 상기 열교환튜브(500)의 출력부(560)에서 상기 본체(200)의 가스 출구(212)를 연결하도록 형성되며, 아래에서 설명할 제5 내지 제7유로(650,660,670)로 구성된다.

이하, 상기 제1 내지 제7유로(610,620,630,640,650,660,670)의 구성에 관하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

상기 본체(200)의 제3면(230)에는 가스 입구(232)가 상기 본체의 외측면으로 개구되도록 형성된다. 그리고, 상기 가스 입구(232)는 상기 본체(200)의 내측 대략 중앙부까지 제3면(230)과 수직한 상태로 연장되어 제1유로(610)를 형성하게 된다.

상기 가스 입구(232)와 제1유로(610)는 상기 본체(200)의 대략 중앙에서 다소 우측(도 7 에서 볼 때)으로 떨어진 위치에 형성되며, 상기 제1유로(610)의 내측 단부는 제2유로(620)와 연통되어 형성된다.

제2유로(620)는 상기 제1유로(610)와 상기 원통형 슬리브(270)의 내측이 연통되도록 하는 것으로, 상기 제1유로(610)의 내측 단부에서 상기 원통형 슬리브(270)의 일측면까지 연장 형성되어 상기 제1유로(610)와 제2유로(620)를 거쳐 연료가스가 상기 원통형 슬리브(270) 내측의 내측 챔버(290)까지 유입될 수 있도록 안내한다.

이때, 상기 원통형 슬리브(270)는 상기 본체(200)의 대략 중앙부에 위치하고, 상기 제1유로(610)는 상기 본체(200)의 대략 중앙부에서 일측으로 치우친 위치에 형성되므로, 상기 제1유로(610)와 상기 원통형 슬리브(270)를 연결하는 상기 제 2유로(620)는 도 8 에서와 같이 경사지게 형성된다.

한편 도 8 과 도 9 에 도시된 바와 같이 상기 외측 챔버(260)는 제3유로(630)와 연통되어 형성된다. 상기 제3유로(630)는 상기 외측 챔버(260)에서 상기 가스 입구(232)가 형성된 제3면(230)까지 연장형성되는 것으로, 상기 외측 챔버(260)와 상기 본체(200)의 제3면(230) 외측이 연통되도록 형성된다. 이때, 상기 본체(200)의 외측으로 노출되는 상기 제3유로(630)의 개구된 부분은 마개(632)에 의해 차폐되어 연료가스의 누출을 방지하게 된다.

제3유로(630)의 대략 중앙부는 하방으로 연장되어 상기 제3유로(630)와 상기 냉각제 챔버(440)가 연통되도록 하는 제4유로(640)가 형성된다. 그리고, 상기 냉각제 챔버(440)의 내측으로 개구된 상기 제4유로(640)의 개구된 단부는 상기 열교환튜브(500)의 입력부(540)와 결합된다. 따라서, 상기 제4유로(640)에 의해 안내되는 연료가스는 상기 열교환튜브(500)로 공급될 수 있게 된다.

한편, 상기 열교환튜브(500)의 출력부(560)는 제5유로(650)와 결합된다. 상기 제5유로(650)는 열교환튜브(500)를 거쳐 승온된 연료가스를 제6유로(660)로 안내하는 것으로, 상기 출력부(560)의 상방에 대응하는 상기 본체(200)의 내측 하면에서 개구되어 상방으로 수직하게 연장 형성된다.

그리고, 상기 제5유로(650)의 상단부는 상기 제6유로(660)와 연통되어 형성된다. 상기 제6유로(660)는 상기 제4면(240)의 외측면에 개구되어 내측 대략 중앙부까지 수직하게 연장 형성되는 것으로, 상기 제6유로(660)의 연장된 단부는 제7유로(670)와 연통되어 연료가스를 안내하게 된다.

상기 제4면(240)으로 노출되는 개구된 제6유로(660)의 단부는 마개(662)에 의해 차폐되며, 상기 제6유로(660)는 전체적으로 상기 본체(200)의 중앙으로부터 다소 전방측(도 7 에서 볼 때)으로 다소 떨어진 위치에 형성된다.

