KR20120035959A - 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법에 관한 것으로, 가스 연료를 봄베 내부로 주입하여 충전하는 충전밸브가 구비되는 가스연료차량용 연료탱크에 있어서, 상기 충전밸브는 상기 봄베의 외부로 돌출되어 장착되는 하우징, 상기 하우징의 일측에 결합되고 외부의 가스 연료를 주입하여 충전하는 연료주입구 및 상기 연료주입구로부터 상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접한 위치까지 연결되는 충전파이프를 포함하고, 상기 충전파이프에는 상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접하도록 상기 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구 및 상기 봄베 내부 공간의 상단에 근접하도록 상기 충전파이프의 상부에 기상 토출구가 형성되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 가스연료차량용 연료탱크 및 연료충전방법을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구와 충전파이프의 상부에 형성되는 기상 토출구를 통해 연료를 동시에 충전하여 봄베 내부의 기상층 압력을 일정하게 유지함으로써 기상층 압력 상승으로 인한 충전지연현상을 방지한다.

Description

가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법{FUEL TANK FOR GAS FUEL VEHICLES AND FUEL CHARGE METHOD THEREOF}
본 발명은 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 연료를 충전하고 충전된 가스 연료를 엔진에 일정 압력으로 토출하여 제공하는 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가스연료차량은 가스연료와 공기를 혼합한 혼합기를 엔진의 연소실로 흡입하여 연소시켜서 발생되는 폭발력으로 피스톤을 상하 직선 왕복운동시키고, 피스톤의 직선 왕복운동을 크랭크 기구의 회전운동으로 변환시켜 엔진의 회전동력을 얻는다.
이러한 가스연료차량의 엔진은 액화석유가스(Liquefied Petroleum gas, 이하 'LPG'라 함) 연료나 천연가스연료를 연료탱크인 봄베에 소정의 압력으로 액화시켜 저장하였다가 연료펌프에 의해 액상연료를 엔진으로 공급하고, 인젝터에 의한 분사후 엔진 작동시 기화시켜 공기와 함께 혼합기의 상태로 연소실로 공급하게 된다.
도 1은 LPG 연료를 사용하는 일반적인 가스연료차량용 연료탱크의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 가스연료차량용 연료탱크는 충격 또는 진동 등으로부터 연료탱크를 보호하도록 강제의 고압용기인 봄베(1)로 형성되고, 봄베(1)는 브래킷(2)에 의해 차체에 고정된다.
봄베(1)에는 연료펌프의 펌핑 압력에 의해 봄베(1) 내부에 충전된 가스 연료를 토출하는 멀티밸브(3) 및 연료주입구(5)를 통해 가스 연료를 충전하는 충전밸브(4)가 구비된다.
충전밸브(4)는 패킹에 의해 연료탱크의 기밀을 유지하도록 봄베(1)의 외부로 돌출되어 장착되는 하우징(6)을 구비하고, 하우징(6)으로부터 봄베(1) 내부로 연결되는 충전파이프(7)에는 과충전방지밸브(8)와 플로우트(9)가 고정된다.
하우징(6) 외부에는 설정된 압력을 초과시 개방되는 안전밸브 및 수동밸브(도면 미도시)가 마련된다.
이와 같이 구성되는 일반적인 가스연료차량용 연료탱크는 도 1에 도시된 바와 같이, 충전밸브(4)의 충전파이프(7) 선단을 유면으로부터 일정 높이만큼 이격된 위치(A)에 설치한다.
이는 충전파이프(7) 선단을 유면(B)보다 낮은 위치에 설치하는 경우, 액체 상태의 가스 연료층(이하, '액상층'이라 함) 압력이 과도하게 상승하면서 충전 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이로 인해, 봄베(1) 내부로 충전되는 가스 연료는 충전파이프(7)의 선단을 통해 봄베(1) 내부 상층부의 기체 상태의 가스 연료층(이하, '기상층'이라 함)에 분사되어 하부의 액상층으로 떨어져서 충전된다.
한편, 일반적인 가스연료차량을 장시간 운행하는 경우, 봄베(1) 내의 가스 연료는 지속적으로 엔진에 연료를 공급하게 됨에 따라 봄베(1) 내부는 고온 및 고압 상태가 된다.
