KR20000074683A - 마이크로파를 이용한 액체가스의 기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치에 관한 것으로, 본 발명은 용기로부터 공급파이프(12)로 공급되는 액체가스가 저장되도록 형성되고, 상부에는 배출파이프(14)가 설치된 가열탱크(10); 상기 가열탱크(10) 내부에 설치되는 마이크로파 방출구(22)를 구비하여 상기 가열탱크(10) 내부로 공급된 액체가스를 가열하여 기화시키도록 된 마그네트론(20); 상기 가열탱크(10) 내부에 설치되어 액체가스의 수위를 검출하는 수위감지센서(30); 상기 공급파이프(12)에 설치되어 전기적 신호에 의해 개폐되는 밸브(40); 및 상기 수위감지센서(30)로부터 액체가스의 수위감지신호를 받아 상기 마그네트론(20)과 밸브(40)를 제어하는 제어부(50)로 구성된 것으로, 본 발명에 의하면, 액체가스를 일정한 형태의 가열탱크(10)에서 마이크로파로 가열하여 액체 내부에서 비등에 의하여 기화시킴으로써, 액체가스의 기화에 따른 증발잠열에 의한 열원의 보상이 적어 적은 전력으로 액체가스를 기화시킬 수 있고, 제어가 용이한 마그네트론을 열원으로 사용함으로써, 기화장치의 소형화가 가능하며, 안전성이 확보될 수 있는 유용한 효과가 제공되는 것이다.

Description

마이크로파를 이용한 액체가스의 기화장치{VAPORIZATION DEVICE OF THE LIQUEFIED GAS USING MICRO WAVE}

본 발명은 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치에 관한 것으로, 특히 액체가스를 마그네트론(MAGNETRON)에서 발생하는 마이크로파(MICRO WAVE)로 가열하여 기체화시킬 수 있는 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치에 관한 것이다.

일반적으로 열은 분자의 운동에너지이며 온도변화와 상태변화에 의해 이동되는 것으로, 물질을 액체상태에서 기체상태로 변환시키기 위해서는 물질의 비등점 이상의 온도로 액체에 열을 가해야 되는 것이다.

생활주변에 자주 사용되는 프로판가스를 이용한 연소기구의 경우, 프로판가스를 용기에 액체상태로 충전하여 필요에 따라 운반하거나 사용되고 있다.

이와 같은 프로판가스를 소량(시간당 5kg이내) 사용하는 경우에는 상온에서 용기내의 자체압력에 의한 자연기화량(상온에서 7~8kg/h)만으로도 사용가능하나, 음식점이나 공장에서와 같이 많은량의 기체가스를 사용할 경우, 또는 추운지방에서는 주변온도가 낮기 때문에 자체 기화량만으로는 사용이 불가능하거나 용이하지 못하여 강제적으로 기화시킬 수 있는 별도의 장치 즉, 기화장치를 사용해야만 했었다.

이와 같은 기화장치는 전기(건식), 온수(습식), 스팀, 직화식(연소열에 의한 열교환) 등이 소개되어 있다.

상기 각 기화장치 중에서 온수식(습식)은 일정공간에 물을 채우고 히터를 이용하여 물을 가열하고, 그 공간에 파이프를 설치한 후, 상기 파이프로 액체가스를 통과시키면, 가열된 물의 온도에 의해 파이프속의 액체가스가 기화되는 장치이다.

이와 같은 온수식 기화장치는 액체가스가 상온에서도 증발잠열이 발생됨에 따라 물자체의 온도 상승에 필요한 전력에너지와, 증발잠열로 빼앗긴 온도를 상승시키기 위한 추가 전력이 많이 소모되는 문제점이 있었다.

즉, 시간당 100kg 정도의 액체가스를 기화시키기 위해서는 약 12kW의 전력이 소모된다.

또한, 기화기 자체의 부피도 매우 크며 설치장소도 별도로 필요하며, 장시간 사용하게 되면 물의 보충이 필요하며 장치가 부식되는 문제점도 발생되었다.

한편, 건식 기화장치는 열전도율이 양호한 알미늄으로 외통과 내부에 히터를 구비한 내통을 만들고 외통과 내통사이에 액체가스를 통과시키게 되면, 내통의 열에 의하여 액체가스가 기화되는 것이다.

그러나, 이러한 건식 기화장치는 내통의 온도를 상승시키기 위하여 히터를 가동함에 따른 많은 전력의 소모가 발생되었고, 상기 외통과 내통사이에서 증발잠열이 발생하여 내통의 온도를 하강시킴으로써, 이를 상승시키기 위한 추가전력이 소모되었던 것이다.

한편, 고압가스 안전법에는 습식기화장치의 경우에 물의 온도가 80℃ 이하의 상태에서 액체가스를 기화시키도록 규정하고 있고, 건식기화기의 경우에 기화된 가스의 온도가 40℃를 초과하지 않도록 규정하고 있다.

