KR102246375B1 - 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연료 탱크의 수위 측정부는 부유체를 구비하며, 부유체의 움직임에 따라 연료 수위의 하한 또는 상한을 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면 부유체를 이용해 연료 수위의 하한을 측정함으로써 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 때 발생할 수 있는 오류를 방지할 수 있으며, 따라서 사용자에게 연료의 부족을 정확하게 알려줄 수 있다.

Description

수위 측정부를 포함하는 연료 탱크 {Fuel tank with level measurement}
본 발명은 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부유체를 이용해서 연료 수위의 하한을 측정하는 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크에 관한 것이다.
일반적으로 연료 탱크는 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정한다. 이러한 정전용량 방식은 탱크 내에 들어 있는 초저온 액체 상태의 천연가스(NG), 질소, 산소, 아르곤, 수소 등 측정 물질의 높이를 연속적으로 체크하기 위한 것으로, 각 측정물질이 가지고 있는 비유전율(Er)을 이용하여 탱크 내에 쌓여 있는 높이에 따라 정전용량 값의 변화(Capacitance)를 통하여 연료의 수위를 측정하는 방식이다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
두 개의 독립적인 도체가 있을 경우 두 도체 사이에 형성되는 정전용량 값은 두 도체의 떨어져 있는 간격과 유전율(Er)에 따라 결정된다. 따라서 자유공간의 유전율 상태에서 유전체의 비유전율이 측정물체에 잠긴 정도에 따라 정전용량이 선형적으로 비례하게 된다. 이를 수위로 환산하여 전류로 표시하면 연속적으로 높이를 측정할 수 있다.
그런데, 이러한 정전용량방식은 정전용량 값이 미세하여 외부의 쇼크 및 이상 요인으로 측정 오류가 발생할 수 있다. 이에 따라 탱크 내에 연료가 없음에도 불구하고 인디케이터(indicator)에는 연료가 충분한 상태로 표시되는 오류가 발생될 수 있으며, 차량 운행시 연료 부족으로 차량이 멈추는 사고가 발생될 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0679459호, 차량용 천연가스의 초저온 용기
본 발명의 목적은 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 때 발생할 수 있는 오류를 방지할 수 있는 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크는 탱크 본체와 수위 측정부를 포함한다. 탱크 본체는 탱크 내통과, 탱크 외통을 구비한다. 탱크 외통은 탱크 내통과 이격되어 위치한다. 탱크 내통과 탱크 외통 사이에는 진공 공간이 형성된다. 수위 측정부는 탱크 내통에 의해 형성된 공간에 설치된다. 수위 측정부는 내부에 부유체를 구비하여 부유체의 움직임에 따라 연료의 수위 상하한을 감지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크의 수위 측정부는 게이지 본체와 하한 감지부를 구비할 수 있다. 게이지 본체는 게이지 내통과 게이지 외통을 구비한다. 게이지 내통은 게이지 외통에 이격되면서 삽입된다. 게이지 본체에는 연료가 유출입되는 관통 구멍이 형성된다. 하한 감지부는 게이지 내통과 이격되면서 일부가 게이지 외통의 하단과 접해있다. 하한 감지부에 부유체가 접하는 경우 하한 감지부는 부유체를 통해 게이지 내통과 접촉된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크의 하한 감지부는 제1 접촉부와 제2 접촉부를 구비할 수 있다. 제1 접촉부는 게이지 외통과 접해있다. 제2 접촉부는 게이지 내통의 하단으로 삽입되며, 게이지 내통과 이격되어 위치한다. 부유체는 게이지 내통에 접하면서 움직이며, 게이지 내통의 하단에서는 제2 접촉부와 접촉한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크의 게이지 본체는 탱크 내통에 의해 형성된 공간에서 연료의 수면에 경사지게 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크의 수위 측정부는 게이지 내통과 게이지 외통 사이의 공간을 이용해 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 수 있다.
본 발명은 부유체를 이용해 연료 수위의 하한을 측정함으로써 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 때 발생할 수 있는 오류를 방지할 수 있다. 따라서 사용자에게 연료의 부족을 정확하게 알려줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크의 외형을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크의 내부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크에서 부유체가 하한 감지부에 접촉한 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크에서 부유체가 상한 감지부에 접촉한 것을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴본다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크의 외형을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 포함하는 연료 탱크의 내부를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정부를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크에서 부유체가 하한 감지부에 접촉한 것을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크에서 부유체가 상한 감지부에 접촉한 것을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 탱크(1000)는 탱크 본체(1100)와 수위 측정부(1200)를 포함한다.
