KR200234941Y1 - 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 겨울철 엘피지 차량에서 흔히 발생되는 초기 시동성을 개선하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액상의 엘피지가 공급되는 베이퍼라이저(VAPORIZER)의 입구 내부로 PTC(Positive Temperature Coefficent)발열체를 포함하는 히터를 장착하여 시동 스위치 작동시 베이퍼라이저의 냉각수 온도가 일정온도(－5±3℃)이하일 경우 밧데리 전원이 히터에 연결되어 액상의 엘피지를 기체상의 엘피지로 상변화(예컨대 액체상태에서 기체상태로의 변화)시켜 액상 엘피지의 기화 불량으로 인한 겨울철 초기 시동성을 획기적으로 개선한 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치에 관한 것이다.

본 고안은 액상 엘피지가 인입되는 기화실의 외방으로 히터실이 연장 형성된 베이퍼라이저 본체와; 상기 기화실과 히터실의 경계부에 설치되어 전달받은 열을 상기 기화실로 공급해주는 동판과; 상기 히터실내에 장착되고, 액상 엘피지의 상변화에 따른 열을 발열하여 상기 동판으로 공급하기 위한 히터어셈블리와; 키 온시(시동시) 상기 베이퍼라이저의 냉각수 온도가 일정온도 이하일 경우 상기 히터어셈블리에 밧데리 전원을 인가하고 일정온도 이상일 경우에는 단락하는 제어수단으로 구성된 것이다.

Description

엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치{Apparatus for inproving initial start-abilit of LPG vehicle}

본 고안은 겨울철 엘피지 차량에서 흔히 발생되는 초기 시동성을 개선하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액상의 엘피지가 공급되는 베이퍼라이저(VAPORIZER)의 입구 내부로 PTC(Positive Temperature Coefficent)발열체를 포함하는 히터를 장착하여 시동 스위치 작동시 베이퍼라이저의 냉각수 온도가 일정온도(－5±3℃)이하일 경우 밧데리 전원이 히터에 연결되어 액상의 엘피지를 기체상의 엘피지로 상변화(예컨대 액체상태에서 기체상태로의 변화)시켜 액상 엘피지의 기화 불량으로 인한 겨울철 초기 시동성을 획기적으로 개선한 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치에 관한 것이다.

일반적으로 베이퍼라이저는 고압의 엘피지를 감압하여 시동이 용이한 소정의 압력 상태로 전환시키기 위한 장치로서, 엘피지 차량 엔진의 기화기에 해당되는 장치이며, 액상 엘피지를 감압하여 기체 엘피지로 변환하는 기화기의 역할을 담당하는 장치이다.

그리고 베이퍼라이저는 크게 1차실과 2차실로 나누어져 있는 바, 먼저 연료탱크로부터 베이퍼라이저의 1차실로 유입되는 엘피지연료는 약 2,3기압 정도의 비교적 높은 압력을 가지고 있으나 이는 1차실에 설치된 압력조절기구에 의해 0,3기압 정도까지 감압하게 되는 바, 이 때 엘피지 연료의 감압 과정에서 액체연료의 기화가 일어나게 되는데, 이 기화 과정은 주변으로부터 열을 흡수하는 흡열반응이어서 계속적으로 열을 공급해주지 않으면 기화가 일어나기 어렵게 되므로 엔진의 냉각수로부터 계속적인 열 공급을 하게되는 구조이며, 2차실은 1차실에서 0.3기압 정도로 감압된 기체 연료를 대기압 수준까지 다시 압력을 떨어뜨려 믹서(MIXER)에서 공기와 잘 혼합되게 하는 역할을 수행하게 된다.

또한, 종래 엘피지 차량의 경우에는 액상의 엘피지 연료를 공급하는 액상엘피지 공급관과, 기체상의 엘피지 연료를 공급하는 기상엘피지 공급관을 각각 설치하여 엔진의 냉각수온이 낮은 경우(15℃이하)에는 솔레노이드밸브에 의해 기체상의 엘피지 연료를 공급하여 시동성을 양호하게 하고, 시동이 완료된 후 엔진의 냉각 수온이 높아진 경우(15℃이상)에는 양호한 주행성을 위해 액상의 엘피지 연료를 공급해주도록 하는 구조가 설비되어 있다.

