KR102602413B1 - Lpg 연료 차량의 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LPG 봄베 내에 잔여 LPG 연료를 연료펌프를 이용하여 연료 주입관쪽으로 압송하는 동시에 연료 주입관으로 주입된 새로운 LPG 연료를 가압할 수 있도록 함으로써, 혹서기에도 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 용이하게 재충전시킬 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

LPG 연료 차량의 충전 장치{APPARATUS FOR FILLING LPG OF LPG VEHICLE}
본 발명은 LPG 연료 차량의 충전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혹서기에도 LPG 봄베 내에 LPG 연료를 용이하게 재충전할 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치에 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.
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, 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, 결국 충전건으로부터 LPG 봄베로의 LPG 연료 재충전이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, LPG 봄베 내에 잔여 LPG 연료를 연료펌프를 이용하여 연료 주입관쪽으로 압송하는 동시에 연료 주입관으로 주입된 새로운 LPG 연료를 가압할 수 있도록 함으로써, 혹서기에도 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 용이하게 재충전시킬 수 있도록 한 LPG 연료 차량의 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: LPG 연료가 충진되어 저장되는 LPG 봄베와, 상기 LPG 봄베 내에 장착되어 LPG 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프와, 연료충전구와 LPG 봄베의 충전포트 간에 연결된 연료주입관을 포함하는 LPG 연료 차량의 충전 장치에 있어서, 상기 연료펌프의 출구와 연료주입관 사이에 연료가압용 라인을 설치하여, 제어기의 제어 신호에 의하여 구동하는 연료펌프의 펌핑력에 의하여 LPG 봄베 내의 잔여 LPG 연료가 연료가압용 라인을 따라 흐른 후, 연료주입관 내에 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베 쪽으로 가압할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 연료주입관의 내부로 주입된 새로운 LPG 연료를 감지하여 제어기로 그 감지신호를 전송하는 LPG 센서가 연료주입관의 소정 위치에 장착된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 LPG 센서는 연료주입관의 소정 위치에 장착되는 연료필터에 장착되어, 연료필터에 의하여 여과되는 새로운 LPG 연료를 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LPG 센서는 LPG 연료와 접촉하는 전도체와, 전도체를 감싸는 피복체와, 피복체의 외경을 감싸는 장착블럭과, 전도체로부터 연장된 신호전송라인으로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 연료가압용 라인은 연료펌프의 출구와 엔진 간에 연결되는 연료공급라인으로부터 분기되고, 분기된 지점에는 제어기의 제어에 의하여 온/오프 작동되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 3방향 솔레노이드 밸브의 온 작동시 연료펌프의 출구와 연료가압용 라인이 연통되고, 오프 작동시 연료펌프의 출구와 엔진 간이 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료가압용 라인에는 LPG 봄베 내의 잔여 LPG 연료가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LPG 봄베의 충전포트에는 과충전 방지 밸브가 장착되고, 이 과충전 방지 밸브의 출구에는 LPG 연료를 미립화하여 안개 형태로 분무하는 분무기가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 혹서기(여름철) 등과 같이 외부온도 급상승 조건에서 LPG 봄베 내의 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높아지는 경우, LPG 봄베 내에 잔여 LPG 연료를 연료펌프를 이용하여 연료 주입관쪽으로 압송하는 동시에 충전건으로부터 연료 주입관으로 주입된 새로운 LPG 연료를 가압할 수 있도록 함으로써, 혹서기시에도 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 원활하게 재충전시킬 수 있다.
둘째, LPG 봄베의 내부온도에 비하여 낮은 차가운 LPG 연료(LPG 충전소의 지하 저장소에 저장되어 있던 LPG 연료)를 LPG 봄베 내로 가압하여 재충전하되, 재충전되는 LPG 연료를 분무기를 이용하여 고압 분사하여 무화 상태로 만들어줌으로써, LPG 봄베의 내부 온도 및 압력을 낮출 수 있고, 그에 따라 혹서기시에도 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 보다 원활하게 재충전시킬 수 있다.
도 1은 LPG 연료 차량의 충전 과정을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치의 구성 중 LPG 센서를 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 의하여 혹서기시 LPG 연료가 재충전되는 동작을 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 대한 작동 및 제어 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 외부패널쪽에 장착된 연료주입구(12)와 LPG 봄베(10)의 충전포트 사이에는 LPG 연료를 재충전시키기 위한 연료주입관(14)이 연결되어 있고, LPG 봄베(10)의 충전포트에는 봄베 내로 충전되는 LPG 연료를 일정하게 조절하는 과충전 방지밸브(16)가 장착되어 있다.