이는 액체가스에서 기화된 기체가스가 40℃를 초과할 경우에 조정기를 통과하는 과정에서 재 액화되며 재 액화된 액화가스가 다시 기화되면 체적이 약 250배로 확산되므로 폭발의 위험성을 방지하기 위한 것이다.

따라서, 상기와 같은 규정에 의하여 기화장치를 제작할 경우에 전력소비량이 많으며 규격이 커짐에 따른 제작비용이 높아지며, 설치공간이 소요되는 등의 불편함이 발생되었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술이 갖는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 액체가스를 마이크로파로 가열하여 기화시킴으로써, 소량의 전력으로 많은량의 액체가스를 기화시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 기화장치를 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 제어부를 설명하기 위한 블럭도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가열탱크 12 : 공급파이프

14 : 배출파이프 20 : 마그네트론

22 : 마이크로파 방출구 30 : 수위감지센서

40 : 밸브 50 : 제어부

상기와 같은 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치는 용기로부터 공급파이프로 공급되는 액체가스가 저장되도록 형성되고, 상부에는 배출파이프가 설치된 가열탱크; 상기 가열탱크 내부에 설치되는 마이크로파 방출구를 구비하여 상기 가열탱크 내부로 공급된 액체가스를 가열하여 기화시키도록 된 마그네트론; 상기 가열탱크 내부에 설치되어 액체가스의 수위를 검출하는 수위감지센서; 상기 공급파이프에 설치되고 전기적 신호에 의해 개폐되어 상기 가열탱크(10)로 공급되는 액체가스의 량을 조절하는 밸브; 및 상기 수위감지센서로부터 액체가스의 수위감지신호를 받아 상기 마그네트론과 밸브를 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명을 보다 상세하세 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 액체가스가 충전된 용기로부터 액체가스가 공급되는 가열탱크와, 상기 가열탱크의 내부에 설치되어 공급된 액체가스를 마이크로파로 가열하여 기화시키는 마그네트론과, 상기 가열탱크 내부에 설치되어 액체가스의 수위를 검출하는 수위감지센서와, 상기 용기와 가열탱크를 연결하도록 형성된 공급파이프에 설치되어 전기적 신호에 의해 공급파이프를 개폐하는 밸브와, 상기 수위감지센서의 검출신호에 의해 상기 마그네트론과 밸브를 제어하는 제어부로 구성된 것이다.

본 발명은 액체가스가 충전된 용기로부터 공급파이프를 통하여 가열탱크로 공급되면, 상기 수위감지센서가 이를 감지하여 상기 마그네트론을 작동시켜 마이크로파가 상기 가열탱크내의 액체가스를 가열하게 된다.

즉, 본 발명에 의한 기화장치에 전원(100~220V 60Hz)이 인가되면, 상기 밸브가 개방되어 용기로부터 액체가스가 가열탱크내로 공급되고, 이를 상기 수위감지센서가 검출하여 상기 마그네트론을 작동시키게 되며, 상기 마그네트론에서는 마이크로파를 상기 가열탱크 내부에 설치된 마이크로파 방출구로 방출시켜 방출되는 마이크로파로 액체가스를 가열하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 마이크로파를 가열탱크 내부로 방출시키게 되면, 상기 마이크로파의 전기장에 액체가스의 분자가 정렬하게 되고, 전기장이 바뀌면 다시 재 정렬하게 되며, 이러한 과정이 반복되면서 분자간의 마찰열이 발생하게 된다. 따라서, 액체가스의 표면 뿐만아니라 액체가스의 내부에서도 기체가스가 발생되는 것이다.

이때, 액체가스가 기체가스로 변환되는 과정에서 발생하는 증발잠열이 상기 가열탱크내에서는 많이 발생하지 않아 증발시 공급되는 열원의 증발잠열에 대한 보상이 적게 되는 것이고, 따라서 적은량의 전력으로 기화장치를 구동시킬 수 있는 것이며, 또한 상기와 같은 과정으로 기화된 가스의 온도가 20℃이내로써 기화된 가스가 다시 재액화되는 현상이 발생하지 않게 되는 것이다.

상기와 같은 과정으로 기화된 가스는 상기 가열탱크의 상부에 설치된 배출파이프를 통하여 가스 사용처로 공급되는 것이다.

