KR20080012044A - 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전방법 - Google Patents

Abstract

연료탱크를 직렬로 연결하여 압축천연가스를 충전함으로써, 충전 효율을 향상시키고 이에 따른 1회 최대 충전거리를 개선할 수 있도록 한 압축 쳔연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전 방법을 제공할 목적으로;

압축 천연가스 차량에 적용되는 다수의 연료탱크들을 상호 연료라인으로 직렬 연결하되, 홀수번의 연료 탱크 출구측에 각각 압력센서를 배치하고, 짝수측 출구측과 홀수측 연료탱크의 입구측을 연결하는 연료라인상에 상기 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치되는 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조과 이의 연료탱크에 가스를 충전할 수 있는 충전 방법을 제공한다.

연료탱크. 솔레노이드 밸브. 압력센서

Description

압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전 방법 {CNG REPLENISH METHOD AND FUEL TANK CONNECTING STRUCTURE OF CNG VEHICLE}

도 1은 일반적인 압축 천연가스의 충전 과정을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 연료탱크의 연결구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의한 충전 과정을 작동 흐름도.

도 4는 종래 연료탱크의 연결 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명은 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료탱크를 직렬로 연결하여 압축천연가스를 충전함으로써, 충전 효율을 향상시키고 이에 따른 1회 최대 충전거리를 개선할 수 있도록 한 압축 쳔연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전 방법에 관한 것이다.

연료를 연소시켜 주행에 필요한 동력을 얻게 되는 차량에 있어서는, 주로 가솔린 및 경유를 연료로 사용하게 되는데, 이 경우 배기가스에 의한 환경오염이 발생되는 바, 이러한 환경오염을 최소화하기 위하여 최근에는 압축 천연가스(CNG: Compressed Natural Gas)를 연료로 사용하는 차량이 증가되고 있다.

상기와 같은 압축 천연가스 차량에 압축 천연가스를 충전하는 가스 충전소에서는 자체적으로 가스 충전용 콤프레셔를 설치하야 압축 천연가스를 가스 충전용 저장 탱크에 압축, 충전하여 보관하게 된다.

보다 구체적으로 압축 천연가스의 충전 과정을 살펴보면, 도 1에서와 같이 가스미터(2)와 가스 드라이어(4)를 통해 공급되는 가스는 콤프레셔(6)를 통해 저장탱크(8)에 압축 저장되며, 이에스디(ESD;Emergency Shut Down) 패널(10)에서는 압축된 가스를 저장할 저장용기의 프라이어티 뱅크(Priority Bank)의 선정 및 저장요기에서 디스펜서(12)로 가스를 공급할 때 뱅크의 선정 및 가스의 경로를 제어하며, 대형 버스의 경우 저장탱크(8)에 저장된 가스를 충전하고 소형 승용차의 경우 콤프레셔(6)에서 직접 가스를 충전하게 된다.

상기의 과정을 통해 압축 천연가스가 충전되는 차량의 가스탱크의 경우 종래에는 도 4에서와 같이, 다수의 연료탱크(100)가 병렬로 연결되어 상기와 같은 충전소의 저장탱크에 저장되어 있는 압축 천연가스가 차량의 충전구를 통해 상호 연료라인(102)에 의해 병렬로 연결되어 있는 연료탱크(100)에 저장되도록 하고 있다.

그러나 상기와 같이 압축 천연가스를 차량에 주입할 때, 차량의 연료탱크와 충전용 저장탱크와의 가스 압력차는 최대 250 bar 내지 200bar 정도의 차이가 나며, 연료 탱크에 가스 주입시 연료라인에서 연료 탱크로의 확관 현상에 의해 가스 온도가 상승하고, 저장탱크의 기체가 압축되면서 압축성 기체화 되어 온도가 상승하고 기체 밀도가 감소하여 체적 효율(단위 부피당 질량 비율)이 떨어지면서 최종 적으로 가스의 충전효율이 떨어진다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 차량의 연료탱크의 압력은 계절에 따라서 차이가 나게 되는데, 충전압력이 3,000PSI(Pounds per Square Inch)이라고 할 때, 실제 충전량은 2,700PSI 정도로서 원하는 압력을 연료탱크에 정장할 수 없게 되며, 특히 하절기에는 2,700PSI 이하가 되어 동절기 대비 20% 정도 충전이 되지 않는다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료탱크를 직렬로 연결하여 압축천연가스를 충전함으로써, 충전 효율을 향상시키고 이에 따른 1회 최대 충전거리를 개선할 수 있도록 한 압축 쳔연가스 차량의 연료탱크 연결구조 및 가스 충전 방법을 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 압축 천연가스 차량에 적용되는 다수의 연료탱크들을 상호 연료라인으로 직렬 연결하되, 홀수번의 연료 탱크 출구측에 각각 압력센서를 배치하고, 짝수측 출구측과 홀수측 연료탱크의 입구측을 연결하는 연료라인상에 상기 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치되는 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조를 제공한다.