그러나 베이퍼라이저로 공급되는 액상의 엘피지가 기화되기 위해서는 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수가 엔진으로부터 공급되어져야 하는 바, 차량의 시동 초기 단계에서는 키 온시 엔진으로부터 베이퍼라이저로 공급되는 냉각수는 적정온도 이상으로 예컨대 액상 엘피지를 기화시킬 수 있는 정도로 가열되지 못하는 상태로 공급되어질 수 밖에 없으며, 특히 기온이 낮은 겨울철의 경우에는 냉각수온의 가열 지체나 베이퍼라이저의 동결 등의 여러 가지 요인으로 인해 시동이 잘 걸리지 않거나 일정시간 예열한 다음 차량을 출발시켜야 되는 등의 기술적인 문제를 격고 있는 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 국내 특허공개 제98-47559호에는, 베이퍼라이저의 연료 입구관에 히터를 설치하고, 이 히터로는 전원을 공급하기 위한 릴레이와, 냉각수 온도센서의 신호에 따라 상기 릴레이를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 ECU호 구성되어진 '엘피지 차량의 혹한시 시동후 출발성 개선장치'가 안출된바 있으나, 이는 히터가 베이퍼라이저의 연료 입구부에 설치되어 있기 때문에 가연성인 엘피지가 흐르는 관이 다른 부분과 접촉되지 않는가 하는 점을 반드시 체크해야되고, 특히 관에 부착된 히터가 헐거워지면 차량의 주행진동에 따라 반복적인 하중을 받아 관의 파손 원인이 되는 것이며, 엘피지가 흐르는 관이 파손되는 경우 가연성 엘피지가 새어나와 전기선의 단선으로 인한 스파크나 엔진의 점검시 라이트 등의 불꽃에 의한 폭발 위험이 항상 내재되어 있는 것이다. 그리고 상기한 종래 장치의 경우 무엇보다도 안전관리에 상당한 주의가 요구되는 엘피지 공급관상에 히터를 장착하는 것은 가스안전관리규정상 실시 불가능한 장치라는 문제가 있는 것이다.

또한 국내 실용신안등록 제179983호에는, 베이퍼라이저에 인접한 냉각수 유동공간의 내 측에 히팅유니트를 1개소 이상에 설치하여 냉각수온이 일정한 온도 이상으로 떨어질 경우 하우징에 1군데 이상 설치된 온도센서의 제어신호로 인해 냉각수온을 상승시켜 시동이 원활하게 하는 엘피지자동차용 베이퍼라이저가 고안된 바 있으나, 이 역시 물의 대류 현상에 의해서 온도가 상승된 냉각수는 다시 저온인 라지에이트로 흘러가고, 상기 라디에이터의 저온인 물은 상기 유니트에 의해 가열되는 반복적인 순환을 하여 적정온도까지 상승되어야 함으로 인하여 동결된 냉각수 전체를 해빙시켜 적당한 온도로 단시간에 신속 상승시키는 것은 물리적으로 매우 힘든 방법이라 할 것이다. 특히 상기한 경우 혹한기에는 베터리가 약해짐에도 불구하고 이를 이용하여 냉각수를 상승시킴으로 인해 배터리 전원에 무리를 주게되는 문제가 있는 것이다.

