KR101734775B1 - Lpg 연료 차량의 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 차량의 LPG 봄베 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높은 경우, 차가운 LPG 연료가 임시 충전되도록 한 보조챔버를 LPG 봄베내에 장착하여, 보조챔버와 LPG 봄베 간의 열교환을 통해 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 용이하게 충전할 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FILLING LPG OF LPG VEHICLE}
본 발명은 LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LPG 연료가 저장되는 봄베내 압력이 충전압력보다 높은 경우, 차가운 연료를 임시 충전할 수 있는 보조챔버를 이용하여 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 용이하게 충전할 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, LPG 연료 차량의 충전 과정은 도 1에서 보듯이, 충전소의 충전펌프(2) 구동 단계와, 충전펌프(2)의 구동에 의하여 충전소의 LPG 저장소(1)로부터 LPG 연료가 충전건(3)으로 송출되는 단계와, 충전건(3)의 LPG 충전압력에 의하여 차량의 LPG 봄베내에 LPG 연료가 충전되는 단계로 이루어진다.
도 2를 참조하면, LPG 봄베(10)의 입구에는 차량의 연료주입구(14)와 연료주입라인(15)을 매개로 연결되는 과류방지밸브(16)가 장착되어 있고, 봄베(10)의 내부에는 엔진으로 연료를 송출하기 위한 연료펌프 모듈(18)가 내설되어 있다.
이에, 충전소의 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입구(14)와 과류방지밸브(16)를 통하여 봄베(10) 내에 충전된다.
그러나, 혹서기에 따른 외부온도가 급상승하는 조건에서 차량의 LPG 봄베내 압력이 LPG 충전압력보다 높아 LPG 연료 충전이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
즉, 차량의 LPG 봄베내 압력이 LPG 충전압력보다 높으면, 과류방지밸브에 포함된 체크밸브가 열리지 않게 되어, 충전건으로부터 LPG 봄베로의 LPG 연료 충전이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
예를 들어, 혹서기에 따른 대기온도가 약 40℃ 이상인 조건에서 차량의 LPG 봄베내 압력(예, 16.5 bar)이 충전건의 LPG 충전압력(16.3bar = 충전소의 LPG 저장소 압력 8.3bar + 충전펌프 구동에 따른 LPG 펌핑압력 8.0bar) 이상으로 상승함으로써, 과류방지밸브에 포함된 체크밸브가 열리지 않게 되고, 결국 충전건으로부터 LPG 봄베로의 LPG 연료 충전이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 차량의 LPG 봄베 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높은 경우, 차가운 LPG 연료가 임시 충전되도록 한 보조챔버를 LPG 봄베내에 장착하여, 보조챔버와 LPG 봄베 간의 열교환을 통해 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 용이하게 충전할 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: LPG 차량의 봄베 내에 장착되는 보조챔버; 연료주입구로부터 LPG 봄베쪽으로 연장되는 연료주입라인으로부터 분기되어 보조챔버에 연결되는 보조주입라인; 상기 보조주입라인에 장착되어, LPG 연료가 보조챔버로 흐르는 것을 허용하거나 차단하는 솔레노이드 밸브; 상기 봄베의 내부온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서의 감지 온도가 임계온도 이상이면 솔레노이드 밸브를 열림 제어하는 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치를 제공한다.
특히, 상기 보조챔버는: 봄베에 형성된 장착홀에 거치되는 플랜지부; 플랜지부로부터 봄베의 내부로 연장되는 열교환 챔버; 및 플랜지부가 거치된 봄베의 장착홀에 부착되는 기밀용 커버; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열교환 챔버의 말단부에는 열교환 챔버로부터 LPG 봄베 내로 LPG 연료 흐름을 허용하는 체크밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조챔버는 열전달율이 우수한 알루미늄 재질로 만들어진 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 온도센서는 봄베의 내부에 장착된 연료펌프 모듈에 장착된 것임을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: ⅰ) LPG 봄베의 내부온도를 감지하는 단계; ⅱ) 상기 봄베의 내부온도가 임계온도 미만이면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 LPG 봄베내로 공급하는 단계; ⅲ) 상기 봄베의 내부온도가 임계온도 이상이면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 보조주입라인을 통하여 LPG 봄베내에 장착된 보조챔버로 공급하는 단계; ⅳ) 상기 LPG 연료가 충전된 보조챔버와 LPG 봄베의 내부 간에 열교환이 이루어지는 단계; 및 ⅴ) 상기 열교환을 통하여, LPG 봄베의 내부온도가 임계온도 미만으로 하강하면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 LPG 봄베내로 공급하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법을 제공한다.
