KR20110132476A

KR20110132476A - 유체 가열기

Info

Publication number: KR20110132476A
Application number: KR1020117025854A
Authority: KR
Inventors: 조지 엠. 짐머
Original assignee: 알가스-에스디아이 인터내셔널 엘엘씨
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2011-12-07
Also published as: WO2004038303A2; EP1558879A2; JP4667872B2; WO2004038303A3; KR20050065619A; EP1558879A4; AU2003285023A1; JP2011091040A; KR101119767B1; JP2006504058A; EP1558879B1; AU2003285023A8

Abstract

본 발명의 유체 가열기는, 유체 가열 튜브(18)가 내장되고 제1 표면(126)을 갖는 제1 열교환기 블록(114), 및 유체 튜브(18)가 내장되고 상기 제1 표면과 인접하는 제2 표면(128)을 갖는 제2 열교환기 블록(120)을 구비한다. 공동(110)은 제1 블록의 표면에 형성되거나, 이와 달리 제1 및 제2 블록의 표면 각각에 형성된다. 가열 부재(16)는 상기 공동 내부에 배치되고, 제1 및 제2 블록에 의해 완전히 봉입된다. 상기 가열 부재는 제1 버스 플레이트 및 제2 버스 플레이트(119, 121)와 상기 버스 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 PTC 부재(116)를 구비할 수 있으며, 각각의 PTC 부재는 제1 전도성 플레이트와 제2 전도성 플레이트(16a, 16b), 및 상기 전도성 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 가열 스톤(16c)을 구비한다.

Description

유체 가열기{FLUID HEATER}

본 발명은 유체를 가열하기 위한 가열기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액화 석유 가스와 같은 액화 가스 또는 물을 기화시키기 위한 가열기에 관한 것이다.

액화 가스를 가열하고 조절 기화시키기 위한 유체 가열기는 일반적으로 공지되어 있다. 하나의 전기적으로 가열되는 액화 석유 가스(LPG) 기화기가 미국 특허 제4,255,646호에 개시되어 있다. 다른 액화 가스 기화 유닛이 미국 특허 제4,645,904호에 개시되어 있다. 통상적으로, 기화기는, 하단부 근방에 액화 가스 입구를 갖고 이 액화 가스 입구로부터 떨어져 있는 밀폐된 상단부 근방에 가스 증기 출구를 갖는 중공의 압력 용기를 구비한다. 통상 압력 용기 내에는 가열 코어가 대개 하단부 근방에 배치된다. 상기 가열 코어 내에는 복수의 저항 전기 가열 부재가 매립될 수 있다.

전기 가열 부재를 사용하는 그러한 기화기는 종종, 소정의 설정치로부터의 코어 온도의 편차에 의해 결정되는 주기적 온/오프 듀티 사이클(duty cycle)로 가열 부재에 전력을 적용하기 위해 시간 비례적 콘트롤러와 결합되는 온도 센서의 사용을 필요로 한다. 코어 온도가 설정치 이상으로 증가하면, 제어 회로는 온도를 낮추기 위해 듀티 사이클의 예정 시간(on time)을 감소시킨다. 코어 온도가 설정치 미만이면, 제어 회로는 듀티 사이클의 예정 시간을 증대시킨다. 복합 제어 회로 및 스위치가 요구된다.

그러한 공지의 기화기는 또한 가스 증기 출구 아래의 그 상단부 근처에서 압력 용기의 내부와 연통하는 액화 가스 센서를 구비할 수 있다. 상기 액화 가스 센서는 통상, 압력 용기내의 액화 가스 레벨을 감지하고 압력 용기 내로의 액화 가스 유동을 중지시키도록 개폐되는 밸브를 제어하기 위한 "플로트 스위치(float switch)" 또는 오버플로우 센서이다. 따라서, 밸브는, 압력 용기 내로의 액화 가스의 압축 유동을 개방하도록 또한 액화 가스가 가스 증기 헤드 공간을 채우고 기화기의 출구를 통해 넘치기 전에 유동을 차단하도록 제어된다.

그러한 공지의 유체 가열기가 갖는 문제점은 과열을 방지하기 위해 전기 가열기 부재의 온/오프 듀티 사이클을 제어할 필요가 있다는 것이다. 요구되는 회로는 안전상 주의사항이 있어야 하며, 또한 유지보수 및 신뢰성 관련 주의사항도 있게 된다. 또한, 회로는 유체 가열기의 유지 비용을 증가시킨다.