또한, 국내 실용신안등록 제206111호에는, 베이퍼라이저의 하우징에 설치되어 이의 온도를 감지하는 온도센서와, 이 온도센서의 온도감지 신호를 받는 5P릴레이 및 가열커버의 상면에 고정된 장방형인 가열히터로 구성된 '엘피지 차량의 시동개선 및 동결예방장치'가 고안된 바 있으나, 상기한 종래 장치의 경우 베이퍼라이저의 가열커버의 외부로 가열히터를 장착 시켜 동결된 베이퍼라이저를 가열하여 겨울철 혹한기에 베이퍼라이저의 동결로 인한 시동 불량 현상을 예방하는 것이지만 가열히터를 베이퍼라이저 외부에 설치하여 간접적으로 가열하기 때문에 동결된 상태의 베이퍼라이저를 신속하게 가열하기란 물리적으로 불가능한 것이어서 여전히 초기 시동성 장애를 근본적으로 해결하지 못하고 있다.

따라서 본 고안은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 액상 엘피지 연료가 인입되는 베이퍼라이저 내부에 히터를 직접 장착하여 겨울철 시동시 엔진의 냉각수가 일정온도에 이르기 전에 상기 히터어셈블리의 발열체에 의한 열을 기화실로 공급시켜 액상 엘피지가 기상 엘피지로 상변화를 일으키게 하여 엘피지 차량의 초기 시동성을 획기적으로 개선한 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치를 제공함에 있다.

또한 본 고안의 히터어셈블리가 장착된 베이퍼라이저를 사용함에 따라 시동성 확보를 위해 종래 엘피지 차량에 각각 설치되었던 액상 엘피지 공급관 및 시동을 위한 기상 엘피지 공급관을 각각 설치할 필요없이 액상 엘피지 공급관만을 설치하더라도 기상엘피지로의 상변화가 즉시 즉시 이루어져 초기 시동성에 전혀 문제가없는 것이다.

도1은 본 고안에 따른 히터어셈블리가 분리된 상태의 베이퍼라이저 분해 사시도,

도2는 본 고안에 따른 히터어셈블리의 분해 사시도,

도3은 본 고안에 따른 히터어셈블리의 장착 상태를 보인 베이퍼라이저의 측 단면도,

도4는 본 고안에 따른 제어수단의 작동 구조를 보인 흐름도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호 설명※

10: 베이퍼라이저 본체 12: 기화실

14: 히터실 16: 고정홈

20: 동판 30: 히터어셈블리

31: 발열체 32: 단자편

33: 케이스 34: 커버

40: 제어수단 41: 온도스위치

44: 밧데리

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 특징은, 액상 엘피지가 인입되는 기화실의 외방으로 히터실이 연장 형성된 베이퍼라이저 본체와; 상기 기화실과 히터실의 경계부에 설치되어 전달받은 열을 상기 기화실로 공급해주는 동판과; 상기 히터실내에 장착되고, 액상 엘피지의 상변화에 따른 열을 발열하여 상기 동판으로 공급하기 위한 히터어셈블리와; 키 온시(시동시) 상기 베이퍼라이저의 냉각수 온도가 일정온도 이하일 경우 상기 히터어셈블리에 밧데리 전원을 인가하고 일정온도 이상일 경우에는 단락하는 제어수단으로 구성된 점에 있다.

본 고안에 따르면 히터어셈블리는 상기 동판의 일 측면과 밀착 설치되고 전원 인가시 순간적으로 발열되어 상기 동판을 가열하는 발열체와, 상기 발열체를 동판에 대하여 탄력적으로 밀착시킴과 동시에 밧데리로부터 전원을 공급받기 위한 전선이 연결된 단자편과, 상기 발열체와 단자편이 삽설 지지되고, 상기 발열체에서 발생된 열이 상기 동판으로만 전달 가능하도록 일방만이 개방되어져 상호 착탈 자재되는 케이스와 커버로 구성됨이 바람직하다.

본 고안에 따르면 제어수단은, 상기 베이퍼라이저 본체의 히터실에 장착된 히터어셈블리와는 별도로 분리 설치되어 키 온시 상기 베이퍼라이저 본체의 냉각수 온도를 체크하는 온도스위치내의 바이메탈 작용에 따른 릴레이 코일의 자기력 발생에 의해 밧데리 전원을 상기 히터어셈블리에 인가 또는 단락되도록 구성됨이 바람직하다.

