KR101113176B1

KR101113176B1 - 자동차용 액화천연가스 탱크

Info

Publication number: KR101113176B1
Application number: KR1020100096159A
Authority: KR
Inventors: 방극모; 배종훈; 윤성상
Original assignee: 다임폴라특장주식회사
Priority date: 2010-10-02
Filing date: 2010-10-02
Publication date: 2012-02-16

Abstract

본 발명은 자동차용 액화천연가스 탱크에 관한 것으로서, 외조와, 외조의 내부에 지지되어 액화가스를 저장하는 내조를 갖춘 자동차용 액화천연가스 탱크에서, 상기 내조의 일측에 설치되는 유입관을 통해 내조의 액화가스를 유입하는 감량탱크와, 감량탱크가 설치된 측으로부터 감량탱크를 관통하여 내조로 연장되는 충전배관을 포함하는 배관부와, 내조측으로 확산되도록 충전배관상에 형성되는 벤츄리부와, 일단이 감량탱크의 내측에 배치되고 타측이 벤츄리부에 연결되어 벤츄리부를 통과하는 압력에 의해 감량탱크 내부의 액화가스를 내조측으로 배출하는 배출관을 포함하는 액화천연가스 탱크를 제공하여, 잦은 충전으로 인해 감량탱크에 잔존할 수 있는 액화천연가스를 충전 시 내조 내부로 이동시켜 과충전으로 인한 위험을 최소화 할 수 있게 되고, 나아가 단열효과를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

자동차용 액화천연가스 탱크{LIQUID NATURE GAS TANK FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 액화천연가스 탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 연료로 사용되는 액화천연가스를 저장하는 탱크에 있어서 배관부와 감량탱크 사이에 벤츄리를 설치하여 충전 시 자동적으로 감량탱크 내부에 잔존하는 액화천연가스를 탱크 내부로 이동시킬 수 있는 자동차용 액화천연가스 탱크에 관한 것이다.

근래에 녹색 친환경사업의 정책에 따라 배출가스를 억제하는 각종 법규 및 기술들이 도출되는 가운데, 내연기관의 대체연료를 액화천연가스로 사용하는 경우가 많아지고 있다.

그 중에 액화천연가스를 기화시켜 기체상태의 가스를 고압으로 보관하여 내연기관에 연료공급을 하는 형태의 압축천연가스(CNG) 차량과 비등점이 현저히 낮은 액화천연가스를 보관하여 연료공급을 하는 형태의 액화천연가스(LNG) 차량이 활발하게 개발되고 있다. 따라서 차량에는 액화천연가스를 저장하기 위한 연료탱크를 필요로 하고 있으며, 이러한 액화천연가스 탱크는 고압의 액화가스를 저장해야 하므로 일정한 요건을 요구하게 된다.

이러한 액화천연가스 탱크는 도 1에 도시된 바와 같이 액체상태에서 장기간 보관하기 위하여 내조(10) 및 외조(20)로 구분된 이중 탱크로 제작되어 진다. 또한 내조(10) 및 외조(20) 사이에는 외부온도에 의해 연료가 기화하여 압력이 상승되는 것을 방지하기 위하여 고성능의 단열재로 처리되며, 나아가 진공상태를 유지하여 단열성능을 높이도록 되어있다. 이러한 진공처리 이외에도 내조(10)를 지지하기 위한 금속성 지지수단이 필수적으로 있어야 하며, 지지수단은 자동차 운행 시 발생하는 가혹한 진동에도 견딜 수 있는 구조를 필요로 하고 있다. 또한 탱크의 일측에는 연료를 내조(10)로 유입하는 충전배관(402), 내보의 연료를 액체상태로 뽑아내어 엔진부로 공급하는 연료공급배관(403), 탱크상부의 기화가스를 외부로 인출하여 내조(10)내부의 가스압등을 측정관리하는 가스압력 배관(404)등을 갖춘 배관부(401)가 설치된다.

