KR100535606B1 - 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치에 관한 것으로서, 특히 보텍스 튜브의 냉각라인을 연료탱크 내부에 설치된 열교환기에 연결하여 냉각공기에 의해 연료탱크 내의 연료 온도가 냉각되도록 하고, 보텍스 튜브의 히팅라인의 끝부분에 캐니스터를 향하는 노즐을 형성하여 히팅공기에 의해 캐니스터의 온도가 상승하도록 하므로서, 연료탱크의 효율적인 냉각에 의한 증발가스의 발생량을 최소화하고, 캐니스터를 가열하여 증발가스 포집 및 퍼지성능을 향상시키며, 이를통해 증발가스 규제에 대해 효과적으로 대처할 수 있고, 과도한 퍼지 유량증가가 필요치 않아 엔진제어성능 향상 및 운전성능 개선이 가능토록 한 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치에 관한 것이다.

Description

보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치{Canister and fuel tank temperature control device}

본 발명은 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치에 관한 것으로서, 특히 연료탱크의 효율적인 냉각에 의한 증발가스의 발생량을 최소화하고, 캐니스터를 가열하여 증발가스 포집 및 퍼지성능을 향상시키며, 이를통해 증발가스 규제에 대해 효과적으로 대처할 수 있고, 과도한 퍼지 유량증가가 필요치 않아 엔진제어성능 향상 및 운전성능 개선이 가능토록 한 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치에 관한 것이다.

도 3 은 종래의 연료시스템을 도시한 것으로서,

연료탱크(30)의 내부에는 연료를 연료라인(37)을 통해 연료레일(35)로 펌핑하기 위한 연료펌프(36)가 설치되고, 연료탱크(30) 내부에서 발생된 증발가스는 투웨이밸브(31)를 통해 가스배출관(32)으로 유동되어 캐니스터(33)에 포집되고, 상기 캐니스터(33)에 포집된 증발가스는 퍼지콘트롤밸브(34)의 개폐동작에 의해 흡기측으로 공급되어 연소처리되도록 구성되어 있다.

상기와같은 캐니스터(33)에 의한 퍼지동작은 캐니스터(33)가 증발가스를 포집하고 있다가 퍼지동작시 유입되는 공기와 함께 연소실로 보내는 단순한 방식이며, 이 과정은 냉각수온의 난기조건, 피드백조건, 연료차단 조건 등 많은 제한조건들로 인해 실제로 증발가스가 퍼지되는 시간은 충분하지 못하게된다.

또한, 주행중 엔진으로부터 리턴되는 연료 및 주변 온도 상승에 의해 연료탱크의 온도상승은 불가피하게되고, 이로인해 증발가스량의 증가는 차량 운행 중 충분한 퍼지를 이루지 못할 가능성을 증대시키게되고, 이러한 경우 증발가스 발생량의 과다로 인한 캐니스터의 용량초과를 유발하게되는 문제점이 있었다.

엔진으로 완전히 배출되지 못하고 캐니스터에 남아있는 잔여가스는 시간이 지남에 따라 증발과 응축의 상변화를 반복함으로써 캐니스터의 내구성에 악영향을 미치게된다. 효율적인 퍼지를 이루기 위해 다양한 형태의 변화가 시도되고 있으나 그 효과는 제한적이며, 가격대비 만족할 만한 성능을 이루지 못하고 있는 실정이다. 캐니스터 내에 흡착된 연료를 퍼지시키기 위해 퍼지유량을 증가시키면 캐니스터내의 연료의 기화를 통한 흡열반응으로 인해 캐니스터의 온도가 낮아져 연료의 기화 및 퍼지를 저해하게된다. 이를 막기위해 캐니스터의 위치를 엔진룸 측으로 옮기거나 캐니스터 둘레를 히팅함으로서 캐니스터의 퍼지량을 증가시키는 시도가 이루어져 왔지만 이러한 조치들은 적절한 제어없이 이루어지는 것이 보통이어서 캐니스터의 과다한 온도상승으로 인한 위험성을 내포하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 보텍스 튜브의 냉각라인을 연료탱크 내부에 설치된 열교환기에 연결하여 냉각공기에 의해 연료탱크 내의 연료 온도가 냉각되도록 하고, 보텍스 튜브의 히팅라인의 끝부분에 캐니스터를 향하는 노즐을 형성하여 히팅공기에 의해 캐니스터의 온도가 상승하도록 하므로서, 연료탱크의 효율적인 냉각에 의한 증발가스의 발생량을 최소화하고, 캐니스터를 가열하여 증발가스 포집 및 퍼지성능을 향상시키며, 이를통해 증발가스 규제에 대해 효과적으로 대처할 수 있고, 과도한 퍼지 유량증가가 필요치 않아 엔진제어성능 향상 및 운전성능 개선이 가능토록 한 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

