KR100664684B1 - 동파 방지용 수직형 코일 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동파 방지용 수직형 코일 유닛에 관한 것으로, 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 상부헤더 및 하부헤더를 각각 상·하로 두고, 그 사이로 열전도성이 좋은 방열코일을 고정한 코일 유닛을 구성하여, 상기 상부헤더의 일측으로 유입된 증기나 냉매(물)가 방열코일을 거쳐 다시 하부헤더로 빠져나가면서 열교환하고, 수직으로 배열·고정된 방열코일을 통해 물이 모두 빠지게 되므로, 코일 유닛 내부의 냉매(수분)를 잔류 방지하고, 동절기의 동파를 방지하는 것이다.

본 발명에 따른 코일 유닛(40)을 대략 설명하면, 이는 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 헤더(20)를 구성하되, 그 일단에 관통된 유출입공(22)을 형성하여, 그 유출입공(22)에 파이프(23)가 고정된 상부헤더(20a), 상기 유출입공(22)에 유벤드(24) 및 파이프(25)가 순차로 고정된 하부헤더(20b)로 구성하며, 튜브(11)의 외주연에 나선 형상으로 돌출된 핀(12)을 형성한 방열코일(10); ‘

’ 단면의 상하커버(31), ‘

’단면의 측면커버(32), ‘

’단면의 지지프레임(33)으로 구성하는 프레임(30)이 구비되어, 상기 상부헤더(20a) 및 하부헤더(20b)를 상·하로 두고, 그 사이에 방열코일(10)을 일정 간격으로 각 헤더(20)의 내부와 연결되게 각 양단을 고정하며, 상기 각 헤더(20)에 상하커버(31)를 덮어, 그 양쪽으로 측면커버(32)로 감싸듯 조립하고, 지지프레임(33)은 헤더(20)의 각 양단 측에서 상기 각 파이프(23)(25) 및 유벤드(24)를 각각 통과시키면서 측면커버(32)에 고정하여 코일 유닛(40)을 구성한다.

이와 같이 구성한 코일 유닛(40)은, 공기 조화기의 냉, 난방기에 조립되어 사용되는데, 상부헤더(20a)의 파이프(23)로 증기나 냉매(물)가 유입되면, 상부헤더(20a) 및 각 방열코일(10)을 지나면서 열교환을 하고, 이는 다시 하부헤더(20b)로 모여, 유벤드(24) 및 파이프(25)를 통해 외부로 빠지게 되는데, 각 방열코일(20)은 수직으로 형성되어 있으므로 그 사이의 수분은 그 하중으로 모두 하부헤더(20b) 및 파이프(25)로 배출되어, 동절기에 동파를 예방하는 특징이 있다.

공기 조화, 열교환, 냉각 코일, 증기 코일, 수직형, 헤더, 방열핀, 방열튜브, 드레인

Description

동파 방지용 수직형 코일 유닛 { the coil unit of vertical type for prevention of winter-sowing }

도 1은 본 발명에 따른 코일 유닛의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 코일 유닛의 정단면도.

도 3은 도 2의 A부분 확대도.

도 4는 본 발명에 따른 코일 유닛의 평단면도.

도 5는 본 발명에 따른 코일 유닛의 측단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코일 유닛의 조립 사시도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코일 유닛의 정단면도.

[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]

10 : 방열코일 20 : 헤더 30 : 프레임

40 : 코일 유닛

본 발명은 동파 방지용 수직형 코일 유닛에 관한 것으로, 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 상부헤더 및 하부헤더를 각각 상·하로 두고, 그 사이로 열전도성이 좋은 방열코일을 고정한 코일 유닛을 구성하여, 상기 상부헤더의 일측으로 유입된 증기나 냉매(물)가 방열코일을 거쳐 다시 하부헤더로 빠져나가면서 열교환하고, 수직으로 배열·고정된 방열코일을 통해 물이 모두 빠지게 되므로, 코일 유닛 내부의 냉매(수분) 잔류를 방지하고, 동절기의 동파를 방지하는 것이다.

일반적으로 공기 조화에 이용되는 냉, 난방용 코일은 크게 냉수 코일, 온수 코일, 증기 코일 등으로 나뉘며, 이들은 코일 내부로 냉매(물, 증기 등)를 통과하면서 열을 전달하거나 뺏으면서 주위의 온도나 습도를 변화하는 것인데, 이러한 코일은 대개 바닥과 수평한 방향으로 형성되므로, 코일 내의 흐름이 용이하지 않고, 잔류 수분이나 응축수를 완전히 배출하지 못하므로, 동절기에 코일 내에서 수분이 얼게 되어 코일의 동파가 발생하게 된다.

