KR20080098210A

KR20080098210A - 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치

Info

Publication number: KR20080098210A
Application number: KR1020070043606A
Authority: KR
Inventors: 이승복; 신백호
Original assignee: (주) 엔케이텍
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2008-11-07
Anticipated expiration: 2027-05-04
Also published as: KR100868554B1

Abstract

본 발명은 압축천연가스(CNG: Compressed natural gas)를 연료로 하는 차량의 엔진으로 압축천연가스를 공급하여 엔진의 연소효율과 같은 각종 실험을 행할 수 있도록 한 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CNG탱크로부터 엔진을 통한 연료의 공급경로를 정상연소와 비정상연소 조건으로 세분화시켜 보다 합리적인 연소실험을 행할 수 있도록 하고, 이로 인하여 압축천연가스 차량용 엔진에 대한 보다 다양한 연소데이터를 확보할 수 있도록 하며, 배관내의 압력상승이나 가스의 누출시 배관내에 존재하는 가스를 외부로 신속하게 배출시켜 안전성을 확보토록 하는 동시에, 각종 센서로부터 입력된 데이터에 의하여 컨트롤패널에서 종합적인 연산처리와 모니터링 및 밸브제어를 수행토록 함으로서, 실험장치의 조작과 운전에 따른 편의성 및 실험능률의 극대화를 이루어낼 수 있도록 한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 다수 개의 CNG탱크(2)로부터 솔레노이드 밸브(S)를 구비하는 상태로 연장되는 압축천연가스의 배출튜브(4)가 인젝터(15)를 거쳐 엔진(16)측으로 압축천연가스를 공급하는 메인튜브(6)와 연결 설치되고, 상기 메인튜브(6)에는 볼밸브(7)와 연료필터(8) 및 솔레노이드 밸브(S)와 1차 레귤레이터(10)가 압축천연가스의 공급경로를 따라 순차적으로 설치된 것에 있어서, 상기 메인튜브(6)는 1차 레귤레이터(10)를 지나서 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)로 분할 형성되며, 상기 연료공급튜브(12)는 솔레노이드 밸브(S)와 PCD(13)를 구비하는 상태로 차량용 호스(14)에 의하여 인젝터(15)와 연결 설치되고, 상기 가변제어튜브(17)는 2차 레귤레이터(11)와 솔레노이드 밸브(S)를 구비하는 상태로 상기 차량용 호스(14)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 메인튜브(6)에 구비되는 연료필터(8)와 솔레노이드 밸브(S)의 사이에는 유량계로서의 마이크로 모션(9)이 설치되고, 상기 메인튜브(6)와 가변제어튜브(17)로부터는 볼밸브(7)와 솔레노이드 밸브(S)에 의한 병렬식 벤트라인(18)이 연장되어, 각각의 벤트라인(18)이 퍼지(21)를 구비하는 배출라인(19)과 연결 설치되며, 상기 배출튜브(4)와 메인튜브(6) 및 가변제어튜브(17)를 포함하여 인젝터(15)의 직전방에 해당하는 차량용 호스(14)에는 압력센서(PT)와 온도센서(T)가 각각 설치되어, 메인튜브(6)상에 구비되는 마이크로 모션(9)과 실내용 가스감지기(24)와 함께 컨트롤패널(22)과 접속되며, 상기 컨트롤패널(22)이 각각의 배관상에 설치되는 솔레노이드 밸브(S)를 제어토록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

압축천연가스(CNG), 연료공급, 실험장치, 마이크로 모션, PCD

Description

압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치{Apparatus for testing fuel injection for CNG vehicles}

도 1은 본 발명에 의한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치를 나타내는 배관 및 회로도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 스키드영역 2 : CNG탱크 3 : 고압호스