이와 같은 상태에서 연료탱크에 연료를 충전하는 경우, 차가운 가스 연료가 충전되면서 기상층의 연료 온도가 급격하게 낮아지기 때문에, 온도가 낮아짐에 따라 압력도 낮아지는 엘피지 연료의 특성으로 인해 봄베(1) 내부의 압력이 급격히 저하된다.
결국, 봄베(1) 내부의 급격한 압력 저하는 봄베(1) 내부에서 외부로 토출되는 가스 연료의 토출압력을 저하시켜 연료 공급을 방해하게 된다.
따라서 일반적인 가스연료차량용 연료탱크에서는 가스 연료 충전시 봄베(1) 내부의 급격한 압력 저하로 인해 연료라인의 압력을 미리 설정된 압력으로 유지할 없어 연료 공급부족으로 인한 가스연료차량의 엔진부조 및 시동꺼짐 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
특히, 봄베(1) 내부의 급격한 압력 저하는 최근 연료탱크 외부에 연료펌프를 설치하는 외장형 연료시스템에서 연료라인의 압력을 적절하게 제어할 수 없는 원인이 되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가스 연료 충전시 연료탱크 내부의 기상층 압력을 일정하게 유지하는 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료탱크로부터 연료라인으로 토출되는 가스 연료의 토출압력을 일정 수준으로 유지할 수 있는 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 가스 연료를 봄베 내부로 주입하여 충전하는 충전밸브가 구비되는 가스연료차량용 연료탱크에 있어서, 상기 충전밸브는 상기 봄베의 외부로 돌출되어 장착되는 하우징, 상기 하우징의 일측에 결합되고 외부의 가스 연료를 주입하여 충전하는 연료주입구 및 상기 연료주입구로부터 상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접한 위치까지 연결되는 충전파이프를 포함하고, 상기 충전파이프에는 상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접하도록 상기 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구 및 상기 봄베 내부 공간의 상단에 근접하도록 상기 충전파이프의 상부에 형성되는 기상 토출구가 형성된다.
상기 액상 토출구와 기상 토출구의 직경은 상기 액상 토출구를 통해 상기 봄베 내부의 액상층에 주입되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 상승량과 상기 기상 토출구를 통해 상기 기상층에 분사되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 감소량이 상쇄되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 액상 토출구와 기상 토출구의 직경은 각각 15mm와 2mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 연료주입구를 통해 가스 연료를 주입하는 단계 및 (b) 상기 단계에서 주입된 가스 연료를 상기 연료주입구와 연결된 충전파이프를 통해 봄베 내부로 충전하는 단계를 포함하고, 상기 (b)단계는 상기 봄베 내부 공간의 상단에 근접하도록 상기 충전파이프의 상부에 형성된 기상 토출구와 상기 봄베 내주의 하단에 근접하도록 상기 충전파이프의 하부에 형성된 액상 토출구를 통해 가스 연료를 충전한다.
상기 (b)단계는 상기 액상 토출구를 통해 상기 봄베 내부의 액상층에 주입되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 상승량과 상기 기상 토출구를 통해 상기 기상층에 분사되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 감소량이 상쇄되어 일정하게 유지되도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 액상 토출구를 통해 액상층에 가스 연료를 충전함과 동시에 기상 토출구를 통해 기상층에 가스 연료의 일부를 분사한다.
즉, 본 발명은 액상층의 충전에 의한 기상층의 압력 증가량과 기상층에 가스연료를 분사하여 기상층 온도 저하에 따른 기상층의 압력 감소량을 상쇄시켜 봄베 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써 기상층의 과도한 압력상승으로 인한 가스 연료의 충전지연현상을 방지할 수 있다.
결과적으로 본 발명은 가스 연료 충전시 봄베 내부의 압력을 일정하게 유지하여 연료탱크로부터 연료라인으로 토출되는 가스 연료의 토출압력을 일정 수준으로 유지함으로써 토출압력 저하로 인한 엔진 부조 및 시동꺼짐 현상을 제거할 수 있다.