이러한 코일 동파를 예방하기 위해서, 단순히 온도 센서를 두고 일정 온도로 떨어지면 열을 가해 동파를 예방하는 방법이 있으나, 이는 그 구조가 복잡해지고, 설치비 및 유지비가 많이 들기 때문에 구조적인 문제를 개선하면서 동파를 방지하는 방법이 개발되었다.

예를 들어, 코일의 정적 면적을 제어하면서 잔류 응축수와 수분의 발생을 막는 댐퍼 코일(damper coil)이 있으나, 이는 에너지 효율이 떨어지고, 동일 공간에서의 코일의 정적 면적이 감소하여, 통과 유속이 빨라짐에 따른 수분의 비산이 우려되고, 최대 열량이 일반 코일보다 떨어지는 문제점이 있었다.

또 다른 예로, 코일 내의 잔류 수분이 결빙 및 부피의 증가로 코일 내부 압력이 높아짐을 이용하여, 돌출된 코일 측에 일정 압력에서 터지는 릴리프 캡을 설치하여 코일의 파손을 방지하고 있으나, 이는 릴리프 캡의 손상 후에는 이에 대한 보수가 필요하므로, 코일 설치 후에 지속적인 정비와 이와 관련한 부품이 필요한 문제점이 있었다.

이외에도, 코일의 튜브를 이중관으로 형성하는 이중관식 코일, 코일의 출구를 구배를 주는 부동 코일(nonfreezing coil, 증기용) 등이 있으나, 이들은 대개 동파에 관한 성능이 완벽히 입증되지 않거나, 여전히 잔류 응축수가 남는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 상부헤더 및 하부헤더를 각각 상·하로 두고, 그 사이에 열전도성이 좋은 일정 길이의 방열코일을 고정한 코일 유닛을 구성하여, 상기 상부헤더의 일측으로 유입된 증기나 냉매(물)가 방열코일을 거쳐 다시 하부헤더로 빠져나가면서 열교환하고, 상기 수직으로 배열·고정된 방열코일을 통해 냉매가 모두 빠져, 방열코 일 내의 냉매(수분)의 잔류를 방지하고, 동절기의 동파를 방지하는데 그 목적이 있다.

또, 상기 방열코일은 튜브와 그 외주연을 따라 나사 형상으로 돌출한 핀을 일체로 형성하여, 응축수가 핀을 타로 흘러내림으로써 수막 형성을 최소화하고 외기와 방열코일 사이의 열전달율 저하를 방지하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 상기 헤더 내부에는 다수개의 격벽을 형성하여, 하부헤더의 파이프로 냉매가 주입되어, 격벽에 의해 상·하 헤더 및 방열코일을 누운 ‘S’자 형태로 흘러 상부헤더의 파이프로 배출하면서 열교환하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 동파 방지용 수직형 코일 유닛에 관한 것으로, 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 상부헤더 및 하부헤더를 각각 상·하로 두고, 그 사이로 열전도성이 좋은 방열코일을 고정한 코일 유닛을 구성하여, 상기 상부헤더의 일측으로 유입된 증기나 냉매(물)가 방열코일을 거쳐 다시 하부헤더로 빠져나가면서 열교환하고, 수직으로 배열·고정된 방열코일을 통해 물이 모두 빠지게 되므로, 코일 유닛 내부의 냉매(수분)를 잔류 방지하고, 동절기의 동파를 방지하는 것이다.

본 발명에 따른 코일 유닛(40)을 대략 설명하면, 이는 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 헤더(20)를 구성하되, 그 일단에 관통된 유출입공(22)을 형 성하여, 그 유출입공(22)에 파이프(23)가 고정된 상부헤더(20a), 상기 유출입공(22)에 유벤드(24) 및 파이프(25)가 순차로 고정된 하부헤더(20b)로 구성하며, 튜브(11)의 외주연에 나선 형상으로 돌출된 핀(12)을 형성한 방열코일(10); ‘

’ 단면의 상하커버(31), ‘

’단면의 측면커버(32), ‘

’단면의 지지프레임(33)으로 구성하는 프레임(30)이 구비되어, 상기 상부헤더(20a) 및 하부헤더(20b)를 상·하로 두고, 그 사이에 방열코일(10)을 일정 간격으로 각 헤더(20)의 내부와 연결되게 각 양단을 고정하며, 상기 각 헤더(20)에 상하커버(31)를 덮어, 그 양쪽으로 측면커버(32)로 감싸듯 조립하고, 지지프레임(33)은 헤더(20)의 각 양단 측에서 상기 각 파이프(23)(25) 및 유벤드(24)를 각각 통과시키면서 측면커버(32)에 고정하여 코일 유닛(40)을 구성한다.