상기 ⅱ) 단계에서, 보조주입라인에 장착된 솔레노이드 밸브가 닫힘으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 ⅲ) 단계에서, 보조주입라인에 장착된 솔레노이드 밸브가 열림으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 ⅲ) 단계에서, 보조챔버내로 공급되는 LPG 연료는 LPG 봄베의 내부온도보다 낮은 온도의 연료로서, 충전소의 지하 LPG 저장소로부터 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 ⅴ) 단계에서, 보조챔버 내의 LPG 연료가 LPG 봄베 내로 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 혹서기(여름철) 등과 같이 외부온도 급상승 조건에서 LPG 봄베내의 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높아지는 경우, LPG 봄베의 내부온도에 비하여 낮은 차가운 LPG 연료(LPG 충전소의 지하 저장소에 저장되어 있던 LPG 연료)를 LPG 봄베 내에 장착된 보조챔버로 공급하여, 보조챔버와 LPG 봄베 간의 열교환을 통해 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 항상 원활하게 충전시킬 수 있다.
도 1은 LPG 연료 차량의 충전 과정을 도시한 개략도,
도 2는 LPG 연료 차량의 충전 장치를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 충전 장치의 보조 챔버를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 충전 장치의 보조 챔버를 LPG 봄베에 장착하는 상태를 도시한 사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 대한 충전 작동도,
도 8은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 방법을 도시한 순서도,
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 대한 구성을 보여준다.
도 3에서, 도면부호 10은 LPG 차량에 탑재된 LPG 봄베를 지시한다.
상기 LPG 봄베(10)의 입구에는 차량의 연료주입구(14)와 연료주입라인(15)을 매개로 연결되는 과류방지밸브(16)가 장착되어 있고, 봄베(10)의 내부에는 엔진으로 연료를 송출하기 위한 연료펌프 모듈(18)가 내설되어 있다.
이에, 충전소의 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입구(14)와 과류방지밸브(16)를 통하여 봄베(10) 내에 충전된다.
그러나, 혹서기에 따른 외부온도가 급상승하는 조건에서 차량의 LPG 봄베내 온도 및 압력이 상승하여, 봄베내의 압력이 충전건에 의한 LPG 충전압력보다 높아지면, LPG 연료 충전이 불가능한 상태가 된다.
이에, 본 발명은 LPG 연료가 저장되는 봄베내 압력이 충전압력보다 높은 경우, 차가운 연료를 임시 충전할 수 있는 보조챔버를 이용하여 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 용이하게 충전할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
상기 보조챔버(20)는 LPG 차량에 탑재된 LPG 봄베(10) 내에 장착된다.
보다 상세하게는, 첨부한 도 4 및 도 5에서 보듯이 상기 보조챔버(20)는 봄베(10)에 단차진 형태로 가공시킨 장착홀(12)에 거치되는 플랜지부(22)와, 플랜지부(22)로부터 봄베(10)의 내부로 연장되는 열교환 챔버(24)로 구성되며, 바람직하게는 열전달율이 우수한 알루미늄 재질로 제작된다.
바람직하게는, 상기 열교환 챔버(24)는 LPG 봄베의 내부 체적에 따라 열교환 면적을 확보하기 위하여 일자형 중공관, 지그재그 형태의 관 등 다양한 형상으로 적용 가능하다.
또한, 상기 보조챔버(20)의 열교환 챔버(24)의 말단부에는 열교환 챔버(24)로부터 LPG 봄베(10)의 내부로만 LPG 연료 흐름을 허용하는 체크밸브(26)가 장착된다.
따라서, 상기 열교환 챔버(24)를 LPG 봄베(10)의 장착홀(12)을 통하여 봄베(10)의 내부로 진입시킨 후, 플랜지부(22)가 장착홀(12)의 외주부에 거치되게 한 다음, 플랜지부(22)에 기밀용 커버(28)를 밀착시켜 볼트를 기밀용 커버(28)로부터 플랜지부(22)를 거쳐 봄베(10)까지 체결시킴으로써, 봄베(10)에 대한 보조챔버(20) 장착이 완료된다.
이때, 상기 기밀용 커버(28)에는 연료주입라인(15)으로부터 분기된 보조주입라인(30)이 관통되고, 관통된 보조주입라인(30)의 말단부는 보조챔버(20)에 연통 가능하게 연결된다.
