KR20130014939A - 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대체 에너지로 개발되는 디메틸에테르(Dimethyl-Ether; DME) 연료 차량의 난방 성능을 최적화할 수 있는 디메틸에테르 연료 차량의 난방 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 디메틸에테르가 저장되는 연료 탱크, 상기 디메틸에테르를 엔진으로 유도하도록 구비되는 연료 공급 라인, 상기 연료 공급 라인 상에 설치되고 상기 디메틸에테르를 연료 분사 장치로 압송하기 위한 연료 공급 펌프, 상기 연료 공급 펌프로부터 가압된 연료의 압력을 유지하기 위한 커먼 레일, 상기 커먼 레일로부터 공급된 디메틸에테르를 분사하는 연료 분사 장치, 상기 연료 분사 장치와 커먼 레일로부터 분지되고 상기 디메틸에테르의 잔여 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인 및 상기 연료 리턴 라인으로부터 리턴되는 디메틸에테르의 리턴 연료가 통과하도록 배치됨과 동시에 히터 코어와 근접하게 설치되어서 열교환하도록 형성되는 연료냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템을 제공한다.

Description

디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템{FUEL CIRCULATION SYSTEM FOR DIMETHYL-ETHER FUEL VEHICLE}
본 발명은 난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대체 에너지로 개발되는 디메틸에테르(Dimethyl-Ether; DME) 연료 차량의 난방 성능을 최적화할 수 있는 디메틸에테르 연료 차량의 난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 적용되는 디젤 엔진의 경우에는 엔진에 비하여 열효율이 우수하고, 지구 온난화 가스인 이산화탄소의 배출이 적다는 장점은 있으나, 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 배출량이 크다는 문제점이 있다.
이에 따라 디젤 엔진의 저공해 대체 연료로서, 천연가스 및 LPG의 적용이 활발하게 추진되고 있으나, 디젤 엔진에 비하여 열효율이 떨어지고, 연료 시스템 등 많은 개조가 이루어져야 한다는 문제점이 있는바, 최근에는 디젤 엔진의 대체 연료로서 디메틸에테르(이하, 'DME'라 함)가 크게 각광받고 있다.
DME는 융점 138.5도, 비점 25.1도(1기압)에서, 경유보다도 세탄가가 높고, 연소하여도 그을음이 발생되지 않기 때문에, 환경오염이 적은 클린 에너지로 부상하고 있으며, LPG 인프라 및 디젤 엔진 등으로의 적용이 진행되고 있다.
이러한 DME는 상온 상압 하에서는 기체로 되는 성질을 갖고 있기 때문에, DME를 연료로 사용하기 위해서는 DME를 가압하고, 액화하여 엔진에 공급한다.
상기 DME는 기화에 의해 DME 중에 기포가 혼입하고 엔진의 회전이 불안정하게 되며 배관이나 펌프 내부에서 캐비테이션이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
한편, DME에 과도한 압력을 가하면 DME는 점성이 낮아지기 때문에 DME의 누출이 발생하여서 온도 및 압력 조절을 위한 회수 시스템이 요구된다. 따라서 DME를 적절하게 가압함과 동시에 냉각하여 액화 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다.
상기와 같은 이유로 인하여 DME연료가 적용되는 엔진의 연료 시스템에서는 DME연료를 회수하여서 연료 온도를 안정적으로 냉각시켜주게 된다.
여기서, 상기 DME연료의 리턴 연료의 온도는 100도 이상의 고온이기 때문에 이를 냉각시키기 위해서는 별도의 쿨링 장치가 설치된다. 하지만, 이러한 별도의 쿨링 장치를 작동시키기 위하여 발전기를 지속적으로 작동시켜야 할 뿐만 아니라 에너지를 낭비하게 되어 연비의 악화를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료 냉각 쿨러를 작동하기 위한 구동 발전기의 작동 빈도를 감소시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 DME 연료 장치의 100℃ 이상의 리턴 연료 회수열을 히터 코어로 재순환시킴으로써 동절기 난방 성능을 향상시키는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템은 디메틸에테르가 저장되는 연료 탱크, 상기 디메틸에테르를 엔진으로 유도하도록 구비되는 연료 공급 라인, 상기 연료 공급 라인 상에 설치되고 상기 디메틸에테르를 연료 분사 장치로 압송하기 위한 연료 공급 펌프, 상기 연료 공급 펌프로부터 가압된 연료의 압력을 유지하기 위한 커먼 레일, 상기 커먼 레일로부터 공급된 디메틸에테르를 분사하는 연료 분사 장치, 상기 연료 분사 장치와 커먼 레일로부터 분지되고 상기 디메틸에테르의 잔여 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인 및 상기 연료 리턴 라인으로부터 리턴되는 디메틸에테르의 리턴 연료가 통과하도록 배치됨과 동시에 히터 코어와 근접하게 설치되어서 열교환하도록 형성되는 연료냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 냉각 장치는 열 교환기와 냉각 전동 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각 전동 팬에 의해 상기 열교환기와 히터 코어 간의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 공급 펌프는
상기 연료 공급 라인 상에 설치되어 상기 연료 탱크 내의 연료를 소정 압력으로 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 동력을 제공하는 저압 펌프; 및
