KR20110061382A - 액화천연가스공급장치 및 이를 이용한 연료누액차단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNG 대비 에너지저장밀도가 높은 액화천연가스인 LNG(Liquid Natural Gas)를 연료로 사용할 때, LNG탱크(1)에서 엔진(7)쪽으로 공급하는 연료공급계통에서 엔진ECU(10)가 가스온도를 이용해 액누출을 보다 명확히 감지하고, 엔진출력을 낮추거나 전자밸브(20)로 연료공급을 완전히 차단함으로써, 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 예방할 수 있는 강화된 안전장치를 구현하는 특징을 갖는다.

LNG, 온도, 기화

Description

액화천연가스공급장치 및 이를 이용한 연료누액차단방법{Liquid Natural Gas supplying system and fuel leakage preventing method thereof}

본 발명은 액화천연가스차량에 관한 것으로, 특히 엔진으로 안전하게 액화천연가스를 공급할 수 있는 장치와 이를 이용한 연료누액을 차단하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스인 LNG(Liquid Natural Gas)나 CNG(Compressed Natural Gas)는 차량연료로 사용시 오염물질을 배출하지 않는다.

LNG는 천연가스를 초저온(-160℃)으로 액화저장한 액체연료이지만, CNG는 천연가스를 압축하여 저장한 기체연료로서 도시형 버스의 연료로서 사용된다.

하지만, CNG 대비 에너지 저장밀도가 높은 LNG를 연료로 사용하게 되면, CNG 차량이 한번충전으로 약 300km 내외로 주행가능한데 반해, LNG 차량은 한번충전으로 약 1000km이상 장거리주행이 가능한 장점을 갖는다.

상기와 같은 장점을 갖는 LNG차량은 초저온(-160℃)으로 액화저장된 LNG 기화상태불량에 따른 안전방안을 갖춘 시스템하에서 차량연료로 사용될 수 있고, 이를 위해 다양한 방식을 적용하고 있다.

일례로, LNG탱크와 엔진사이를 잇는 연료라인에 기화기를 설치함으로써, 기화기 후단에서는 액체상태에서 기체상태로 상전이되어 엔진쪽으로 공급해 안전하게 연료로 사용될 수 있는 시스템을 적용한다.

하지만, 상기와 같이 기화기를 갖추었다 하더라도 예기치 않은 상황에서 위험성을 초래할 수 있게 된다.

일례로, 기화기가 성능 저하되거나 또는 파손되는 상황에서는 기화기 후단쪽으로 -160℃의 액체가 흘러 들어가는 위험성이 있고, 이런 상황이 일어나면 엔진부품을 손상시키게 된다.

상기와 같은 액체누기로 인한 보다 심각한 현상은 누기된 액체가 기화기후단쪽 연료라인에서 기화되는 경우로서, 이러한 경우 약 400배 부피상승에 따른 급격한 압력상승으로 폭발이 일어나는 위험성을 만들 수 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, -160℃의 액체를 기체로 상전이시키는 기화기후단쪽에서 감지된 액누출량에 따라 단계적으로 제어함으로써, 기화기후단쪽 액누유에 대한 강화된 안전대책확립으로 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 예방할 수 있는 액화천연가스공급장치와 연료누액차단방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기화기후단쪽으로 빠져나온 액체의 기화로 의한 이상압력상 승을 엔진쪽 인젝터전단에서 다시 해소해줌으로써, 기화로 인한 급격한 이상압력을 고려한 이중적인 강화된 안전대책확립으로 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 예방할 수 있는 액화천연가스공급장치와 연료누액차단방법을 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액화천연가스공급장치가 LNG를 충전한 LNG탱크에서 엔진의 인젝터로 이어진 연료공급라인에 설치된 기화기의 후단에 위치되고, 엔진ECU로 제어되는 전자밸브와;

상기 연료공급라인의 압력조절을 위한 압력레귤레이터와;

상기 인젝터의 전단에서 LNG의 급격한 가스압력상승을 대기중으로 배출하는 압력밸브; 를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 기화기와 상기 전자밸브 사이로 수동밸브를 더 설치한다.

