KR101339263B1

KR101339263B1 - Lpi 차량용 열교환기

Info

Publication number: KR101339263B1
Application number: KR1020120121388A
Authority: KR
Inventors: 김명환; 김재연
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-12-09

Abstract

LPI 차량용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 LIP 차량용 열교환기는 LPG 연료를 사용하는 LPI 차량에서 엔진으로부터 리턴되는 고온의 LPG 연료를 냉각하기 위한 LPI 차량용 열교환기에 있어서, 압축기와 증발기를 상호 연결하며, 상기 증발기로부터 상기 압축기로 공급되는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제1 파이프; 상기 제1 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 상기 제1 파이프의 외주면 사이에 LPG 연료가 유동하는 연료유로가 형성되는 제2 파이프; 상기 압축기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 엔진으로부터 리턴된 LPG 연료를 상기 제2 파이프의 연료유로로 유입시키는 유입포트가 형성된 제1 연결부재; 상기 증발기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 제2 파이프의 연료유로를 통과한 LPG 연료를 봄베로 배출하는 배출포트가 형성된 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재와 제2 연결부재의 사이에서 상기 제2 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 내부 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 각각 연통되어 상기 제1 파이프를 통과하는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제3 파이프를 포함한다.

Description

LPI 차량용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR LPI VEHICLE}

본 발명은 LPI 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어컨 시스템의 냉매배관 상에 구성하여 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 LPG 연료를 상호 열교환시키도록 하는 LPI 차량용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 LPI(Liquefied Petroleum Injection: LPG 액상 연료분사 장치) 엔진은 봄베(Bomb)의 압력에 의존한 기계식 LPG 연료 방식과는 달리, 봄베 내에 연료펌프를 설치하고, 상기 연료펌프에 의해 LPG 연료를 고압(5 내지 15bar) 액상화시켜 액상 연료를 인젝터(Injector)를 이용하여 기통별로 분사하여 엔진을 구동하는 신기술(Mono-Fuel방식)이다.

이러한 LPI 엔진은 액상의 연료를 분사하므로, 믹서형식의 LPG 엔진의 구성품인 베이퍼라이저(Vaporizer), 믹서(Mixer) 등의 구성 부품은 필요 없게 되었으며, 새롭게 적용되는 구성품은 고압 인젝터, 봄베에 설치되는 연료펌프, 연료공급라인, LPI 전용 전자제어장치(ECU) 및 연료압력을 조절해주는 레귤레이터 유닛 등이 있다.

이러한 LPI 엔진의 전자제어장치는 각종 센서의 입력 신호를 받아들여 엔진의 상태를 판단하고, 최적의 공연비 및 엔진 성능향상을 위해 연료펌프, 인젝터 및 점화코일을 제어한다.

그리고 엔진에서 요구하는 연료량에 따라 연료펌프를 제어하여 액상 연료를 엔진에 공급하고, LPI 인젝터는 실린더별로 순차적으로 연료를 분사해서 최적의 공연비를 구현한다.

그러나 상기한 종래의 LPI 시스템이 적용된 차량은 엔진으로부터 고온의 리턴 연료가 봄베로 리턴 됨에 따라, LPG 연료의 온도 상승으로 인해 봄베의 내부압력이 높아지는 현상이 발생하며, 특히, 봄베의 내부압력이 충전소의 충전압력보다 높을 경우에는 LPG 연료가 봄베로 충전되는 못하는 문제점이 있다.

이에 따라, 엔진으로부터 리턴되는 연료의 온도를 낮추기 위해서는 별도의 연료냉각장치를 설치해야 하는 바, 제작 및 설치비용이 상승하고, 협소한 엔진룸 내부에 설치공간 확보에 제약이 발생하는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에어컨 시스템의 냉매배관 상에 구성하여 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 봄베로 리턴되는 LPG 연료를 상호 열교환을 통해 냉각시켜 엔진룸 내부의 열에 의해 열교환된 LPG 연료의 온도가 상승되는 것을 방지함으로써, LPG 연료의 온도를 낮춘 상태로 봄베로 유입시켜 봄베의 내부압력이 상승하는 것을 방지하도록 하는 LPI 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LIP 차량용 열교환기는 LPG 연료를 사용하는 LPI 차량에서 엔진으로부터 리턴되는 고온의 LPG 연료를 냉각하기 위한 LPI 차량용 열교환기에 있어서, 압축기와 증발기를 상호 연결하며, 상기 증발기로부터 상기 압축기로 공급되는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제1 파이프; 상기 제1 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 상기 제1 파이프의 외주면 사이에 LPG 연료가 유동하는 연료유로가 형성되는 제2 파이프; 상기 압축기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 엔진으로부터 리턴된 LPG 연료를 상기 제2 파이프의 연료유로로 유입시키는 유입포트가 형성된 제1 연결부재; 상기 증발기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 제2 파이프의 연료유로를 통과한 LPG 연료를 봄베로 배출하는 배출포트가 형성된 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재와 제2 연결부재의 사이에서 상기 제2 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 내부 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 각각 연통되어 상기 제1 파이프를 통과하는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제3 파이프를 포함한다.

