KR100872654B1 - Lng차량의 연료장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 LNG차량의 연료공급장치는, 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 액체 연료를 기화시키는 베이퍼라이저와, 상기 베이퍼라이저를 지난 가스 연료의 압력을 일정하게 유지시키는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터를 통한 연료에 열을 가하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통한 연료를 전달받는 믹서로 구성되는 LNG차량의 연료공급장치에 있어서, 상기 레귤레이터와 믹서 사이의 압력이 정속 주행시의 압력보다 낮은 경우, 상기 믹서로 연료를 병행 공급하는 버퍼탱크를 더 포함한다. 본 발명은 차량의 고속주행시나 급출발시 많은 양의 연료를 흡입하게 되는데, 이때, 레귤레이터와 믹서 사이에 순간적으로 연료압이 떨어지게 되는 것을 버퍼탱크를 이용하여 병행으로 연료를 주입시켜 연료공급의 원활화를 통해 엔진의 힘없음, 엔진의 부조화를 막아주어 추진성능이 향상되는 효과를 제공한다.
LNG, 버퍼탱크, 연료장치, 밸브, 압력센서, 바이패스

Description

LNG차량의 연료장치{Fuel system of LNG vehicles}
본 발명은 LNG차량의 연료장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 고속주행시나 급출발시 많은 양의 연료를 흡입하게 되는데, 이때, 레귤레이터와 믹서 사이에 순간적으로 연료압이 떨어지게 되는 것을 버퍼탱크를 이용하여 병행으로 연료를 주입시켜 연료공급의 원활화를 통해 엔진의 힘없음, 엔진의 부조화를 막아주어 추진성능이 향상되는 LNG차량의 연료장치에 관한 것이다.
대기 환경 개선을 위해 시작된 CNG(Compressed Natural Gas ; 압축천연가스) 차량 보급이 성공적이라는 평가를 받고 있으나, CNG 차량은 연료 특성상 기체상태의 가스를 압축하여 용기에 충전하기 때문에 충전효율이 좋지 못하여 1회 충전시 대략 350km 정도 밖에 운행하지 못한다. 따라서, 장거리를 운행하는 고속버스나 대형 화물트럭 등에는 적용하기가 어렵다는 문제점이 있게 된다.
이를 해결하기 위하여 최근에는 기존 CNG 차량과 동일한 천연가스 연료이지만, 1회 충전시 대략 900km 정도를 운행할 수 있는 LNG(liquified natural gas ; 액화천연가스) 차량이 개발되었다. 즉, LNG 차량은 연료를 CNG 차량처럼 기체상태로 충전하는 것이 아니라, 액체상태로 충전하기 때문에 CNG 차량보다 연료 저장능 력이 3배가량 더 크기 때문이다. 따라서, 장거리를 운행하는 고속버스와 대형 화물트럭 등에 적용이 가능하게 된다.
이하, 종래의 LNG차량의 연료장치의 각 구성부와 이들 구성부가 갖는 단점을 도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 LNG차량의 연료장치에 대한 구성을 도시한 계통도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 LNG차량의 연료장치는 도 1에서 도면 부호 1은 연료탱크로서, 연료탱크(1)는 연료 공급 파이프(2)를 통하여 엔진에 연결되며, 상기 연료 공급 파이프(2)를 통하여 엔진에 연료를 공급한다. 연료 공급 파이프(2)에는 베이퍼라이저(3), 레귤레이터(4), 열교환기(5) 및 믹서(6)가 순차적으로 설치되어 있다.
연료탱크(1)는 가스 연료가 대략 압력≒16kg/㎠, 온도≒-162℃의 조건에서 액체 상태로 저장되어 있으며, 이와 같은 액체 상태의 연료가 베이퍼라이저(3)를 통과하는 동안 가스 상태로 변환되고, 레귤레이터(4)에 의하여 감압되며, 감압된 가스는 열교환기(5)를 통해 열을 좀더 가해주어 믹서(6)로 공급된다.