본 고안에 따르면 히터어셈블리의 발열체는 전원이 인가되면 자체 저항에 의해 온도가 급격히 상승하며, 일정온도에 이르면 전원이 자동으로 차단되는 PTC 반도체 소자로 함이 매우 바람직하다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 히터어셈블리가 분리된 상태의 베이퍼라이저 분해 사시도를 보인 것으로서, 본 고안에 있어서 베이퍼라이저의 일반적인 기능에 대해서는 이미 종래 기술을 설명하면서 이에 대하여 상세히 설명하였기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 편의상 생략하기로 한다.

본 고안은 겨울철 엘피지 차량의 초기 시동성을 개선하기 위하여 냉각수 통로(11) 및 기화실(12)이 구비된 베이퍼라이저 본체(10)와, 동판(20)과, 히터어셈블리(30) 및 베이퍼라이저 본체(10)의 냉각수 온도의 감지를 통해 차량의 밧데리 전원을 히터어셈블리에 인가 또는 단락시키기 위한 제어수단(40)으로 크게 구성된다.

도1에 도시된 바와 같이, 베이퍼라이저 본체(10)로는 도시되지 않은 엘피지 연료탱크(BOMBE)로부터 액상의 엘피지가 인입 기화되는 기화실(12)이 구비되어 있는 바, 이 기화실(12)의 외방으로는 후술되는 히터어셈블리(20)를 장착하기 위한 히터실(14)이 연통되게 더 연장 형성되어 있다.

그리고 기화실(12)과 히터실(14)의 경계부로는 고정홈(16)이 형성되어 있고, 이 고정홈(16)으로는 동판(COPPER PLATE)(20)이 입설(立設)되어 있는 바, 이 동판(20)은 히터어셈블리(30)로부터 전달받은 열을 기화실(12)로 공급하는 기능을한다.

도2에 도시된 바와 같이 베이퍼라이저 본체(10)의 히터실(14)내에 장착되는 히터어셈블리(30)는 기화실(12)로 인입되는 액상 엘피지를 기상엘피지로 상변화시 이에 필요한 열을 동판(20)으로 전달하기 위한 것으로서, 이는 상기 동판(20)의 일 측면과 밀착 설치되고 전원 인가시 순간적으로 발열되어 상기 동판을 가열하는 발열체(31)와, 상기 발열체(31)를 동판(20)에 대하여 탄력적으로 밀착시키기 위한 탄성 밀착편(32a)이 일체로 절곡 형성되고 밧데리로 부터 전원을 공급받기 위한 전선(W)이 연결된 단자편(32)과, 상기 발열체(31)와 단자편(32)이 각각 삽설 지지되고 상기 발열체(31)에서 발생된 열이 상기 동판(20)으로만 전달 가능하도록 방열 차단이 가능하도록 일방만이 개방되어짐과 동시에 상호 착탈 자재되는 케이스(33)와 커버(23)로 구성되어 있다.

본 고안에 따른 히터어셈블리(30)의 발열체(THERMISTOR)(31)는, PTC(Positive Temperature Coefficent) 반도체 소자로서, 이는 소자의 특성상 전원이 인가되면 자체 저항에 의해 규정된 온도(RESPONSE TEMPERATURE)까지 급격하게 온도가 상승되고, 규정된 온도까지 근접되면 그 때 까지 온도를 상승시키는데 필요한 전류를 유지시키기 위하여 안정 상태에 있던 저항이 급격히 상승하면서 정상적으로 흐르던 안정된 입력회로(STABLE INPUT CURRENT)의 입력이 억제되어 온도의 상승은 정지되며(전류중단), 이 때 부터는 온도와 저항의 상호 작용이 반복되면서 일정온도를 유지하는 자발적인 발열(SELF REGULATING HEATER) 기능을 발휘하게 된다.

