KR20090121172A - 베이퍼라이저의 전열기 - Google Patents

Abstract

[과제] 액체의 LPG 연료를 소정 압력의 기화 가스로 해서 엔진에 공급하는 베이퍼라이저의 전열기에 대해서, 간이한 구성으로 높은 열교환 효율을 실현할 수 있도록 한다.

[해결 수단] 액체 상태의 LPG 연료를 감압·기화시키는 베이퍼라이저(1)에 설치되고, 내부 LPG 연료의 열교환로에 배치된 복수의 전기 히터(101,102,103)로 LPG를 전기적으로 가열하기 위한 전열기(10)에 있어서, 그 복수의 전기 히터(101,102,103)를 연료의 진행 방향에 대하여 병렬하는 수가 종렬하는 수보다 많은 배치로 했다.

베이퍼라이저, 전열기

Description

베이퍼라이저의 전열기{ELECTRICAL HEATER OF VAPORIZER}

본 발명은 베이퍼라이저의 전열기에 관한 것으로서, 특히 액체의 LPG(액화석유가스)를 감압·기화시키는 베이퍼라이저에 설치되고, 내부에 복수의 전기 히터를 배치한 전열기에 관한 것이다.

액체의 LPG를 감압시키고, 소정 압력의 기화 가스로 해서 엔진에 송출하는 베이퍼라이저에서는 내부 통로에 고온의 엔진 냉각수를 순환시켜서 LPG와 열교환시킴으로써 LPG 기화의 촉진을 꾀하고 있다. 그러나, 엔진 냉각수의 온도가 낮은 저온 시동시에서는 LPG의 기화가 불충분해지기 쉽기 때문에 액체 연료의 혼입에 의해 혼합기 과농(過濃)이 되어서 엔진에 이상을 일으키는 경우가 있다.

이 문제에 대하여, 일본 특허공개 평5-223014호 공보나 일본 특허공개 평11-324813호 공보에 기재되어 있는 발명과 같이, PTC 히터 등의 전기 히터를 내장한 전열적 가열 수단인 전열기를 베이퍼라이저에 설치해서 열원을 보강함으로써 엔진 냉각수의 온도가 낮은 상황에서도 LPG의 기화를 가능하게 한 베이퍼라이저가 보급되어 있다.

이와 같은 베이퍼라이저에 설치되는 전열기로서는, LPG를 가열하는 부분이 되는 LPG 열교환로의 길이 확보와 완전한 기화의 달성을 위하여 도 5에 나타내는 바와 같은 히터 유닛(110) 내의 LPG 열교환로를 따라서 전기 히터(111,112,113)를 직렬로 배치한 구성의 전열기(11)가 사용되고 있다.

그런데, 전기 히터를 직렬로 배치한 전열기(11)의 경우에 상류측의 전기 히터(113)(A)에서는 액체 상태의 LPG와 열교환을 행해서 높은 열교환 효율을 실현하고 있지만, 하류측의 전기 히터(111)(C)에서는 이미 상류측에서 LPG가 기화된 기화 가스가 혼합된 상태에서 열교환을 행하기 때문에 열교환 효율이 매우 낮아진다는 점에서 충분한 열교환 기능을 발휘하지 않는 전기 히터가 존재해서 쓸데없는 전력 소비가 발생해 버린다.

도 6은 전기 히터를 직렬로 배치한 전열기에서 LPG 연료를 가열·기화시켰을 경우에 있어서의 히터 전류와 연료 유량의 관계를 히터마다 나타낸 관계도이다. 이 관계도로부터, 하류측의 전기 히터(111)(C)에서는 상술한 바와 같이 기체가 혼합된 LPG와 열교환을 행하고 있는 관계이고, 전기 히터에 흐르는 전류값이 낮아 열교환 효율이 낮은 것을 알 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 평5-223014호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허공개 평11-324813호 공보

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하려고 하는 것이고, LPG를 소정 압력의 기화 가스로 해서 엔진에 공급하기 위해서 사용되는 베이퍼라이저의 전열기에 대해서 간이한 구성으로 높은 열교환 효율을 실현하는 것을 과제로 한다.

그래서, 본 발명은 내부에 설치되는 열교환로에 배치된 복수의 전기 히터에 의해 상기 열교환로를 진행하는 LPG 연료를 전기적으로 가열함으로써 저온 시동시에 연료 탱크로부터 공급되는 LPG 연료를 감압·기화시키기 위해서 사용되는 베이퍼라이저의 전열기로서, 상기 복수의 전기 히터가 상기 열교환로에 있어서의 LPG 연료의 진행 방향에 대하여 병렬로 배치되는 수를 종렬로 배치되는 수보다 많게 했다.

베이퍼라이저에 설치하는 전열기에 대해서, 이렇게 전기 히터를 병렬적으로 배치함으로써 기체가 혼합된 LPG와 열교환을 행하는 낭비를 회피하기 쉬워져 전기 히터를 종렬적으로 배치한 종래예와 비교해서 높은 열교환 효율을 실현할 수 있다.