내조(10) 내부에 액화천연가스(12)를 100% 과충전하게 되면 발생되는 자연 기화가스에 의하여 압력이 급상승하여 탱크의 파손을 초래할 수 있어 내조(10) 내부에 는 전체 부피의 10%정도의 공간을 점유하는 감량탱크(30)를 설치하여 자연스럽게 과충전을 방지하면서 자동차의 진동에 견딜 수 있는 구조와 단열성능을 극대화 할 수 있다. 도 1에는 감량탱크의 종래의 한 형태가 개시되는데, 탱크의 양측에 탱크내부와 미세한 연통공(도시되지 않음)에 의해 연통되어 있는 감량탱크(30A,30B)가 설치된다.

감량탱크의 개략적인 작용을 살펴보면, 액화가스(12)가 충진되면 내조(10)로 주입된 연료레벨이 상승하여 소정량에 도달하게 되면 액화가스는 더 이상 주입이 이루어지지 않게 되고 충전작업을 완료하게 된다. 이때 주입량은 약 내조(10)용량의 90%정도에서 완료된다. 또한, 주입과정에서 내조(10)의 액화가스는 감량탱크(30A,30B)의 미세 연통공(도시되지 않음)을 통해 감량내부로 유입이 이루어지기 시작한다. 그러나 감량탱크(30)로의 유입량은 연통공이 미세하기 때문에 순간적으로 이루어지지 않으며 서서히 진행하게 된다. 이런 과정을 통해 내조(10)의 액화가스는 점차 줄어들게 되고, 내조(10)와 감량탱크(30A,30B)의 압력이 평형을 이루는 시점에서 액화가스의 이동은 멈추게 된다. 이와 같은 작용에 의해 탱크의 액화가스량은 최대 90%정도로 유지된다.

그러나 이와 같은 종래의 감량탱크는 감량탱크(30) 내부에 누적된 액화천연가스가 단시간의 잦은 충전으로 감량탱크의 역할을 하지 못하여 과충전 될 수 있는 문제를 갖고 있다. 즉, 이미 위에서 설명한 바와 같이 감량탱크(30)의 액화가스는 내조(10)의 액화가스가 소모되어 줄어듬에 따라 점차 기화되어 미세한 유입공을 통해 내조(10)측으로 배출되는데 이때 유입공으로 배출되는 량이 소모량을 따라가지 못하게되므로 감량탱크(30)의 압력이 충분히 떨어지지 않은 상태에서 충전이 이루어지는 문제가 있어 과충전의 우려를 갖게 되는 것이다.

또한 종래의 탱크는 단열성능이 떨어지는 문제가 있었다. 즉, 외부로부터 여결되어 감량탱크 내부에서 배관부가 감량탱크의 상부 또는 하부를 통해 내조로 연장되어 있으므로 배관부를 따라 유입되는 열이 상대적으로 빠르게 내조로 전달되어 단열효과가 떨어지는 문제가 있는 것이다.

도 2에는 감량탱크(302)를 내조(102) 일측에 보다 크게 구성한 종래 탱크의 다른 예를 도시하고 있는데, 이 또한 위에서 언급한 바와 같은 문제를 동일하게 수반하고 있다. 특히 배관부(402)가 감량탱크를 거치지 않고 바로 내조로 연장되므로 단열효과는 더욱 떨어지는 문제가 수반되고 있다. 부호 102는 외조이다.

본 발명은 위에서 언급한 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 배관부와 감량탱크 사이에 벤츄리를 설치하여 감량탱크 내부에 액화천연가스가 잔존하는 기존 방식과 달리 충전 시 자동적으로 감량탱크 내부에 잔존하는 액화천연가스를 내조로 이동시켜 잦은 충전 시 발생할 수 있는 과충전을 방지할 수 있으며, 열침투가 가장 높은 배관부의 단열을 향상시킬 수 있는 액화천연가스 저장탱크를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 외조와, 외조의 내부에 지지되어 액화가스를 저장하는 내조를 갖춘 자동차용 액화천연가스 탱크에서, 상기 내조의 일측에 설치되는 유입관을 통해 내조의 액화가스를 유입하는 감량탱크와, 감량탱크가 설치된 측으로부터 감량탱크를 관통하여 내조로 연장되는 충전배관을 포함하는 배관부와, 내조측으로 확산되도록 충전배관상에 형성되는 벤츄리부와, 일단이 감량탱크의 내측에 배치되고 타측이 벤츄리부에 연결되어 벤츄리부를 통과하는 압력에 의해 감량탱크 내부의 액화가스를 내조측으로 배출하는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 액화천연가스 탱크에 의해 달성될 수 있다.