상기 제1 파이프는 상기 제3 파이프에 대응되는 일측과 타측에 각각 제1 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 제2 파이프는 상기 각 제1 관통홀에 대응하여 상기 제3 파이프와 연결되는 제2 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 제2 파이프는 상기 각 제1 관통홀과 상기 각 제2 관통홀을 상호 연결하며, 상기 연료유로로 냉매의 유입을 방지하는 격벽이 각각 형성될 수 있다.

상기 제1 파이프는 길이방향으로 외주면을 따라 다수개의 스파이럴 홈이 형성되는 나선구조로 이루어질 수 있다.

상기 LPG 연료는 상기 제1 파이프와 제3 파이프를 통과하는 냉매와 서로 반대방향으로 유동될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기에 의하면, 봄베로 리턴되는 LPG 연료를 에어컨 시스템의 냉매와 상호 열교환시켜 냉각함으로써, LPG 연료의 온도를 낮춘 상태로 봄베로 유입시켜 봄베의 내부압력이 상승하는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 봄베 내부압력이 상승하는 것을 방지함으로써, 봄베의 충전 시에 연료의 주입을 원활하게 하며, 상품성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기는 냉매가 이동하는 냉매배관 상에 삼중관 구조로 설치하여 중앙과 엔진룸에 대응되는 외측에 냉매를 유동시키고, 그 사이에 연료를 유동시킴으로써, 엔진룸 내부의 열에 의해 열교환된 LPG 연료의 온도가 상승되는 것을 방지하는 효과도 있다.

또한, LPG 연료가 유동되는 연료유로를 사이에 두고, 연료유로의 내, 외측으로 각각 냉매를 유동시킴으로써, 봄베로 리턴되는 LPG 연료의 냉각효율을 극대화시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기가 적용된 에어컨 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기의 사용 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기가 적용된 에어컨 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)는 에어컨 시스템의 냉매배관 상에 구성하여 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 엔진(2)으로부터 봄베(4)로 리턴되는 LPG 연료를 상호 열교환을 통해 냉각시켜 엔진룸 내부의 열에 의해 열교환된 LPG 연료의 온도가 상승되는 것을 방지함으로써, LPG 연료의 온도를 낮춘 상태로 봄베(4)로 유입시켜 봄베(4)의 내부압력이 상승하는 것을 방지시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 압축된 냉매를 공급받아 응축시키는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)를 통해 응축된 액체냉매를 팽창시키는 팽창밸브(30)와, 상기 팽창밸브(30)를 통해 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 통해 증발시키는 증발기(40)를 포함하는 에어컨 시스템에 적용된다.

여기서, 상기 열교환기(100)는 상기 압축기(10)와 증발기(40)를 상호 연결하는 냉매배관 상에 구성되며, LPG 연료를 사용하는 LPI 차량에서 엔진(2)으로부터 리턴되는 고온의 LPG 연료를 냉매와의 열교환을 통해 냉각시키게 된다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)는, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 제1 파이프(110), 제2 파이프(120), 제1 연결부재(130), 제2 연결부재(140), 및 제3 파이프(150)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 제1 파이프(110)는 압축기(10)와 증발기(40)를 상호 연결하며, 내부에 상기 증발기(40)로부터 상기 압축기(10)로 공급되는 저온 저압의 기체냉매가 통과된다.

여기서, 상기 제1 파이프(110)는 길이방향으로 일정부분에 외주면을 따라 다수개의 스파이럴 홈(112)이 형성되는 나선구조로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 상기 증발기(40)로부터 유입되는 냉매는 상기 제1 파이프(110)를 통과 시, 상기 제1 파이프(110)의 외주면 둘레에 일정구간 형성된 각 스파이럴 홈(112)을 따라 상기 제1 파이프(110)의 내주면 둘레를 회전하면서 유동된다.

본 실시예에서, 상기 제2 파이프(120)는 상기 제1 파이프의 외주면(110)을 감싼 상태로 장착되며, 상기 제1 파이프(110)의 외주면 사이에 LPG 연료가 유동하는 연료유로(122)가 형성된다.

여기서, 상기 연료유로(122)를 통과하는 LPG 연료는 골과 산이 연속적으로 반복되는 상기 각 스파이럴 홈(112)을 따라 상기 제1 파이프(110)의 외주면 둘레를 회전하면서 유동될 수 있다.