탱크 본체(1100)는 원통형 형상이며, 탱크 내통(1110)과 탱크 외통(1120)을 구비한다. 탱크 내통(1110)과 탱크 외통(1120)은 서로 이격되어 위치한다. 탱크 내통(1110)과 탱크 외통(1120) 사이에 공간(V)이 형성되며, 이 공간(V)은 진공으로 한다. 이러한 진공 공간(V)은 외부의 열침투를 방지하여 탱크 본체(1100)의 탱크 내통(1110)에 의해 형성되는 공간에 저장되는 연료가 효율적으로 저온상태가 유지되도록 한다. 진공 공간(V)에는 열침투 방지효과가 커지도록 단열재가 충진될 수도 있다.
탱크 본체(1100)에는 연료를 충전하고 배출하여 기화된 가스를 배출하는 다수의 배관(미도시)이 포트어셈블리를 통해 연결될 수 있다. 연료 탱크(1000)에 저장되는 연료는 저온 액체 상태의 천연가스(NG), 질소, 산소, 아르곤, 수소 등이 될 수 있다.
수위 측정부(1200)는 탱크 내통(1110)에 의해 형성된 공간에 설치된다. 수위 측정부(1200)는 게이지 본체(1210), 부유체(1220), 하한 감지부(1230)를 구비한다.
게이지 본체(1210)는 파이프 형상이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서 게이지 본체(1210)는 게이지 내통(1211), 게이지 외통(1212), 고정부(1213, 1214)를 구비한다. 게이지 내통(1211), 게이지 외통(1212)은 SUS 등의 재질로 형성될 수 있다.
게이지 내통(1211)의 직경은 게이지 외통(1212)의 직경보다 작다. 게이지 내통(1211)은 게이지 외통(1212)과 이격된 상태로 게이지 외통(1212)에 삽입된다. 게이지 외통(1212)은 게이지 내통(1211)보다 더 긴 형상이다. 고정부(1213, 1214)는 게이지 외통(1212)의 양단에 형성된다. 고정부(1213, 1214)는 탱크 내통(1110)에 게이지 본체(1210)를 고정시킨다. 게이지 외통(1212) 하단에 형성된 고정부(1213)에는 관통 구멍(1215)이 형성된다. 관통 구멍(1215)을 통해 연료가 유출입된다. 관통 구멍(1215)의 형성 위치는 게이지 외통(1212)의 하단부 등 다양하게 변형 가능하다.
부유체(1220)는 게이지 내통(1211) 내부에 위치하며, 게이지 내통(1211)에 대응되도록 원통형 형상이 될 수 있다. 부유체(1220)는 연료에 의해 부상 가능하며, 이를 위해 부유 가능한 다양한 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 연료의 비중이 낮고 충전시 온도가 올라가면서 비중이 더 낮아지는 점과 연료 탱크(1000) 내의 압력을 견뎌야 하는 점을 고려해서, 부유체(1220)의 재질을 가볍고 외압에 견딜 수 있는 재질로 형성한다. 바람직하게는 부유체(1220)의 재질은 티타늄이 될 수 있다. 부유체(1220)는 연료의 수면(S)의 변화에 따라 게이지 내통(1211) 내부에서 게이지 내통(1211)과 접하면서 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 설치된다.
하한 감지부(1230)는 게이지 본체(1210)의 내부 하단에 설치된다. 하한 감지부(1230)는 게이지 내통(1211)과는 이격되며, 일부는 게이지 외통(1212)의 하단에 접한다. 하한 감지부(1230)는 SUS 등의 재질로 형성될 수 있다. 부유체(1220)가 하강하여 하한 감지부(1230)와 접촉하는 경우, 하한 감지부(1230)는 부유체(1220)를 통해 게이지 내통(1211)과 접하게 된다. 즉, 이 경우 게이지 내통(1211)과 게이지 외통(1212)이 부유체(1220)와 하한 감지부(1230)를 통해 서로 연결되며, 이를 통해 게이지 내통(1211)과 게이지 외통(1212)은 서로 전기적으로 연결 가능하게 된다.