한편, 상기 제어부는 상기 마그네트론에 고장이 발생하거나, 기화능력을 초과하는 가스의 량을 쓰게되면 상기 수위감지센서가 검출한 신호에 의해 마그네트론 에 인가되던 전원을 차단하고 상기 밸브를 차단하여 액화가스의 공급을 차단하도록 작동하며, 이러한 작동은 반복적으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 의한 기화장치의 효과는 이하에서 설명하는 바람직한 실시예에 의해서 보다 명확하게 설명될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중에서 도 1은 본 발명에 의한 기화장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 제어부를 설명하기 위한 블럭도이다. 이하. 미설명부호 "60"은 가열탱크 내부의 압력을 표시하는 압력계이고, "70"은 안전밸브이며, "80"은 기화된 가스의 온도를 감지하는 온도계이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 기화장치의 가열탱크(10)는 액체가스가 용기로부터 공급되도록 상기 용기와 공급파이프(12)로 연결되는 것으로, 그 형태에는 구애를 받지 않는다. 또한, 상기 가열탱크(10)의 상부에는 기화되는 가스가 가스 연소기와 같은 소모장치로 공급되도록 형성된 배출파이프(14)가 설치된다.

이때, 상기 가열탱크(10)에는 내부 압력을 감지하여 표시하는 압력계(60)가 설치되고, 가열탱크(10) 내부의 압력이 설정치 이상으로 상승될 때 내용물을 자동으로 대기방출하는 안전밸브(70)가 설치되며, 기화된 가스의 온도를 감지하여 표시하는 온도계(80)를 설치할 수 있다.

이는 본 발명에 의한 기화장치의 안정성을 향상시키기 위한 것이다.

한편, 상기 가열탱크(10) 내부의 액체가스를 가열하는 마그네트론(20)은 상기 가열탱크(10) 내부에 설치된 마이크로파 방출구(22)를 구비하고, 고전압을 발생시키는 트랜스를 구비하며, 고주파 발생을 위한 제어용 조립기판을 구비한다.

상기 가열탱크(10)의 내부에 설치되는 수위감지센서(30)는 용기로부터 공급파이프(12)로 공급되는 액체가스의 수위를 감지하는 것으로, 부력센서를 사용할 수있다.

상기 공급파이프(12)에 설치되는 밸브(40)는 용기로부터의 가열탱크(10)로 공급되는 액체가스를 차단하거나 공급하도록 구성된 것으로, 전기적 신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있다.

상기 마그네트론(20) 및 밸브(40)를 제어하는 제어부(50)는 상기 수위감지센서(30)의 액체검출신호를 수신하여 상기 마그네트론(20)을 작동시키거나, 상기 밸브(40)를 개폐하도록 작동한다.

즉, 상기 수위감지센서(30)가 감지한 액체가스의 수위가 설정치일 때, 상기 제어부(50)는 마그네트론(20)를 작동시켜 액체가스가 기화되도록 하고, 액체가스의 수위가 설정치 이상일 때, 상기 밸브(40)를 작동시켜 상기 공급파이프(12)를 폐쇄함으로써 액체가스의 공급을 차단하도록 제어하는 것이다.

한편, 상기 제어부(50)는 상기 가열탱크(10)에 설치된 압력계(60)가 검출한 가열탱크(10)의 내부의 압력이 설정치 이상이거나, 온도계(80)가 검출한 기화된 가스의 온도가 설정치 이상일 때, 안전을 위하여 상기 밸브(40)로 하여금 공급파이프(12)를 폐쇄하거나 마그네트론(20)의 작동을 정지시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 가열탱크(10)와 도시되지 않은 용기가 공급파이프(12)로 연결 설치되고, 상기 공급파이프(12)에는 밸브(40)가 설치되며, 상기 가열탱크(10)의 내부에는 마그네트론(20)의 마이크로파 방출구(22)가 설치되고 수위감지센서(30)가 설치되며, 상기 마그네트론(20)과 수위감지센서(30), 그리고 상기 밸브(40)는 제어부(50)와 전기적으로 연결된 상태에서, 액체상태의 가스를 기화시키기 위해서는 기화장치에 전원을 공급한다.

전원이 공급되면, 상기 제어부(50)는 밸브(40)를 개방하여 액체가스가 충전된 용기로부터 상기 가열탱크(10)로 액체가스가 공급되도록 한다.

액체가스가 상기 가열탱크(10)의 내부로 공급되어 상기 수위감지센서(30)에 감지되면, 상기 수위감지센서(30)는 감지신호를 상기 제어부(50)로 전달하고, 감지신호를 수신한 상기 제어부(50)는 마그네트론(20)이 액체가스의 분자구조 가열에 적합한 주파수와, 가열탱크(10) 내의 액체가스용량 내용적과, 사용중 액체가스를 약 20℃로 가열할 수 있는 마이크로파가 발생되도록 상기 마그네트론(20)을 작동시키고, 상기 마그네트론(20)으로부터 발생된 마이크로파는 상기 마이크로파 방출구(22)로 방출된다.

상기 마이크로파 방출구(22)로 마이크로파가 방출되면, 상기 액체가스의 분자는 마찰열을 발생하게 된다.