상기 압력레귤레이터는 상기 전자밸브와 상기 압력밸브사이로 위치된다.

상기 전자밸브는 엔진쪽으로 공급되기전 엔진ECU에서 모니터링된 가스온도를 이용해 온오프제어된다.

상기 가스온도는 인젝터쪽에 설치되어 가스온도를 감지하는 온도센서를 이용 해 측정된다.

상기 압력밸브는 설정된 압력초과시 열리는 기계식 타입이다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 액화천연가스 연료누액차단방법이

엔진작동사태에서 엔진으로 유입되기전 엔진ECU로 모니터링해 가스온도를 판단하는 단계;

모니터링해 판단한 가스온도를 단위시간당 연료온도값 변화량으로 산출하고, 그 변화량을 적어도 1단계이상으로 구분하는 단계;

적어도 1단계이상으로 구분된 단위시간당 연료온도값 변화량을 이용해 엔진쪽 연료공급량을 제어하는 단계;

로 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 단위시간당 연료온도값 변화량으로 산출되는 단계는 2단계로 구분하고, 상기 2단계는 전자밸브를 오프상태로 전환시키지 않는 단계를 포함한다.

상기 1단계는 경고등을 점등하고 엔진출력을 낮추어 수행하고, 상기 2단계는 경고등을 점등하고 전자밸브로 오프상태로 전환시켜 엔진으로 공급되는 연료를 차단해 수행한다.

이러한 본 발명에 의하면, 기화기후단쪽에서 액누출량을 감지해 대체하면서 엔진쪽 인젝터전단쪽에서 다시 이상압력상승을 해소해주는 이중안전작용으로, 초저온 액체로 인한 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 완전히 예방하는 효과를 갖는다.

또한, 기화기후단쪽 액체누유에 대한 이중안전작용 구현으로 LNG차량의 신뢰성을 크게 높일 수 있는 효과도 갖는다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명은 CNG 대비 에너지 저장밀도가 높은 액화천연가스인 LNG(Liquid Natural Gas)를 연료로 사용할 때, LNG탱크(1)에서 엔진(7)쪽으로 공급하는 연료공급계통에서 액누출을 보다 명확히 감지함으로써, 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 예방할 수 있는 강화된 안전장치를 부가하고, 액누출시 감지된 액누출량에 따라 그 제어를 단계적으로 수행함으로써, 보다 안전하게 LNG를 연료로서 사용할 수 있게 한다.

도 1은 본 실시예에 따른 액화천연가스공급장치의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, LNG를 충전한 LNG탱크(1)와 엔진(7)쪽으로 연료를 배분하고 분사하는 인젝터(5)사이를 연료공급라인으로 이어주고, LNG탱크(1)의 후단으로 액체상태 LNG를 기체상태로 상전이하는 기화기(2)와, 9bar 정도의 압력으로 조절된 압력레귤레이터(4)를 설치해 안전성을 확보한다.

또한, 상기 기화기(2)의 후단으로는 수동밸브(3)를 더 설치함으로써, 정비작업시 LNG탱크(1)로부터 배출될 수 있는 위험을 차단한다.

또한, 상기 인젝터(5)쪽에 연료온도를 감지하는 서모스테이트(6)를 설치하고 이를 엔진ECU(10)가 모니터링함으로써, 연료온도를 이용한 안전성을 더 확보한다.

상기 인젝터(5)쪽에는 연료압력센서도 함께 설치된다.

본 실시예에서는 상기와 같은 안전성을 더욱 강화할 수 있는 밸브를 연료공급라인에 더 적용함으로써, LNG탱크(1)에서 엔진(7)쪽으로 공급하는 연료공급계통에서 발생될 수 있는 액누출 현상을 보다 명확히 감지하게 된다.