그러나, 종래의 LNG차량의 연료장치는 차량의 고속 주행 및 급출발시 많은량의 연료를 흡입되는데, 이때, 레귤레이터(4)와 믹서(6) 사이에 순간적으로 연료의 압이 떨어지게 되어 흡입되는 연료의 농도가 많이 낮아지므로 엔진에서 제대로된 연소를 하지 못해 힘이 딸리게 되며, 순간적으로 연료의 흐름에 구멍이 생겨 엔진 의 힘없음 및 엔진의 부조화가 발생하는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 고속주행시나 급출발시 많은 양의 연료를 흡입하게 되는데, 이때, 레귤레이터와 믹서 사이에 순간적으로 연료압이 떨어지게 되는 것을 버퍼탱크를 이용하여 병행으로 연료를 주입시켜 연료공급의 원활화를 통해 엔진의 힘없음, 엔진의 부조화를 막아주어 추진성능이 향상되는 LNG차량의 연료장치를 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LNG차량의 연료공급장치는, 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 액체 연료를 기화시키는 베이퍼라이저와, 상기 베이퍼라이저를 지난 가스 연료의 압력을 일정하게 유지시키는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터를 통한 연료에 열을 가하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통한 연료를 전달받는 믹서로 구성되는 LNG차량의 연료공급장치에 있어서, 상기 레귤레이터와 믹서 사이의 압력이 정속 주행시의 압력보다 낮은 경우, 상기 믹서로 연료를 병행 공급하는 버퍼탱크를 더 포함한다.
또한 본 발명에 의한 LNG차량의 연료공급장치는, 상기 버퍼탱크와 믹서를 연결하는 제1파이프; 상기 믹서로 유입되는 연료의 압력을 감지하는 제1압력센서; 및 상기 제1압력센서의 신호에 따라 상기 제1파이프를 개폐시키는 제1밸브를 더 포함한다.
상기 제1압력센서는, 상기 믹서로 유입되는 연료의 압력이 정속 주행시의 압력보다 낮은 경우, 상기 제1파이프가 개방되도록 상기 제1밸브를 동작시키도록 구성된다.
또한 본 발명에 의한 LNG차량의 연료공급장치는, 상기 버퍼탱크로 연료를 공급하기 위한 제2파이프; 상기 버퍼탱크의 내부 압력을 감지하는 제2압력센서; 및 상기 버퍼탱크의 내부 압력이 설정값 이하일 때, 상기 제2파이프를 개방시키는 제2밸브를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 LNG차량의 연료장치(A)는, 차량의 고속주행시나 급출발시 많은 양의 연료를 흡입하게 되는데, 이때, 레귤레이터와 믹서 사이에 순간적으로 연료압이 떨어지게 되는 것을 버퍼탱크를 이용하여 병행으로 연료를 주입시켜 연료공급의 원활화를 통해 엔진의 힘없음, 엔진의 부조화를 막아주어 추진성능이 향상되는 효과를 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG차량의 연료장치에 대한 구성을 도시한 계통도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 LNG차량의 연료장치(A)는 연료탱 크(100)와, 상기 연료탱크(100)로부터 엔진(미도시)으로 연료를 공급하기 위하여 상기 연료 탱크(100)를 엔진(미도시)에 연결하는 연료 공급 파이프(200)와, 상기 연료탱크(100) 내의 액체 연료를 기화시키는 베이퍼라이저(300)와, 가스 연료를 감압하는 레귤레이터(400)와, 상기 레귤레이터(400)를 통한 연료에 열을 가하는 열교환기(500)와, 상기 열교환기(500)를 통한 연료가 공급되는 믹서(600) 및 상기 레귤레이터(400)와 믹서(600) 사이에는 상기 믹서(600)로 추가적인 연료 공급을 하기 위한 버퍼탱크(700)로 구성된다.
여기서, 버퍼탱크(700)는 연료 탱크(100)와 별도로 연료가 내부에 저장되어 있으며, 저장된 연료는 고압을 유지하고 있으며, 상기 버퍼탱크(700)와 믹서(600) 사이에는 제1파이프(701)가 연통되어 있다.
이때 상기 버퍼탱크(700)는, 차량 가속시와 같이 짧은 시간에 많은 연료가 믹서(600)로 공급되어야 할 때 상기 믹서(600)로 연료를 병행 공급함으로써, 연료의 농도가 낮아짐에 따라 연소가 비정상적으로 이루어지는 현상을 방지하는 역할을 하게 된다.
한편, 믹서(600) 입구측에는 입력되는 연료의 압력을 감지하는 제1압력센서(702)가 구비되는데, 상기 제1압력센서(702)는 열교환기(500)를 통해 공급되는 연료의 압력을 감지한다. 또한, 제1파이프에는 상기 제1압력센서(702)의 신호에 따라서 상기 버퍼탱크(700)로부터 방출되는 연료의 개폐를 위한 제1밸브(703)가 구비된다.
그리고, 차량의 고속 주행 및 급출발시에는 레귤레이터(400)와 믹서(600) 사 이에 순간적으로 연료압이 떨어지게 되어 흡입되는 연료의 농도가 많이 낮아지므로 엔진에서 제대로된 연소를 하지 못해 힘이 딸리게 되며, 순간적으로 연료의 흐름에 구멍이 생긴다.