상기 저압 펌프의 하류 측에 설치되고 상기 저압 펌프에서 가압된 압력보다 더 높은 압력으로 가압하기 위한 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 냉각 장치에서 냉각 처리된 후 연료 라인 내의 맥동을 방지하기 위한 어큐뮬레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 리턴 라인 상에서 상기 연료 탱크와 연통되도록 설치되고 상기 리턴 연료의 일정한 압력을 제어하기 위한 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레귤레이터와 연료 탱크의 사이에는 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템에 의하면, 동절기 및 시동 초기 상태에 고온의 바람을 제공하기 위한 별도의 전기 소자 발열체를 생략할 수 있으므로 원가절감의 효과를 갖는다.
또한, 리턴 연료의 회수를 통해 히터 성능의 개선 및 연료의 냉각 효과를 동시에 확보할 수 있다.
또한, 연료 냉각 쿨러를 작동하기 위한 구동 발전기의 작동 빈도를 감소시킴으로써 연비 향상의 효과를 갖는다.
도 1은 종래기술에 의한 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템은 연료 탱크(10), 저압 펌프(20), 고압 펌프(30), 커먼 레일(40), 연료 분사 장치(50), 연료 냉각 장치(60), 어큐뮬레이터(70) 및 레귤레이터(80)를 포함한다.
상기 연료 탱크(10)는 액상의 DME 연료를 저장하는 기능을 하게 된다. 이러한 연료 탱크(10) 내부에는 저장된 연료를 토출하기 위한 저압 펌프(20)가 설치될 수 있다. 여기서, 상기 DME연료를 액화 공급하기 위해서는 수기압 정도로 충분하지만, 후술하는 고압 펌프(30)에서의 온도 상승 시 기화될 우려가 있기 때문에 별도로 구비되는 2개의 연료 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 연료 탱크(10)와 연통되어 형성되는 저압 공급 라인(L1)을 통하여 연료 탱크(10)로부터 1차적으로 연료를 토출하기 위한 저압 펌프(20)에 의하여 압송된다. 이러한 저압 펌프(20)를 경유하게 되면 약 20bar 수준으로 승압된 후 고압 펌프(30)로 공급된다.
상기 저압 펌프(20)를 통과한 DME 연료는 고압 펌프(30)를 통하여 고압 공급 라인(L2)을 경유하면서 약 900bar의 연료압력을 형성한다.
이후, 상기와 같이 고압으로 형성된 DME 연료는 고압 공급 라인(L2)을 따라 경유하는 과정에서 상기 압력을 유지하기 위해 구비되는 커먼 레일(40)에 고압 상태로 충진되며, 이러한 커먼 레일(40)에는 분배로(미도시)를 통하여 복수개의 연료 분사 장치(50)와 연결됨으로써 엔진의 연소실(미도시)로 분사되어서 공기와 압축되어 폭발하게 된다.
또한, 상기 고압 펌프(30)의 후단 또는 상기 커먼 레일(40)로부터 잔여하는 연료 및 상기 연료 분사 장치(50)로부터 연소실에 분사되고 난 후 회수되는 리턴 연료가 연료 리턴 라인(L3)을 통하여 상기 연료 탱크(10)로 리턴된다. 여기서, 상기 연료 리턴 라인(L3) 상에는 고온으로 상승한 연료를 안정적인 액상 연료인 상태로 연료 탱크(10)로 송출시키기 위한 연료 냉각 장치(60)가 설치된다.
상기 연료 냉각 장치(60)는 히터 코어(H)와 라디에이터(R) 사이에 개재되는 열 교환기(61) 및 냉각 전동 팬(62)으로 이루어진다.
여기서, 상기 열 교환기(61)는 상기 냉각 전동 팬(62)의 작동에 의해 후술하는 히터 코어(H)와의 열교환을 수행하게 되고 상기 연료 냉각 장치(60)에 근접하도록 히터 코어(H)가 배치된다.
즉, 엔진의 웜업이 완료되었을 경우에는 상기 연료 냉각 장치(60)를 경유하는 고온의 공기는 외부로 배출되거나 냉각 전동 팬(62)의 작동으로 인하여 라디에이터(R)에 의해 냉각되도록 하고, 운전자가 히터 작동을 하게 되면 연료 냉각 장치(60)를 통한 고온의 리턴 연료에 의해 히터 코어(H)가 데워지므로 실내 공기를 상승시키게 된다. 이와 같이 상기 DME의 리턴 연료의 열에너지를 상기 히터 코어(H)에 전달함으로써 리턴 연료를 냉각하기 위해 작동시키는 냉각 전동 팬(62) 등의 구동 발전기를 작동시키는 빈도를 저감시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 상기 리턴된 연료의 열에너지를 외부로 배출하지 않고 난방에 사용함으로써 상기 난방 장치를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 구성으로 인하여 차량의 초기 시동 시 또는 외기 온도가 낮은 경우 엔진의 웜업이 충분히 이루어지지 않았을 때 히터 코어(H)가 난방 기능을 적절히 수행하지 못하더라도 상기 리턴 연료로부터 전달받는 열로 인하여 상기 히터 코어(H)에 고온의 공기를 신속하게 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 어큐뮬레이터(70)는 상기 연료 냉각 장치(60)에서 냉각 처리된 연료를 액상 연료 유지 상태로 냉각 처리한 후 연료 리턴 라인(L3) 상의 맥동을 방지하기 위하여 설치될 수 있다.
상기 레귤레이터(80)는 상기 어큐뮬레이터(70)와 상기 연료 탱크(10)의 사이에서 상호 연통되도록 설치되고 이러한 레귤레이터(80)는 리턴 연료를 일정한 압력으로 유지할 수 있도록 한다.
이후, 상기 레귤레이터(80)와 연료 탱크(10) 사이에는 상기 연료 탱크(10)로부터의 역류를 방지하기 위하여 일반적으로 적용되는 체크 밸브(90)가 더 포함될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 연료 탱크
20: 저압 펌프
30: 고압 펌프
40: 커먼 레일
50: 연료 분사 장치
60: 연료 냉각 장치
61: 열 교환기
62: 냉각 전동 팬
70: 어큐뮬레이터
80: 레귤레이터
90: 체크 밸브
L1: 저압 공급 라인
L2: 고압 공급 라인
L3: 연료 리턴 라인
H: 히터 코어
R: 라디에이터