연료가 저장되는 연료탱크의 상측으로 증발가스 배출을 위한 가스배출관이 연결되고, 상기 가스배출관의 끝단에는 증발가스를 포집하여 퍼지콘트롤밸브를 통해 흡기측으로 제공급하는 캐니스터가 형성되어 있는 것에 있어서,

압축공기를 에어라인으로 배출하는 콤프레서와;

상기 에어라인의 도중에 설치되어 압축공기를 공급을 단속하는 개폐밸브와;

연료탱크 내부의 온도를 감지하고, 그 온도가 일정온도 이상일때 상기 개폐밸브를 개방시키는 온도센서와;

일측은 히팅라인이 연결되고 타측은 냉각라인이 연결되며, 에어라인으로 유입된 압축공기를 일부는 냉각시켜 냉각라인으로 배출함과 동시에 일부의 공기는 온도상승시켜 히팅라인으로 배출하는 보텍스 튜브와;

상기 냉각라인과 연결된 상태로 연료탱크 내에 설치되어 공급되는 찬공기로서 연료탱크 내부의 연료온도를 하강시키는 열교환기와;

상기 히팅라인의 끝부분에 형성되고 캐니스터를 향해 히팅에어를 분사하는 노즐; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 노즐은 캐니스터의 외부에 근접되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 과 도 2 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1 은 연료탱크를 나타내고, 상기 연료탱크(1) 내부에는 연료라인(3)을 통해 엔진으로 연료를 공급하는 연료펌프(2)가 형성된다.

연료탱크(1)의 일측에는 증발가스를 캐니스터(5)로 공급하는 가스배출관(4)이 형성되고, 상기 캐니스터(5)에 포집된 증발가스는 퍼지콘트롤밸브(6)의 개폐에 의해 흡기측으로 공급되도록 구성된다.

도면부호 10 은 압축공기를 에어라인(11)으로 배출시키는 콤프레서를 나타내고, 상기 에어라인(11)의 도중에는 압축공기의 배출을 단속하기 위한 개폐밸브(12)가 형성되며, 상기 연료탱크(1)의 내부에는 연료온도를 감지하는 온도센서(13)가 설치된다.

상기 온도센서(13)는 연료온도가 일정온도 이상일경우 상기 개폐밸브(12)를 개방시킨다.

한편, 상기 에어라인(11)의 끝단에는 보텍스 튜브(14)가 연결되는데, 보텍스 튜브(14)의 일측에는 냉각라인(16)이 연결되고, 타측에는 히팅라인(17)이 연결된다.

상기 보텍스 튜브(14)는 도 2 와같이 압축공기가 유입되는 케이스(20)의 일측에 다소 직경이 작은 제 1 유동관(21)이 형성되고 타측에 다소 직경이 큰 제 2 유동관(22)이 형성되며, 상기 제 2 유동관(22)의 끝부분에는 콘트롤밸브(23)(이 콘트롤밸브는 선택적으로 사용할 수 있다.)가 설치되어 있다.

이러한 보텍스 튜브(14)는 주로 러시아에서 연구되어 개발된 것으로 압축공기만을 이용하여 국소 냉각 및 가열을 가능하게하는 기능을 갖고 있으며, 휴대용 냉각장치, 열보호복, 과자 제조공장, 냉장차량 등에 사용되고 있었다.

보텍스 튜브(14)의 원리를 설명하면 다음과 같다.

고속으로 회전하는 공기는 자발적인 열분리현상이 발생하게되고, 이때의 열기류는 보텍스 튜브의 스크롤에 의해 주변부와 중심부의 온도차이가 발생하게되며, 이때 발생된 냉기와 온기를 적절한 비율로 분리함으로써 냉각기 또는 히터의 기능을 하게되는 것이다.

즉, 케이스(20)로 유입된 압축공기가 직경이 큰 제 2 유동관(22)을 강하게 선회하면서 유동하게 되고, 이때 외주부근은 압력이 높고 선회기류 중심은 낮은 압력이 되어 교축이 일어나게되며, 이때 압축공기 일부가 선회기류 중심을 통과하면서 열량을 잃고 냉각되면서 제 1 유동관(21)으로 유동되는 것이다.

보텍스 관의 바깥측 흐름과 내측 흐름의 회전수는 동일하나 운동속도는 내부 보다 바깥측 속도가 높게되고, 이때 운동에너지 차이가 열로 변환되어 바깥측은 공기 온도가 상승하고 내부 공기온도는 하강하게된다.

상기와같은 원리로 동작하여 보텍스 튜브(14)는 에어라인(11)으로 유입되는 압축공기중 내부를 선회하면서 냉각된 공기를 냉각라인(16)으로 배출하고, 온도 상승한 공기는 히팅라인(17)으로 배출한다.