대부분의 공지된 유체 가열기에 공통적인 다른 문제점은 휘발성이 매우 높은 가스의 존재와 전기 회로 및 열 소스 형태의 연소 공급원의 존재로 인해 폭발 가능성이 있다는 것이다. 그 결과, 유체 가열기는 다른 연소 또는 폭발 위험물을 포함하는 환경에서 사용될 때 내부 폭발을 억제하기 위해 보호 차폐물에 충분히 밀봉되어야 한다. 그러한 차폐물은 유체 가열기에 비용, 중량 및 크기를 추가시킬 뿐 아니라, 유지 문제를 보다 복잡하게 만든다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 열교환기 블록과, 가열될 유체를 수용하도록 구성된 유체 가열 튜브와, 가열될 유체를 수용하도록 구성된 제2 유체 가열 튜브를 갖는 제2 열교환기 블록을 구비하는 유체 가열기가 제공된다. 상기 제1 블록 및 제2 블록은 서로 대면하는 내표면을 갖는다. 제1 열교환기 블록 및 제2 열교환기 블록 사이에는 가열 유닛이 배치된다. 일 실시예에서, 가열 유닛은 하나 이상의 개별 부재를 구비하는 포지티브 온도 계수(PTC: positive temperature coefficient) 가열기이다. 두개의 열교환기 블록 사이에는 PTC 부재가 배치되는 공동이 형성될 수 있거나, 또는 이들 PTC 부재는 그러한 공동 없이 열교환기 블록 근방에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 버스 플레이트는 버스 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 PTC 부재에 전력을 제공한다. 각각의 PTC 부재는 제1 및 제2 전도성 플레이트와, 이들 전도성 플레이트 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 가열 스톤을 구비한다.

도1은 두 개의 적층된 열교환기 블록과 하나의 용량 제어 밸브로 구성되는 열교환기를 구비하는, 본 발명을 구체화한 유체 가열기의 등각도이다.
도2는 내장된 튜브와 가열 부재를 도시하기 위해 열교환기 블록중 하나는 가상선으로 도시한, 도1의 열교환기의 등각 분해도이다.
도3은 도1의 유체 가열기의 열교환기 블록 각각에 사용되는 튜브의 등각도이다.
도4a는 도1의 열교환기의 열교환기 블록에 열을 공급하기 위해 사용되는 포지티브 온도 계수(PTC) 가열 부재의 등각도이다.
도4b는 개별 스톤의 배치를 도시하는, 도4a의 PTC 가열 부재의 분해도이다.
도5는 열교환기 블록의 공동 내에서의 가열 부재의 부품들의 배치를 도시하는, 본 발명의 제2 실시예의 분해 등각도이다.
도6은 도5의 실시예의 횡측 단면도이다.

가열기(10)는, 대면(face-to-face) 장착되고 그 사이에 여덟 개의 포지티브 온도 계수(PTC) 가열 부재(16)가 개재되는 두 개의 열교환기 블록(13, 14)으로 구성되는 열교환기(12)를 구비한다. 실제로는, PTC 가열 부재의 개수는 필요에 따라 적용시에 달라질 수 있다. 그 개수는 6개 이하에서부터, 14개 이상까지 달라질 수 있다.

열교환기 블록(13, 14)의 각각은, 도2 및 도3에 가장 잘 도시되어 있듯이 내부에 일체형 유체 가열 튜브(18)를 갖는, 알루미늄과 같은 열전도성 재료의 주조물로 형성된다. 유체 가열 튜브(18)의 각각은 입구(20)와 출구(22)를 갖는다. 열교환기 블록(13, 14)의 유체 가열 튜브(18)는, 제1 열교환기 블록(13)의 유체 가열 튜브(18)의 출구(22)와 제2 열교환기 블록(14)의 유체 가열 튜브(18)의 입구(20)를 연결하는 커플러(coupler) 튜브(24)에 의해 연속 결합된다.

유체 가열 튜브(18)는 임의의 바람직한 기술에 의해 블록(13, 14) 내에 형성될 수 있다. 한가지 방법은, 적절한 형상 및 크기의 스테인레스 스틸, 카본 스틸, 또는 알루미늄 튜브로서 튜브(18)를 제공하고, 최종 블록(13, 14)을 얻기 위해 이 튜브 주위의 적소에 알루미늄을 주조하는 것이다. 다른 바람직한 기술은 내부에 튜브가 형성된 블록(13, 14)을 주조 방법의 일부로서 주조하는 것이다. 다른 기술이 사용될 수도 있다.

