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KR101001200B1 - 차량용 액화연료 저장장치 - Google Patents

차량용 액화연료 저장장치 Download PDF

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KR101001200B1
KR101001200B1 KR1020090001955A KR20090001955A KR101001200B1 KR 101001200 B1 KR101001200 B1 KR 101001200B1 KR 1020090001955 A KR1020090001955 A KR 1020090001955A KR 20090001955 A KR20090001955 A KR 20090001955A KR 101001200 B1 KR101001200 B1 KR 101001200B1
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South Korea
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storage tank
fuel
pipe
liquefied fuel
pressure
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권현욱
황인철
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제우기공 주식회사
재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

별도의 동력원 없이 저장탱크의 내부 압력을 소정압력으로 승압시킬 수 있는 차량용 액화 연료 저장장치가 개시된다.
상기한 차량용 액화 연료 저장장치는 연료가 저장되는 내부공간을 구비하는 저장탱크, 및 상기 저장탱크에 저장되는 액화 연료가 인입되도록 일단은 상기 저장탱크의 하단부에 연결되고 유입된 액화 연료가 기화된 후 상기 저장탱크의 상단부로 유입되도록 타단은 상기 저장탱크의 상단부에 연결되며, 저장탱크의 내부 압력에 따라 개폐되는 밸브부재를 구비하는 승압유닛을 포함한다.
이러한 차량용 액화연료 저장장치에 의하면, 승압유닛을 통해 저장탱크 내부 압력을 사용압력까지 즉각적으로 승압시킬 수 있으므로, 저장탱크 내부에 충진되는 연료의 압력에 관계없이 충진되는 연료를 즉시 사용할 수 있다.
저장장치, 초저온, 액화연료, LNG

Description

차량용 액화연료 저장장치{A STORAGE APPRATUS OF LIQUEFIED FUEL FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 액화연료 저장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챠량의 연료로 사용되는 초저온 액체연료를 저장하는 차량용 액화연료 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 연료, 예를 들어 LNG는 압력 및 내부 에너지량에 따라 변화하는 유체 특성을 나타내는 동적 연료(dynamic fuel)이다. 이와 같은 차량용 연료는 특정의 압력범위 내에서 차량의 엔진에 공급되어야 하며, 차량용 초저온용기 내부의 압력이 사용압력 보다 높은 경우 이를 낮추기 위해 내부기체 배출(ventilation)용 배관 시스템을 채용하는 예들이 있다.
그런데, LNG 공급기지에서 충전될 때의 액화연료의 압력이 차량용 엔진연료로의 사용압력 보다 낮을 경우 초저온용기의 내부의 압력이 시간이 지남에 따라 자연적으로 올라갈 때까지 해당 저장연료로 차량 운행을 하지 못하게 된다.
미국의 경우 차량용 엔진에 사용되는 LNG 사용압력을 5kg/cm2으로 지정하고 있어 LNG 공급기지에서 연료충전시 별도의 가열장치를 두어 주입되는 LNG 연료의 압력을 사용압력까지 높여서 주입하는 방법을 채택하고 있다.
그러나, 이러한 경우 초저온상태로 저장되어 있는 액화연료(LNG 등)가 액화된 상태로 용기 내에 보존될 수 있는 기간이 그만큼 단축될 수 밖에 없다. 또한, 별도의 가열장치를 두어야 하므로 LNG 액화연료의 공급을 위한 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 국내 LNG 공급기지 여건상 현재 총 3개소의 공급기지에서의 LNG 온도 및 압력의 상태가 차이가 나므로, 상대적으로 LNG 압력이 낮은 공급기지에서 LNG를 충전하는 경우 현재의 통용되는 차량용 초저온용기로는 LNG가 사용압력까지 상승될 때까지 LNG 엔진을 가동할 수 없고 차량을 대기상태로 둘 수 밖에 없는 문제가 있다.
본 발명은 별도의 동력원 없이 저장탱크 내부 압력을 소정압력으로 승압시킬 수 있는 차량용 액화연료 저장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 액화연료 저장장치는 연료가 저장되는 내부공간을 구비하는 저장탱크, 및 상기 저장탱크에 저장되는 액화 연료가 인입되도록 일단은 상기 저장탱크의 하단부에 연결되고 유입된 액화 연료가 기화된 후 상기 저장탱크의 상단부로 유입되도록 타단은 상기 저장탱크의 상단부에 연결되며, 상기 저장탱크에 저장되는 액화 연료가 인입되도록 일단은 상기 저장탱크의 하단부에 연결되고 유입된 액화 연료가 기화된 후 상기 저장탱크의 상단부로 유입되도록 타단은 상기 저장탱크의 상단부에 연결되며, 저장탱크의 내부 압력에 따라 개폐되는 밸브부재를 구비하는 승압유닛을 포함한다.
