KR102079842B1 - 공압식으로 비워질 수 있는 액체 분리기를 가진 연료 용기 - Google Patents

공압식으로 비워질 수 있는 액체 분리기를 가진 연료 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 용기, 특히 자동차용 연료 용기에 관한 것으로서, 상기 연료 용기는, 연료로 용기를 채우는 동안, 연료를 소모하는 동안, 그리고 연료에 의해 작동되는 기계의 구동 동안에, 내부 가스 압력의 균형을 맞추기 위한 환기 장치를 가지며, 상기 환기 장치는 환기 라인으로부터 액체 연료를 분리시키기 위한 분리기 장치(12)를 가진다. 정상 작동 동안 사용되는 연료 펌프가 작동 중에 있지 않은 경우에 분리기 장치(12)가 비워질 수 있도록 하기 위하여, 분리기 장치(12)는 하우징(14) 및 상기 하우징(14)에 직접 연결되거나 또는 파이프라인을 통해 연결된 파이프 부분(16)을 가지며, 유입 및 배출 연료로 인해 압력 변동이 발생되고, 상기 압력 변동은 분리기 장치(12)를 비우기 위한 펌프로서 사용될 수 있다.

Description

공압식으로 비워질 수 있는 액체 분리기를 가진 연료 용기{FUEL CONTAINER WITH LIQUID SEPARATOR THAT CAN BE PNEUMATICALLY EMPTIED}
본 발명은 연료 용기, 특히 자동차용 연료 용기에 관한 것으로서, 상기 연료 용기는, 연료로 용기를 채우는 동안, 연료를 소모하는 동안, 그리고 연료에 의해 작동되는 기계(machine)의 작동 동안에, 내부 가스 압력의 균형을 맞추기(equalizing) 위한 환기 장치(venting device)를 가지며, 상기 환기 장치는 환기 라인(venting line)으로부터 액체 연료를 분리시키기 위한 분리기 장치를 가진다. 또한, 본 발명은 연료 용기의 환기 장치의 분리기 장치를 비우기 위한 방법에 관한 것이다.
연료로 연료 용기를 채울 때, 용기로부터 유입되는 연료에 의해 배출되는 가스 용적(gas volume)을 안내하기(direct) 위하여 환기(venting)가 필요하다. 이와 마찬가지로, 연료 함유량(content)이 줄어들 때, 예를 들어 용기를 파손(붕괴)시킬 수 있는 용기 내의 언더프레셔(underpressure)를 방지하기 위하여, 용기의 환기가 필요하다. 이 경우, 연료 증기(fuel vapor), 보통 하이드로카본 증기(hydrocarbon vapor)가 대기(atmosphere)로 배출되는 것을 방지할 필요가 있다. 이를 위하여, 공지된 환기 장치는 하이드로카본 증기를 흡수할 수 있으며 특정 시간 간격에서 내연기관의 흡입 부분(intake section) 내에 공급함으로써 재생되는(regenerated) 활성 카본 필터(activated carbon filter)를 가진다. 이때, 액체 연료가 활성 카본 필터에 유입되는 것을 방지하는 것이 중요한데, 그 이유는 상기 활성 카본 필터가 이로 인해 파손될 수도 있기 때문이다. 따라서, 활성 카본 필터에는 일반적으로 오직 연료 증기만 통과될 수 있는 액체 연료용 분리기 장치가 내부에 배열되며 때때로는 연료 용기 외부에 배열될 수 있다. 예를 들어, 연료 펌프에 의해 내연기관이 작동되는 동안에 분리기 장치는 비워진다(emptied). 하지만, 부분적으로 오로지 전기로만 작동될 수 있는 하이브리드 차량(hybrid vehicle)에서는, 연료 펌프가 전기 작동 모드에서는 작동되지 않는다. 하지만, 액체 연료의 출렁임 움직임(sloshing movement) 등으로 인해, 액체 연료는 여전히 환기 장치 내에 유입될 수 있으며 따라서 분리기 장치는 침수되어(flood) 그 결과 활성 카본 필터가 액체 연료로 오염될 위험이 생긴다. 전기 작동 모드에서도 환기 기능(venting function)이 유지되어야 하기 때문에, 예를 들어, 단순히 셧-오프 밸브(shut-off valve)에 의해 활성 카본 필터로부터 분리기 장치가 연결해제되는(disconnect) 것은 바람직하지 않다.
본 발명은 대부분의 경우에 분리기 장치(separator device)가 효율적으로 비워질 수 있도록 앞에서 언급한 타입의 연료 용기(fuel container)를 개선하는데 그 목적이 있다.