볼트나 다른 체결구 또는 클램프와 같은 복수의 체결구(26)에 의해 열교환기 블록(14)은 그 사이에 개재되는 가열 부재(16)들과 대면 관계로 단단히 고정된다. 가열 부재(16)에는, 바람직하게는 100 내지 240볼트의 전력 공급원(28)에 의해 전력이 공급된다. 제1 열교환기 블록(13)의 기화 튜브(18)의 입구(20)에는 유량 제어 밸브(30)가 결합되며, 이 밸브는 LPG 저장 탱크와 같은 유체 공급원(32)으로부터 가열 및 기화가 이루어지는 열교환기(12)로의 유체 흐름을 제어한다. 기화된 유체는 제2 열교환기 블록(14)의 유체 가열 튜브(18)의 출구(22)를 통해서 배출되고, 출구 튜브(29)에 공급된다.

가열기(10)에 사용되는 PTC 가열 부재(16) 중의 하나가 도4a에 도시되어 있으며, 도4b에서는 분해 도시되어 있다. 그러한 PTC 가열 부재는 공지되어 있으며, 당업계에서 "스톤(stones)"으로 지칭되는 복수의 개별 열 발생 부품을 갖는 한 쌍의 이격된 평면 전도성 플레이트(16a, 16b)를 구비한다. 각각의 스톤은 전류가 흐름으로써 가열된다. 스톤(16c)은 전도성 플레이트들 사이에 배치된다. PTC 가열 부재(16)는 편평한, 납작한 프로파일을 갖는다. 전도성 플레이트들 사이의 스톤을 가로질러 전압을 제공하기 위해 플레이트(16a)의 단부에는 전기 리드(lead)(16d)가 부착되고 플레이트(16b)의 단부에는 전기 리드(16e)가 부착되며, 따라서 모든 스톤은 병렬 전압을 공급하도록 연결된다. 전도성 플레이트(16a, 16b) 사이에는 복수의 스톤(16c)이 줄지어 배치되며, 각각의 스톤은 그 일 면이 전도성 플레이트(16a)와 전기 접촉하고 반대 면이 전도성 플레이트(16b)와 전기 접촉한다. 플레이트(16a)로부터 플레이트(16b)로 전류가 스톤을 통해 흘러서 스톤이 가열된다.

스톤(16c)은 전도성 플레이트(16a, 16b)에 의해 그것을 가로질러 인가되는 전압에 반응하여 열을 발생시키는 감열성 반도체 저항 재료로 구성되며, 그것을 가로질러 인가되는 전압에 관계없이 실질적으로 동일한 열 출력을 발생시키는 특성을 갖는다. 따라서, PTC 가열 부재(16)는 전력 공급원(28)으로 사용되는 전압에 관계없이 매우 일정한 열 출력을 발생시킨다. 이는 소정의 열을 발생시키기 위해 종래의 전기 가열기에서 요구되었던 것처럼 PTC 가열 부재(16)용 전원을 조심스럽게 정확히 조절할 필요가 없게 해준다. 따라서 보다 간단하고 덜 비싼 가열기가 얻어진다. 또한 서로 매우 상이한 전력 공급 시스템을 갖는 나라에서의 사용을 위해 개조될 때 높이 조절된 전력을 요하는 종래의 가열기에서 발생하는 비용과 필요성이 절감된다. PTC 가열 부재(16)는 가열 부재에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템에 관계없이 광범위한 사용이 가능하게 한다.

발명의 일 실시예에서, PTC 가열 부재는 North Webster, IN 소재의 Dekko Enterprise에 의해 판매되는 5 스톤을 사용하는 EB 스타일이다. EB 스타일의 5 스톤 PTC 가열 부재의 샘플은 전압이 120볼트 내지 230볼트 범위에 있을 때 103 내지 117℃ 범위의 표면 온도를 발생하였다.

일 실시예에서, PTC 가열 부재(16)의 각각은 높은 열전도 계수를 갖는 재료로 형성된 전기 절연성 재킷(17)에 패키징된다. 이 재킷(17)은 도4a에서 PTC 가열 부재(16)의 전도성 플레이트(16a, 16b)를 드러내도록 부분적으로 제거된 상태로 도시되어 있다.

PTC 가열 부재(16)가 전도성 금속 열교환기 블록들 사이에 타이트하게 개재되어 양호한 열전도성을 촉진하게 되어 있을 때, 재킷(17)은 가열 부재의 전도성 플레이트(16a, 16b)가 열교환기 블록과 전기 접촉하는 것을 방지하며, 동시에 가열 부재에 의해 발생된 열이 재킷을 통해 열교환기 블록으로 효과적으로 전달될 수 있게 해준다. PTC 가열 부재(16)의 전기 절연성 및 열전도성 재킷(17)은 Wilmington Delaware 소재의 du Pont de Nemours and Company로터 구입할 수 있는 폴리아미드 필름 KAPTON®으로 제조될 수 있다.