이를 위해, 상기 수동밸브(3)와 압력레귤레이터(4)사이로 엔진ECU(10)를 통해 제어되는 전자밸브(20)를 더 설치하며, 상기 압력레귤레이터(4)와 인젝터(5)사이로 압력밸브(30)를 더 설치한다.

상기 전자밸브(20)는 인젝터(5)쪽 서모스테이트(6)를 모니터링한 엔진ECU(10)를 통해 온오프제어되며, 이는 엔진ECU(10)에서 모니터링된 연료온도를 이용해 단계적으로 제어된다.

하지만, 상기 압력밸브(30)는 기계식 타입밸브로서, 전자밸브(20)의 후단에서 일정한 연료압력을 초과할 때, 초과압력으로 열려 대기중으로 방출시키는 작용 을 한다.

본 실시예에와 같이 이루어진 액화천연가스공급장치가 정상적으로 작동되면, LNG탱크(1)에서 나온 액체상태연료는 기화기(2)를 지나면서 기체상태로 상전이된 후, 열려진 수동밸브(3)와 전자밸브(20)를 지난다.

상기 전자밸브(20)는 엔진ECU(10)에 의해 온되어 열려진 상태로 설정된다.

상기 전자밸브(20)를 지난 가스상태 연료는 약 9bar압력으로 설정된 압력레귤레이터(4)와 압력밸브(30)를 지나 인젝터(5)쪽으로 공급된 후, 인젝터(5)를 통해 엔진(7)으로 분사되는 과정으로 연료를 공급하게 된다.

상기와 같은 과정은 공급되는 연료가 기화기(2)를 통한 정상적인 상전이와 9bar 이하압력과 정상적인 연료온도를 갖는 상태이다.

본 실시예에서는 연료공급과정에서 압력레귤레이터(4)를 통해 연료압력상승을 대비함과 더불어, 기화기(2)쪽 문제로 인한 액체연료누출상황을 대비한 안전작용을 구현한다.

일례로, 기화기(2)쪽 문제로 액체연료가 누출되면, 인젝터(5)쪽 서모스테이트(6)를 모니터링한 엔진ECU(10)가 액체연료누출상태를 인식한 후, 기화기(2)의 후단쪽에 설치된 전자밸브(20)를 오프로 전환해 연료공급라인을 폐쇄함으로써, 약 -160도 극저온 액체연료가 엔진(7)쪽으로 유입될 수 있는 상황을 근본적으로 차단한다.

이와 더불어, 상기 전자밸브(20)와 인젝터(5)사이로 위치된 압력밸브(30)에서는 누기된 액체연료의 기화로 인한 급격한 압력상승이 일어날 때, 기화된 가스를 대기중으로 방출해줌으로써 엔진(7)쪽에서 폭발될 수 있는 상황을 근본적으로 차단한다.

본 실시예에서는 이러한 안전작용을 보다 정밀하고 단계적으로 구현함으로써, LNG 차량에 대한 안전성을 보다 강화한다.

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법의 순서도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, S10단계에서 엔진작동을 확인하면 엔진ECU(10)는 S10단계에서 인젝터(5)에 설치된 서모스테이트(6)로부터 측정된 연료(가스)온도를 입력받는다.

S30단계에서 엔진ECU(10)는 측정된 가스온도를 판단하며, 이러한 가스온도 판단로직은 실시간으로 가스온도를 미분한 단위시간당 연료온도값 변화량을 이용해 2단계로 나뉘어 수행된다.

여기서, 단위시간당 연료온도값 변화량에 대한 기준 크기값은 연료누출량에 따라 다르며, 연료공급계에 적용된 각 구성요소들의 사양을 고려하므로, 실차적용시 한정된 수치로 설계된다.

S31단계는 측정된 가스온도가 경계점(Threshold)보다 크면서 1단계를 초과하는지 여부를 판단한다.

여기서, 상기 1단계는 단위시간당 연료온도 변화량이 2단계에 비해 작은 크기로서, 이는 연료누출량이 크지않음을 의미한다.