또한, 이 경우에 전열기에 있어서의 복수의 전기 히터를 LPG 연료의 열교환로를 따라서 종렬하지 않는 배치로 해서 1개의 LPG 연료의 열교환로 내에서 복수 종렬된 전기 히터에 의한 연속적인 가열을 행하지 않도록 하면 종렬적인 연속 가열을 행하지 않음으로써 모든 전기 히터가 액체 상태의 LPG 연료와 열교환을 행할 수 있다.

또한, 상술한 베이퍼라이저의 전열기에 있어서, 전기 히터가 2매의 방열판 사이에 끼워져서 히터 유닛의 1단위를 구성하고 있고, 이 히터 유닛이 복수 병렬해 서 사이에 LPG 열교환로를 형성하고 있는 것으로 하면 큰 열교환 면적을 확보하기 쉬워지게 되기 때문에 보다 효율적인 열교환이 가능해진다.

또한, 상술한 전열기에 있어서 내장되는 전기 히터를 평판상의 PTC 히터로 해서 2매의 도전판 겸 방열판 사이에 끼워진 1매의 평판상 히터 유닛을 구성하고 있는 것으로 하면 작은 용적이라도 높은 열교환 능력을 발휘하기 쉬워진다.

또한, 상술한 전열기에 있어서, 병렬한 복수의 전기 히터로 형성되어서 병렬되는 LPG 연료의 열교환로의 상류측에 LPG 연료를 각 LPG 열교환로에 균등하게 분배하기 위한 분기판이 설치된 것을 특징으로 하면, 모든 LPG 열교환로에서 균일한 열교환이 행하여져서 LPG의 가열을 한층 효율적으로 행할 수 있게 된다.

(발명의 효과)

복수의 전기 히터를 LPG 연료의 진행 방향에 대하여 병렬하는 수가 종렬하는 수보다 많은 병렬적인 배치로 한 본 발명에 의하면 간이한 구성으로 높은 열교환 효율을 실현할 수 있는 것이다.

이하에 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다.

도 1은 본 실시형태의 전열기(10)를 설치한 베이퍼라이저(1)의 구성을 설명하기 위한 간략도이고, 베이퍼라이저(1)는 연료 조인트(20)로부터 액체 상태의 LPG 연료를 도입하여 고온의 엔진 냉각수를 이용해서 LPG 연료와의 사이에서 열교환을 행함으로써 기화 가스의 상태로 하고, 압력 제어 밸브(23)로 소정 압력으로 조정해 서 엔진에 송출하는 것이지만, 그 엔진 냉각수에 의한 가열 부분은 종래예와 공통되기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상술한 바와 같이, 저온 시동시에 있어서는 엔진 냉각수에 의한 열교환만으로는 충분한 가열·기화를 행할 수 없다는 점에서 전기적 가열 수단으로서의 전열기(10)를 LPG를 도입하는 연료 조인트(20) 근방의 하류측에 설치한 구성으로 하고 있다. 그 전열기(10) 내부에는 LPG 연료의 열교환로가 형성되어 있고, 내장된 전기 히터(101,102,103)에 통전됨으로써 LPG 연료를 전기적으로 가열해서 기화를 촉진하게 되어 있다.

그리고, 도 5에 나타낸 종래의 전열기(11)에 있어서는 전기 히터(111,112,113)가 직렬로 배치되어 있는 것에 대해서, 본 실시형태에서는 그 전열기(10)에 내장된 전기 히터(101,102,103)가 병렬로 배치된 상태로 해서 히터 유닛(100)을 구성하고 있고, 전기 히터(101,102,103)의 측방을 통해서 병렬되는 각 LPG 열교환로에 있어서는 전기 히터의 종렬에 의한 연속적인 가열을 행하지 않는 것으로 하고 있다.

이러한 구성으로 함으로써, 전기 히터를 종렬적으로 배치한 종래예에 있어서는 하류측의 전기 히터가 상류측에서 기화된 기체가 혼합된 LPG 연료를 다시 가열함으로써 열교환 효율을 악화시키고 있었던 것에 대해서, 본 실시형태에서는 모든 전기 히터(101,102,103)에 있어서 액체 상태의 LPG 연료와 열교환을 행해서 균일하게 기화시키게 되어 있기 때문에 높은 열교환 효율을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 전열기(10)에는 병렬된 각 LPG 연료의 열교환로에 LPG 연료를 균등하게 분배하기 위한 분기판(21,22)이 히터 유닛(100)의 상류측에 설치되어 있다. 이것에 의해, 병렬되는 모든 LPG 연료의 열교환로에서 균일한 연료 유량이 확보되어서 균일한 열교환이 행하여지기 때문에 보다 효율적인 LPG 연료의 가열을 가능하게 하고 있다.