PTC 가열 부재(16)를 사용함으로써 다른 장점들이 실현된다. 기술한 바와 같이, 스톤(16c)은 전도성 플레이트(16a, 16b) 사이에 줄지어 배치되며, 따라서 하나의 스톤이 고장나면 전도성 플레이트들 사이의 다른 스톤들이 계속 작동하여 열을 발생시킴으로써 가열 부재가 전체적으로 고장나는 것을 방지해준다. 이와 관련하여, 도1에 도시한 바와 같이, 가열 부재(16)의 리드(16d)는 함께 연결되고 가열 부재의 리드(16e)는 함께 연결되며, 따라서 가열 부재들은 전력 공급원(28)에 병렬 연결된다. 이러한 배치에 의하면, 가열 부재(16)중 하나가 완전히 고장나도, 나머지 가열 부재들이 계속 전력을 공급받아 작동할 것이다. 충분히 많은 수의 가열 부재(16)가 사용되므로, 일부 스톤이 가열 부재에서 고장나거나 심지어는 가열 부재의 일부가 완전히 고장나더라도, 나머지 가열 부재들은 열교환기(12)에 공급되는 유체의 소망의 가열을 달성하기에 충분한 가열을 제공할 것이다.

PTC 가열 부재(16)가 그것이 작동하는 경화 온도를 가지며 그것이 작동하는 환경의 온도가 그 경화 온도를 넘어가기 시작하면 그것이 출력하는 파워를 감소시킨다는 점에서 자기-조절적(self-regulating)이라는 사실로부터 다른 장점이 얻어진다. PTC 가열 부재가 자기-조절적이기 때문에, 전력 공급원(28)에 의해 공급되는 전력은, 온도가 제어되지 않고 상승하는 위험한 상황이 초래될 우려 없이 PTC 가열 부재(16)에 직접 간단하게 연결된다. 이로 인해 필요에 따라 종래의 저항 가열 부재에 필요했던 과도한 가열 부재 온도 제어 회로가 필요 없어지며, 과열의 우려도 없어진다.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열기(100)의 분해도이다. 도6은 도5의 6-6선상에서 취한 단면도이다. 제1 열교환기 블록(114)이 공동 또는 오목부(110)가 형성된 표면(126)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 공동의 모든 변에는 선택된 최소 벽두께(T)가 제공되어 있다. 표면(128)을 갖는 제2 열교환기 블록(120)은 열교환기 블록(114)의 표면과 결합하도록 구성되어 있다. 블록(114, 120)은 블록(13, 14)에 관하여 교시된 바와 같이, 튜브 주위에 알루미늄이나 기타 재료를 주조함으로써 구성될 수 있다. 블록(120)은 도6에서 편평면(128)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이와 달리, 양 블록(114, 120)은 동일한 구조를 갖고 상호교환될 수 있도록 그 내부에 공동(110)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표면(126, 128)은 편평하지 않고, 상호 형상이 합치(conform)되도록 구성된다. 도5 및 도6에 도시된 실시예에 따르면, 공동(110)은 그 내부의 가열 조립체의 평면 구조에 합치되도록 편평한 표면을 갖는다. 다른 실시예에 따르면, 공동(110)은 비평면 형상을 갖는 가열 부재 또는 조립체에 합치되도록 구성되는 비평면적(nonplanar) 표면을 갖는다.

공동(110)의 각 단부를 향하여 설치된 리세스(134)에는 전기 비전도성 정렬 핀(132)이 배치된다. 상기 공동(110) 내에는 높은 열전도 계수를 갖는 재료로 형성된 전기 절연성 패드(117)가 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 패드(117)는 표면 보이드와 요철에 합치되도록 어느 정도의 탄성과 합치성을 가지며, 따라서 열전달을 위한 최대한의 접촉을 유지한다. 패드(117)는 정렬 핀(132)과 결합하는 정렬 노치(138)를 구비한다. 패드(117) 다음에는 제1 파워 버스 플레이트(119)가 위치하며, 이는 핀(132)과 결합하는 정렬 노치(140)를 구비한다. 제1 버스 플레이트(119) 근방에는 탄성 및 비전도성 정렬 마스크(136)가 배치된다. 상기 마스크(136)에는 핀(132)과 결합하기 위한 정렬 노치(142) 및 복수의 절취부(137)가 제공된다.