3a : 커플링 4 : 배출튜브 5 : 체크밸브

6 : 메인튜브 7 : 볼밸브 8 : 연료필터

9 : 마이크로 모션 10 : 1차 레귤레이터 11 : 2차 레귤레이터

12 : 연료공급튜브 13 : PCD 14 : 차량용 호스

15 : 인젝터 16 : 엔진 17 : 가변제어튜브

18 : 벤트라인 19 : 배출라인 20 : 안전밸브

21 : 퍼지 22 : 컨트롤패널 23 : 오퍼레이션룸

24 : 가스감지기 25 : 전선 PT : 압력센서

T : 온도센서 S : 솔레노이드 밸브

본 발명은 압축천연가스를 연료로 하는 차량의 엔진으로 압축천연가스를 공급하여 엔진의 연소효율과 같은 각종 실험을 행할 수 있도록 한 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CNG탱크로부터 엔진을 통한 연료의 공급경로를 정상연소와 비정상연소 조건으로 세분화시켜 보다 합리적인 연소실험을 행할 수 있도록 하고, 이로 인하여 압축천연가스 차량용 엔진에 대한 보다 다양한 연소데이터를 확보할 수 있도록 하며, 배관내의 압력상승이나 가스의 누출시 배관내에 존재하는 가스를 외부로 신속하게 배출시켜 안전성을 확보토록 하는 동시에, 각종 센서로부터 입력된 데이터에 의하여 컨트롤패널에서 종합적인 연산처리와 모니터링 및 밸브제어를 수행토록 함으로서, 실험장치의 조작과 운전에 따른 편의성 및 실험능률의 극대화를 이루어낼 수 있도록 한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치에 관한 것이다.

최근에 들어 산업화가 급속히 진행되면서 국민소득의 증가와 각종 편의생활 및 생활수준의 향상이라는 긍정적인 측면과 더불어, 화석연료의 소비가 기하급수적으로 증가되면서 이에 따른 환경오염이 심각한 사회적 문제로 대두되고 있는 바, 특히 현대문명의 꽃이라 할 수 있는 자동차가 그 배기가스로 인하여 대기오염의 주범이 되고 있으며, 이에 따라 세계 각국에서는 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 감소시키고자 많은 노력을 기울이고 있다.

상기와 같이 자동차 배기가스로 인하여 야기되는 대기오염을 방지하기 위한 방편으로서, 화석연료 대신에 청정연료의 하나인 천연가스(NG: Natural gas)를 연 료로 사용하는 천연가스 차량의 보급이 확산되고 있는 추세이며, 이와 같은 천연가스를 연료로 하는 트럭이나 버스의 경우 일반적인 디젤 차량보다 일산화탄소의 배출량을 약 25% 정도, 질소산화물의 배출량을 약 50% 정도 감소시킬 수 있다는 사실이 연구에 의하여 발표되고 있다.

이러한 세계적인 추세에 발맞추어 우리나라에서도 주로 한국가스공사와 같은 공기업을 비롯하여, 각종 산.학.연(産.學.聯) 연구기관들이 매우 활발하게 천연가스자동차(Natural gas vehicles, NGV)에 대한 연구를 추진해오고 있으며, 환경부에서는 천연가스 버스나 승용차의 시범운영을 추진하여 수도권 및 주요 대도시의 버스들이 점차 천연가스 버스로 교체되어 가고 있다.

상기와 같은 천연가스 차량의 연료공급 시스템은 압축천연가스(CNG)를 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 엔진측으로 연장되는 연료공급라인과, 상기 연료공급라인상에 설치되는 개폐밸브 및 레귤레이터(압력과 유량조절)와, 상기 연료공급라인과 연결되어 엔진측으로 연료를 분배하는 딜리버리 파이프와, 상기 딜리버리 파이프에 장착되며 엔진으로 연료를 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터를 컨트롤하는 전자제어회로(ECU)로 구성된다.

그러나, 위에서 설명되어진 바와 같이 압축천연가스를 연료로 하는 CNG 차량의 경우 최근에 들어 그 기술개발이 활발하게 진행되고 있는 초기 단계이므로, 연료공급 시스템 및 그에 따른 엔진의 연소효율과 같은 데이타 및 실험장치가 제대로 구비되지 못하고 있는 바, 이러한 요인을 해결할 수 있도록 연료공급라인에서 가스의 맥동을 최소화하고, 효과적인 연료공급과 정확한 가스유량을 측정함으로서 CNG 차량의 연료공급 시스템에 대한 각종 정보를 제공할 수 있도록 한 압축천연가스 차량의 연료공급 실험장치가 국내 공개특허공보 제 1998-22007호(공개일자: 1998년 06월 25일)에 기재되어 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료공급 실험장치는 압축천연가스의 공급경로를 CNG 차량의 연료공급 시스템과 거의 유사하게 세팅시켜 놓은 다음, 하나의 연료공급라인만을 통하여 엔진의 정상연소 조건과 가까운 상태에서 실험을 수행토록 함에 따라, 연료공급 시스템 및 엔진의 연소효율에 대한 보다 세부적이고 다양한 데이터를 확보하기가 어려운 문제점이 있었으며, 이로 인하여 종래의 실험장치를 이용한 CNG 차량의 연료공급 실험에 많은 제약이 따르는 문제점이 있었다.