한편, 상기한 연료탱크(1)의 내부에는 상기 냉각라인(16)을 통해 공급되는 찬 공기로서 연료탱크(1) 내부의 연료온도를 냉각시키는 열교환기(15)가 형성되고, 상기 히팅라인(17)의 끝부분에는 압축공기 분사용 노즐(18)을 형성하되, 이 노즐(18)이 도면과같이 캐니스터(5)에 근접하도록 설치하여 히팅라인(17)을 통해 배출되는 높은 온도의 공기가 캐니스터(5)로 분사되어 캐니스터(5)의 온도를 상승시키게된다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진 구동중 연료탱크(1) 내부의 온도가 일정온도를 넘어서게되면, 연료탱크(1) 내부에 설치된 온도센서(13)가 그 온도를 감지하여 개폐밸브(12)를 개방시키게되고, 상기 개폐밸브(12)가 개방됨에 따라 콤프레서(10)에서 배출된 압축공기가 에어라인(11)을 통해 보텍스 튜브(14)로 공급된다.

상기 보텍스 튜브(14)는 공급되는 압축공기의 일부를 냉각시켜 냉각라인(16)을 통해 열교환기(15)로 공급하므로서, 연료탱크(1) 내의 연료온도를 하강시켜 증발가스 발생량을 줄여줄 수 있게된다.

또한 상기 보텍스 튜브(14)는 공급되는 압축공기의 일부를 온도상승시켜 히팅라인(17)으로 배출하므로서, 히팅라인(17)의 끝부분에 설치된 노즐(18)을 통해 캐니스터(5)로 분사되어 캐니스터(5)의 온도를 상승시키게된다.

캐니스터(5)의 온도가 일정치 상승하게되면 포집된 증발가스의 퍼지량이 증가되는 효과를 기대할 수 있다.

연료탱크(1) 내의 연료온도가 일정온도 이하로 내려가면 온도센서(13)에 의해 개폐밸브(12)가 차단된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 보텍스 튜브의 냉각라인을 연료탱크 내부에 설치된 열교환기에 연결하여 냉각공기에 의해 연료탱크 내의 연료 온도가 냉각되도록 하고, 보텍스 튜브의 히팅라인의 끝부분에 캐니스터를 향하는 노즐을 형성하여 히팅공기에 의해 캐니스터의 온도가 상승하도록 하므로서, 연료탱크의 효율적인 냉각에 의한 증발가스의 발생량을 최소화하고, 캐니스터를 가열하여 증발가스 포집 및 퍼지성능을 향상시키며, 이를통해 증발가스 규제에 대해 효과적으로 대처할 수 있고, 과도한 퍼지 유량증가가 필요치 않아 엔진제어성능 향상 및 운전성능 개선이 가능토록 한 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명에 적용된 보텍스 튜브의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 3 은 종래의 연료시스템을 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료탱크 2 : 연료펌프

3 : 연료라인 4 : 가스배출관

5 : 캐니스터 6 : 퍼지콘트롤밸브

10 : 콤프레서 11 : 에어라인

12 : 개폐밸브 13 : 온도센서

14 : 보텍스 튜브 15 : 열교환기

16 : 냉각라인 17 : 히팅라인

18 : 노즐 20 : 케이스

21 : 제 1 유동관 22 : 제 2 유동관

23 : 콘트롤밸브

Claims (2)

1. 연료가 저장되는 연료탱크의 상측으로 증발가스 배출을 위한 가스배출관이 연결되고, 상기 가스배출관의 끝단에는 증발가스를 포집하여 퍼지콘트롤밸브를 통해 흡기측으로 제공급하는 캐니스터가 형성되어 있는 것에 있어서,

   압축공기를 에어라인으로 배출하는 콤프레서와;

   상기 에어라인의 도중에 설치되어 압축공기를 공급을 단속하는 개폐밸브와;

   연료탱크 내부의 온도를 감지하고, 그 온도가 일정온도 이상일때 상기 개폐밸브를 개방시키는 온도센서와;

   일측은 히팅라인이 연결되고 타측은 냉각라인이 연결되며, 에어라인으로 유입된 압축공기를 일부는 냉각시켜 냉각라인으로 배출함과 동시에 일부의 공기는 온도상승시켜 히팅라인으로 배출하는 보텍스 튜브와;

   상기 냉각라인과 연결된 상태로 연료탱크 내에 설치되어 공급되는 찬공기로서 연료탱크 내부의 연료온도를 하강시키는 열교환기와;

   상기 히팅라인의 끝부분에 형성되고 캐니스터를 향해 히팅에어를 분사하는 노즐; 로 구성된 것을 특징으로 하는 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐은 캐니스터의 외부에 근접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 보텍스 튜브를 이용한 캐니스터 및 연료탱크 온도 제어장치.