좀 더 상세하게는, 상기 보조주입라인(30)은 연료주입라인(15) 즉, 연료주입구(14)와 LPG 봄베(10)의 입구에 장착된 과류방지밸브(16) 사이에 연결되는 연료주입라인(15)으로부터 분기되어, 기밀용 커버(28)를 지나서 보조챔버(20)에 연통 가능하게 연결된다.
또한, 상기 보조주입라인(30)에는 제어기(34)의 개폐 제어에 의하여 열림 또는 닫힘 동작하는 솔레노이드 밸브(32)가 장착된다.
이에, 상기 솔레노이드 밸브(32)는 연료주입라인(15)으로부터의 LPG 연료가 보조주입라인(30)을 경유하여 보조챔버(20)로 흐르는 것을 허용하거나 차단하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 봄베(10)의 내부온도를 감지하는 온도센서(36)가 봄베(10)의 내부에 장착된 연료펌프 모듈(18)에 장착되고, 봄베(10)의 내부온도를 감지한 온도센서(36)의 감지신호는 제어기(34)로 전송되며, 제어기(34)는 온도센서(36)의 감지 온도가 임계온도 이상일 때 상기 솔레노이드 밸브(32)를 열림으로 제어하게 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 LPG 연료 차량용 충전 장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 대한 충전 작동도이고, 도 8은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 상기 LPG 봄베(10)의 내부온도를 감지한다.
상기 봄베(10) 내의 연료펌프 모듈(18)에 장착된 온도센서(36)에서 봄베(10)의 내부온도를 감지하고, 그 감지신호는 제어기(34)로 전송된다.
이어서, 상기 제어기(34)에서 현재 봄베(10)의 내부온도와 임계온도를 비교한다(S101).
비교 결과, 현재 봄베(10)의 내부온도가 임계온도(예, 44℃)보다 낮으면, 제어기(34)는 솔레노이드 밸브(32)를 닫힘으로 제어한다(S102).
다시 말해서, 현재 봄베(10)의 내부온도가 임계온도보다 낮으면, LPG 봄베(10)내 압력이 충전건에 의한 LPG 충전압력보다 낮은 상태로 판정하여, 제어기(34)에서 솔레노이드 밸브(32)를 닫힘으로 제어한다.
이에, 도 6에서 보듯이 충전소의 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입구(14)와 과류방지밸브(16)를 통하여 봄베(10) 내에 용이하게 충전되고(S103), 이와 동시에 솔레노이드 밸브(32)의 닫힘 상태로 인하여 연료주입라인(15)에서 보조주입라인(30)으로 흐르던 연료는 차단되는 상태가 된다.
반면, 현재 봄베(10)의 내부온도가 임계온도(예, 44℃)보다 높으면, 제어기(34)는 솔레노이드 밸브(32)를 열림으로 제어한다(S104).
즉, 현재 봄베(10)의 내부온도가 임계온도보다 높으면, LPG 봄베내 압력이 LPG 충전압력보다 높은 상태로 판정하여 제어기(34)에서 솔레노이드 밸브(32)를 열림으로 제어한다.
이때, 상기 LPG 봄베내 압력이 LPG 충전압력보다 높으면, 과류방지밸브에 포함된 체크밸브가 열리지 않게 되어, 충전건으로부터 LPG 봄베로의 LPG 연료 충전이 불가능한 상태가 된다.
따라서, 도 7에서 보듯이 상기 충전소의 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입구(14)와 과류방지밸브(16)를 통하여 봄베(10) 내에 충전되지 않는 상태로 유지됨과 함께, 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입라인(15)에서 보조주입라인(30)으로 흐르는 동시에 열림 상태의 솔레노이드 밸브(32)를 지나서 보조챔버(20)로 충전된다(S105).
이때, 상기 보조챔버(20)에 충전된 LPG 연료는 열교환 챔버(24)내에 일단 머무르게 되며, 그 이유는 LPG 봄베(10)의 내부압력이 열교환 챔버(24)내에 충전되는 LPG 충전압력보다 높은 상태이기 때문이다.
한편, 상기 보조챔버내로 공급되는 LPG 연료는 충전소의 지하 LPG 저장소로부터 공급됨에 따라, LPG 봄베의 현재 내부온도(예, 44℃)보다 낮은 온도를 가지며, 통상 지하 LPG 저장소에 저장된 LPG 연료는 혹서기에도 약 20℃로 유지된다.
이에, 상기 보조챔버(20)의 열교환 챔버(24)내에 저온 상태(약 20℃)의 LPG 연료가 충전된 상태에서 LPG 봄베(10)의 내부공간에 존재하는 열과 열교환을 하게 됨으로써, LPG 봄베(10)의 내부온도가 일정 시간 후에 임계온도 미만으로 하강하게 된다(S106).