상기 승압유닛은 일단이 상기 저장탱크의 내부로 삽입되도록 상기 저장탱크에 연결되어 액화연료가 유입되는 제1 파이프와, 일단이 상기 제1 파이프에 연결되어 액화 연료가 유입되며, 유입된 액화 연료가 기화되어 상기 저장탱크로 유입되도록 타단이 상기 저장탱크의 상단부에 연결되는 제2 파이프, 및 상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하며, 유입되는 연료의 압력에 따라 개폐되는 밸브부재를 구비할 수 있다.
상기 제2 파이프는 일부분이 상기 저장탱크로부터 용이하게 유입되도록 상기 저장탱크보다 낮은 위치에 배치되며, 상기 저장탱크로부터 유입된 액체연료는 상기 제 2 파이프 내부를 유동하면서 기화될 수 있다.
상기 제1 파이프는 상기 저장탱크로부터 상기 액화 연료가 유입되는 것을 조절하는 개폐부재를 구비할 수 있다.
상기 밸브부재는 상기 저장탱크의 내부 압력이 기설정된 압력보다 낮은 경우 열리고, 상기 저장탱크의 내부 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 닫힐 수 있다.
본 발명에 따르면, 승압유닛을 통해 저장탱크 내부에 저장되는 연료의 압력을 사용압력까지 즉각적으로 승압시킬 수 있으므로, 저장탱크 내부에 충진되는 연료의 압력에 관계없이 충진되는 연료를 즉시 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자가 필요에 따라 개폐부재를 조절하여 저장탱크 내부에 저장되는 액화 연료가 승압유닛으로 유입되는 양을 조절하여 저장탱크 내부 압력을 승압시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 승압유닛을 통해 저장탱크에 저장되는 연료의 압력을 상승시킬 수 있으므로, 가열 등에 의해 압력을 상승시키지 않을 수 있어 연료의 저장기간이 단축되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치를 나타내는 사 시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 액화연료 저장장치(100)는 일예로서, 저장탱크(120), 승압유닛(140)을 포함한다.
저장탱크(120)는 내부에 연료가 저장되는 내부공간을 구비한다. 즉 저장탱크(120)는 내부에 천연가스, 수소, 질소, 산소, 이산화탄소, 메탄, 프로판, 부탄 암모니아, 알곤 등과 같은 초저온 상태에서 액체가 되는 초저온 유체를 저장하는 내부공간을 구비한다.
또한, 저장탱크(120)는 내부에 저장되는 유체가 저온상태로 유지되도록 내부벽체(122)와 외부벽체(124)를 구비한다. 다시 말해, 저장탱크(120)는 외기와의 열전달을 방지할 수 있도록 이중 벽체의 구조로 이루어지며, 보다 효율적으로 열전달을 방지하기 위해 내부벽체(122)와 외부벽체(124)의 사이 공간은 진공상태일 수 있다.
또한, 내부벽체(122)와 외부벽체(124)의 사이공간에는 열전달을 방지하기 위한 단열재가 충진될 수 있다.
승압유닛(140)은 저장탱크(120)에 저장되는 액화 연료가 유입되도록 일단은 저장탱크(120)의 하단부에 연결되고, 유입된 액화 연료가 기화된 후 저장탱크(120)의 상단부로 유입되도록 타단은 저장탱크(120)의 상단부에 연결되며, 저장탱크(120)의 내부 압력에 따라 개폐되는 밸브부재(146)를 구비할 수 있다.
이를 위해, 승압유닛(140)은 제1 파이프(142), 제2 파이프(144), 및 밸브부 재(146)를 구비할 수 있다.