이때, 분자수가 많은 액체가스(예를 들면 프로판가스, 분자량 : 44.09)를 사용한다면, 마이크로파의 동일전기장 안에서의 분자운동은 더욱더 활발하게 되고, 따라서, 동일 시간당 같은 전력으로 많은 열이 발생된다.

이와 같이 마이크로파에 의해 액체가스에서 열이 발생하게 되면, 액체가스표면에서 증발이 일어나게 되고, 또한 액체가스의 내부에서도 기체가 발생하게 된다.

즉, 상기 마이크로파 방출구(22)로부터 방출된 마이크로파는 가열탱크(10)의 내벽에 반사되면서 가열탱크(10) 구석까지 방출되어 분자를 운동시키게 되고, 따라서, 분자의 마찰열은 액체가스 내부 전체에서 일어나게 되어 액체가스 내부에서도 기체가 발생하게 되는 것이다.

이때, 프로판가스을 사용할 경우에, 프로판가스의 비등점(-48℃)이 낮아 자체적으로 상온에서 증발되는 증기압과 마크로파에 의한 액체가스의 온도상승으로 인하여 기화되면서 발생하는 증발잠열이 액체내부의 비등에 의해서 기화되기 때문에 많이 발생되지 않으며, 사용량(기화량)에 따르는 증발잠열만 마그네트론에 의하여 공급하기 때문에 증발잠열에 대한 보상이 적게 되는 것이다.

따라서, 증발잠열에 의한 열원의 보상을 위하여 소모되는 전력이 적게 됨으로 전력소모가 적게 되는 것이고, 또한 기화된 가스의 온도가 20℃이내로써 기화된 가스가 다시 재 액화되는 현상이 방지되는 것이다.

한편, 상기와 같이 마그네트론(20)에 의해 기화된 기체가스는 배출파이프(14)를 통하여 가스 연소기와 같은 가스 소모장치로 공급되는 것이다.

이때, 상기 마그네트론(20)의 고장이나, 가스 소모장치에서 본 발명에 의한 기화장치의 기화능력을 초과하는 가스량을 소모하게 되면, 상기 제어부(50)는 수위감지센서(30)의 검출신호에 의해 상기 밸브(40)를 폐쇄하고, 기화된 가스가 다시 정상적으로 사용되면 상기 수위감지센서(30)는 이를 감지하게 되고, 따라서 상기 제어부(50)는 밸브(40)를 개방하여 액체가스가 가열탱크(10)로 공급되도록 할 수 있다.

이는 상기 수위감지센서(30)를 부력센서로 구성함으로써 이루어질 수 있다.

즉, 액체가스가 일정수위로 높아지는 것을 감지하고, 일정수위로 낮아지는 것을 감지하도록 구성할 수 있는 부력센서를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 압력계(60)나 온도계(80)에 의해 상기 마그네트론(20)과 밸브(40)를 제어하도록 할 수 있다.

이상에서와 같이 액체가스를 기화시키기 위하여 적은 전력을 소모하는 마그네트론(20)을 작동시켜 마이크로파에 의해 액체가스가 가열되어 기화되도록 함으로써, 액체가스를 적은 전력으로 용이하고 안전하게 기화시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 기화장치는 상기 실시예에서 설명한 프로판가스에만 국한되지 않고, 암모니아, 질소, 염산, 탄산가스 등의 액체가스를 기화시키는데 변형하여 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치는 액체가스를 일정공간에서 마이크로파로 가열하여 액체내부에서도 기화시킴으로써, 액체가스의 기화에 따른 증발잠열에 의한 열원의 보상이 적게되어 적은 전력으로 액체가스를 기화시킬 수 있고, 제어가 용이한 마그네트론을 열원으로 사용함으로써, 기화장치의 소형화가 가능하며, 안전성이 확보될 수 있는 유용한 효과가 제공되는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 용기로부터 공급파이프(12)로 공급되는 액체가스가 저장되도록 형성되고, 상부에는 배출파이프(14)가 설치된 가열탱크(10);

   상기 가열탱크(10) 내부에 설치되는 마이크로파 방출구(22)를 구비하여 상기 가열탱크(10) 내부로 공급된 액체가스를 가열하여 기화시키도록 된 마그네트론(20);

   상기 가열탱크(10) 내부에 설치되어 액체가스의 수위를 검출하는 수위감지센서(30);

   상기 공급파이프(12)에 설치되고 전기적 신호에 의해 개폐되어 상기 가열탱크(10)로 공급되는 액체가스의 량을 조절하는 밸브(40); 및

   상기 수위감지센서(30)로부터 액체가스의 수위감지신호를 받아 상기 마그네트론(20)과 밸브(40)를 제어하는 제어부(50)

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 액체가스 기화장치.