제1,2,3,4 연료탱크를 상호 직렬 연결하되, 제1 연료탱크와 제3 연료탱크의 출구측에 제1, 2 압력 센서를 배치하고, 제2 연료탱크와 제3 연료탱크 사이에 상기 제1, 2 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치되는 연료탱크 연결구조를 갖는 압축 천연가스 차량에 있어서,

상기 제1, 2 압력센서로부터 압력 P1, P2를 검출하여 이들 압력이 상호 100bar 이상의 차이가 발생되는지를 판단하는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 100bar 이상이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 개방제어하고 상기 제1 단계로 리턴하는 제2 단계와;

상기 제1 단계에서 100bar 이하이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제1, 2 압력센서로부터 검출된 압력 P1, P2가 상호 50bar 이하의 차이가 발생되는지를 판단하는 제3 단계와;

상기 제3 단계에서 압력 차이가 50bar 이상이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 개방제어하고 상기 제3 단계로 리턴하는 제4 단계와;

상기 제3 단계에서 압력 차이가 50bar 이하이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 폐쇄 제어하고 완료하는 제5 단계를 포함하여 이루어l는 압축 천연가스 차량의 가스 충전 방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의하여 연결탱크를 연결한 구성을 나타낸 도면으로서, 버스와 같은 대형 차량의 경우에는 다수의 연료탱크(20)(22)(24)(26)를 보유하게 된다.

그리고 이들 연료탱크(20)(22)(24)(26)들은 상호 연료 라인(28)에 의하여 연결되는데, 본 발명에서는 상호 직렬 연결하였다.

즉, 제1 연료탱크(20)의 입구측은 연료 주입구(30)에 연결된 상태에서 제1 연료탱크(20)의 출구측에 제2 연료탱크(22)의 입구측을 연결하고, 제2 연료탱 크(22)의 출구측에 제3 연료탱크(24)의 입구측을 연결하고, 제3 연료탱크(24)의 출구측에 제4 연료탱크(26)의 입구측을 연결하는 구성을 갖는다.

그리고 상기 제1 연료탱크(20)와 제3 연료탱크(24)의 출구측에 제1, 2 압력 센서(32)(34)를 배치하여 충전되는 가스의 압력을 검출할 수 있도록 하였으며, 상기 제2 연료탱크(22)와 제3 연료탱크(24) 사이에는 연료라인(28)을 개폐하는 솔레노이드 밸브(36)를 배치하였다.

이에 따라 상기 솔레노이드 밸브(36)를 기준으로 제1,2 연료탱크(20)(22)로 이루어지는 제1차측 연료탱크와, 제3, 4 연료탱크(24)(26)로 이루어지는 제2차측 연료탱크로 이루어지게 된다.

그리고 상기 제1, 2 압력센서(32)(34)는 컨트롤 유닛(38)에 연결되어 충전되는 가스 압력을 컨트롤 유닛(38)에 전기적인 신호로 보내고, 컨트롤 유닛(38)에서는 이들 신호를 미리 입력되어진 프로그램에 따라 비교 판단하여 솔레노이드 밸브(36)를 개폐 제어할 수 있도록 하였다.

상기와 같은 연료탱크에 압축 천연가스를 충전하고자 미도시한 가스 충전 노즐을 주입구(30)와 연결하면, 주입구(30)에 가스 압력이 걸리면서 이의 신호가 컨트롤 유닛(38)에 전달된다.