제1 파이프(142)는 저장탱크(120)의 내부에 저장된 액화 연료가 유입될 수 있도록 일단이 저장탱크(120)의 내부로 삽입되도록 저장탱크(120)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 파이프(142)는 저장탱크(122)에 저장되는 액화 연료가 저장탱크(120)로부터 용이하게 유출될 수 있도록 저장탱크(120)의 내부벽체(122) 바닥면에 인접하도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 파이프(142)는 액화 연료가 유입되는 것을 조절하기 위한 개폐부재(142a)를 구비할 수 있다. 개폐부재(142a)는 저장탱크(120)의 외부에 배치되도록 제1 파이프(142)에 설치될 수 있으며, 사용자는 필요한 경우에만 제1 파이프(142)로 액화 연료가 유입되도록 개폐부재(142a)를 조정할 수 있다.
한편, 개폐부재(142a)는 수동밸브일 수 있다. 즉, 사용자는 필요한 경우 수동밸브를 열어 제1 파이프(142)의 내부로 액화 연료가 유입될 수 있도록 하고, 저장 탱크(120)의 내부 압력을 상승시킬 필요가 없는 경우 수동밸브를 닫아 제1 파이프(142)의 내부로 액화 연료가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 파이프(142)의 일단에는 액화 연료가 제1 파이프(142)의 내부로 용이하게 유입될 수 있도록 꺾임부(142b)를 구비할 수 있다. 꺾임부(142b)는 저장탱크(120)의 바닥면을 향하도록 형성되어 있으므로 용기에 남아 있는 액화 연료가 적더라도 제1 파이프(142)의 내부로 유입될 수 있다.
제2 파이프(144)는 일단이 제1 파이프(142)에 연결되어 액화 연료가 내부로 유입되며, 유입된 액화 연료가 기화되어 저장탱크(120)로 유입될 수 있도록 타단이 저장탱크(120)의 상단부에 연결될 수 있다.
제2 파이프(144)는 유입된 액화연료가 대기온도에 의해 기화될 수 있도록 충분한 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 내부로 유입된 액화연료의 체류시간 및 제2 파이프(144)와 외기와의 접촉면적을 증가시키기 위해 제2 파이프(144)는 구불구불한 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 저장탱크(120)에 저장된 액화된 연료의 온도는 일반적으로 초저온을 유지하는데, 상기한 바와 같이 액화 연료가 제2 파이프(144) 내부로 유입되면 외기와의 열전달에 의해 액화연료의 온도가 상승한다. 이에 따라 액화 연료는 기화될 수 있다.
한편, 제2 파이프(144)의 전단은 저장탱크(120)로부터 액화 연료가 용이하게 유입될 수 있도록 저장탱크(120)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 즉, 저장탱크(120)에 저장된 액화 연료는 위치에너지의 차이에 의하여 제2 파이프(144)의 내부로 용이하게 유입될 수 있다.
또한 제2 파이프(144)는 기화된 연료가 저장탱크(120)의 내부로 공급될 수 있도록 저장탱크(120)의 상단부에 연결될 수 있다. 즉, 제2 파이프(144)의 일단은 제1 파이프(142)에 연결되고 타단은 저장탱크(120)의 상단부에 연결되어 제2 파이프(144)의 내부로 유입되어 기화된 연료가 저장탱크(120)의 내부로 유입될 수 있다.
다시 말해, 제2 파이프(142)의 내부로 유입된 액화연료가 기화되면 압력이 상승하게 되고, 이와 같이 높은 압력을 가진 기화된 연료는 압력이 상대적으로 낮 은 저장탱크(120) 내부로 흐를 수 있다.
따라서, 저장탱크(120)의 내부에 저장된 액화 연료가 제2 파이프(142)로 유입된 후 기화되고, 기화된 연료가 다시 저장탱크(120)의 내부로 유입됨으로써, 저장탱크(120)의 내부 압력이 상승할 수 있다. 결국, 저장탱크에 저장되는 연료의 압력이 상승할 수 있다.
한편, 제1 파이프(142), 제2 파이프(144)와 저장탱크(120)의 연결부에는 도면에도 도시되지 않았으나, 저장탱크(120)의 내부로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 별도의 부재가 설치될 수 있다. 파이프와 탱크의 연결시 내부로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 구성은 공지기술에 해당하는 것으로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
밸브부재(146)는 제1 파이프(142)와 제2 파이프(144)를 연결하며, 유입되는 연료의 압력에 따라 개폐될 수 있다. 즉, 밸브부재(146)는 일단이 제1 파이프(142)에 연결되고 타단이 제2 파이프(144)에 장착될 수 있다. 다시 말해 밸브부재(146)는 제1 파이프(142)와 제2 파이프(144) 사이에 배치되고, 제1 파이프(142)로부터 액화 연료가 밸브부재(146)를 통해 제2 파이프(144)로 유입될 수 있다.
