KR20080047109A

KR20080047109A - 압축천연가스차량용 저장탱크

Info

Publication number: KR20080047109A
Application number: KR1020060117042A
Authority: KR
Inventors: 이인수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-28

Abstract

본 발명은 압축천연가스차량용 저장탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스 연료탱크의 구성이 종래의 병렬구조방식에서 직렬구조방식으로 하고, 연료탱크의 갯수를 2배로 늘리고 동일 충진볼륨을 갖도록 함으로써, 연료용기의 크기를 줄여 단열팽창시 압력상승을 최대한 억제하여 충진효율 및 충진시간을 향상시킬 수 있도록 한 압축천연가스차량용 저장탱크에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 평행하게 병렬로 배열된 제1 내지 제3연료저장용기와; 상기 제1 내지 제3연료저장용기에 장착된 제1 내지 제3압력센서와; 상기 제1 및 제2연료저장용기를 연결하는 제1연결라인과; 상기 제2 및 제3연료저장용기를 연결하는 제2연결라인과; 상기 제1 및 제2연결라인에 설치되어 충진가스의 흐름을 개폐하는 제1 및 제2솔레노이드밸브와; 상기 제3연료저장용기의 출구측에 설치된 제3솔레이노이드밸브와; 상기 제1 내지 제3압력센서로부터 감지신호를 입력받아 제1 내지 제3솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 제1 내지 제3연료저장용기는 서로 직렬로 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축천연가스차량용 저장탱크를 제공한다.

압축천연가스차량, 솔레노이드밸브, 압력센서, 직렬구조

Description

압축천연가스차량용 저장탱크{Store tank for vehicle of Compressed Natural Gas}

도 1은 본 발명에 따른 저장탱크의 연결구조를 나타내는 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 저장탱크의 제어방법을 나타내는 순서도이고,

도 3은 종래의 저장탱크의 연결구조를 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10~12 : 제1 내지 제3연료저장용기

13~15 : 제1 내지 제3압력센서

16~18 : 제1 내지 제3솔레노이드밸브

19 : 컨트롤러 20,21 : 제1 및 제2중간라인

22,23 : 제1 및 제2연결라인 24 : 충진구

압축천연가스(Compressed Natural Gas;이하,CNG) 버스가 99년부터 시내버스에 적용되고 있으며, 현재 CNG 버스 보급은 대도시를 중심으로 보급이 점차 확대되고 있는 실정이다.

또한 차량의 증가와 더불어 차량에 가스를 주입하는 가스 충전소가 급속히 증가 하고 있다.

상기 가스 충전소에서는 자체적으로 가스충전용 컴프레서에 의해 가스를 압축 충진하여 가스 충전용 저장소(300bar)에 충전된 압축가스를 보관한다. 충진된 압축가스를 차량의 디스펜서에 의해 차량 연료탱크에 저장한다.

이때 CNG 충진 압력은 국제적으로 3,600 PSI(250 bar)을 넘지 못하도록 제한 하고 있다. 이렇게 저장된 압축가스를 차량에 충전한다.

현재의 천연가스차량에 장착된 연료탱크의 장착 및 연결구조장치는 도 3에 도시한 바와 같이 병렬연결되어 있으며, 차량에 연료를 저장시 충진소에 저장된 압축천연가스가 차량의 충진구를 통하여 연료저장용기(100)에 저장되는 구조이다.

이때, 저장용기(100)에서 압축저장된가스는 250bar로 가스주입시 직접 250상에서 가스를 주입한다.

그러나, 상기 가스를 차량에 주입시 차량 저장탱크와 충진용 가스저장탱크와 의 가스압력차는 최대 200~250bar 정도차이가 나며, 저장탱크에 가스를 주입시 연료라인에서 저장탱크로의 확관현상에 의한 가스온도가 상승 및 저장탱크의 기체가 압축되면서 압축성 기체화 되어, 이로 인해서 온도가 증가하고 기체 밀도가 감소하여 체적효율(단위부피당 질량 비율)이 떨어지고 최종적으로는 가스 충진효율이 떨어지게 되는 단점이 있다.

또한 차량의 저장탱크의 압력은 계절에 의한 온도차에 따라 압력차이가 생기며, 원하는 압력으로 탱크에 저장시킬 수 없다. 즉, 하절기에 실제충진량은 동절기 대비 20%정도 충진이 잘되지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 압축천연가스를 디스펜서를 통해 연료탱크에 가스를 충진 시 압력차에 의한 충진률이 감소하는 것을 개선하기 위해 버스에서 사용하고 있는 연료저장용기의 크기 및 용기배열을 변경함으로써, 충진률을 향상시키고 천연가스 자동차의 최대 단점인 1회 최대 충전거리를 증가시킬 수 있도록 한 압축천연가스차량용 연료탱크를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축천연가스차량용 저장탱크에 있어서,