도 1은 LPG 연료를 사용하는 일반적인 가스연료차량용 연료탱크의 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크의 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크의 연료충전방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크의 구성을 보인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크는 외관을 형성하고 충격 또는 진동 등으로부터 연료탱크를 보호하도록 강제의 고압용기인 봄베(10)로 형성되고, 봄베(10)는 브래킷(11)에 의해 차체에 고정된다.
봄베(10)에는 연료펌프의 펌핑 압력에 의해 봄베(10) 내부에 충전된 가스 연료를 토출하는 멀티밸브(30) 및 연료주입구(22)를 통해 가스 연료를 충전하는 충전밸브(20)가 구비된다.
충전밸브(20)는 봄베(10)의 외부로 돌출되어 장착되는 하우징(21), 하우징의 일측에 결합되고 외부의 가스 연료를 주입하여 충전하는 연료주입구(22), 연료주입구(22)로부터 봄베(10) 내부에 저장된 가스 연료의 유면보다 낮은 위치까지 연결되는 충전파이프(23)를 구비한다.
하우징(21)은 연료탱크의 기밀을 유지하도록 패킹을 중간에 삽입하여 봄베(20)에 고정된다.
충전파이프(23)의 선단에 형성되는 액상 토출구(24)는 도 2에 도시된 바와 같이, 액상층에 가스 연료를 충전하도록 봄베(21) 내부 공간의 하단에 근접한 위치(C)에 설치된다.
따라서 액상 토출구(24)는 봄베(21)에 충전된 가스 연료의 유면(D)보다 낮은 위치(C)에 위치된다.
반면, 충전파이프(23)의 상부에는 충전파이프(23)를 통해 주입되는 가스 연료 중 일부를 기상층에 분사하도록 기상 토출구(25)가 형성된다.
기상 토출구(25)는 충전파이프(23)의 상단에 근접한 위치(E)에 형성되어 액체 상태의 가스연료를 기상층에 분사한다.
이와 같이, 기상 토출구(25)를 통해 분사된 가스 연료가 기상층에서 기화되어 하방으로 떨어짐에 따라 기상층의 온도 및 압력이 하강하게 한다.
즉, 본 발명은 액상 토출구를 통해 액상층에 가스 연료를 충전함과 동시에 기상 토출구를 통해 기상층에 가스 연료의 일부를 분사한다.
이때, 가스 연료를 액상층에 직접 충전함에 따라 연료 유면이 상승하게 되는데, 가스 연료의 일부를 기상 토출구를 통해 기상층에 분사하여 기상층의 온도 및 압력을 감소시킨다.
이에 따라, 본 발명은 액상층의 충전에 의한 기상층의 압력 증가량과 기상층에 가스연료를 분사하여 기상층 온도 저하에 따른 기상층의 압력 감소량을 상쇄시켜 봄베 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써 기상층의 과도한 압력상승으로 인한 가스 연료의 충전지연현상을 방지할 수 있다.
실험치에 의하면, 기상층의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 충전파이프(23)의 직경은 약 15mm로 형성되고, 기상 토출구(25)의 직경은 2mm로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 함께, 충전밸브(20)는 하우징(21)의 외부에 설치되는 안전밸브 및 수동밸브(도면 미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
다음 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크의 연료충전방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스연료차량용 연료탱크의 연료충전방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료주입구(22)를 통해 가스 연료의 주입이 시작된다(S10).
그러면, 연료주입구와 연결된 충전파이프를 통해 연료가 봄베 내부로 주입된다.(S11)
상세하게 설명하면, 충전파이프(23)의 선단에 형성되는 액상 토출구(24)는 봄베(10) 내부 공간의 하단에 근접하게 설치됨에 따라 봄베(10) 내부에 충전된 가스 연료의 유면(D)보다 낮은 위치(C)에 위치하게 된다.
따라서 액상 토출구(24)를 통해 주입되는 가스 연료는 봄베(10) 내부의 액상층에 신속하게 충전된다.
반면, 봄베(10) 내부 공간의 상단에 근접하도록 충전파이프(23) 상부에 형성되는 기상 토출구(25)는 가스 연료의 일부를 기상층에 분사한다.