한편, 상기 제7유로(670)는 상기 제6유로(660)와 가스 출구(212)가 연통되도록 하는 것으로, 상기 본체(200) 내부에서 감압된 연료가스가 상기 가스 출구(212)를 통해 배출되도록 안내하게 된다. 상기 제7유로(670)는 상기 제1면(210)의 가스 출구(212)로부터 내측으로 수직하게 연장 형성되며, 연장된 단부가 상기 제6유로(660)와 수직하게 연결되도록 형성된다,

이와 같이 상기 제1 내지 제7유로(610,620,630,640,650,660,670)로 구성되는 상기 연료가스 유로는 열교환튜브(500)와 연결되며, 가스 입구(232) 및 가스 출구(212)와 연통될 수 있도록 형성되며, 상기 가스 입구(232)를 통해 유입되는 연료가스는 제1 내지 제7유로(610,620,630,640,650,660,670)와 열교환튜브(500)를 거쳐 상기 가스 출구(212)로 배출될 수 있게 된다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 압축천연가스 레귤레이터의 작용을 도면을 참고로 하여 살펴보면 다음과 같다.

우선 전체적인 시스템의 작동으로 엔진 등을 냉각하는 물 또는 오일을 원료로 하는 냉각제(바람직 하게는 엔진의 냉각수)가 상기 냉각제 입구(216)를 통해 상기 냉각제 챔버(440) 내측으로 유입되어 냉각제 챔버(440)의 내측을 충진하게 되며, 상기 냉각제 챔버(440) 내측의 냉각제는 다시 상기 냉각제 출구(214)를 통해 상기 본체(200)의 외측으로 유출된다.

이때, 상기 냉각제 챔버(440) 내부의 냉각제는 상기 열교환튜브(500)와 접하게 되며, 상기 열교환튜브(500)의 내측을 따라 유동하는 연료가스와 열교환하여 상기 연료가스를 승온시키게 된다.

한편, 상기와 같은 구성을 가지는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치의작용을 도 1 내지 도 10을 참고로 하여 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 연료주입구(10)를 통해 주입되는 연료가스는 상기 체크밸브(12)를 지나 상기 연료용기(14)에 저장된다. 이때, 상기 연료용기(14)에 저장된 연료가스는 대략 200bar정도의 고압상태를 유지하게 된다.

그리고, 별도의 제어장치(도시되지 않음)에 의해 연료가스의 공급신호가 전달되면, 상기 연료용기(14) 내부의 연료가스는 상기 레귤레이터(100)를 향하여 공급되며, 상기 연료용기(14)와 연결된 가스 입구(232)를 통해 상기 본체(200)의 내측으로 유입된다.

도 8 에 도시된 것과 같이 유입된 연료가스는 제1유로(610)를 따라 이동하며, 상기 제1유로(610)의 단부에서 연료가스는 제1유로(610)와 연통되는 제2유로(620)를 따라 하방으로 이동하게 된다. 그리고, 상기 제2유로(620)를 따라 이동하는 연료가스는 제2유로(620)와 연통된 상기 본체(200)의 원통형 슬리브(270)의 내측으로 유입된다.

도 5 에 도시된 것과 같이 상기 원통형 슬리브(270)의 내측으로 유입된 연료가스는 상기 필터(288)와 통공(286a)을 거쳐서 상기 내측 챔버(290)로 유입되고, 상기 내측 챔버(290) 내부의 연료가스는 상기 밸브부재(251)의 포핏(251a)과 상기 밸브시트(255) 사이의 간극을 통해 외측 챔버(260)로 유입된다.

이때, 상기 연료가스는 비교적 좁은 간극을 통과하게 되며, 고압의 내측 챔버(290)에서 저압의 외측 챔버(260)측으로 이동함에 따라서 팽창되어 온도가 대략 -40℃ 까지 급격하게 하강 된다.

한편, 상기 외측 챔버(260)로 공급된 연료가스는 도 9 에 도시된 것처럼 상방으로 이동하여 상기 외측 챔버(260)와 연통된 제3유로(630)로 공급된다. 상기 제3유로(630)로 공급되는 연료가스는 상기 제3유로(630)를 따라 이동하고, 상기 제3유로(630)와 연통하여 하방으로 연장된 제4유로(640)로 안내된다. 상기 제4유로(640)는 상기 열교환튜브(500)의 입력부(540)와 연결되어 있으므로, 상기 제4유로(640)의 연료가스는 상기 열교환튜브(500)의 내측으로 유입된다.