평행하게 병렬로 배열된 제1 내지 제3연료저장용기와; 상기 제1 내지 제3연료저장용기에 장착된 제1 내지 제3압력센서와; 상기 제1 및 제2연료저장용기를 연결하는 제1연결라인과; 상기 제2 및 제3연료저장용기를 연결하는 제2연결라인과; 상기 제1 및 제2연결라인에 설치되어 충진가스의 흐름을 개폐하는 제1 및 제2솔레노이드밸브와; 상기 제3연료저장용기의 출구측에 설치된 제3솔레이노이드밸브와; 상기 제1 내지 제3압력센서로부터 감지신호를 입력받아 제1 내지 제3솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 제1 내지 제3연료저장용기는 서로 직렬로 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 제1연료저장용기보다 제2연료저장용기가, 그리고 상기 제2연료저장용기보다 제3연료저장용기가 상대적으로 작게 형성되고 저장용기의 수는 더 많으며, 제2 및 제3연료저장용기는 각각 다수개가 직렬로 배열 및 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 압축천연가스차량용 저장탱크 제어방법에 있어서,

엔진 시동시에는 상기 제1 내지 제3솔레노이드밸브를 개방하는 단계와; 가스 충진시에는 상기 제1 및 제2압력센서로부터 감지신호를 입력받아 제1 및 제2연료저장용기의 압력을 측정하는 단계와; 상기 단계에서 측정된 제1 및 제2연료저장용기의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이상인 경우에는 제1솔레노이드밸브를 개방하는 단계와; 상기 단계에서 상기 제2 및 제3압력센서로부터 감지신호를 입력받아 제2 및 제3연료저장용기의 압력을 측정하는 단계와; 상기 단계에서 측정된 제2 및 제3연료저장용기의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이상인 경우에는 제2솔레노 이드밸브를 개방하는 단계와; 상기 단계에서 상기 제1 내지 제3압력센서로부터 감지신호를 입력받아 제1 내지 제3연료저장용기의 압력을 측정하는 단계와; 상기 단계에서 측정된 제1 내지 제3연료저장용기의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이하인 경우에는 상기 제1 및 제2솔레노이드밸브를 차단하고 제3솔레노이드밸브를 개방하는 단계와; 시동정지시에는 제1 내지 제3솔레노이드밸브를 모두 차단하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 저장탱크의 연결구조를 나타내는 구성도이다.

본 발명은 종래의 병렬구조에서 직렬구조로 연료탱크의 연결구성을 변경하고, 연료탱크의 갯수를 2배로 늘리고 동일 충진볼륨(volume)을 갖도록 하여, 단열팽창시 압력상승을 최대한 억제하여 충진효율 및 충진시간을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명은 직렬로 연결된 다수의 연료저장용기(10,11,12)와, 연료저장용기(10,11,12) 사이에 설치되어 가스의 유입을 개폐하는 솔레노이드밸브(16,17,18)와, 솔레노이드밸브(16,17,18)를 제어하는 컨트롤러(19)로 구성되어 있다.

상기 연료저장용기(10,11,12)는 서로 직렬로 연결되되, 일례로 용량이 가장 큰 제1연료저장용기(10)가 위쪽에 배치되고, 그 다음으로 큰 제2연료저장용기(11) 2개가 가운데에 일렬로 배치되며, 마지막으로 가장 작은 제3연료저장용기(12) 3개가 아래쪽에 일렬로 배치된다.

즉, 상기 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)는 크기별로 평행하게 배치되 게 된다.

상기 제1연료저장용기(10)의 일단부에는 제1압력센서(13)가 부착되고, 제1압력센서(13)의 앞쪽으로 충진구(24)가 설치되어 있다.

상기 제2연료저장용기(11)는 직렬로 나란하게 정렬되되, 제2연료저장용기(11) 사이에는 제1중간라인(20)이 설치되고, 제1연료저장용기(10)의 일단부에는 제2연료저장용기(11)의 중간라인을 연결하는 제1연결라인(22)이 설치되고, 제1연결라인(22)에는 제1솔레노이드밸브(16)가 설치되어 있다.

또한 상기 제3연료저장용기(12)도 직렬로 나란하게 정렬되되, 제3연료저장용기(12) 사이에 제2중간라인(21)이 2개 설치되고, 제1중간라인(20)에는 제3연료저장용기(12)를 연결하는 제2연결라인(23)이 설치되며, 제2연결라인(23)의 하단부는 제2중간라인(21)에 각각 연결되도록 분기되어 설치된다.

이때, 상기 분기라인 전의 제2연결라인(23)에는 제2솔레노이드밸브(17)가 설치되어 있고, 상기 제2연료저장용기(11)와 제3연료저장용기(12)의 입구부에는 각각 하나씩 제2 및 제3압력센서(14,15)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 제1연료저장용기(10)의 타단부에는 충진구(24) 반대방향으로 제1연결라인(22)이 설치되고, 제2연료저장용기(11) 및 제3연료저장용기(12)의 끝단에는 각각 연결하는 제2연결라인(23)이 설치되어 있다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 압축천연가스차량의 저장탱크의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 저장탱크의 제어방법을 나타내는 순서도이다.