상기 배관부는 감량탱크중 내조와 가장 멀리 위치하는 부분을 관통하여 내조로 연장되는 것이 바람직하다.

상기 배출관은 일단이 벤츄리부에 연결되고, 타단이 감량탱크의 바닥부에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 유입관은 일단은 감량탱크의 상면에서 내조와 연통되고, 타단은 감량탱크의 바닥부에 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 열침투가 가장 많은 배관부에 감량탱크를 설치하고, 배관부에 설치된 벤츄리에 의해 액화가스 충전시 감량탱크의 잔존하는 액화가스를 내조로 배출토록함으로써, 잦은 충전으로 인해 감량탱크(30)에 잔존할 수 있는 액화천연가스를 충전 시 내조 내부로 이동시켜 과충전으로 인한 위험을 최소화 할 수 있게 되고, 나아가 단열효과를 향상시켜 액화천연가스를 장기간 보관하므로 인한 탱크의 압력상승으로 인하여 작동되는 안전변을 통한 연료 손실을 극소화 할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 탱크의 바람직한 실시예의 구성을 보인 도면
도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 탱크의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 것으로 충전 직후의 액화천연가스 상태를 나타내는 도면
도 3는 본 발명에 따른 액화천연가스 탱크의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 것으로 벤츄리부의 구성을 보인 확대도
도 4은 본 발명에 따른 액화천연가스 탱크의 바람직한 실시예의 구성을 보이는 것으로 충전 후 시간경과에 따라 액화천연가스가 감량탱크로 유입되는 상태를 나타내는 도면.
도 5는 종래의 액화천연가스 탱크의 구조를 나타내는 도면
도 6은 또 다른 종래의 액화천연가스 탱크를 나타내는 도면

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 액화천연가스 탱크의 구성을 나타내는 도면이다. 이에 따르면 외조(20)와, 외조(20)의 내부에 소정간격을 지지되어 액화가스를 저장하는 내조(10)가 도시되어 있다. 상기 내조(10)의 일측에는 감량탱크(30)가 설치되어 있으며, 감량탱크(30)에는 내조(10)의 액화가스를 유입하는 유입관(31)이 형성되어 있다. 유입관(31)의 일단은 감량탱크(30)의 상면에서 내조(10)와 연통되고, 타단은 감량탱크(30)의 바닥부에 배치된다.

감량탱크(30)가 설치된 측에는 충전배관(41)을 포함하는 배관부(40)가 설치되어 있다. 배관부(40)는 감량탱크(30)를 관통하여 내조(10)로 연장된다. 배관부(40)는 감량탱크중 내조와 가장 멀리 위치하는 부분을 관통하여 내조(10)로 연장된다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 충전배관(41)상에 벤츄리부(50)가 형성되어 있다. 변츄리부(50)는 내조(10)측으로 확산되도록 하는 구조를 갖는다.