또한, 압축천연가스의 공급경로상에 압력센서와 온도센서를 설치하여 레귤레이터 전,후의 압력 및 온도변화를 측정토록 함으로서, 엔진측으로 공급되는 연료의 압력과 유량을 레귤레이터에 의하여 보상토록 하였으나, 배관상에 설치되는 각종 밸브의 원격 제어와 같이 실험장치의 운전에 따른 전체적인 자동화를 이루어내지 못한 문제점이 있었으며, 이로 인하여 보다 신속하고 섬세한 실험장치의 조작 및 정확한 데이터의 확보가 어려운 문제점이 있었다.

특히, 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치는 배관의 내부를 따라 고압의 천연가스가 유동하는 설비이므로, 배관내의 압력 상승이나 배관의 연결부위를 통한 가스의 누설이 발생할 우려가 높게 되며, 이로 인하여 실험실의 화재나 폭발과 같은 안전사고의 위험성 또한 높아지게 되는 바, 종래의 경우에는 실험장치를 이용한 실험과정에서 실험실이나 연구원들의 안전을 확보할 수 있는 별도의 수단이 마련되 어 있지 아니한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치는 CNG탱크로부터 엔진을 통한 연료의 공급경로를 정상연소와 비정상연소 조건으로 세분화시켜 보다 합리적인 연소실험을 행할 수 있도록 하고, 이로 인하여 압축천연가스 차량용 엔진에 대한 보다 다양한 연소데이터를 확보할 수 있도록 하며, 배관내의 압력상승이나 가스의 누출시 배관내에 존재하는 가스를 외부로 신속하게 배출시켜 안전성을 확보토록 하는 동시에, 각종 센서로부터 입력된 데이터에 의하여 컨트롤패널에서 종합적인 연산처리와 모니터링 및 밸브제어를 수행토록 함으로서, 실험장치의 조작과 운전에 따른 편의성 및 실험능률의 극대화를 이루어낼 수 있도록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 다수 개의 CNG탱크로부터 솔레노이드 밸브를 구비하는 상태로 연장되는 압축천연가스의 배출튜브가 인젝터를 거쳐 엔진측으로 압축천연가스를 공급하는 메인튜브와 연결 설치되고, 상기 메인튜브에는 볼밸브와 연료필터 및 솔레노이드 밸브와 1차 레귤레이터가 압축천연가스의 공급경로를 따라 순차적으로 설치된 것에 있어서, 상기 메인튜브는 1차 레귤레이터를 지나서 연료공급튜브와 가변제어튜브로 분할 형성되며, 상기 연료공급튜브는 솔레노이드 밸브와 PCD를 구비하는 상태로 차량용 호스에 의하여 인젝터와 연결 설치되고, 상기 가변제어튜브는 2차 레귤레이터와 솔레노이드 밸브를 구비하는 상태로 상기 차량용 호스와 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 메인튜브에 구비되는 연료필터와 솔레노이드 밸브의 사이에는 유량계로서의 마이크로 모션이 설치되고, 상기 메인튜브와 가변제어튜브로부터는 볼밸브와 솔레노이드 밸브에 의한 병렬식 벤트라인이 연장되어, 각각의 벤트라인이 퍼지를 구비하는 배출라인과 연결 설치되며, 상기 배출튜브와 메인튜브 및 가변제어튜브를 포함하여 인젝터의 직전방에 해당하는 차량용 호스에는 압력센서와 온도센서가 각각 설치되어, 메인튜브상에 구비되는 마이크로 모션과 실내용 가스감지기와 함께 컨트롤패널과 접속되며, 상기 컨트롤패널이 각각의 배관상에 설치되는 솔레노이드 밸브를 제어토록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도 1을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 다수 개의 CNG탱크(2)가 스키드(Skid: 바퀴달린 대)에 설치된 상태로 창고와 같은 스키드영역(1)에 구비되고, 상기 각각의 CNG탱크(2)로부터는 커플링(3a)이 선단측에 구비된 고압호스(3)가 연장되어 상기 커플링(3a)이 압축천연가스의 배출튜브(4)와 연결 설치된다.