또한, 밸브부재(146)는 저장탱크(120)의 내부 압력이 기설정된 압력보다 낮은 경우 제1 파이프(142)와 제2 파이프(144)가 연통되도록 개방되고, 저장탱크(120)의 내부 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 폐쇄될 수 있다.
즉, 밸브부재(146)를 통과하는 액화 연료의 압력이 기설정된 압력보다 낮은 경우 밸브부재(146)는 개방된 상태를 유지하고, 액화 연료의 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 액화 연료가 제2 파이프(144)로 유입되지 못하도록 폐쇄될 수 있다.
다시 말해, 저장탱크(120)의 내부 압력이 기설정된 압력보다 낮은 경우 제2 파이프(144)의 내부에서 기화된 연료는 제2 파이프(144)를 통해 저장탱크(120)의 상단부에 공급될 수 있고, 이에 따라 저장탱크(120)의 내부 압력은 상승할 수 있다.
이후, 밸브부재(146)로 유입되는 연료의 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 밸브부재(146)는 폐쇄되고, 이에 따라 제1 파이프(142)로부터 액화 연료가 제2 파이프(144)로 유입되지 못한다. 결국, 저장탱크(120)로부터 또는 저장탱크(120)로 연료가 유입,유출되지 않아 저장탱크(120)의 내부 압력은 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 밸브부재(146)는 유입되는 연료의 압력에 따라 개폐될 수 있는 릴리프 밸브, 체크 밸브일 수 있다. 즉, 밸브부재(146)는 유입되는 연료의 압력에 따라 개폐될 수 있는 구성으로서 이와 같은 기능을 가진 어떠한 구성도 채용 가능할 것이다.
상기한 바와 같이, 승압유닛(140)을 통해 저장탱크(120)의 내부 압력을 사용압력까지 즉각적으로 승압시킬 수 있으므로, 저장탱크(120) 내부에 충진되는 연료의 압력에 관계없이 충진되는 연료를 즉시 사용할 수 있다.
또한, 사용자가 필요에 따라 개폐부재(142a)를 조작하여 저장탱크(120) 내부에 저장되는 액화 연료가 승압유닛(140)으로 유입되는 양을 조절하여 저장탱크(120)의 내부 압력을 승압시킬 수 있다.
그리고, 승압유닛(140)을 통해 저장탱크(120)에 저장되는 연료의 압력을 상승시킬 수 있으므로, 가열 등에 의해 압력을 상승시키지 않을 수 있어 연료의 저장기간이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
저장탱크(120)에 차량의 엔진에 공급되는 압력보다 낮은 압력을 가진 액화연료가 충진된다. 이후 사용자가 개폐부재(142a)를 개방하면 충진된 액화연료는 저장탱크(120)에 연결된 승압유닛(140), 즉 제1 파이프(142)로 유입된다.
즉, 개폐부재(142a)가 개방된 상태인 경우 제2 파이프(144)는 저장탱크(120)보다 낮은 위치에 배치되도록 제1 파이프(142)에 연결되어 있으므로, 액화 연료는 중력에 의해 제1 파이프(142)로 유입된 후 제2 파이프(144)로 유입될 수 있다.
제2 파이프(142)로 유입된 액화 연료는 제2 파이프(142)의 내부에서 기화되는데, 이는 제2 파이프(142) 주위의 외기와의 열전달에 의해 기화될 수 있다. 다시 말해, 외기와의 열전달에 의해 액화 연료의 온도가 상승되고, 이에 따라 액화 연료는 기화될 수 있다.
이후 제2 파이프(144)에서 기화된 연료는 제2 파이프(144)를 따라 흘러 저장탱크(120)의 내부로 유입된다.
이때, 저장탱크(120)의 내부 압력이 제2 파이프(144)의 압력보다 상대적으로 낮기 때문에 기화된 연료는 저장탱크(120)의 내부로 유입될 수 있다. 이와 같이 기화된 연료가 저장탱크(120)의 내부로 유입되면 저장탱크(120)의 내부 압력은 상승 하게 된다.