마스크(136)의 각 절취부(137)에는 버스 플레이트(119)의 길이를 따라서 PTC 가열 부재(116)가 배치된다. 이 PTC 가열 부재(116)는 도4a 및 4b를 참조하여 전술된 것과 구조적으로 유사하다. 이 실시예에서, 이들 가열 부재는 개별 전기 접속부(16d, 16e)를 구비하지 않는다. 또한, 이들 가열 부재는 본원에 설명하듯이 공통 버스에 의해 연결되므로 전기 절연성 재킷(17)을 채택하고 있지 않다.

PTC 가열 부재(116) 위에는 제2 파워 버스 플레이트(121) 및 제2 전기 절연 패드(123)가 각각 정렬 노치(140, 138)를 가진 채로 배치되어 있다. 제2 열교환기 블록(120)은 제1 블록(114)에 대해 상기 열거한 구성요소들 사이에 포함된 채로 클램핑된다. 상기 파워 버스 플레이트(119, 121)는 알루미늄, 구리, 스틸, 은 코팅된 기판, 또는 임의의 만족할만한 전도체로 구성될 수 있다. PTC 가열 부재(116) 전체의 한쪽면에는 하나의 플레이트(119)가 평행하게 결합되고, 다른쪽 면에는 다른 플레이트(121)가 평행하게 결합된다. 전력은 버스(119)로부터 가열 부재(116)를 통해서 버스(121)내로 공급되어 평행한 모든 부재들을 가열하며, 이는 본원의 어디에서나 기술되는 장점을 갖는다.

전기 절연성 패드(117, 123)는 어느 정도의 탄성을 가지며, 따라서 제1 및 제2 열교환기 블록(114, 120)의 클램핑 압력은 패드(117, 123)를 압축하고, 이 패드는 한쪽 면에서 각 파워 버스 플레이트(119, 121)의 표면과 합치되고 다른쪽 면에서 각 열교환기 블록(114, 120)의 표면과 합치된다. PTC 가열 부재(116)의 상, 하면과 알루미늄 버스 플레이트(119, 121) 사이에는 압력이 균일하게 유지된다. 파워 버스 플레이트(119, 121)와 PTC 부재(116) 사이의 신뢰성있는 전기 접속을 보장하는 압력이 선택되며, 따라서 전도성 플레이트(16b, 16a)는 버스 플레이트(119, 121)와 각각 전기 접촉된다. 각각의 파워 버스 플레이트(119, 121)는 접촉 태브(a contact tab)(124)를 구비한다. 전원(28)으로부터의 전기 접속 와이어(122, 123)는 접촉 태브(124)에서 파워 버스 플레이트(119, 121)와 접촉을 이룬다. 장치(100)의 외부로부터 공동(110) 내부로 통과하는 개구(130)는 접속 와이어(122, 123)가 장치 내로 통과하게 해준다. 상기 개구(130)는 접속 와이어(122, 123)의 통과를 허용하도록 구성된 폭발 방지 시일(도시되지 않음)에 의해 밀봉될 수 있다. 그러한 시일은 산업 분야에서 공지되어 있으며, 연소 또는 폭발이 관심의 대상인 다른 적용분야에서 사용된다. 전력은 전기 접속 와이어(122, 123)를 통해서 파워 버스 플레이트(119, 121)의 접촉 태브(124)에 제공되며, 따라서 PTC 가열 부재(116)의 각각에 제공된다.

공동(110)은 열교환기 블록(114, 120)이 함께 클램핑될 때 패드(117), 전력 공급 버스 플레이트(119, 121) 및 PTC 부재(116)가 적절히 함께 바이어스되고 블록(114)의 표면(126)이 블록(120)의 표면(128)에 대해 가압되도록 적절한 깊이를 갖는다. 이는 폭발 방지 조립체를 제공하기 위함이다.

안전 등급과 본 발명의 원리에 따라 기술된 것과 같은 장치의 인증 및 안전 등급에 관계된 규정에 의하면, 주어진 환경에서 사용하기에 안전한 것으로 입증되려면, 장치가 규정된 범위에 드는 특징을 가져야 한다고 정해져 있다. 예를 들면, 폭발에 대해 안전하다고 인증받으려면, 일부 규제 기준에 의하면, 가연성 액체를 기화시키는데 사용되는 장치는 연소 소스와 장치의 외부 사이에 최소한의 선택된 벽 두께를 가져야 한다. 본 발명은 이 기준을 충족하는 블록(114, 120) 벽을 제공한다. 예를 들면, 측벽(127)의 두께(T)는 이 최소 두께를 충족하거나 상회하도록 선택되었다.