따라서 상기한 발열체(31)는 큐리온도(CURIE TEMPERATURE) 이하시 온도가 계속 상승(전력소모)하고 큐리온도(CURIE TEMPERATURE) 이상시 전원을 차단하므로 온도 상승이 저하됨에 따라 밧데리 전류 소모를 줄이고, 또한 인화/발화/산화성이 없어 안전하게 사용 가능한 특징을 갖는 것이다.

도3은 히터어셈블리(30)의 히팅을 제어하기 위한 제어수단(40)을 도시적으로 나타낸 것으로서, 이에 도시된 바와 같이 제어수단은, 베이퍼라이저 본체(10)의 히터실(14)에 장착된 히터어셈블리(30)와는 별도로 분리 설치되는 바, 온도스위치(41)는 키 온시 상기 베이퍼라이저 본체(10)의 냉각수통로(11)를 지나는 냉각수 온도를 체크하기 위한 것이며, 그 내부로는 냉각수 온도차에 따라 동작되는 바이메탈이 설치되어 있다.

이 바이메탈은 냉각수 온도가 약－5±3℃ 이하일 경우에는 열 팽창하여 떨어져 있는 스위치 접점(42)을 연결하는 통전회로를 구성함에 따른 릴레이 코일(43)의 자기력에 의해 밧데리(44) 전원이 베이퍼라이저 본체(10)내의 히터어셈블리(30)에 전달되어 기화실(12)의 액상 엘피지를 기상 엘피지로 상변화를 일으키며, 반대로 냉각수 온도가 약＋5±3℃ 이상일 경우에는 바이메탈이 수축(복원)되어 스위치 접점이 떨어지는 비 통전회로를 구성함에 따라 점화장치(45)의 전원이 차체 접지로 흐르지 못하게되어 밧데리(44) 전원이 베이퍼라이저 본체(10)의 히터어셈블리(30)로 연결되지 못함에 따라 히팅을 중단시키게 되는 것이다.

도1 및 도3에 있어서, 미 설명 부호 50은 베이퍼라이저 본체의 가스켓이며, 60은 베이퍼라이저 커버를 나타낸 것이며, 70은 접지선이다.

이와 같이 구성된 본 고안은 도4에 도시된 바와 같이, 베이퍼라이저본체(10)의 히터실(14)로 장착된 히터어셈블리(30)는 겨울철 키 온시 제어수단(40)의 온도스위치(41)내의 바이메탈이 냉각수 온도를 체크하여 일정 온도 이하일 경우 열 팽창하여 스위치 접점(43)을 연결하는 회로를 구성하게 되고, 이 때 밧데리(44) 전원은 히터어셈블리(30)의 단자편(32)을 통해 발열체(31)로 전달되어진다.

밧데리(44) 전원이 인가된 발열체(31)는 그 특성에 따라 수초 이내(5초 이내에 약100도까지 상승)에 급격한 발열이 이루어지고 발생된 열은 이와 밀착된 동판(20)으로 전달되고 동판(20)의 열은 그 전방의 기화실(12)로 확산 공급되어진다.

따라서 외부 가스탱크로부터 기화실(12)로 공급되는 액상 엘피지는 히팅열에 의해 기상 엘피지로 상변화를 일으키게 되어 겨울철 초기 시동시 베이퍼라이저 본체(10)의 냉각수 통로(11)로 공급되는 냉각수 온도가 일정 온도 이상이 되지 못한 상태에 있더라도 액상 엘피지의 기화가 원활하게 이루어져 초기 시동성에 전혀 문제가 없게되는 것이다.

한편 액상 엘피지의 기화 과정에서 발열체(31)에서 발생된 열은 기화실(12)과 히터실(14)의 경계부로 설치된 동판(20)으로만 전달되어지는 바, 이는 도4에 도시된 바와 같이 단자편(32)과 발열체(31)가 삽설 지지되는 개방단부를 제외한 나머지 부분의 케이스(33)와 커버(34)가 주변으로의 방열 차단이 가능하도록 막혀 있기 때문에 발열체(31)에서 발생된 열은 필히 개방단부의 전방으로 설치된 동판(20)으로만 전달되어 열 전달 효율을 가일층 증대시킬 수 있는 것이다.