이때, 제1압력센서(702)는 믹서(600) 측으로 주입되는 연료의 압력을 측정하여 압력강하시 제1밸브(703)를 오픈시킨다. 상기 제1밸브(703)가 오픈되면, 버퍼탱크(700) 내의 연료와 연료탱크(100)의 연료는 믹서(600)로 병행 주입되므로, 압력저하에 따른 연료부족을 해결하게 된다. 통상적으로 정속 주행 시 믹서(600)로 공급되는 연료의 압력은 약 8bar 정도 되므로, 상기 믹서(600)로 공급되는 연료의 압력이 약 5~6bar 가량이 될 때, 상기 제1압력센서(702)는 제1밸브(703)를 오픈시키도록 구성됨이 바람직하다.
이후, 믹서(600)로 주입되는 연료의 압이 정상치로 돌아오게 되면 제1압력센서(702)가 측정하게 되고, 상기 제1압력센서(702)는 제1밸브(703)를 닫아주어 제1파이프(701)를 통한 버퍼탱크(700)의 연료의 주입을 차단하게 된다.
아울러, 버퍼탱크(700)는 항상 고압의 연료를 충전한 상태기 때문에 별도의 펌핑이나 가압하는 구성이 삭제되는데, 이는 연료탱크(100) 내의 액체 연료가 제2파이프(704)를 통해 유입되고 있기 때문이다. 즉, 상기 버퍼탱크(700)로 연료를 공급하기 위한 제2파이프(704)와, 상기 버퍼탱크(700)의 내부 압력을 감지하는 제2압력센서(705); 및 상기 버퍼탱크(700)의 내부 압력이 설정값 이하일 때 상기 제2파이프(704)를 개방시키는 제2밸브(706)를 더 포함한다.
따라서, 고속주행 또는 급가속 시에는 버퍼탱크(700) 내의 연료가 믹서(600)로 공급되고, 정속 주행 또는 공회전 시에는 제2파이프(704)를 통해 연료가 버퍼탱크(700)로 공급된다.
이러한, 압력을 측정하는 제1,2압력센서(702,705) 및 연료의 이동을 개폐시키는 제1,2밸브(703,706)는 이미 종래에 많이 사용되고 있는 것이므로, 이에 대한 내부 구조 및 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 본 발명에 따른 LNG차량의 연료장치(A)는 차량의 고속주행이나 급출발시 엔진으로 유입되는 연료량이 부족한 경우에는 제1,2압력센서(702,705) 및 제1,2밸브(703,706)에 의해 버퍼탱크(700)의 연료가 엔진으로 추가되어 연료부족으로 인한 엔진이상이 발생하지 않도록 구성된 것이다.
이상 본 발명 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 LNG차량의 연료장치에 대한 구성을 도시한 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG차량의 연료장치에 대한 구성을 도시한 계통도이다.
*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*
A - LNG차량의 연료장치 100 - 연료탱크
200 - 연료 공급 파이프 300 - 베이퍼라이저
400 - 레귤레이터 500 - 열교환기
600 - 믹서 700 - 버퍼탱크
701 - 제1파이프 702 - 제1압력센서
703 - 제1밸브 704 - 제2파이프
705 - 제2압력센서 706 - 제2밸브

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 연료탱크(100)와, 상기 연료탱크(100) 내의 액체 연료를 기화시키는 베이퍼라이저(300)와, 상기 베이퍼라이저(300)를 지난 가스 연료의 압력을 일정하게 유지시키는 레귤레이터(400)와, 상기 레귤레이터(400)를 통한 연료에 열을 가하는 열교환기(500) 및 상기 열교환기(500)를 통한 연료를 전달받는 믹서(600)로 구성되는 LNG차량의 연료공급장치에 있어서,
    상기 믹서(600)로 연료를 병행 공급하기 위한 버퍼탱크(700);
    상기 버퍼탱크(700)와 믹서(600)를 연결하는 제1파이프(701);
    상기 믹서(600)로 유입되는 연료의 압력을 감지하는 제1압력센서(702);
    상기 믹서(600)로 유입되는 연료의 압력이 정속 주행시의 압력보다 낮은 경우 상기 제1파이프(701)를 개방시키는 제1밸브(703);
    상기 레귤레이터(400)를 지난 연료를 버퍼탱크(700)로 공급하기 위한 제2파이프(704);
    상기 버퍼탱크(700)의 내부 압력을 감지하는 제2압력센서(705); 및
    상기 버퍼탱크(700)의 내부 압력이 설정값 이하일 때 상기 제2파이프(704)를 개방시키는 제2밸브(706);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG차량의 연료공급장치.
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