또한, 벽의 통로 또는 두 블록(114, 120) 사이의 갭은 폭발 방지를 위해 내부 연소의 경우에 압력을 해소(release)시키기 위한 통풍구(vent)로서 제공될 수 있다. 이 통풍구가 적절한 크기이면, 폭발을 초래할 정도로 충분한 압력이 생성될 수 없다. 통로 또는 갭의 길이와 폭의 선택 사이에는, 장치 내에 발생하는 어떠한 화염도 외부에 도달할 수 없도록 보장하면서 적절한 압력 해소를 제공하기 위한 관계가 존재한다. 또한, 장치의 전체 체적 및 용량은 그러한 인증을 위해 충족되어야 하는 파라미터에 영향을 미친다. 도5 및 도6의 실시예에 따른 장치는 NEC(National Electrical Code: 미국 전기 공사 규정)에 규정된 위험지역 등급 Class I, Division 1에 맞도록 구성되어 있다. 상기 장치는 따라서, 폭발 조건의 가능성이 있는 지역에서 사용되더라도 근처에 있을 수 있는 가연성 재료의 연소를 촉발하지 않거나 폭발하지 않을 것이라는 충분히 안전한 등급을 갖추고 있다. 유사한 용량을 갖는 이전의 기화기 및 가열기는 안전 기준을 충족하려면 별도의 보호 케이싱을 필요로 하였다.

본 발명의 예시된 실시예의 경우에는, 열교환기 블록(114, 120)이 가열 부재, 파워 접속부 및 열교환 튜브를 완전히 봉입(enclose)하도록 결합하는 식으로 구성되어 있다. 그 유닛은 따라서 추가의 차폐물에 대한 필요없이도 NEC 기준을 충족할 것이다. 그 결과, 본 발명의 장치는 공지된 가열기 및 기화기에 비해 제조 비용이 현저히 감소된다. 블록(114, 120)은 튜브를 봉입하고, 가열 부재를 봉입하며, 열교환기로서 기능하고, 또한 폭발 방지 인클로저를 제공하는 여러가지 목적을 수행하고 있다.

도4 및 도5에 개시된 열교환기 블록의 폭발 방지 특성은 사용되는 가열 부재의 형태와 무관하다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본원에 개시된 것과 다른 구성의 PTC 가열 부재뿐 아니라, 부재를 봉입하는 열교환기 블록과 함께 사용되는 다른 형태의 가열 코일 및 부재도 본 발명의 범위에 포함된다. 폭발 방지 시일을 제공하면서 블록(114, 120)에 대한 열교환 효율을 최대화하기 위해서는, 공동(110)의 내표면이 평면일 필요가 없으며, 사용되는 가열 부재의 형상에 맞으면 될 뿐이다.

열교환기 블록(114, 120)의 각각에는, 도5 및 도6의 단일 공동(110)의 대략 절반 깊이를 갖는 공동이 제공될 수 있으며, 두 공동의 조합에 의해 소요 치수의 공동이 형성되도록 서로 대향하여 배치되는 공동이 제공될 수도 있다. 이 구조가 갖는 다른 장점은 블록(114, 120)이 동일하도록 설계되어, 장치의 제조 및 조립을 간단하게 만들 수 있다는 점이다. 폭발 방지가 문제되지 않는 적용 분야에서는, 그것이 사용될 환경이 폭발 방지를 요구하지 않거나 가열될 유체가 비가연성이기 때문에, 공동이 존재할 필요가 없으며, 가열 부재는 블록들 사이에 배치되어 소망의 적용을 위해 적절하게 밀봉될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 공동이 열교환기 블록 내에 형성되지 않고, 오히려 블록들 사이에 개재되는 한쪽에서 다른쪽으로 통과하는 개구를 갖는 판을 구비함으로써 형성된다. 이 개구의 구멍은 열교환기 블록과 접촉하는 판의 표면 상에 존재하며, 개구는 가열 부재를 수용하도록 크기를 갖는다.