상기와 같이 커플링(3a)을 구비하는 고압호스(3)는 각각의 CNG탱크(2)를 해당 배출튜브(4)와 신속하게 연결시키도록 함과 동시에, 스키드영역(1)상에 구비된 CNG탱크(2)의 교체작업 또는 CNG탱크(2)의 내부로 압축천연가스를 충진시키는 작업 의 편의성을 향상시키기 위한 것이며, 이와는 달리 상기 배출튜브(4)를 CNG탱크(2)의 네크링(Neck-ring: 용기의 입구에 해당하는 좁은 목부위)과 직접 연결 설치할 수도 있다.

상기와 같이 고압호스(3)에 의하여 각각의 CNG탱크(2)와 연결 설치되는 배출튜브(4)에는 압축천연가스의 배출을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(S)가 설치되고, 상기 솔레노이드 밸브(S)의 직후방에는 압축천연가스의 역류를 방지하기 위한 일방향 체크밸브(5)가 설치되며, 상기 각각의 배출튜브(4)가 하나의 배관으로 연결되어 이 배관이 압축천연가스의 주된 공급통로인 메인튜브(6)를 형성하게 된다.

상기 메인튜브(6)에는 볼밸브(7)와 연료필터(8) 및 솔레노이드 밸브(S)와 1차 레귤레이터(10)가 압축천연가스의 공급경로를 따라 순차적으로 설치되는 데, 상기 볼밸브(7)는 배출튜브(4)측 솔레노이드 밸브(S)에 의한 압축천연가스의 배출 및 그 차단이 이루어지지 않는 상황 즉, 솔레노이드 밸브(S)의 고장이나 오작동시를 포함하여, 실험실 내부에서 실험이 이루어지지 않는 시간 동안 수작업에 의하여 메인튜브(6)를 폐쇄시킬 수 있도록 하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 연료필터(8)는 메인튜브(6)를 통하여 유입된 압축천연가스 중의 이물질을 제거하는 기능을 담당하고, 상기 솔레노이드 밸브(S)는 실험장치의 가동시 메인튜브(6)를 통한 압축천연가스의 공급을 제어하는 기능을 담당하며, 상기 1차 레귤레이터(10)는 종래의 경우와 같이 엔진(16)측으로 공급되는 압축천연가스의 압력과 유량을 적정 수준으로 조절시키는 기능을 담당하게 된다.

본 발명에 의한 연료공급 실험장치의 제 1요부를 이루는 구성요소로서는, 상 기 메인튜브(6)가 1차 레귤레이터(10)를 지난 위치에서 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)로 분할 형성되는 것이며, 상기 연료공급튜브(12)는 솔레노이드 밸브(S)와 PCD(13)를 구비하는 상태로 차량용 호스(14)에 의하여 인젝터(15)와 연결 설치되고, 상기 가변제어튜브(17)는 2차 레귤레이터(11)와 솔레노이드 밸브(S)를 구비하는 상태로 상기 차량용 호스(14)와 연결 설치되도록 한 것이다.

상기와 같이 메인튜브(6)를 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)로 분할 형성시키게 되면, 메인튜브(6)로부터 솔레노이드 밸브(S)와 PCD(13)를 구비하는 연료공급튜브(12)에 의하여 차량용 호스(14) 및 인젝터(15)를 거쳐 엔진(16)측으로 정상적인 연료공급에 의한 실험을 수행토록 하게 되는 바, 상기 PCD(Power control device)(13)는 CNG 차량에 설치되어 엔진(16)으로 주입되는 연료의 압력과 유량을 정상조건에 가깝도록 최종적으로 조정하는 공지의 제어장치이다.

상기와 같은 정상적인 연료공급에 의한 실험과 더불어, 필요에 따라서는 상기 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)에 설치된 각각의 솔레노이드 밸브(S)를 동시에 개방시킴으로서, 차량용 호스(14)와 인젝터(15)를 거쳐 엔진(16)측으로 주입되는 연료를 고밀도로 조성시킬 수 있게 되며, 이로 인하여 연료의 비정상적인 과밀주입 조건하에서 엔진(16)의 연소실험 등을 행할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기 연료공급튜브(12)에 설치된 솔레노이드 밸브(S)를 폐쇄시킨 상태에서, 상기 가변제어튜브(17)에 설치된 솔레노이드 밸브(S)만을 개방시키게 되면, 1차 레귤레이터(10)보다 저압 및 저유량 조건을 유지토록 세팅된 2차 레귤레이터(11)에 의하여 차량용 호스(14)와 인젝터(15)를 거쳐 엔진(16)측으로 주입되는 연료를 희박하게 조성할 수 있게 되는 바, 이로 인하여 연료의 비정상적인 저압 저농도 주입 조건하에서도 엔진(16)의 연소실험 등을 행할 수 있게 된다.