이 목적을 구현하기 위하여, 청구항 제1항에 기술된 특징들의 조합이 제안된다. 본 발명의 바람직한 변형예 및 개선예들은 종속항들에 기술된다.
본 발명은, 특히, 구동 모드(driving mode)에서 연료 용기 내에 함유된 연료에 강한 출렁임 움직임이 가해지지 않도록 구현되는 데 그 목적이 있다. 분리기 장치를 원하는 대로 비우기 위해서 내부에 생성된 운동에너지(kinetic energy)가 사용될 수 있다. 이는 직접적인 기계적 방식으로 수행될 수 있거나 혹은 예를 들어 자체적으로 펌프를 구동하는 제너레이터(generator)를 작동시킴으로써 하나 또는 그 이상의 에너지 변환 단계에 의한 "에너지 하베스팅(energy harvesting)(에너지 회복(energy recovery))" 방식으로 수행될 수 있다. 비용 및 안정성 이유로, 가능한 최대한 간단한 형상(configuration)이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 분리기 장치가 하우징(housing) 및 상기 하우징에 직접 연결되거나 또는 파이프라인(pipeline)을 통해 연결된 파이프 부분(pipe portion)을 가지며, 유입 및 배출 연료로 인해, 분리기 장치를 비우기(emptying) 위한 펌프(pump)로서 사용될 수 있도록 제안된다. 파이프 부분은 하부 방향으로 개방된(downwardly open) 횡단면을 가진 용기 내에 배열되며, 액체 연료가 분리기 장치 내에 유입될 수 있으며 상기 장치가 비워져야 하는 상태 하에서, 상기 용기는 연료가 파이프 부분에 유입될 때에는 배출되며 연료가 배출될 때에는 흡입 작용(suction action)에 의해 분리기 장치로부터 액체 연료를 제거하는 언더프레셔(underpressure)를 생성하는 가스 용적(gas volume)을 포함한다. 액체 연료가 파이프 부분의 내부 영역 안으로 유입되고 그로부터 연료가 배출되는 흐름은 차량의 작동 동안에, 앞에서 언급한 연료의 출렁임 움직임으로 인해 발생된다.
환기 장치는 2개의 밸브를 포함하는데, 제1 밸브는 액체 연료가 유입되었을 때 가스가 파이프 부분으로부터 배출될 수 있게 하며 액체 연료가 파이프 부분으로부터 배출될 때에는 똑같은 경로(path) 상에서 다시 흘러 들어가는 것이 방지되며, 따라서 연료가 파이프 부분에 유입될 때에는 제1 밸브가 개방되고 연료가 파이프 부분으로부터 배출될 때에는 제1 밸브가 밀폐된다. 상기 제1 밸브는 디스크 밸브(disk valve)로서 형성되는 것이 바람직하다. 제1 밸브는 파이프 부분을 분리기 장치의 하우징에 연결하는 파이프라인의 벽 내에 또는 파이프 부분의 벽 내에 배열된다.
제2 밸브는 제1 밸브에 대해 반대 사이클(reverse cycle)로 개방되고 밀폐되는데, 이는 즉 연료가 파이프 부분에 유입될 때에는 밀폐되고 연료가 파이프 부분으로부터 배출될 때에는 개방되는 것을 의미한다. 마찬가지로, 제2 밸브는 디스크 밸브로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 밸브는 제거되어야 하는 액체 연료가 수거되는(collect) 분리기 장치의 내부와 파이프 부분의 내부 사이에 유체적으로 배열된다(fluidically arranged). 예를 들어, 제2 밸브는 파이프 부분을 분리기 장치의 하우징에 연결하는 파이프라인 또는 파이프 부분과 하우징의 내부 영역 사이에서 분리기 장치의 하우징의 벽 내에 배열된다.
두 밸브 사이의 상호작용(interaction) 및 출렁임 움직임에 의해 생성된 압력 변동(pressure fluctuation)으로 인해, (전기) 연료 펌프의 작동과 무관하게 분리기 장치를 비울 수 있게 하는 단순한 공압식 펌프(pneumatic pump)가 제공된다.
파이프 부분은 분리기 장치의 하우징에 직접 연결될 수 있거나 또는 연결 라인(connecting line)을 통해 분리기 장치의 하우징에 연결될 수도 있다. 이는, 각각의 경우에서, 연료 용기의 형상, 연료 용기 내에서의 분리기 장치의 배열 위치 및 가능한 추가 필요조건들에 좌우될 것이다.