이렇게 LPG 봄베(10)의 내부온도가 임계온도 미만으로 하강하면, 봄베의 내부압력도 LPG 충전건에 의한 충전압력 미만으로 하강하게 된다(S107).
따라서, 상기 봄베(10)의 내부압력이 LPG 충전건에 의한 충전압력 미만으로 하강하면, 충전소의 충전건으로부터 LPG 연료가 연료주입구(14)와 과류방지밸브(16)를 통하여 봄베(10) 내에 용이하게 충전된다(S108).
또한, 상기한 보조챔버(20)에 의한 열교환 동작에 의거 LPG 봄베(10)의 내부온도가 임계온도 미만으로 하강하면, 제어기(34)는 다시 솔레노이드 밸브(32)를 닫힘으로 제어한다(S109).
이상에서 본 바와 같이, 혹서기(여름철) 등과 같이 외부온도 급상승 조건에서 LPG 봄베내의 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높아지는 경우, LPG 봄베의 내부온도에 비하여 낮은 차가운 LPG 연료(LPG 충전소의 지하 저장소에 저장되어 있던 LPG 연료)를 LPG 봄베(10) 내에 장착된 보조챔버(20)로 공급하여, 보조챔버(20)와 LPG 봄베(10) 간의 열교환을 통해 봄베내 온도 및 압력을 저감시킴으로써, 봄베 내에 LPG 연료를 항상 원활하게 충전시킬 수 있다.
10 : 봄베
12 : 장착홀
14 : 연료주입구
15 : 연료주입라인
16 : 과류방지밸브
18 : 연료펌프 모듈
20 : 보조챔버
22 : 플랜지부
24 : 열교환 챔버
26 : 체크밸브
28 : 기밀용 커버
30 : 보조주입라인
32 : 솔레노이드 밸브
34 : 제어기
36 : 온도센서

Claims (10)

  1. LPG 차량의 봄베 내에 장착되는 보조챔버;
    연료주입구로부터 LPG 봄베쪽으로 연장되는 연료주입라인으로부터 분기되어 보조챔버에 연결되는 보조주입라인;
    상기 보조주입라인에 장착되어, LPG 연료가 보조챔버로 흐르는 것을 허용하거나 차단하는 솔레노이드 밸브;
    상기 봄베의 내부온도를 감지하는 온도센서; 및
    상기 온도센서의 감지 온도가 임계온도 이상이면 솔레노이드 밸브를 열림 제어하는 제어기;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조챔버는:
    봄베에 형성된 장착홀에 거치되는 플랜지부;
    플랜지부로부터 봄베의 내부로 연장되는 열교환 챔버; 및
    플랜지부가 거치된 봄베의 장착홀에 부착되는 기밀용 커버;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환 챔버의 말단부에는 열교환 챔버로부터 LPG 봄베 내로 LPG 연료 흐름을 허용하는 체크밸브가 장착된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조챔버는 열전달율이 우수한 알루미늄 재질로 만들어진 것임을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도센서는 봄베의 내부에 장착된 연료펌프 모듈에 장착된 것임을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  6. ⅰ) LPG 봄베의 내부온도를 감지하는 단계;
    ⅱ) 상기 봄베의 내부온도가 임계온도 미만이면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 LPG 봄베내로 공급하는 단계;
    ⅲ) 상기 봄베의 내부온도가 임계온도 이상이면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 보조주입라인을 통하여 LPG 봄베내에 장착된 보조챔버로 공급하는 단계;
    ⅳ) 상기 LPG 연료가 충전된 보조챔버와 LPG 봄베의 내부 간에 열교환이 이루어지는 단계;
    ⅴ) 상기 열교환을 통하여, LPG 봄베의 내부온도가 임계온도 미만으로 하강하면, 연료주입라인으로부터의 LPG 연료를 LPG 봄베내로 공급하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 ⅱ) 단계에서, 보조주입라인에 장착된 솔레노이드 밸브가 닫힘으로 제어되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 ⅲ) 단계에서, 보조주입라인에 장착된 솔레노이드 밸브가 열림으로 제어되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 ⅲ) 단계에서, 보조챔버내로 공급되는 LPG 연료는 LPG 봄베의 내부온도보다 낮은 온도의 연료로서, 충전소의 지하 LPG 저장소로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 ⅴ) 단계에서, 보조챔버 내의 LPG 연료가 LPG 봄베 내로 충전되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 방법.
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