따라서, 종래의 경우와 같이 하나의 연료공급라인만을 통하여 연료의 정상적인 주입 조건하에서 엔진의 연소실험과 같은 각종 실험을 행하도록 한 것과 비교할 경우, 본 발명에 의한 실험장치는 보다 더 다양한 조건 즉, 연료의 정상적인 주입조건과 연료의 비정상적인 주입 조건하에서 엔진(16)의 연소실험과 같은 각종 실험을 행할 수 있게 되며, 이로 인하여 하나의 실험장치만으로도 보다 세부적이고 다양한 데이터를 확보할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2요부를 이루는 구성요소로서, 상기 메인튜브(6)에 구비되는 연료필터(8)와 솔레노이드 밸브(S)의 사이에는 유량계로서의 마이크로 모션(Micro motion)(9)이 설치되는 바, 상기 마이크로 모션(9)은 메인튜브(6)의 외부로 노출되지 않도록 메인튜브(6)의 내부로 직접 삽입 설치되어, 메인튜브(6)를 유동하는 압축천연가스의 유량을 보다 더 정확한 데이터값으로 환산시킬 수 있도록 하며, 이로 인하여 본 발명에 따른 실험장치의 기능성을 더욱 향상시키는 역할을 담당하게 된다.

즉, 일반적인 센서(감지장치)는 여러 종류의 물리량을 감지하여 이 정보를 컨트롤부에 해당되는 수단으로 전달함으로서 컨트롤부에 의한 각종 제어가 가능하도록 하는 기능을 담당하게 되는 바, 상기 센서를 통한 감지의 대상이 되는 물리량은 자기, 변위, 진동, 가속도, 회전수, 유량 혹은 유속, 액체나 가스성분, 가시광선, 적외선, 초음파, 마이크로파나 방사선 또는 X선 등과 같은 여러 가지의 종류가 있다.

상기와 같은 기능을 수행하는 대표적인 센서로는 광센서, 이미지센서, 초음파센서, 변위센서 등이 있으나, 이러한 각종 센서는 불투명한 물체 또는 가리워진 상태로는 투과할 수가 없기 때문에 외부로 돌출시켜야 하는 단점을 가지는 것이며, 이에 따라 보다 더 정확한 물리량의 측정을 위하여 센서를 내장시킬 필요가 있는 경우에는 물체를 투과하여 고주파를 발산할 수 있는 마이크로 모션 센서를 이용하게 된다.

상기와 같은 원리를 기초로 하여 본 발명에서는 압축천연가스의 유량측정을 위한 마이크로 모션(9)을 메인튜브(6)의 내부에 삽입 설치하였는 바, 마이크로 모션(9)이 삽입되는 위치는 연료필터(8)를 통과한 압축천연가스가 상기 1차 레귤레이터(10)로 유입되기 이전에 해당하는 위치가 되도록 하는 것이 보다 더 정확한 유량측정을 이루어내기 위한 측면에서 가장 바람직하다.

그리고, 본 발명의 제 3요부를 이루는 구성요소로서 상기 메인튜브(6)와 가변제어튜브(17)로부터는 볼밸브(7)와 솔레노이드 밸브(S)에 의한 병렬식 배열을 가지는 벤트라인(18)이 연장되어, 각각의 벤트라인(18)이 퍼지(Purge)(21)를 구비하는 배출라인(19)과 연결 설치되는 바, 상기 벤트라인(18)은 실험장치를 이루는 배관 내부의 가스압력이 상승하여 가스의 누설에 따른 화재나 폭발의 위험이 있거나 실험을 완전히 종료한 후에, 배관의 내부에 존재하는 압축천연가스를 실외로 배출시키고자 하는 경우에 사용된다.

상기 벤트라인(18)은 배관내의 압력을 감지하는 센서수단이나 외부로부터 입 력된 신호에 의하여 벤트라인(18)을 자동 개방시키기 위한 솔레노이드 밸브(S)가 가스의 역류를 방지하는 일방향 체크밸브(5)와 함께 설치되는 하나의 라인과, 솔레노이드 밸브(S)의 고장이나 오작동시 벤트라인(18)을 수동으로도 개방시킬 수 있도록 볼밸브(7)가 설치되는 또 다른 하나의 라인에 의한 병렬식 배열구조를 가지게 된다.