그리고, 상기 연료가스의 유동과는 별도로 상기 냉각제 챔버(440)는 상기 엔진(30)과 상기 냉각수유로(20)에 의해 서로 연결되어 있으므로, 상기 엔진(30)의 냉각수는 상기 공급유로(24)를 통해 상기 냉각제 챔버(440)의 내측으로 유입되고, 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에서 열교환된 냉각수는 다시 상기 회수유로(22)를 통해 상기 엔진(30)으로 복귀하게 된다. 즉, 상기 냉각제 챔버(440)의 내부에는 지속적인 냉각수의 공급이 이루어지게 되며 이와 동시에 지속적인 열교환이 이루어질 수 있게 된다.

따라서, 상기 열교환튜브(500) 내측의 연료가스는 상기 냉각제 챔버(440)의 내측에 충진된 냉각제와 열교환하게 된다. 즉, 상대적으로 온도가 높은 냉각제에 의해 상기 열교환튜브(500) 내측의 연료가스는 간접적으로 가열되어 온도가 상승하 게 된다.

이처럼 상기 권취된 열교환튜브(500)의 배관부(520)를 따라 흐르면서 상기 연료가스는 지속적으로 상기 냉각제와 열교환하게 되어 온도가 상승된 상태가 되며, 도 10 에 도시된 바와 같이 상기 출력부(560)를 통해 상기 제5유로(650)로 유입된다.

상기 제5유로(650)로 유입된 연료가스는 상기 제5유로(650)를 따라 상방으로 이동하게 되고, 상기 제5유로(650)와 연통된 제6유로(660)로 유입된다. 상기 제6유로(660)는 상기 본체(200)의 외측에서 중심방향으로 연장되므로 상기 연료가스는 중앙부를 향하여 상기 제6유로(660)를 따라 이동하게 된다.

그리고, 도 7 에 도시된 바와 같이 상기 제6유로(660)의 단부는 제7유로(670)와 연결되며, 상기 제7유로(670)는 상기 본체(200)의 외측으로 노출된 가스 출구(212)와 연통되므로, 상기 제6유로(660)를 따라 이동하는 연료가스는 상기 제7유로(670)로 유입된 후 상기 가스 출구(212)를 통해 배출된다.

상기 가스 출구(212)로 배출되는 연료가스는 상기 레귤레이터(100)의 내측에서 이미 감압 및 열교환된 상태 즉, 상기 엔진(30)이 요구하는 최적의 상태가 되며, 별도의 연료가스 유로를 통해서 연료가스밸브(32)로 안내되며, 상기 연료가스밸브(32)의 인젝터(34)를 통해 상기 엔진(30)으로 연료가스를 분사하게 된다.

한편, 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 제7유로(670)에는 상기 연료가스의 배출을 안내하는 안내관(672)이 내장된다. 이때 상기 안내관(672)으로부터 배출되는 연료가스가 상기 오리피스(674)로 직접 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 안내 관(672)의 개구된 단부가 상기 오리피스(674)보다 더 외측에 위치할 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 안내관(672)에 의해 배출되는 연료가스의 압력이 비교적 낮게 되면, 상기 오리피스(674)로 이와 같은 압력이 전달되어 상기 다이어프램(362)이 구비된 공간의 내측 또한 상대적으로 저압이 되며, 상기 다이어프램(362)이 스프링(324)의 탄성에 의해 하방으로 다소 이동하게 된다. 이로 인해 상기 밸브부재(251)와 상기 밸브시트(255) 사이의 간극이 더 커지게 되며, 연료가스의 유속이 빨라지게 되어 최종적으로 상기 가스 출구(212)로 배출되는 연료가스의 압력이 높아지게 된다.