본 발명에 따르면, 환기 장치의 연료 용기 내에 배열되는 분리기 장치를 비우기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법에서, 기계적 작업(mechanical work)을 수행하기 위하여, 분리기 장치의 밸브 시스템(valve system)에 직접 또는 간접적으로 작동시킴으로써, 연료 용기 내에 함유된 연료의 출렁임 움직임 형태의 운동에너지가 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 연료를 위한 유입구(inlet opening)를 가지며 용기 내부로부터 분리된 용적(volume) 내에서 연료의 출렁임 움직임은 공압식 펌핑 효과(pneumatic pumping effect)를 생성한다. 대안으로, 연료의 출렁임 움직임은, 예를 들어, 추가적인 전기 펌프 등을 작동시키기 위해 제너레이터를 구동시키도록 사용될 수도 있다.
밑에서, 본 발명은 첨부도면에서 개략적으로 예시된 실시예들을 기초로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 도면에서:
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 원리를 예시한 도면,
도 2a 및 2b는 연료의 출렁임 움직임의 결과로 펌핑 효과를 생성하기 위한 2개의 밸브와 파이프 부분을 가진 분리기 장치의 영역 내에서 연료 용기를 따라 절단한 단면이다.
도 1a 및 1b에 본 발명의 기능적인 원리가 예시된다. 연료 용기(10) 내부에, 하우징(14) 및 상기 하우징(14)과 결합되고 연료 용기의 플로어에 개방되는 파이프 부분(16)을 가진 액체 연료용 분리기 장치(12)가 용기를 위한 환기 장치(venting device)의 일부분으로서 배열된다. 파이프 부분(16)의 상부 영역에서, 파이프 부분(16)의 외부 영역을 향해 개방되는 제1 밸브(18)가 벽에 배열된다. 상기 하우징(14)이 상부 방향으로 파이프 부분(16)과 경계를 형성하는(bound) 하우징(14)의 하부 벽에, 파이프 부분(16)의 내부를 향해 개방되는 제2 밸브(20)가 배열된다.
파이프 부분(16)은 하부 영역과 액체 연료 내에 담겨지고(dip) 액체 연료는 출렁임 움직임(sloshing movement)이 발생할 때 하부 방향으로 개방된 파이프 부분 내로 흐를 수 있다. 파이프 부분(16) 내의 액체 높이(22)가 올라갈 때, 파이프 부분 내에 존재하는 가스 용적(gas volume)은 압축된다. 그 결과, 제1 밸브(18)는 개방 방향(opening direction)으로 작동되고 가스는 화살표(24) 방향으로 배출될 수 있다. 파이프 부분(16) 내의 액체 높이(22)가 다시 내려가면, 그 결과 제1 밸브(18)는 가스가 새지 않도록 밀폐되고(gas-tightly closed) 파이프 부분(16) 내부 안에, 특히 하우징(14)의 내부에 대해 압력 감소가 발생한다. 파이프 부분(16)의 내부와 하우징(14)의 내부 사이의 압력 차이로 인해, 제2 밸브(20)는 개방 방향으로 작동되고, 그 결과, 하우징(14) 내에 존재하는 액체 연료는 제2 밸브(20)를 통해 화살표(26) 방향으로 파이프 부분(16) 내로 흐를 수 있다. 위에서 기술된 사이클(cycle)은 액체 연료의 출렁임 움직임의 리듬(rhythm)에 맞춰 반복되며, 그 결과 분리기 장치(12)의 상응하는 클로킹 비움(clocked emptying)이 발생한다.
본 발명의 한 실시예가 도 2a 및 2b의 단면도에 예시된다. 보다 상세하게 예시되지 않는 연료 시스템의 일련의 추가적인 구성요소(component)(연료 펌프, 구성요소 캐리어 등) 외에도, 밸브(18 및 20) 뿐만 아니라 파이프 부분(16)과 하우징(14)이 있는 분리기 장치(12)를 포함하는 환기 장치가 용기(10) 내에 배열된다. 분리기 장치의 하우징(14)은 파이프라인(28)을 통해 환기 밸브(30)에 연결된다. 상세하게 예시되지는 않았지만, 추가적인 파이프라인이 분리기 장치로부터 활성 카본 필터(activated carbon filter)에 연결되는데, 상기 활성 카본 필터는 환기 가스(venting gas)로부터 연료의 오염 부분(polluting portion)을 제거하여 대부분 순수 공기를 대기로 배출시킬 수 있게 한다.