이에 따라, LPG 연료는 상기 제2 파이프(120)의 내부에서 상기 제1 파이프(110)의 외주면 사이에 형성된 연료유로(122)를 따라 제1 파이프(110)의 외주면 둘레를 회전하면서 유동됨으로써, 상기 제1 파이프(110)의 내부에서 회전하면서 통과하는 저온 저압의 기체 냉매와 보다 효율적으로 열교환이 이루어지면서 냉각된다.

본 실시예에서, 상기 제1 연결부재(130)는 상기 압축기(10) 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프(110)와 제2 파이프(120)의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 엔진(2)으로부터 리턴된 LPG 연료를 상기 제2 파이프(120)의 연료유로(122)로 유입시키는 유입포트(132)가 형성된다.

상기 제2 연결부재(140)는 상기 증발기(40) 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프(110)와 제2 파이프(120)의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 제2 파이프(120)의 연료유로(122)를 통과한 LPG 연료를 봄베(4)로 배출하는 배출포트(142)가 형성된다.

그리고 상기 제3 파이프(150)는 상기 제1 연결부재(130)와 제2 연결부재(140)의 사이에서 상기 제2 파이프(120)의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 내부 일측과 타측이 상기 제1 파이프(110)와 각각 연통되어 상기 제1 파이프(110)를 통과하는 저온 저압의 기체냉매가 통과된다.

여기서, 상기 제1 파이프(110)는 상기 제3 파이프(150)에 대응되는 일측과 타측에 각각 제1 관통홀(124)이 형성된다.

이러한 각 제1 관통홀(124)은 상기 각 스파이럴 홈(112)에 의해 형성되어 상기 제2 파이프(120)의 내주면에 접촉되는 산에 형성될 수 있다.

그리고 상기 제2 파이프(120)는 상기 각 제1 관통홀(114)에 대응하여 상기 제3 파이프(150)와 연결되는 제2 관통홀(124)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 파이프(120)는 상기 각 제1 관통홀(114)과 상기 각 제2 관통홀(124)을 상호 연결하며, 상기 연료유로(122)로 냉매의 유입을 방지하는 격벽(126)이 각각 형성될 수 있다.

여기서, 상기 격벽(126)은 상기 제1 관통홀(114)과 제2 관통홀(124)의 둘레를 따라 형성되어 상기 각 제1, 제2 관통홀(114, 124)을 상호 연결함으로써, 상기 연료유로(122)를 통과하는 LNG 연료가 냉매와 혼입되는 것을 방지하게 된다.

이에 따라, 상기 제1 파이프(110)로 유입된 저온 저압의 기체냉매는 상기 증발기(40) 측에 대응하여 형성되고, 상기 격벽(126)에 의해 상호 연결된 제1 관통홀(114)과 제2 관통홀(124)을 통하여 제3 파이프(150)의 내부로 유입되어 상기 제2 파이프(120)의 외주면 사이를 통과하게 된다.

그런 후, 상기 제3 파이프(150)를 통과한 저온 저압의 기체냉매는 상기 압축기(10) 측에 대응하여 형성되고, 상기 격벽(126)에 의해 상호 연결된 제1 관통홀(114)과 제2 관통홀(124)을 통하여 다시 제1 파이프(110)로 유입되어 제1 파이프(110)를 통과한 냉매와 함께 상기 압축기(10)로 배출된다.

이에 따라, 상기 연료유로(122)를 통과하는 LNG 연료는 상기 연료유로(122)를 사이에 두고 내, 외측에 배치되는 상기 제1 파이프(110)와 제3 파이프(150)를 통과하는 저온 저압의 기체냉매와 이중으로 상호 열교환이 이루어지게 된다.

이 때, 상기 제3 파이프(150)를 통과하는 저온 저압의 기체냉매는 냉매와의 열교환을 통해 냉각된 LNG 연료가 엔진룸의 열기와 열교환되는 것을 방지하는 히트 프로텍터의 기능도 동시에 수행하여 LNG 연료의 냉각효율을 극대화시키게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 LPG 연료는 상기 제1 파이프(110)와 제3 파이프(150)를 통과하는 냉매와 서로 반대방향으로 유동되면서 상호 열교환이 이루어질 수 있다.

이와 같이, 각각의 유체가 서로 반대방향으로 유동되는 것을 대향류(counterflow, 對向流)라고 하며, 이러한 대향류는 같은 방향으로 작동유체가 유동되면서 열교환이 이루어지는 것에 비해 열교환 효율이 향상될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기의 사용 상태도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)는 엔진(2)으로부터 리턴된 LPG 연료를 상기 유입포트(132)를 통해 제1 연결부재(130)의 내부로 유입시키게 된다.