또한, 상기 LPG 봄베(10)의 내부에는 엔진(30)으로 LPG 연료를 송출하기 위한 연료펌프(18)가 내설되어 있다.
한편, 혹서기에 따른 외부온도가 급상승하는 조건에서 LPG 봄베(10)의 내부 압력이 상승하게 되고, 이로 인하여 LPG 봄베(10)의 내부 압력이 충전건으로부터 연료주입구(12) 및 연료주입관(14)로 주입된 LPG 연료의 충전압력보다 높게 되면, LPG 봄베로의 LPG 연료 충전이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 연료펌프(18)의 출구와 연료주입관(14)의 입구측 사이에 연료가압용 라인(20)을 설치하여, 제어기(22)의 제어 신호에 의하여 구동하는 연료펌프(18)의 펌핑력에 의하여 LPG 봄베(10) 내의 잔여 LPG 연료(고압 상태의 봄베 내에 있는 고온의 LPG 연료)가 연료가압용 라인(20)을 따라 흐른 후, 충전건으로부터 연료주입관(14) 내에 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베(10) 쪽으로 가압할 수 있도록 함으로써, 혹서기 시에도 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 원활하게 재충전시킬 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
상기 연료가압용 라인(20)은 연료펌프(18)의 출구와 엔진(30) 간에 연결되는 연료공급라인(22)으로부터 분기된다.
즉, 상기 연료가압용 라인(20)의 일단부는 연료공급라인(22)에 연결되고, 타단부는 연료주입관(14)의 입구측에 퀵 커플링을 매개로 연결된다.
이때, 상기 연료공급라인(22)과 연료가압용 라인(20)이 만나는 분기 지점에는 제어기(24)의 제어에 의하여 온/오프 작동되는 3방향 솔레노이드 밸브(26)가 장착된다.
차량 시동 중에는 상기 3방향 솔레노이드 밸브(26)는 제어기(24)의 제어에 의하여 오프 작동되어, 연료펌프(18)의 출구와 엔진(30) 간을 연통시킴으로써, LPG 봄베(10) 내의 LPG 연료가 연료펌프(18)의 구동에 의하여 연료공급라인(22)을 따라 엔진(30)으로 공급된다.
반면, 차량 시동 오프 상태에서 LPG 봄베에 연료를 충전하고자 할 경우에는 차량 시동 오프 신호 및 연료충전 캡(미도시됨)의 열림 상태를 감지하는 위치감지센서(미도시됨) 등의 신호를 기반으로 제어기(24)에서 상기 3방향 솔레노이드 밸브(26)를 온 작동시킴으로써, 연료펌프(18)의 출구와 연료가압용 라인(20)이 서로 연통되는 상태가 된다.
이에, 차량 시동 오프 상태에서 상기 제어기(22)의 제어 신호에 의하여 구동하는 연료펌프(18)의 펌핑력에 의하여 LPG 봄베(10) 내의 잔여 LPG 연료(고압 상태의 봄베 내에 있는 고온의 LPG 연료)가 3방향 솔레노이드 밸브(26)를 경유하여 연료가압용 라인(20)을 따라 흐른 후, 충전건으로부터 연료주입관(14) 내에 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베(10) 쪽으로 가압할 수 있게 된다.
이때, 상기 연료가압용 라인(20)에는 LPG 봄베(10) 내의 잔여 LPG 연료가 연료주입관(14)으로 흐를 때 다시 봄베쪽으로 역류되는 것을 방지하고자 체크밸브(28)가 장착된다.
한편, 충전건으로부터 상기 연료주입관(14)으로 새로운 LPG 연료가 주입었는지 여부를 판정하기 위하여, 연료주입관(14)의 소정 위치에는 LPG 센서(32)가 장착되고, 이 LPG 센서(32)에서 LPG 연료를 감지한 신호는 제어기(22)로 전송된다.