Claims (7)

  1. 디메틸에테르가 저장되는 연료 탱크;
    상기 디메틸에테르를 엔진으로 유도하도록 구비되는 연료 공급 라인;
    상기 연료 공급 라인 상에 설치되고 상기 디메틸에테르를 연료 분사 장치로 압송하기 위한 연료 공급 펌프;
    상기 연료 공급 펌프로부터 가압된 연료의 압력을 유지하기 위한 커먼 레일;
    상기 커먼 레일로부터 공급된 디메틸에테르를 분사하는 연료 분사 장치;
    상기 연료 분사 장치와 커먼 레일로부터 분지되고 상기 디메틸에테르의 잔여 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인; 및
    상기 연료 리턴 라인으로부터 리턴되는 디메틸에테르의 리턴 연료가 통과하도록 배치됨과 동시에 히터 코어와 근접하게 설치되어서 열교환하도록 형성되는 연료냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 냉각 장치는 열 교환기와 냉각 전동 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 전동 팬에 의해 상기 열교환기와 히터 코어 간의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급 펌프는
    상기 연료 공급 라인 상에 설치되어 상기 연료 탱크 내의 연료를 소정 압력으로 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 동력을 제공하는 저압 펌프; 및
    상기 저압 펌프의 하류 측에 설치되고 상기 저압 펌프에서 가압된 압력보다 더 높은 압력으로 가압하기 위한 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료 냉각 장치에서 냉각 처리된 후 연료 라인 내의 맥동을 방지하기 위한 어큐뮬레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료 리턴 라인 상에서 상기 연료 탱크와 연통되도록 설치되고 상기 리턴 연료의 일정한 압력을 제어하기 위한 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레귤레이터와 연료 탱크의 사이에는 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템.
KR1020110076700A 2011-08-01 2011-08-01 디메틸에테르 연료 차량의 연료 순환 시스템 KR101294511B1 (ko)

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