그러면, 유입된 LPG 연료는 상기 제2 파이프(120)의 연료유로(122)로 유입되고, 상기 제1 파이프(110)에 형성된 각 스파이럴 홈(112)을 통해 상기 제1 파이프(110)의 외주면 둘레를 따라 회전하면서 상기 제2 연결부재(140)를 향하여 유동되고, 배출포트(142)를 통해 봄베(4)로 배출된다.

이 때, 증발기(40)로부터 공급되는 저온 저압의 기체냉매는 상기 제1 파이프(110)를 통과하면서, 제1 파이프(110)와 제2 파이프(120)의 일측과 타측에 각각 형성되며, 격벽(126)에 의해 상호 연결된 각 제1, 제2 관통홀(114, 124)을 통하여 상기 제3 파이프(150)로 유입되어 통과하게 된다.

여기서, 냉매는 제1 파이프(110)와 제3 파이프(150)에 의해 LNG 연료가 유동하는 연료유로(122)의 내, 외측을 감싼 상태로, 상기 LNG 연료의 유동방향과는 반대 방향으로 이동하면서 LPG 연료와 상호 열교환을 통해 LPG 연료를 냉각시키게 된다.

또한, 제3 파이프(150)를 통과하는 냉매는 엔진룸의 열기가 냉매와 열교환을 통해 냉각된 LNG 연료와 열교환되는 것을 방지하여 LPG 연료의 냉각효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 열교환이 완료되어 냉각된 LNG 연료는 상기 제2 연결부재(140)의 배출포트(142)를 통해 배출되어 봄베(4)로 유입된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)에 의하면, 봄베(4)로 리턴되는 LPG 연료를 에어컨 시스템의 냉매와 상호 열교환시킴으로써, LPG 연료의 온도를 낮춘 상태로 봄베(4)로 유입시켜 봄베(4)의 내부압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 봄베(4) 내부압력이 상승하는 것을 방지함으로써, 봄베(4)의 충전 시에 연료의 주입을 원활하게 하며, 상품성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 차량용 열교환기(100)는 냉매가 이동하는 냉매배관 상에 삼중관 구조로 설치하여 중앙과 엔진룸에 대응되는 외측에 냉매를 유동시키고, 그 사이에 연료를 유동시킴으로써, 엔진룸 내부의 열에 의해 열교환된 LPG 연료의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.

또한, LPG 연료가 유동되는 연료유로(122)를 사이에 두고, 연료유로(122)의 내, 외측으로 각각 냉매를 유동시킴으로써, 봄베(4)로 리턴되는 LPG 연료의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : LPI 차량용 열교환기 110 : 제1 파이프
112 : 스파이럴 홈 114 : 제1 관통홀
120 : 제2 파이프 122 : 연료유로
124 : 제2 관통홀 126 : 격벽
130 : 제1 연결부재 132 : 유입포트
140 : 제2 연결부재 142 : 배출포트
150 : 제3 파이프

Claims

LPG 연료를 사용하는 LPI 차량에서 엔진으로부터 리턴되는 고온의 LPG 연료를 냉각하기 위한 LPI 차량용 열교환기에 있어서,
압축기와 증발기를 상호 연결하며, 상기 증발기로부터 상기 압축기로 공급되는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제1 파이프;
상기 제1 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 상기 제1 파이프의 외주면 사이에 LPG 연료가 유동하는 연료유로가 형성되는 제2 파이프;
상기 압축기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 엔진으로부터 리턴된 LPG 연료를 상기 제2 파이프의 연료유로로 유입시키는 유입포트가 형성된 제1 연결부재;
상기 증발기 측에서 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 제2 파이프의 각 외주면을 감싼 상태로 장착되고, 일측에 상기 제2 파이프의 연료유로를 통과한 LPG 연료를 봄베로 배출하는 배출포트가 형성된 제2 연결부재; 및
상기 제1 연결부재와 제2 연결부재의 사이에서 상기 제2 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되며, 내부 일측과 타측이 상기 제1 파이프와 각각 연통되어 상기 제1 파이프를 통과하는 저온 저압의 기체냉매가 통과되는 제3 파이프;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 파이프는
상기 제3 파이프에 대응되는 일측과 타측에 각각 제1 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제2 파이프는
상기 각 제1 관통홀에 대응하여 상기 제3 파이프와 연결되는 제2 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 제2 파이프는
상기 각 제1 관통홀과 상기 각 제2 관통홀을 상호 연결하며, 상기 연료유로로 냉매의 유입을 방지하는 격벽이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 파이프는
길이방향으로 외주면을 따라 다수개의 스파이럴 홈이 형성되는 나선구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 LPG 연료는
상기 제1 파이프와 제3 파이프를 통과하는 냉매와 서로 반대방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 열교환기.