그러면 컨트롤 유닛(38)에서는 제1, 2 압력센서(32)(34)로부터 압력P1, P2를 검출하여(S100) 제1, 2차측 연료탱크내의 압력을 검출하게 되며, 이들 압력을 상호 비교하여 이들 압력이 상호 100bar 이상의 차이가 발생되는지를 판단하게 된다(S110).

상기 S110 단계에서 압력이 100bar 이상 차이가 난다고 판단되면 솔레노이드 밸브(36)를 개방 제어(S120)를 제어한 상태에서 계속 압력을 비교 판단하게 되며, 압력이 100bar 이하라고 판단되면 솔레노이드 밸브(36)를 폐쇄 제어한다(S130).

즉, 제1, 2차측 연료탱크의 압력이 100bar 이하가 될 때까지 제2차측 연료탱크에 가스를 주입시키는 것이다,

그리고 솔레노이드 밸브(36)를 폐쇄 제어한 상태에서 다시 제1, 2 압력센서(32)(34)로부터 검출된 압력P1, P2를 상호 비교하여 이들 압력 차이가 상호 50bar 이하 인가를 판단하게 된다(S140).

상기 S140 단계에서 압력 차이가 50bar 이하라고 판단되면 솔레노이드 밸브(36)를 폐쇄 제어(S150)하고 완료하며, 압력 차이가 50bar 이상이라고 판단되면 솔레노이드 밸브(36)를 개방 제어(S160)를 제어한 상태에서 계속 압력을 비교 판단하게 되며, 압력이 50bar 이하라고 판단되면 솔레노이드 밸브(36)를 폐쇄 제어(S150) 한 후 완료하게 된다.

즉, 본 발명에서는 제1, 2차측 연료탱크의 압력차이가 50bar 이하가 될 때까지 압축 천연가스를 순차적으로 압축 저장함으로써, 병렬 연결시 압력차로 인한 충전효율 저하를 줄일 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 버스등과 같은 대형 차량에 적용되는 다수의 연료탱크를 상호 직렬로 연결하여 순차적으로 압축 천연가스를 충전함으로써, 충전 효율을 향상시키고 이에 따른 1회 최대 충전거리를 개선할 수 있는 발명인 것 이다.

Claims (3)

1. 압축 천연가스 차량에 적용되는 다수의 연료탱크들을 상호 연료라인으로 직렬 연결하되, 홀수번의 연료 탱크 출구측에 각각 압력센서를 배치하고, 짝수측 출구측과 홀수측 연료탱크의 입구측을 연결하는 연료라인상에 상기 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치됨을 특징으로 하는 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조.
2. 다수의 연료탱크가 적용되는 압축 천연가스 차량에 있어서,

   제1,2,3,4 연료탱크를 상호 직렬 연결하되, 제1 연료탱크와 제3 연료탱크의 출구측에 제1, 2 압력 센서를 배치하고, 제2 연료탱크와 제3 연료탱크 사이에 상기 제1, 2 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치됨을 특징으로 하는 압축 천연가스 차량의 연료탱크 연결구조.
3. 제1,2,3,4 연료탱크를 상호 직렬 연결하되, 제1 연료탱크와 제3 연료탱크의 출구측에 제1, 2 압력 센서를 배치하고, 제2 연료탱크와 제3 연료탱크 사이에 상기 제1, 2 압력센서의 압력 정보에 따른 컨트롤러 유닛에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브가 배치되는 연료탱크 연결구조를 갖는 압축 천연가스 차량에 있어서,

   상기 제1, 2 압력센서로부터 압력 P1, P2를 검출하여 이들 압력이 상호 100bar 이상의 차이가 발생되는지를 판단하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 100bar 이상이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 개방제어하고 상기 제1 단계로 리턴하는 제2 단계와;

   상기 제1 단계에서 100bar 이하이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제1, 2 압력센서로부터 검출된 압력 P1, P2가 상호 50bar 이하의 차이가 발생되는지를 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 압력 차이가 50bar 이상이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 개방제어하고 상기 제3 단계로 리턴하는 제4 단계와;

   상기 제3 단계에서 압력 차이가 50bar 이하이라고 판단되면, 솔레노이드 밸브를 폐쇄 제어하고 완료하는 제5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 압축 천연가스 차량의 가스 충전 방법.

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