상기한 바와 같이, 액화 연료가 승압유닛(140)을 통해 기화되어 저장탱크(120)의 내부로 유입되면, 저장탱크(120)의 내부 압력이 계속해서 상승한다. 이후 저장탱크(120)의 내부 압력, 즉 저장탱크(120)에 저장되는 연료의 압력이 기설정된 압력보다 높은 압력으로 상승되면, 승압유닛(140)의 밸브부재(146)가 닫힐 수 있다.
즉, 밸브부재(146)로 유입된 연료의 압력이 기설정된 압력보다 높은 경우, 연료에 의해 밸브부재(146)에 가해지는 압력이 높아지게 되며, 이에 따라 밸브부재(146)는 닫힐 수 있다.
결국, 저장탱크(120)의 내부에 저장된 액화연료는 더 이상 승압유닛(140), 즉 제1 파이프(142)로 유입되지 못하며, 더 이상 기화된 연료도 저장탱크(120)의 내부로 유입되지 못한다.
이후, 저장탱크(120)의 내부 압력이 하강하면, 밸브부재(146)는 다시 열리게 되고, 이에 따라 액화 연료가 승압유닛(140)으로 유입될 수 있다. 이후 저장탱크(120)의 내부 압력이 상승되고, 기설정된 압력보다 높은 압력에 도달하면 밸브부재(146)는 다시 닫히게 된다.
다만, 상기한 작동은 사용자가 개폐부재(142a)를 개방시킨 경우에만 가능하며, 사용자가 저장 탱크(120)의 내부 압력을 상승시키는 것을 원하지 않는 경우 사용자는 개폐부재(142a)가 폐쇄된 상태를 유지하도록 조작하여 저장탱크(120)의 내부 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 승압유닛(140)을 통해 저장탱크(120)의 내부 압력을 사용압력까지 즉각적으로 승압시킬 수 있으므로, 저장탱크(120) 내부에 충진되는 연료의 압력에 관계없이 충진되는 연료를 즉시 사용할 수 있다.
또한, 사용자가 필요에 따라 개폐부재(142a)를 조작하여 저장탱크(120) 내부에 저장되는 액화 연료가 승압유닛(140)으로 유입되는 양을 조절하여 저장탱크(120)의 내부 압력을 승압시킬 수 있다.
그리고, 승압유닛(140)을 통해 저장탱크(120)에 저장되는 연료의 압력을 상승시킬 수 있으므로, 가열 등에 의해 압력을 상승시키지 않을 수 있어 연료의 저장기간이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 액화연료 저장장치를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 차량용 액화연료 저장장치
120 : 저장탱크
122 : 내부벽체
124 : 외부벽체
140 : 승압유닛
142 : 제1 파이프
144 : 제2 파이프
146 : 밸브부재

Claims (5)

  1. 연료가 저장되는 내부공간을 구비하는 저장탱크; 및
    상기 저장탱크에 저장되는 액화 연료가 인입되도록 일단은 상기 저장탱크의 하단부에 연결되고 유입된 액화 연료가 기화된 후 상기 저장탱크의 상단부로 유입되도록 타단은 상기 저장탱크의 상단부에 연결되며, 저장탱크의 내부 압력에 따라 개폐되는 밸브부재를 구비하는 승압유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액화연료 저장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 승압유닛은
    일단이 상기 저장탱크의 내부로 삽입되도록 상기 저장탱크에 연결되어 액화연료가 유입되는 제1 파이프;
    일단이 상기 제1 파이프에 연결되어 액화 연료가 유입되며, 유입된 액화 연료가 기화되어 상기 저장탱크로 유입되도록 타단이 상기 저장탱크의 상단부에 연결되는 제2 파이프; 및
    상기 제1 파이프와 상기 제2 파이프를 연결하며, 유입되는 연료의 압력에 따라 개폐되는 밸브부재;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 액화연료 저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 파이프는 일부분이 상기 저장탱크로부터 액화 연료가 용이하게 유입되도록 상기 저장탱크보다 낮은 위치에 배치되며,
    상기 저장탱크로부터 유입된 액체연료는 상기 제 2 파이프 내부를 유동하면서 기화되는 것을 특징으로 하는 차량용 액화연료 저장장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 파이프는
    상기 저장탱크로부터 상기 액화 연료가 유입되는 것을 조절하는 개폐부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 액화연료 저장장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 밸브부재는
    상기 저장탱크의 내부 압력이 기설정된 압력보다 낮은 경우 열리고, 상기 저장탱크의 내부 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 닫히는 것을 특징으로 하는 차량용 액화연료 저장장치.
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