도면상 마이크로 모션(9)의 직후방에 해당하는 메인튜브(6)와 2차 레귤레이터(11)의 직후방에 해당하는 가변제어튜브(17)로부터는 볼밸브(7)를 구비하는 벤트라인(18)이 연장되고, 이 벤트라인(18)으로부터 솔레노이드 밸브(S)와 체크밸브(5)를 구비하는 다른 벤트라인(18)이 바이패스라인 형식으로 연장되어 각각의 벤트라인(18)이 배출라인(19)과 연결 설치되어 있다.

또한, 도면상 차량용 호스(14)와 연결되기 직전에 해당하는 가변제어튜브(17) 및 인젝터(15)의 직전방에 해당하는 차량용 호스(14)로부터는 솔레노이드 밸브(S)와 체크밸브(5) 및 볼밸브(7)와 체크밸브(5)를 구비하는 벤트라인(18)이 각각 독립적으로 연장되어 배출라인(19)과 연결 설치되고, 상기 배출라인(19)이 실외측으로 연장되어 압축천연가스의 퍼지(21)(즉, 출구)를 형성하게 되는 것으로 도시되어 있다.

그러나, 배관 내부의 가스압력이 상승하는 경우 또는 실험을 완전히 종료한 후에, 배관의 내부에 존재하는 압축천연가스를 배출시켜 화재나 폭발의 위험을 방지토록 할 수 있는 것이라면, 벤트라인(18)의 개수와 그 배열형태는 사용자가 임의대로 변경할 수 있는 사항이며, 벤트라인(18)에 의한 압축천연가스의 배출이 이루 어지지 않을 경우를 대비하여 차량용 호스(14)상에 안전밸브(20)가 연결 설치되는 바, 상기 안전밸브(20)는 배관내의 압력이 일정 수준 이상으로 상승할 경우 가스를 실외로 강제 방출시키는 기능을 하는 것으로서, 상기 안전밸브(20)의 설치 위치 또한 사용자에 의하여 임의대로 조정이 가능함을 밝혀두는 바이다.

이와 더불어, 본 발명의 제 4요부에 해당하는 구성요소는 상기 배출튜브(4)와 메인튜브(6) 및 가변제어튜브(17)를 포함하여 인젝터(15)의 직전방에 해당하는 차량용 호스(14)에는 압력센서(PT)와 온도센서(T)가 각각 설치되어, 메인튜브(6)상에 구비되는 마이크로 모션(9)과 실내용 가스감지기(24)와 함께 컨트롤패널(22)과 접속되며, 상기 컨트롤패널(22)이 각각의 배관상에 설치되는 솔레노이드 밸브(S)를 제어토록 이루어지는 것이다.

상기와 같이 배출튜브(4)상에 설치되는 압력센서(PT)는 CNG탱크(2)에 저장된 압축천연가스의 압력 즉, 압축천연가스의 저장량을 판단하여 CNG탱크(2)의 교체시기나 압축천연가스의 충전시기를 알려주는 기능을 하고, 연료필터(8)의 직후방에 설치되는 압력센서(PT)는 연료필터(8)의 막힘 등을 판단하여 필터의 교체시기를 알리는 기능을 담당하며, 각각의 레귤레이터(10)(11) 후방측에 설치된 압력센서(PT)는 레귤레이터(10)(11)의 정상작동 여부를 판단하는 기능을 담당하게 된다.

또한, 1차 레귤레이터(10)의 후방측에서 압력센서(PT)와 함께 설치되는 온도센서(T)는 레귤레이터(10)로부터 압력과 유량이 조정되어 배출되는 압축천연가스가 연소에 적합한 온도를 유지하고 있는지의 여부를 1차 판단하게 되며, 인젝터(15)의 직전방에 설치되는 압력센서(PT)와 온도센서(T)는 실험장치에 의하여 세팅된 연료 의 주입조건 즉, 정상적인 연료주입과 비정상적인 연료주입 조건이 기세팅된 조건과 부합되는 지의 여부를 최종적으로 판단하게 된다.

상기와 같이 각각의 배관상에 설치되는 압력센서(PT)와 온도센서(T) 및 마이크로 모션(9)으로부터 컨트롤패널(22)을 통하여 입력된 데이터를 컨트롤패널(22)이 종합적으로 연산처리하게 되며, 이 결과를 오퍼레이션룸(23)에 설치된 각종 모니터를 통하여 연구원들에게 모니터링토록 함과 동시에, 각각의 배관상에 설치된 솔레노이드 밸브(S)를 자동적으로 제어하여 실험장치의 조작과 운전에 따른 편의성 및 실험능률의 극대화를 이루어낼 수 있게 되는 것이다.