도 2는 본 실시형태의 전열기(10)와 마찬가지의 구성에 의해 실제로 작성한 전열기를 설치한 베이퍼라이저로 행한 실험에 의거하는 히터 전류와 연료 유량의 관계도이다. 이 관계도에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 전기 히터(A,B,C) 사이에서 전류값이 균등하게 되어 있고, 모든 전기 히터에 있어서 균일하고 효율적인 열교환이 행하여져 있던 것을 알 수 있다. 또한, 엔진의 요구 연료 유량에 따라서는 전기 히터의 개수 삭감도 가능한 것이 추찰되었다.

도 3(A)는 상술한 실시형태의 응용예로서의 전열기(12)의 종단면도를 나타내고 있고, 도 3(B)는 그 X-X선을 따른 종단면도를 나타내고 있다. 이 전열기(12)의 경우에는 내장되는 각 히터 유닛(120)이 원반상의 PTC 히터인 전기 히터(114,115)의 양 평면측을 2매의 도전판 겸 방열판 사이에 끼움으로써 박형(薄型) 사각형의 평판상(직사각형상)으로 형성하여 이루어지는 것이다.

이러한 평판상의 히터 유닛(120)의 복수매가 그 전기 히터(114,115)를 횡 방향의 병렬로 하면서 서로 병렬로 배치되어 있고, 복수의 LPG 연료의 열교환로를 형성하고 있다. 그 때문에 도 4에 나타내는 종래예의 전열기(13)에 있어서, 전기 히터(116,117)를 사이에 둔 히터 유닛(130)이 그 전기 히터(116,117)가 직열이 되도록 횡 방향으로 배치되어 LPG 연료의 열교환로를 따라서 연속적인 가열을 행하는 배치와 비교해서 열교환 효율이 크게 개선되는 것으로 되어 있다.

이상, 서술한 바와 같이, LPG 연료를 소정 압력의 기화 가스로 해서 엔진에 공급하는 베이퍼라이저의 전열기에 대해서, 본 발명에 의해 간이한 구성으로 높은 열교환효율을 실현할 수 있게 되었다.

도 1은 본 발명에 있어서의 실시형태의 전열기를 설치한 베이퍼라이저의 구성을 설명하기 위한 간략도이다.

도 2는 도 1의 베이퍼라이저에 의한 실험 결과에 의거하는 히터 전류와 연료 유량의 관계도이다.

도 3의 (A)는 도 1의 전열기의 응용예를 나타내는 종단면도이고, (B)는 (A)의 X-X선을 따른 단면도이다.

도 4의 (A)는 종래예의 전열기의 종단면도이고, (B)는 (A)의 Y-Y선을 따른 단면도이다.

도 5는 종래예의 전열기를 설치한 베이퍼라이저의 구성을 설명하기 위한 간략도이다.

도 6은 도 5의 베이퍼라이저에 의한 실험 결과에 의거하는 히터 전류와 연료 유량의 관계를 히터마다 나타낸 관계도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 베이퍼라이저 10, 12 : 전열기

21, 22 : 분기판 23 : 압력 제어 밸브

100, 120 : 히터 유닛 101, 102, 103, 114, 115 : 전기 히터

Claims (9)

1. 내부에 설치되는 열교환로에 배치된 복수의 전기 히터에 의해 상기 열교환로를 진행하는 LPG 연료를 전기적으로 가열함으로써 저온 시동시에 연료 탱크로부터 공급되는 LPG 연료를 감압·기화시키기 위해서 사용되는 베이퍼라이저의 전열기로서: 상기 복수의 전기 히터가 상기 열교환로에 있어서의 LPG 연료의 진행 방향에 대하여 종렬로 배치되는 수보다 병렬로 배치되는 수가 많은 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 전기 히터를 1개의 상기 열교환로를 따라서 종렬로 해서 배치하지 않는 것으로 하여 각 열교환로에 대해서 복수의 상기 전기 히터에 의한 연속적인 가열을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 히터는 양측에 방열판이 배치되어서 히터 유닛의 1단위를 구성하고 있고, 복수 배치되는 상기 LPG 열교환로의 양측에 상기 히터 유닛이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 히터는 평판상의 PTC 히터의 양측에 도전판 겸 방열판이 배치되어서 히터 유닛의 1단위를 구성하고 있는 것을 특 징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 전기 히터는 평판상의 PTC 히터의 양측에 도전판 겸 방열판이 배치되어서 히터 유닛의 1단위를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열교환로의 상류측에 LPG 연료를 각 열교환로에 균등하게 분배하기 위한 분기판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 열교환로의 상류측에 LPG 연료를 각 열교환로에 균등하게 분배하기 위한 분기판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 열교환로의 상류측에 LPG 연료를 각 열교환로에 균등하게 분배하기 위한 분기판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 열교환로의 상류측에 LPG 연료를 각 열교환로에 균등하게 분배하기 위한 분기판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 베이퍼라이저의 전열기.

Images