연료가스의 압력이 상승하게 되면, 상기 오리피스(674)로 이와 같은 압력이 전달되어 상기 다이어프램(362)이 상기 스프링(324)의 탄성력을 극복하고 상방으로 이동함으로써 상기 밸브부재(251)와 밸브시트(255) 사이의 간극은 다시 좁아지게 된다. 따라서 최종적으로 상기 가스 출구(212)에서 배출되는 연료가스의 압력은 낮아지게 된다.

이러한 과정을 거치게 되면서 출력되는 연료가스의 압력은 평형을 유지할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에서는, 레귤레이터의 내측에서 연료가스의 감압은 물론 열교환이 이루어 지게 된다.

즉, 연료가스가 감압에 의해 저온의 상태가 된 직후 열교환튜브를 거치면서 상기 냉각제 챔버 내부의 냉각수와 열교환하게 되어, 엔진이 요구하는 압력 및 온도조건을 만족하게 된다.

따라서, 저온시 발생하게 되는, 점화시의 문제는 물론 유로 및 밸브상에서 막힘 등의 문제를 해소할 수 있게 되어 전체적인 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 별도의 열교환장치가 구비될 필요가 없게 되므로, 전체적인 시스템의 간소화가 가능하게 되며, 이로인해 제조비용의 절감 작업공수의 감소효과를 기대할 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 외부로부터 공급된 연료가스를 고압상태로 저장하는 연료용기;

   상기 연료용기와 연결되며, 상기 연료용기로부터 공급받은 연료가스를 감압시켜 엔진으로 공급하는 레귤레이터;

   상기 엔진과 레귤레이터를 연결하며, 상기 엔진의 냉각수가 상기 레귤레이터를 거쳐 순환하도록 하는 냉각수유로;

   상기 레귤레이터의 내측에 제공되며, 감압된 냉매가 냉각수와 열교환 할 수 있도록 상기 레귤레이터의 내측에 구비되는 열교환튜브;가 포함되는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레귤레이터의 내측에는 엔진의 냉각수가 충진되는 냉각제 챔버가 형성되며, 상기 냉각제 챔버의 내측에 상기 열교환튜브가 장착되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 냉각수유로는,

   상기 엔진의 냉각수를 상기 냉각제 챔버 내측으로 공급하는 공급유로와;

   상기 냉각제 챔버 내측에서 연료가스와 열교환된 냉각수를 상기 엔진으로 안내하는 회수유로로 구성되며,

   상기 공급유로와 회수유로는 상기 엔진 및 냉각제 챔버와 연통되도록 하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 열교환튜브는,

   상기 냉각제 챔버의 내측에서 다수회 권취되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 열교환튜브는,

   상기 냉각제 챔버의 내측에서 상기 냉각수와 열교환하는 배관부와;

   상기 배관부의 일단에서 갑압된 연료가스가 유입될 수 있도록 레귤레이터 내측의 밸브조립체 일측과 연통되는 입력부와;

   상기 배관부의 타단에서 열교환된 연료가스가 배출될 수 있도록 하는 출력부가 포함되는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 레귤레이터의 내부에는,

   연료가스가 유입되는 가스입구로부터 연료가스의 감압을 위한 밸브조립체까 지 연장되어, 연료가스의 감압을 위해 안내하는 감압유로와;

   상기 밸브조립체의 일측으로부터 상기 열교환튜브의 일측까지 연장되어, 연료가스의 열교환을 위해 안내하는 열교환유로와;

   상기 열교환튜브의 일측으로부터 상기 연료가스가 배출되는 가스출구까지 연장되어, 감압 및 열교환된 연료가스를 엔진측으로 공급하는 배출유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
7. 가스용기로부터 공급되는 고압의 압축천연가스를 저압으로 감압시킨 후 엔진으로 공급하는 레귤레이터가 구비되는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치에 있어서,

   상기 레귤레이터의 내측에는 상기 연료가스의 내측으로 유입되는 연료가스를 우회시키는 열교환튜브가 구비되고,

   상기 열교환튜브가 구비되는 상기 레귤레이터의 일측에는 상기 열교환튜브에 의해 안내되는 연료가스와 열교환할 수 있는 냉각제가 충진되는 냉각제 챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 냉각제는 엔진을 냉각하는 냉각수임을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 열교환튜브는 코일형상으로 형성됨을 특징으로 하는 압축천연가스 차량의 연료가스 공급장치.

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