우선 엔진 시동시에는 제1 내지 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 모두 개방하고, 천연가스연료 충진시 또는 시동정지시에는 제1 내지 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 모두 차단하되, 충진시에는 다음 컨트롤러(19)의 제어를 받는다.

본 발명에 따른 제1 및 제2압력센서(13,14)는 제1 및 제2연료저장용기(10,11)의 압력(P1,P2)을 측정하고, 컨트롤러(19)는 압력센서로부터 감지신호를 입력받아, 제1 및 제2연료저장용기(10,11)의 압력차를 계산하여 압력차가 50BAR 이상인 경우에는 제1솔레노이드밸브(16)에 전원을 인가하여 개방하고, 다른 제2 및 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 차단한다.

또한, 상기 제2 및 제3압력센서(14,15)는 제2 및 제3연료저장용기(11,12)의 압력(P2,P3)을 측정하고, 컨트롤러(19)가 압력센서로부터 감지신호를 입력받아, 제2 및 제3연료저장용기(11,12)의 압력차를 계산하여 압력차가 50BAR 이상일 경우에 다시 제2솔레노이드밸브(17)를 작동시켜 개방하고, 다른 제1 및 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 차단한다.

그리고, 상기 제1 내지 제3압력센서(13,14,15)가 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)의 압력(P1,P2,P3)을 측정하고, 컨트롤러(19)가 압력센서로부터 감지신호를 입력받아, 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)의 압력차를 계산하여 압력차가 5BAR 이하인 경우에는 제1 및 제2솔레노이드밸브(16,17)를 차단하고 제3솔레노이드밸브(18)를 개방한다.

이와 같은 작동상태에 의한 저장탱크의 장점은 연료저장용기의 크기를 줄여 단열팽창시 압력상승을 최대한 억제하여 충진효율 및 충진시간을 향상시킬 수 있 다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 압축천연가스차량용 저장탱크에 의하면, 연료저장용기의 크기를 줄이되, 저장용기의 수를 2배로 늘리고, 각각의 저장용기를 직렬로 연결하는 구조로 이루어짐으로써, 단열팽창시 압력상승을 최대한 억제하여 충진효율 및 충진시간을 향상시킬 수 있다.

Claims

압축천연가스차량용 저장탱크에 있어서,

평행하게 병렬로 배열된 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)와;

상기 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)에 장착된 제1 내지 제3압력센서(13,14,15)와;

상기 제1 및 제2연료저장용기(10,11)를 연결하는 제1연결라인(22)과;

상기 제2 및 제3연료저장용기(11,12)를 연결하는 제2연결라인(23)과;

상기 제1 및 제2연결라인(22,23)에 설치되어 충진가스의 흐름을 개폐하는 제1 및 제2솔레노이드밸브(16,17)와;

상기 제3연료저장용기(12)의 출구측에 설치된 제3솔레이노이드밸브와;

상기 제1 내지 제3압력센서(13,14,15)로부터 감지신호를 입력받아 제1 내지 제3솔레노이드밸브(16,17,18)의 작동을 제어하는 컨트롤러(19);를 포함하고, 상기 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)는 서로 직렬로 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축천연가스차량용 저장탱크.
청구항 1에 있어서,

상기 제1연료저장용기(10)보다 제2연료저장용기(11)가, 그리고 상기 제2연료저장용기(11)보다 제3연료저장용기(12)가 상대적으로 작게 형성되고 저장용기의 수 는 더 많으며, 제2 및 제3연료저장용기(11,12)는 각각 다수개가 직렬로 배열 및 연결되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스차량용 저장탱크.
청구항 1 또는 청구항 2의 저장탱크 제어방법에 있어서,

엔진 시동시에는 상기 제1 내지 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 개방하는 단계와;

가스 충진시에는 상기 제1 및 제2압력센서(13,14)로부터 감지신호를 입력받아 제1 및 제2연료저장용기(10,11)의 압력을 측정하는 단계와;

상기 단계에서 측정된 제1 및 제2연료저장용기(10,11)의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이상인 경우에는 제1솔레노이드밸브(16)를 개방하는 단계와;

상기 단계에서 상기 제2 및 제3압력센서(14,15)로부터 감지신호를 입력받아 제2 및 제3연료저장용기(11,12)의 압력을 측정하는 단계와;

상기 단계에서 측정된 제2 및 제3연료저장용기(11,12)의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이상인 경우에는 제2솔레노이드밸브(17)를 개방하는 단계와;

상기 단계에서 상기 제1 내지 제3압력센서(13,14,15)로부터 감지신호를 입력받아 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)의 압력을 측정하는 단계와;

상기 단계에서 측정된 제1 내지 제3연료저장용기(10,11,12)의 압력차를 계산하여 압력차가 기준값 이하인 경우에는 상기 제1 및 제2솔레노이드밸브(16,17)를 차단하고 제3솔레노이드밸브(18)를 개방하는 단계와;

시동정지시에는 제1 내지 제3솔레노이드밸브(16,17,18)를 모두 차단하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축천연가스차량용 저장탱크의 제어방법.