일 실시예에서는 하한 감지부(1230)는 제1 접촉부(1231)와 제2 접촉부(1232)를 구비할 수 있다. 제1 접촉부(1231)와 제2 접촉부(1232)는 내부가 비어 있는 원통형 형상으로 양단이 개방되어 있으며, 서로 연결되어 있다. 제1 접촉부(1231)의 직경이 제2 접촉부(1232)의 직경보다 크다. 제1 접촉부(1231)는 게이지 외통(1212)과 접해있다. 제2 접촉부(1232)는 게이지 내통(1211)과 이격된 상태로 게이지 내통(1211)의 하단으로 삽입된다. 부유체(1220)가 하강하는 경우 제2 접촉부(1232)가 부유체(1220)와 접촉하게 된다.
연료 탱크(1000) 내에 연료가 충전되어 있는 경우, 연료는 관통 구멍(1215)을 통해 하한 감지부(1230)로 유입되며, 게이지 내통(1211)에 의해 형성된 공간과 게이지 내통(1211)과 게이제 외통(1212)의 이격된 공간으로 유입된다. 이와 같이 하나의 관통 구멍(1215)을 통해 연료가 유출입되면, 게이지 본체(1210) 내의 연료 수면이 급격하게 변동되지 않는다. 따라서 일시적인 충격이나 이상 요인 등에 의해 연료의 수면(S)이 순간적으로 흔들리는 경우에도 연료 수위(S) 측정에 있어 오작동을 막아주게 된다. 본 실시예에서 수위 측정부(1200)는 게이지 내통(1211)과 게이지 외통(1212)의 이격된 공간을 이용해서 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 수 있다.
연료가 사용됨에 따라 연료 탱크(1000) 내의 연료 수위는 점점 낮아진다. 이에 따라 부유체(1220)도 점점 아래로 내려오게 되며, 부유체(1200)가 하한 감지부(1230)와 접하게 된다. 부유체(1200)가 하한 감지부(1230)에 접하게 되면, 게이지 내통(1211)과 게이지 외통(1212)이 서로 연결된다. 따라서 수위 측정부(1200)는 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정할 수 없게 되며, 이를 연료가 소진된 것으로 감지한다. 이러한 신호는 제어부(미도시)로 전달되어 경고음 또는 계기판에 표식으로 경고함으로써 사용자로 하여금 연료를 충전할 수 있도록 한다. 이와 같이, 연료가 소진된 것을 정전용량 방식이 아닌 부유체(1220)를 이용한 방식으로 감지하면, 정전용량 값이 미세하여 연료 소진을 감지하지 못하는 오류가 발생하지 않는다.
부유체(1220)는 일정 부분이 연료에 잠기고 나머지 부분에 연료 위로 부상한다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 연료가 버퍼링 높이(BS)만큼 남아 있어도 하한 감지부(1230)는 연료가 소진된 것으로 감지한다. 이에 따라 연료가 완전히 소진되기 전에 사용자에게 연료 충전 시점을 알려줄 수 있게 된다.
이러한 버퍼링 높이는 필요에 따라 조절할 수 있다. 본 실시예에서는 부유체(1220)의 크기나 밀도를 조절해서, 부유체(1220)의 연료 위로 부상되는 부분을 조절해서 그 구간을 조절할 수도 있다.
다른 실시예에서는 게이지 본체(1210)가 탱크 내통(1110)에 의해 형성된 공간에서 연료의 수면(S)에 경사지게 설치됨으로써 버퍼링 높이를 조절할 수 있다. 게이지 본체(1210)가 연료의 수면(S)에 일정 각도(θ)로 경사지게 설치되면, 게이지 본체(1210)가 연료의 수면(S)에 수직으로 설치된 경우보다 하한 감지부(1230)는 더 높은 수위에서 연료가 소진된 것으로 감지한다.