장치의 작동은 다음과 같다. 전원(28)에 의해 전압이 전기 접속 와이어(122, 123)를 거쳐서 가열기(100)에 제공된다. 파워 버스 플레이트(119, 121)는 접속 와이어(122, 123)와의 접촉을 통해서 전력을 공급받는다. PTC 가열 부재들은 각각 버스 플레이트(119, 121)를 통해서 전력 공급부에 연결된다. PTC 가열 부재(116)는 그 경화 온도까지 가열된다. 상기 가열 부재(116)로부터의 열은 파워 버스 플레이트(119, 121)와 전기 절연성 패드(117)를 통해서 열교환기 블록(114, 120)으로 전도된다. 열은 유체 가열 튜브(18)내의 유체로 전달되고, 유체를 가열 또는 기화시킨다. 튜브(18) 내에서의 유체의 최대 유량은 유체가 소정 온도에 도달하는 것을 보장하도록 용량 제어 밸브(30)에 의해 조절된다. 일부 경우에, 상기 소정 온도는 가열되는 유체, 예를 들면, 물, 액화 석유 제품, 또는 일부 다른 유체의 대략 끓는점이 될 수 있다. 일부 유체 및 용도에 있어서, 상기 온도는 유체가 출구에서 완전히 기화되는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. PTC 가열 부재(116)의 자기-조절 특성으로 인해, 부재(116)는 장치에 유입되는 유체의 유량 또는 온도 변화를 수용하기 위해, 전력 공급원(28)으로부터의 그 전류 인입(draw)을 부재의 최대 전력 등급까지 자동으로 수정할 것이다.

도5 및 도6의 실시예는 공지의 장치 및 이전 실시예에 비해 몇가지 장점을 갖는다. 버스 플레이트(119, 121)의 사용은 개별 커넥터(16d, 16e)에 대한 필요성을 없애주며, 그 결과 연결이 간단해지기 때문에, 이는 제조 비용을 절감하고 파손 가능성을 낮춰주어, 보다 경제적이고 보다 신뢰적인 장치를 만들어낸다.

본 발명은 액화 가스 기화기에 관하여 기술되었지만, 본 발명의 원리는 다른 형태의 유체 가열기 및 기화기에도 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 적용분야에는 가정 온수용 급탕기, 유체 및 가스의 예열과 같은 산업상 용도 및 의료용 및 기타 건강 관리(health care)용 유체 가열기 등이 포함된다. 본 발명은 건강관리 적용분야에서 특히 유용할 수 있는바, 유체 가열 장치는 고장시에 환자가 화상을 입는 것을 방지하도록 엄밀하게 조절된다. 또한, 채택되는 PTC 부재의 자기-조절 특성으로 인해, 본 발명의 유체 가열 장치는 그러한 적용 분야에 있어서 극히 안전하고 경제적인 장치이다. 본 발명의 다른 적용분야로는 탄화수소 가스를 연소하는 엔진에 의해 구동되는 차량이 있을 수 있다. 그러한 차량은 일반적으로, 사용 전에 반드시 기화되어야 하는 액화 가스용 탱크를 구비하고 있다.

전술한 내용으로부터, 이상에서 본 발명의 특정 실시예에 대해 예시적인 목적으로 기술하였지만, 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않은 한 다양한 변형예가 있을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 청구범위에 의하지 않고는 한정되지 않는다.