이때, 기상 토출구(25)를 통해 분사된 가스 연료는 기상층에서 기화하면서 기상층의 온도 및 압력을 떨어지게 한다.
한편, 액상 토출구(24)와 기상 토출구(25)의 직경은 액상층 및 기상층 동시충전시 액상층의 유면 상승에 따른 기상층의 압력 증가량과 가스 연료의 기상층 분사에 따른 기상층의 압력 감소량을 일치시키도록 설정된 상태이다.
예컨대, 액상 토출구(24)의 직경은 약 15mm이고, 기상 토출구(25)의 직경은 약 2mm로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서 기상층의 압력 증가량과 압력 감소량이 상쇄됨에 따라 봄베(10) 내부의 압력은 일정하게 유지된다(S13).
이에 따라, 본 발명은 가스 연료 충전시 봄베 내부에 형성되는 기상층의 과한 압력 상승으로 인한 연료 충전지연현상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 가스 연료 충전시 봄베 내부의 압력을 일정하게 유지하여 연료탱크로부터 연료라인으로 토출되는 가스 연료의 토출압력을 일정 수준으로 유지함으로써 토출압력 저하로 인한 엔진 부조 및 시동꺼짐 현상을 제거할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구와 충전파이프의 상부에 형성되는 기상 토출구를 통해 연료를 동시에 충전하여 봄베 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써 기상층 압력 상승으로 인한 충전지연현상을 방지한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
상기의 실시 예에서는 LPG 연료를 이용하여 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 LPG 연료뿐만 아니라, 압축수소가스(Compressed Hydrogen Gas)나 압축천연가스(Compressed Natural Gas) 등 다양한 가스 연료를 사용하는 가스연료차량용 연료탱크에 적용되도록 변경될 수 있다.
10: 봄베 11: 브래킷
20: 충전밸브 21: 하우징
22: 연료주입구 23: 충전파이프
24: 액상 토출구 25: 기상 토출구
30: 멀티밸브

Claims (5)

  1. 가스 연료를 봄베 내부로 주입하여 충전하는 충전밸브가 구비되는 가스연료차량용 연료탱크에 있어서,
    상기 충전밸브는
    상기 봄베의 외부로 돌출되어 장착되는 하우징,
    상기 하우징의 일측에 결합되고 외부의 가스 연료를 주입하여 충전하는 연료주입구 및
    상기 연료주입구로부터 상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접한 위치까지 연결되는 충전파이프를 포함하고,
    상기 충전파이프에는
    상기 봄베 내부 공간의 하단에 근접하도록 상기 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구 및
    상기 봄베 내부 공간의 상단에 근접하도록 상기 충전파이프의 상부에 형성되는 기상 토출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스연료차량용 연료탱크.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액상 토출구와 기상 토출구의 직경은
    상기 액상 토출구를 통해 상기 봄베 내부의 액상층에 주입되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 상승량과 상기 기상 토출구를 통해 상기 기상층에 분사되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 감소량이 상쇄되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가스연료차량용 연료탱크.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 액상 토출구와 기상 토출구의 직경은
    각각 15mm와 2mm인 것을 특징으로 하는 가스연료차량용 연료탱크.
  4. (a) 연료주입구를 통해 가스 연료를 주입하는 단계 및
    (b) 상기 단계에서 주입된 가스 연료를 상기 연료주입구와 연결된 충전파이프를 통해 봄베 내부로 충전하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는
    상기 봄베 내부 공간의 상단에 근접하도록 상기 충전파이프의 상부에 형성된 기상 토출구와 상기 봄베 내주의 하단에 근접하도록 상기 충전파이프의 하부에 형성된 액상 토출구를 통해 가스 연료를 충전하는 것을 특징으로 하는 가스연료차량용 연료탱크의 연료충전방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (b)단계는
    상기 액상 토출구를 통해 상기 봄베 내부의 액상층에 주입되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 상승량과 상기 기상 토출구를 통해 상기 기상층에 분사되는 가스 연료에 의한 기상층의 압력 감소량이 상쇄되어 일정하게 유지되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 가스연료차량용 연료탱크의 연료충전방법.
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