또한 게이지 본체(1210)가 연료의 수면(S)에 경사지게 설치되면, 부유체(1220)가 이동할 때 게이지 내통(1211)에 확실하게 접촉이 된다. 게이지 본체(1210)가 연료의 수면(S)에 수직으로 설치되면, 게이기 내통(1211)과 부유체(1220) 사이의 유격에 의해 부유체(1220)가 게이지 내통(1211)과 접하지 않는 경우가 발생할 수도 있다. 부유체(1220)가 게이지 내통(1211)과 접하지 않는 경우 하한 감지부(1230)가 연료의 소진을 정확하게 감지하지 못할 수도 있으므로, 이러한 오류를 예방하기 위해서는 게이지 본체(1210)가 연료의 수면(S)에 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 게이지 내통(1211)은 부유체(1220)와 접하는 부분에 미세 돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 돌기에 의해 부유체(1220)는 게이지 본체(1210) 내에서 빠르게 이동하지 못하고 천천히 움직이게 된다. 따라서 일시적인 충격 등에 의해 연료의 수면(S)이 순간적으로 흔들리는 경우에도 부유체(1220)가 천천히 반응하게 되어 연료 수위(S) 측정에 있어 오작동을 막아주게 된다.
본 실시예에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이지 본체(1210)의 내부 상단에 상한 감지부(1240)가 설치될 수 있다. 상한 감지부(1240)는 하한 감지부(1230)와 유사한 방식으로 설치될 수 있으며, 부유체(1220)가 상승함에 따라 하한 감지부(1230)와 유사한 원리로 연료 수위(S)의 상한을 감지한다. 따라서 상한 감지부(1240)도 연료가 탱크 내통(1110)에 가득차지 않고 버퍼링 높이만큼 부족해도 만충된 것으로 감지한다.
상한 감지부(1240)를 이용하면 수위 측정부(1200)는 정전용량 방식을 사용하지 않고 연료의 만충을 감지할 수 있으며, 정전용량 값이 미세하여 연료의 만충을 감지하지 못하는 오류가 발생하지 않는다. 따라서 사용자에게 연료의 만충을 정확하게 알려줄 수 있다. 또한 버퍼링 높이만큼 과충전을 방지할 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
1100 : 탱크 본체 1110 : 탱크 내통
1120 : 탱크 외통 1200 : 수위 측정부
1210 : 게이지 본체 1211 : 게이지 내통
1212 : 게이지 외통 1213, 1214 : 고정부
1215 : 관통 구멍 1220 : 부유체
1230 : 하한 감지부 1231 : 제1 접촉부
1232 : 제2 접촉부 1240 : 상한 감지부

Claims (5)

  1. 탱크 내통과, 상기 탱크 내통과 이격되어 위치하는 탱크 외통을 구비하며, 상기 탱크 내통과 상기 탱크 외통 사이에 진공 공간이 형성된 탱크 본체; 및
    상기 탱크 내통에 의해 형성된 공간에 설치되며, 내부에 티타늄 재질의 부유체를 구비하여 상기 부유체의 움직임에 따라 연료 수위의 하한을 감지하는 수위 측정부;를 포함하고,
    상기 수위 측정부는,
    게이지 외통, 상기 게이지 외통에 이격되면서 삽입되고 상기 게이지 외통보다 더 짧은 길이를 갖는 게이지 내통, 상기 게이지 외통의 양단에 형성되어 상기 탱크 내통에 고정되는 고정부, 상기 게이지 외통 하단에 형성된 고정부에 형성되어 연료가 유출입되는 하나의 관통 구멍을 구비하는 게이지 본체와,
    상기 게이지 외통과 접해있는 제1 접촉부, 상기 게이지 내통의 하단에 이격되면서 삽입된 제2 접촉부를 구비하는 하한 감지부를 구비하며,
    상기 부유체는 상기 게이지 내통에 접하면서 움직이며, 상기 게이지 내통의 하단에서는 상기 제2 접촉부와 접촉하고,
    상기 하한 감지부는 상기 부유체가 상기 제2 접촉부와 접촉하는 경우 상기 부유체를 통해 상기 게이지 내통과 접촉되어, 상기 게이지 내통과 상기 게이지 외통이 서로 전기적으로 연결되고,
    상기 게이지 내통은 상기 부유체와 접하는 부분에 미세 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 연료 탱크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이지 본체는 상기 탱크 내통에 의해 형성된 공간에서 연료의 수면에 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 탱크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수위 측정부는 상기 게이지 내통과 상기 게이지 외통 사이의 공간을 이용해 정전용량 방식으로 연료의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 연료 탱크.
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