S40단계는 측정된 가스온도가 1단계를 초과한 상태에서 수행되는 안전조치로 서, 엔진ECU(10)는 엔진경고등을 점등하고 동시에 엔진출력을 다운(Down)함으로써, 엔진(7)으로 공급되는 연료량을 줄여준다.

S40단계가 수행된 후 엔진ECU(10)는 다시 측정된 가스온도에 대한 2단계 절차를 수행한다.

S32단계는 측정된 가스온도가 경계점(Threshold)보다 크면서 2단계를 초과하는지 여부를 판단하는 과정이며, 상기 2단계란 단위시간당 연료온도 변화량이 1단계에 비해 큰 크기로서, 이는 연료누출량이 많음을 의미한다.

S50단계는 측정된 가스온도가 2단계를 초과한 상태에서 수행되는 안전조치로서, 엔진ECU(10)는 엔진경고등을 점등하고 동시에 전자밸브(20)를 오프해 닫힘상태로 전환함으로써, 엔진(7)으로 공급되는 연료량을 차단한다.

상기와 같이 본 실시예는 액체연료의 누출량을 구분하고, 그 누출정도에 맞추어 전자밸브(20)를 적절히 제어해줌으로써, 연료누출상황에 대한 최적 대처로 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 완전히 예방할 수 있다.

이와 더불어 본 실시예에서는 전자밸브(20)와 별도로 적용된 압력밸브(30)를 이용함으로써, 이중적으로 연료누출상황을 대처하게 된다.

본 실시예에 적용된 압력밸브(30)는 내부 가스를 기계적으로 밸브가 강제로 배출하는 방식을 적용하므로, 기화기후단쪽으로 빠져나온 액체의 기화에 따른 급격한 가스압력상승시 인젝터전단에서 다시 배출해 엔진쪽 유입을 차단하므로 전자밸브(20)와 함께 이중적인 안전강화로 엔진부품손상 및 폭발안전사고를 예방한다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스공급장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법의 순서도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : LNG탱크 2 : 기화기

3 : 수동밸브 4 : 압력레귤레이터

5 : 인젝터 6 : 서모스테이트

7 : 엔진 10 : 엔진ECU

20 : 전자밸브 30 : 압력밸브

Claims (10)

1. LNG를 충전한 LNG탱크에서 엔진의 인젝터로 이어진 연료공급라인에 설치된 기화기의 후단에 위치되고, 엔진ECU로 제어되는 전자밸브와;

   상기 연료공급라인의 압력조절을 위한 압력레귤레이터와;

   상기 인젝터의 전단에서 LNG의 급격한 가스압력상승을 대기중으로 배출하는 압력밸브;

   를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기화기와 상기 전자밸브 사이로 수동밸브를 더 설치한 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 압력레귤레이터는 상기 전자밸브와 상기 압력밸브사이로 위치된 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 전자밸브는 엔진쪽으로 공급되기전 엔진ECU에서 모니터링된 가스온도를 이용해 온오프제어되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 가스온도는 인젝터쪽에 설치되어 가스온도를 감지하는 온도센서를 이용해 측정되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 압력밸브는 설정된 압력초과시 열리는 기계식 타입인 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치.
7. 엔진작동사태에서 엔진으로 유입되기전 엔진ECU로 모니터링해 가스온도를 판단하는 단계;

   모니터링해 판단한 가스온도를 단위시간당 연료온도값 변화량으로 산출하고, 그 변화량을 적어도 1단계이상으로 구분하는 단계;

   적어도 1단계이상으로 구분된 단위시간당 연료온도값 변화량을 이용해 엔진쪽 연료공급량을 제어하는 단계;

   로 수행되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 단위시간당 연료온도값 변화량으로 산출되는 단계는 2단계로 구분하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 2단계는 전자밸브를 오프상태로 전환시키지 않는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 1단계는 경고등을 점등하고 엔진출력을 낮추어 수행하고, 상기 2단계는 경고등을 점등하고 전자밸브로 오프상태로 전환시켜 엔진으로 공급되는 연료를 차단하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스공급장치를 이용한 연료누액차단방법.

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