상기 LPG 센서(32)는 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, LPG 연료와 접촉하여 LPG 연료를 감지하는 전도체(32-1)와, 전도체(32-1)의 끝단을 제외한 외경부를 감싸서 보호하는 피복체(32-2)와, 피복체(32-2)의 외경을 감싸며 부착되어 연료주입관(14)의 외경면 등에 조립되는 장착블럭(32-3)과, 전도체(32)로부터 제어기(22)로 신호 전송 가능하게 연장되는 신호전송라인(32-4)으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 LPG 센서(32)는 연료주입관(14)의 소정 위치에 장착되어 LPG 연료의 이물질을 걸러주는 연료필터(34)에 모듈화되며 장착되어, 연료필터(34)에 의하여 여과되는 새로운 LPG 연료를 감지할 수 있다.
한편, 상기 연료주입관(14)의 말단부는 상기 LPG 봄베(10)의 충전포트에 연결되고, 이 충전포트의 봄베 내부쪽에는 LPG 연료의 충전량을 일정하게 조절하는 과충전 방지 밸브(16)가 장착된다.
특히, 상기 과충전 방지 밸브(16)의 출구에는 LPG 연료를 미립화하여 안개 형태로 분무하는 분무기(36)가 장착된다.
상기 분무기(36)는 LPG 액체 연료를 고속 분사하여 안개 모양의 기체 형태로 미립화시켜 봄베(10) 내로 분무하는 기능을 함으로써, 후술하는 바와 같이 분무되는 LPG 연료가 고온 상태인 봄베의 내부 열과 용이하게 열교환할 수 있도록 한다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 LPG 연료 충전 장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 의하여 혹서기시 LPG 연료가 재충전되는 동작을 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 LPG 연료 차량의 충전 장치에 대한 작동 및 제어 순서도이다.
먼저, 상기 LPG 봄베(10)의 내부압력을 압력센서(미도시됨)에서 감지하여 제어기에 전송하면, 상기 제어기에서 LPG 봄베의 내부압력이 기준압력(예, 12bar)과 비교한다(S101).
상기 제어기(24)에서 LPG 봄베의 내부압력이 기준압력(예, 충전건의 LPG 충전압력) 미만으로 판정되면, 상기 3방향 솔레노이드 밸브(26)는 오프 상태로 유지된다(S102).
이에, 상기 LPG 봄베의 내부압력이 충전건의 LPG 충전압력 보다 낮은 상태이므로, 충전건으로부터 연료주입구(12)로 주입된 새로운 LPG 연료가 연료주입관(14) 및 과충전 방지밸브(16)를 경유하여 용이하게 LPG 봄베(10) 내로 충전된다(S103).
반면, 상기 제어기(24)에서 LPG 봄베의 내부압력이 기준압력(예, 충전건의 LPG 충전압력) 이상으로 판정되면, LPG 봄베(10) 내의 잔여 LPG 연료(고압 상태의 봄베 내에 있는 고온의 LPG 연료)를 연료가압용 라인(20)을 따라 연료주입관(14) 내로 압송하여 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베(10) 쪽으로 가압할 수 있도록 한다.
이를 위해, 먼저 상기 LPG 센서(32)에서 LPG 연료가 실제 충전되었는지 즉, LPG 연료가 연료주입관(14) 내로 주입되었는지 여부를 감지한다(S104).
좀 더 상세하게는, 충전건으로부터 연료주입구(12)로 주입된 새로운 LPG 연료가 LPG 봄베(10)의 내부 압력이 높아서 LPG 봄베(10) 내로 충전이 안되지만 연료주입관(14) 까지는 흐를 수 있으므로, 상기 LPG 센서(32)에서 연료주입관(14) 내로 주입된 LPG 연료를 감지하여 제어기(24)로 전송한다.
이에, 상기 제어기(24)는 LPG 센서(32)의 감지 신호를 근거로 하여, 상기 연료펌프(19)를 구동시키고(S105), 이와 함께 상기 3방향 솔레노이드 밸브(26)를 온으로 작동시킨다(S106).
따라서, 상기 3방향 솔레노이드 밸브(26)의 온 작동에 의하여 연료펌프(18)의 출구와 연료가압용 라인(20)이 서로 연통되는 상태가 된다.
이어서, 상기 연료펌프(18)의 펌핑력에 의하여 LPG 봄베(10) 내의 잔여 LPG 연료(고압 상태의 봄베 내에 있는 고온의 LPG 연료)가 3방향 솔레노이드 밸브(26)를 경유하여 연료가압용 라인(20)을 따라 흐른 후, 연료주입관(14) 내에 이동하게 된다(S107).