파이프 부분(16)이 하우징(14)에 직접 연결될 필요는 없다. 대신, 필요조건(requirements)에 따라, 하우징(14) 및 파이프 부분(16)은 용기(10) 내에서 상이한 위치들에 배열되고 연결 라인(connecting line)을 통해 서로 연결될 수 있다. 본 명세서에서, 실린더(cylinder) 단면으로 예시된 파이프 부분(16)의 형상(configuration)은, 유입(inflowing) 및 배출(outflowing) 연료의 경우 펌핑 효과의 기본 기능이 환기 장치가 액체 연료로 침수되는(flooding) 것을 방지하는 정도로 유지되는 한, 변경될 수 있으며 각각의 조건(condition)에 대해 적용될 수 있다.
요약하면, 다음과 같다: 본 발명은 연료 용기, 특히 자동차용 연료 용기에 관한 것으로서, 상기 연료 용기는, 연료로 용기를 채우는 동안, 연료를 소모하는 동안, 그리고 연료에 의해 작동되는 기계(machine)의 작동 동안에, 내부 가스 압력의 균형을 맞추기(equalizing) 위한 환기 장치를 가지는데, 상기 환기 장치는 환기 라인(vent line)으로부터 액체 연료를 분리시키기 위한 분리기 장치를 가진다. 이를 위해 심지어 정상 작동 모드(normal operating mode)에서 사용되는 연료 펌프가 작동되지 않을 때에도 분리기 장치(12)를 비울 수(emptying) 있게 하기 위하여, 본 발명이 제안하는 바에 따르면, 분리기 장치(12)는 하우징(14) 및 상기 하우징에 직접 연결되거나 또는 파이프라인을 통해 연결된 파이프 부분(16)을 가지며, 유입 및 배출 연료로 인해, 분리기 장치를 비우기 위한 펌프(pump)로서 사용될 수 있는 압력 변동(pressure fluctuation)이 발생된다.

Claims (10)

  1. 자동차용 연료 용기로서, 상기 연료 용기는, 연료로 용기(10)를 채우는 동안, 연료를 소모하는 동안, 그리고 연료에 의해 작동되는 기계(machine)를 구동시키는 동안에, 내부 가스 압력의 균형을 맞추기(equalizing) 위한 환기 장치를 가지되, 상기 환기 장치는 환기 라인(28)으로부터 액체 연료를 분리시키기 위한 분리기 장치(12)를 가지는, 연료 용기에 있어서,
    분리기 장치(12)는 하우징(14) 및 상기 하우징(14)에 직접 연결되거나 또는 파이프라인을 통해 연결된 파이프 부분(16)을 가지며, 유입 및 배출 연료로 인해, 분리기 장치(12)를 비우기 위한 펌프로서 사용될 수 있는 압력 변동(pressure fluctuation)이 발생되며, 분리기 장치(12)는 연료가 파이프 부분(16)에 유입될 때에는 개방되고 연료가 파이프 부분(16)으로부터 배출될 때에는 밀폐되는 제1 밸브(18)를 가지며, 분리기 장치(12)는 연료가 파이프 부분(16)에 유입될 때에는 밀폐되고 연료가 파이프 부분(16)으로부터 배출될 때에는 개방되는 제2 밸브(20)를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  2. 제1항에 있어서, 제1 밸브(18)는 디스크 밸브(disk valve)인 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 밸브(18)는 파이프 부분(16)의 벽 내에 배열되거나, 또는 파이프 부분(16)을 분리기 장치(12)의 하우징(14)에 연결하는 파이프라인의 벽 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  4. 제1항에 있어서, 제2 밸브(20)는 디스크 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  5. 제1항에 있어서, 제2 밸브(20)는 파이프 부분(16)을 분리기 장치(12)의 하우징(14)에 연결하는 파이프라인 또는 파이프 부분(16)과 하우징(14)의 내부 영역 사이에서 분리기 장치(12)의 하우징(14)의 벽 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  6. 제1항에 있어서, 분리기 장치(12)는 연결 라인(28)에 의해 활성 카본 필터에 연결되며, 상기 활성 카본 필터는 연료 증기가 대기로 배출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 연료 용기.
  7. 연료 용기 내에 배열된, 환기 장치의 분리기 장치(12)를 비우기 위한 방법에 있어서,
    분리기 장치(12)의 밸브 시스템(18, 20)에 직접 또는 간접적으로 작동시킴으로써 기계적 작업(mechanical work)을 수행하기 위하여, 연료 용기(10) 내에 함유된 연료의 출렁임 움직임(sloshing movement) 형태의 운동에너지가 사용되며,
    용적(volume) 내에서 연료의 출렁임 움직임은 공압식 펌핑 효과(pneumatic pumping effect)를 생성하고, 상기 용적은 용기 내부로부터 분리되며 연료를 위한 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환기 장치의 분리기 장치(12)를 비우기 위한 방법.
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