Claims

가열 부재이며,
제1 버스 플레이트 및 제2 버스 플레이트와,
상기 버스 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 버스 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 부재를 포함하고,
상기 포지티브 온도 계수 부재의 각각은,
제1 전도성 플레이트 및 제2 전도성 플레이트와,
상기 전도성 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 전도성 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 가열 스톤을 구비하는 가열 부재.
제1항에 있어서, 상기 가열 부재는 제1 열전도성 및 전기 절연성 패드와, 제2 열전도성 및 전기 절연성 패드를 추가로 포함하며, 상기 패드는 각각 상기 복수의 포지티브 온도 계수 부재와 대향하는 측에서 제1 버스 플레이트와 대면 접촉하고, 상기 복수의 포지티브 온도 계수 부재와 대향하는 측에서 제2 버스 플레이트와 대면 접촉하여 배치되는 가열 부재.
유체 가열기이며,
제1 표면을 갖는 제1 열교환기 블록과,
상기 제1 표면과 열 접촉되는 제2 표면을 갖는 가열 부재를 포함하고,
상기 가열 부재는 제1 버스 플레이트 및 제2 버스 플레이트와, 상기 버스 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 버스 플레이트들 사이에서 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 부재를 포함하며,
상기 포지티브 온도 계수 부재의 각각은,
제1 전도성 플레이트 및 제2 전도성 플레이트와,
상기 전도성 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 전도성 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 가열 스톤을 구비하는 유체 가열기.
제3항에 있어서, 상기 제1 표면에 형성되고 그 내부에 상기 가열 부재가 배치되는 공동을 추가로 포함하는 유체 가열기.
제3항에 있어서, 상기 제1 열교환기 블록 내부에 유체 가열 튜브를 추가로 포함하는 유체 가열기.
제3항에 있어서, 상기 가열 부재는 제3 표면을 추가로 구비하며, 상기 유체 가열기는 제4 표면을 갖는 제2 열교환기 블록을 추가로 포함하고, 상기 제2 열교환기 블록은 그 제4 표면이 상기 제3 표면과 열 접촉되도록 배치되는 유체 가열기.
제6항에 있어서, 상기 제2 열교환기 블록 내부에 유체 가열 튜브를 추가로 포함하는 유체 가열기.
제6항에 있어서, 상기 제1 표면 및 제4 표면에 각각 형성되는 오목부를 추가로 포함하고, 상기 제1 표면의 오목부와 제4 표면의 오목부는 그 내부에 가열 부재가 완전히 봉입되는 공동을 함께 형성하는 유체 가열기.
제8항에 있어서, 상기 제1 표면과 제4 표면은 대면 접촉되는 유체 가열기.
유체 가열기이며,
제1 표면을 갖고 그 내부에 유체 가열 튜브를 구비하는 제1 열교환기 블록과,
제2 표면을 갖고 그 내부에 유체 가열 튜브를 구비하며, 상기 제1 블록에 대해서는 그 제2 표면이 상기 제1 표면과 서로 인접하도록 배치되는 제2 열교환기 블록과,
상기 제1 표면에 형성되고 그 내면에는 제3 표면을 갖는 공동과,
상기 제3 표면과 대면 접촉하는 제4 표면 및 제2 표면과 대면 접촉하는 제5 표면을 그 대향하는 양쪽에 가지며 상기 공동 내에서 완전히 봉입되는 가열 부재를 포함하는 유체 가열기.
제10항에 있어서, 상기 가열 부재는,
제1 버스 플레이트 및 제2 버스 플레이트와,
상기 버스 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 버스 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 온도 계수 부재를 포함하고,
상기 포지티브 온도 계수 부재의 각각은, 제1 전도성 플레이트 및 제2 전도성 플레이트와, 상기 전도성 플레이트들과 전기 접촉되고 상기 전도성 플레이트들 사이에 전기적 병렬 구조로 개재되는 복수의 포지티브 가열 스톤을 포함하는 유체 가열기.
제11항에 있어서, 상기 가열 부재는 상기 제1 버스 플레이트와 제1 표면 사이 및 상기 제2 버스 플레이트와 제3 표면 사이에 각각 배치되는 제1 열전도성 및 전기 절연성 패드와 제2 열전도성 및 전기 절연성 패드를 추가로 포함하는 유체 가열기.
제10항에 있어서, 상기 공동으로부터 상기 제1 블록의 외표면으로 연통되는 상기 제1 열교환기 블록 내의 개구와,
제1 단부에서 상기 가열 부재에 결합되고 그 제2 단부가 상기 제1 블록의 외부에 위치하도록 개구를 통과하는 전력 공급 케이블과,
상기 케이블 주위의 개구를 밀봉하는 폭발 방지 시일을 추가로 포함하는 유체 가열기.
제10항에 있어서, 상기 제1 표면과 제2 표면은 선택된 거리만큼 이격되어 있는 유체 가열기.
유체 가열기이며,
제1 표면을 갖고 그 내부에 유체 가열 튜브를 구비하는 제1 열교환기 블록과,
제2 표면을 갖고 그 내부에 유체 가열 튜브를 구비하며, 상기 제1 블록에 대해서는 그 제2 표면이 상기 제1 표면과 서로 인접하도록 배치되는 제2 열교환기 블록과,
상기 제1 열교환기 블록의 제1 표면에 형성되는 제1 공동과,
상기 제2 열교환기 블록의 제2 표면에 형성되며, 상기 제1 표면 및 제2 표면이 대면 접촉될 때 상기 제1 공동과 서로 대향하고 제1 공동과 함께 상기 제1 블록과 제2 블록 사이에 챔버를 형성하도록 배치되는 제2 공동과,
상기 챔버 내에서 완전히 봉입되는 가열 부재를 포함하는 유체 가열기.
제15항에 있어서, 상기 제1 표면은 비평면적이며, 상기 제2 표면은 비평면적인 제1 표면과 합치되도록 구성되는 유체 가열기.
제15항에 있어서, 상기 챔버와 유체 가열기의 외부 사이의 압력을 평형하게 하기 위한 수단을 추가로 포함하는 유체 가열기.
제15항에 있어서, 상기 챔버의 형상은 가열 부재의 형상에 합치되는 유체 가열기.