그리고 온도스위치(41)의 바이메탈은 냉각수 온도가 일정온도 이상이 되는경우 수축되어 스위치 접점을 떨어지게 하는 회로를 구성하여 밧데리(44)전원이 히터어셈블리(30)로 전달되지 못하도록 하여 히팅을 중단시키게되는 바, 이 때에는 밧데리 전원이 히터어셈블리로 전달되지 않더라도 이미 냉각수 온도가 일정온도 예컨대 기화에 필요한 정도로 베이퍼라이저 본체(10)가 가열되어 있기 때문에 베이퍼러이저 본체(10)를 통과하는 냉각수에 의해서도 액상 엘피지의 기화가 원활하게 이루어지는 것이다.

한편 본 고안의 히터어셈블리(30)의 발열체(31)는 PTC소자이기 때문에 그 특성상 규정된 온도까지 근접되면 온도 상승이 정지되어 밧데리 전원을 공급받지 않더라도 이 때 부터는 온도와 저항의 상호 작용이 반복되면서 일정온도를 유지하는 자발적인 발열(SELF REGULATING HEATER) 기능을 함에 따라 밧데리 전원의 소모를 줄일 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 겨울철 기온이 낮은 경우 냉각수 온도가 일정 온도 이상으로 가열되지 못한 상태로 베이퍼라이저 본체로 공급되더라도 밧데리 전원이 히터어셈블리의 발열체로 인가되고 그에 따라 발열체의 급격한 발열에 의한 열 전달을 통해 기화실내로 공급되는 액상 엘피지의 기상 엘피지로의 상변화가 가능하여 초기 시동성을 확보하는데 전혀 문제가 없는 효과를 갖는 것이다.

비록 본 고안이 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 수정 및 변경이 있을 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 액상 엘피지가 인입되는 기화실의 외방으로 히터실이 연장 형성된 베이퍼라이저 본체와;

   상기 기화실과 히터실의 경계부에 설치되어 전달받은 열을 상기 기화실로 공급해주는 동판과;

   상기 히터실내에 장착되고, 액상 엘피지의 상변화에 따른 열을 발열하여 상기 동판으로 공급하기 위한 히터어셈블리와;

   키 온시(시동시) 상기 베이퍼라이저의 냉각수 온도가 일정온도 이하일 경우 상기 히터어셈블리에 밧데리 전원을 인가하고 일정온도 이상일 경우에는 단락하는 제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치
2. 제1항에 있어서, 상기 히터어셈블리는 상기 동판의 일 측면과 밀착 설치되고 전원인가시 순간적으로 발열되어 상기 동판을 가열하는 발열체와, 상기 발열체를 동판에 대하여 탄력적으로 밀착시킴과 동시에 밧데리로부터 전원을 공급받기 위한 전선이 연결된 단자편과, 상기 발열체와 단자편이 삽설 지지되고, 상기 발열체에서 발생된 열이 상기 동판으로만 전달 가능하도록 상호 착탈 자재되는 케이스와 커버로 구성됨을 특징으로 하는 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치.
3. 제1항에 있어서, 제어수단은 상기 베이퍼라이저의 히터실에 장착된 히터어셈블리와는 별도로 분리 설치되어 키 온시 상기 베이퍼라이저의 냉각수 온도를 체크하는 온도스위치내의 바이메탈 작용에 따른 릴레이 코일의 자기력 발생에 의해 밧데리 전원이 상기 히터어셈블리에 인가 또는 단락되도록 구성됨을 특징으로 하는 엘피지 차량의 초기 시동 개선장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 히터어셈블리의 발열체는 전원이 인가되면 자체 저항에 의해 온도가 급격히 상승하며, 일정온도에 이르면 전원이 자동으로 차단되는 PTC 반도체 소자임을 특징으로 하는 엘피지 차량의 초기 시동성 개선장치.