한편, 상기 감량탱크(30)에는 일단이 감량탱크(30)의 내측에 배치되고 타측이 벤츄리부(50)에 연결되어 벤츄리부(50)를 통과하는 압력에 의해 감량탱크(30) 내부의 액화가스(12)를 내조(10)측으로 배출하는 배출관(51)이 구성되어 있다. 이 배출관(51)은 일단이 벤츄리부(50)에 연결되고, 타단이 감량탱크의 바닥부에 인접배치되어 항시 액상의 가스가 빨려나가도록 구성된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 최초에 액화가스를 주입하게 되면, 내조(10)에 액화가스가 차오르고, 소정량에 도달하게 되면 유입관(31)을 통해 액화가스가 감량탱크(30)로 유입이 개시된다. 이때의 유입량은 유입관(31)이 극히 미세한 관으로 구성되므로 매우 적다. 이러한 상태에서 내조에는 계속하여 액화가스가 주입되면 도 2에 도시된 바와같이 내조(10)에 가스가 가득차게 되어 더 이상의 가스 충전이 불가하여 가스 충전기가 정지하여 충전을 완료하게 된다. 이와같이 충전이 완료된 후에는 위에서 언급한 바와같이 유입관(31)을 통해 내조(10)의 액화가스가 감량탱크(30)로 지속적으로 유입이 이루어지고, 이러한 작용은 내조(10)와 감량탱크(30)의 압력이 평형을 이루는 시점에서 정지하게 된다. 이러한 상태는 도 4에 도시되어 있다. 즉, 감량탱크에는 일정량 액화가스가 유입되고 그 상부에 소정의 가스공간이 형성되고, 이 공간의 압력이 내조(10)상부의 가스공간과 압력이 평형을 이룬 상태를 유지한다.

이러한 상태에서 차량을 운행하여 내조(10)의 가스가 소모되면 감량탱크(30)의 액화가스는 유입관(31)을 통해 내조(10)로 이동하게 된다. 그러나 이때 이동하는 가스량은 유입관(31)이 미세한 직경을 갖고 또한 그 단부가 액화가스 중에 잠겨 있으므로 이동량이 크지않다.

따라서 내조(10)의 액화가스가 모두 소모되어 추가로 액화가스의 충전을 수행하게 되면, 상기한 바와같이 충전배관(41)통해 가스의 충전이 이루어지게 되는데 이때 도 3에 도시된 바와 같이 벤츄리부(50)에서는 유입되는 액화가스가 통과하며 확산되므로 내조(10)측의 압력이 상대적으로 낮게되어 제트기류가 발생하게 되고, 이에 따라 상대적으로 고압을 유지하고 있는 감량탱크(30)에서는 벤츄리부(50) 일측에 연결된 배출관(51)을 통해 액화가스(12)가 빨려나와 충전배관(41)을 내조(10)로 배출이 이루어진다. 즉, 감량탱크(30)내부의 액화가스는 내조(10)로의 액화가스의 충전시 벤츄리부(50)에 의해 내조(10)로 이동하는 것이다. 이때 배출관(51)의 일단이 감량탱크(30)내부의 액화가스에 잠겨 있으므로 액상의 가스가 빨려나가게 된다.

10 : 내조 20 : 외조
30 : 감량탱크 31 : 유입관
40 : 배관부 41 : 충전배관
50 : 벤츄리 51 : 배출관

Claims

외조와, 외조의 내부에 지지되어 액화가스를 저장하는 내조를 갖춘 자동차용 액화천연가스 탱크에서,
상기 내조의 일측에 설치되는 유입관을 통해 내조의 액화가스를 유입하는 감량탱크와,
감량탱크가 설치된 측으로부터 감량탱크를 관통하여 내조로 연장되는 충전배관을 포함하는 배관부와,
내조측으로 확산되도록 충전배관상에 형성되는 벤츄리부와,
일단이 감량탱크의 내측에 배치되고 타측이 벤츄리부에 연결되어 벤츄리부를 통과하는 압력에 의해 감량탱크 내부의 액화가스를 내조측으로 배출하는 배출관을포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 액화천연가스 탱크.
제 1항에 있어서, 상기 배관부는 감량탱크중 내조와 가장 멀리 위치하는 부분을 관통하여 내조로 연장되는 것을 특징으로 하는 자동차용 액화천연가스 탱크.
제 1항에 있어서, 상기 배출관은 일단이 벤츄리부에 연결되고, 타단이 감량탱크의 바닥부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 액화천연가스 탱크.
제 1항에 있어서, 상기 유입관은 일단은 감량탱크의 상면에서 내조와 연통되고, 타단은 감량탱크의 바닥부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 액화천연가스 탱크.