다시 말해서, CNG탱크(2)의 교체시기나 압축천연가스의 충전시기를 포함하여 연료필터(8)의 교체시기가 해당 압력센서(PT)에 의하여 그 즉시 통보됨과 동시에, 배출튜브(4) 및 메인튜브(6)에 설치된 솔레노이드 밸브(S)가 컨트롤패널(22)에 의하여 자동적으로 폐쇄됨으로서, 압축천연가스의 충전이나 CNG탱크(2) 및 연료필터(8)의 교체를 적절한 시기에 신속하게 수행할 수 있으므로 실험이 중단되는 시간을 최대한으로 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 1차 레귤레이터(10)와 2차 레귤레이터(11)의 직후방에 설치된 압력센서(PT)와 온도센서(T) 및 인젝터(15)의 직전방에 해당하는 차량용 호스(14)에 설치된 압력센서(PT)와 온도센서(T)로부터 컨트롤패널(22)로 입력된 신호에 의하여 각각의 레귤레이터(10)(11)에 의한 압축천연가스의 압력과 유량조절 및 그에 따라 차량용 호스(14)를 거쳐 인젝터(15)의 직전방까지 유입된 압축천연가스의 압력과 온도가 실험장치에 의하여 기세팅된 연료공급조건에 부합되는지의 여부를 판단하게 된다.

이로 인하여, 1차 및 2차 레귤레이터(10)(11)의 정상작동 여부를 오퍼레이션룸(23)에서 컨트롤패널(22)과 함께 설치된 모니터에 의하여 연구원들이 보다 신속하고 용이하게 판단할 수 있게 됨에 따라, 각각의 레귤레이터(10)(11)에 의한 압력과 유량의 보상범위를 실험조건에 부합되도록 신속하게 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)에 설치된 솔레노이드 밸브(S)를 제어하여 위에서 설명되어진 바와 같은 연료의 정상공급 조건과 비정상공급 조건을 자동적으로 컨트롤할 수 있게 된다.

이와 더불어, 메인튜브(6)와 가변제어튜브(17)의 내부 압력이 일정한 수준 이상으로 상승되거나, 실내공간으로 압축천연가스가 누출된 경우에는 각각의 압력센서(PT)와 가스감지기(24)가 이를 판단하여 컨트롤패널(22)측으로 신호를 전송함에 따라, 컨트롤패널(22)이 미도시된 경보기나 알람 등을 작동시켜 실험실 내부의 사람들에게 화재나 폭발 또는 가스누출에 따른 경고를 행하게 된다.

이와 동시에, 상기 컨트롤패널(22)이 배출튜브(4)와 메인튜브(6) 및 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)의 솔레노이드 밸브(S)를 모두 폐쇄시킴과 더불어, 벤트라인(18)의 솔레노이드 밸브(S)를 개방시킴으로서 배관내에 존재하는 가스를 배출라인(19)과 퍼지(21)를 통하여 실외로 방출시키게 되며, 실험장치에 의한 실험이 완전히 종료된 경우에도 상기 컨트롤패널(22)이 동일한 작동을 수행하여 배관내에 존재하는 가스를 실외로 방출시키게 된다.

상기와 같은 방식으로 하여 본 발명에 의한 실험장치의 조작 및 운전을 거의 완벽하게 자동화시킬 수 있음에 따라 실험장치의 운전과 조작에 따른 편의성과 실험능률을 크게 향상시킬 수 있고, 실험과정에서 발생하는 모든 상황을 지속적으로 체크하여 실험에 요구되는 최적화된 조건을 유지토록 함에 따라 보다 정확한 실험데이터를 확보할 수 있도록 함은 물론, 비상시 실험실과 연구원들을 화재나 폭발의 위험으로부터 안전하게 보호할 수 있게 되는 것이다.

마지막으로, 도면상 배출튜브(4)와 메인튜브(6) 및 연료공급튜브(12)와 2차 레귤레이터(11)의 전방측에 해당하는 가변제어튜브(17) 및 마이크로 모션(9)의 직후방에서 연장되는 벤트라인(18)의 일부는 그 직경이 다소 크게 되는 배관을 사용하고, 그 나머지 부분은 상대적으로 직경이 가늘게 되는 배관을 사용한 것으로 도시되어 있는 바, 이는 압축천연가스의 유동에 따른 저항을 최소화시키기 위한 것임을 밝혀두는 바이다.