연이어, 상기 연료주입관(14) 내로 이동된 잔여 LPG 연료(고압 상태의 봄베 내에 있는 고온의 LPG 연료)가 충전건으로부터 연료주입구(12)를 통해 연료주입관(14)으로 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베(10) 쪽으로 가압함으로써, 새로운 LPG 연료가 혹서기 시에도 용이하게 LPG 봄베(10)로 충전될 수 있다(S108).
이때, 상기 LPG 봄베(10)로 충전되는 LPG 연료는 상기 분무기(36)에 의하여 고속 분사되면서 안개 모양의 기체 형태로 미립화되며 봄베(10) 내로 충전되어, 고온 상태인 봄베의 내부 열과 용이하게 열교환을 하게 되고(S109), 이때의 열교환에 의하여 LPG 봄베(10)의 내부 온도 및 압력이 감소하게 된다(S110).
따라서, 위와 같은 열교환에 의하여 LPG 봄베(10)의 내부압력이 기준압력 미만이 되면(S111), 제어기(24)에서 연료펌프(18)를 정지시키는 동시에 3방향 솔레노이드 밸브(26)를 오프 작동시킨다(S112).
이상에서 본 바와 같이, 혹서기(여름철) 등과 같이 외부온도 급상승 조건에서 LPG 봄베 내의 압력이 충전건의 LPG 충전압력보다 높아지는 경우에도 LPG 봄베 내에 잔여 LPG 연료를 연료펌프를 이용하여 연료 주입관쪽으로 압송시켜 연료 주입관으로 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베 내로 가압할 수 있도록 함으로써, 혹서기 시에도 LPG 연료를 LPG 봄베 내에 원활하게 재충전시킬 수 있다.
10 : LPG 봄베
12 : 연료주입구
14 : 연료주입관
16 : 과충전 방지밸브
18 : 연료펌프
20 : 연료가압용 라인
22 : 연료공급라인
24 : 제어기
26 : 3방향 솔레노이드 밸브
28 : 체크밸브
30 : 엔진
32 : LPG 센서
32-1 : 전도체
32-2 : 피복체
32-3 : 장착블럭
32-4 : 신호전송라인
34 : 연료필터
36 : 분무기

Claims (8)

  1. LPG 연료가 충진되어 저장되는 LPG 봄베와, 상기 LPG 봄베 내에 장착되어 LPG 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프와, 연료충전구와 LPG 봄베의 충전포트 간에 연결된 연료주입관을 포함하는 LPG 연료 차량의 충전 장치에 있어서,
    상기 연료펌프의 출구와 연료주입관 사이에 연료가압용 라인을 설치하여, 제어기의 제어 신호에 의하여 구동하는 연료펌프의 펌핑력에 의하여 LPG 봄베 내의 잔여 LPG 연료가 연료가압용 라인을 따라 흐른 후, 연료주입관 내에 주입된 새로운 LPG 연료를 LPG 봄베 쪽으로 가압할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료주입관의 내부로 주입된 새로운 LPG 연료를 감지하여 제어기로 그 감지신호를 전송하는 LPG 센서가 연료주입관의 소정 위치에 장착된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 LPG 센서는 연료주입관의 소정 위치에 장착되는 연료필터에 장착되어, 연료필터에 의하여 여과되는 새로운 LPG 연료를 감지하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 LPG 센서는 LPG 연료와 접촉하는 전도체와, 전도체를 감싸는 피복체와, 피복체의 외경을 감싸는 장착블럭과, 전도체로부터 연장된 신호전송라인으로 구성된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료가압용 라인은 연료펌프의 출구와 엔진 간에 연결되는 연료공급라인으로부터 분기되고, 분기된 지점에는 제어기의 제어에 의하여 온/오프 작동되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 3방향 솔레노이드 밸브의 온 작동시 연료펌프의 출구와 연료가압용 라인이 연통되고, 오프 작동시 연료펌프의 출구와 엔진 간이 연통되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료가압용 라인에는 LPG 봄베 내의 잔여 LPG 연료가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 장착된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 LPG 봄베의 충전포트에는 과충전 방지 밸브가 장착되고, 이 과충전 방지 밸브의 출구에는 LPG 연료를 미립화하여 안개 형태로 분무하는 분무기가 장착된 것을 특징으로 하는 LPG 연료 차량의 충전 장치.
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