또한, 상기 CNG탱크(2)의 실예로는 물의 저장용량이 460L(리터)가 되고 가스의 저장용량이 116m³이 되는 실린더 형상의 탱크를 들 수 있으며, 상기 배출튜브(4)와 메인튜브(6)에 설치되는 압력센서(PT)는 그 적용범위가 5000 psi (Pounds per Square inch) 정도가 되는 것을 사용하고, 상기 가변제어튜브(17) 및 차량용 호스(14)에 설치되는 압력센서(PT)는 그 적용범위가 500 psi 정도가 되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도센서(T)는 그 적용범위가 -50℃에서 200℃ 정도가 되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 1차 레귤레이터(10)에 의한 압력의 조정범위는 3.4~18 bar 정도가 되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 2차 레귤레이터(11)에 의한 압력의 조정범위는 0.1~6.8 bar 정도가 되도록 하는 것이 바람직하지만, 실험여건에 맞추어 상기 CNG탱크(2)의 용량과 압력센서(PT) 및 온도센서(T)의 적용범위와 레귤레이터(10)(11)에 의한 압력조정범위 등은 임의대로 조정이 가능함을 밝혀두는 바이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치는, CNG탱크로부터 엔진을 통한 연료의 공급경로를 정상연소와 비정상연소 조건으로 세분화시켜 보다 합리적인 연소실험을 행할 수 있도록 하는 효과가 있고, 이로 인하여 압축천연가스 차량용 엔진에 대한 보다 다양한 연소데이터를 확보할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 배관내의 압력상승이나 가스의 누출시 배관내에 존재하는 가스를 외부로 신속하게 배출시켜 화재나 폭발의 위험으로부터 실험실과 연구원들의 안전을 확보토록 하는 효과가 있는 동시에, 각종 센서로부터 입력된 데이터에 의하여 컨트롤패널에서 종합적인 연산처리와 모니터링 및 밸브제어를 자동적으로 수행토록 함으로서, 실험장치의 조작과 운전에 따른 편의성 및 실험능률의 극대화를 이루어낼 수 있도록 하는 등의 매우 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

다수 개의 CNG탱크(2)로부터 솔레노이드 밸브(S)를 구비하는 상태로 연장되는 압축천연가스의 배출튜브(4)가 인젝터(15)를 거쳐 엔진(16)측으로 압축천연가스를 공급하는 메인튜브(6)와 연결 설치되고, 상기 메인튜브(6)에는 볼밸브(7)와 연료필터(8) 및 솔레노이드 밸브(S)와 1차 레귤레이터(10)가 압축천연가스의 공급경로를 따라 순차적으로 설치된 것에 있어서,

상기 메인튜브(6)는 1차 레귤레이터(10)를 지나서 연료공급튜브(12)와 가변제어튜브(17)로 분할 형성되며,

상기 연료공급튜브(12)는 솔레노이드 밸브(S)와 PCD(13)를 구비하는 상태로 차량용 호스(14)에 의하여 인젝터(15)와 연결 설치되고,

상기 가변제어튜브(17)는 2차 레귤레이터(11)와 솔레노이드 밸브(S)를 구비하는 상태로 상기 차량용 호스(14)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 메인튜브(6)에 구비되는 연료필터(8)와 솔레노이드 밸브(S)의 사이에는 유량계로서의 마이크로 모션(Micro motion)(9)이 설치되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 메인튜브(6)와 가변제어튜브(17)로부터 는 볼밸브(7)와 솔레노이드 밸브(S)에 의한 병렬식 벤트라인(18)이 연장되어, 각각의 벤트라인(18)이 퍼지(Purge)(21)를 구비하는 배출라인(19)과 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치.
제 3항에 있어서, 상기 배출튜브(4)와 메인튜브(6) 및 가변제어튜브(17)를 포함하여 인젝터(15)의 직전방에 해당하는 차량용 호스(14)에는 압력센서(PT)와 온도센서(T)가 각각 설치되어, 메인튜브(6)상에 구비되는 마이크로 모션(9)과 실내용 가스감지기(24)와 함께 컨트롤패널(22)과 접속되며, 상기 컨트롤패널(22)이 각각의 배관상에 설치되는 솔레노이드 밸브(S)를 제어토록 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 차량용 연료공급 실험장치.