이와 같이 본 발명에 따른 코일 유닛(40, coil unit)은 방열코일(10), 헤더(20), 프레임(30)으로 구성되는바, 이를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하되, 먼저 방열코일(10)을 도3 및 도6을 참조하여 설명하면, 일정 길이를 가지는 튜브(11)의 외주연에 방열을 위한 핀(12)이 일체로 형성한 것으로, 이 방열코일(10)은 튜브(11)를 따라 판형의 핀(12)이 일정간격으로 다수개 형성한 형태, 튜브(11)의 외주연을 따라 핀(12)이 나선(스파이럴, spiral) 형상으로 형성하거나, 또는 튜브(11) 자체를 나선 형상으로 돌출한 형태 중에서 선택 구비한다.

한편, 상기 방열코일(10)은 열전도성이 좋은 금속재를 사용하는 것이 바람직한데, 대개 튜브(11)는 구리로 형성하고, 핀(12)은 알루미늄으로 구성하며, 또한, 방열코일(10)은 수직으로 고정되는 것을 감안하여, 그 형상이 나선 형상으로 감긴 것이 바람직한데, 이는 표면에 발생한 응축수가 나선형의 핀(12)을 타고 흘러내림으로써 수막 형성을 최소화하고 외기와 방열코일(10) 사이의 열전달율을 저하하지 않는다.

다음으로, 헤더(20)를 도1, 도5 및 도6을 참조하여 설명하면, 이는 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)로 구성되되, 이들은 일정 두께로 원형 또는 반원형 단면으로 일정 길이를 가지고, 그 내부가 비어 밀폐된 구조를 가지며, 또한 그 일면(단면이 반원형인 경우 평평한 면)에는 일정 간격으로 관통된 관통공(21)이 다수개 형성되어, 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)를 마주본 상태에서 상기 각 관통공(21)으로 상기 방열코일(10)이 고정되는 것이다.

또한, 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)의 각 일단에는 관통된 유출입공(22)을 형성하고, 상부헤더(20a)의 유출입공(22)에는 일정 길이의 파이프(23)를 고정하며, 하부헤더(20b)의 유출입공(22)에는 ‘U’형상의 파이프인 유벤드(24, U-bend)를 고정하되, 이 유벤드(24)는 상·하로 약간 비스듬하게 고정되어, 고정되지 않은 타단이 하부헤더(20b)의 측면 하부로 빠지고, 이 유벤드(24)에 하부헤더(20b)보다 더 긴 파이프(25)가 고정된다.

이어서 프레임(30)을 도1 내지 도6을 참조하여 설명하면, 이는 그 형상과 조립되는 위치에 따라, 상하커버(31), 측면커버(32), 지지프레임(33)으로 구성되며, 우선 상하커버(31)는‘

’의 단면으로 일정 길이를 가지는 것이며, 측면커버(32)는‘

’의 단면 또는 그 일측 모서리 부분이 비스듬히 꺾인 ‘

’의 단면으로 일정 길이를 형성한 것으로, 그 양단은 일부 막아 관통된 고정공(32a)을 다수개 형성한다.

그리고 지지프레임(33)은 ‘

’의 단면으로 일정 길이를 가지는 것으로, 양단에는 관통된 다수개의 고정공(33a)과, 상기 헤더(20)의 각 파이프(23)(25) 및 유벤드(24)가 끼움 될 정도로 관통된 지지공(33b)을 각각 형성한다.

이렇게 구성한 방열코일(10), 헤더(20) 및 프레임(30)을 조립하여 코일 유닛(40)을 구성하며, 이는 도6에 도시한 바와 같이, 먼저 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)를 각 관통공(21)이 서로 마주보고, 각 유출입공(22)이 반대 방향을 향하도록 상·하로 평행하게 두고, 그 사이로는 각 관통공(21)에 방열코일(10)의 양단을 끼워 일체로 고정하며, 상하커버(31)로 헤더(20)의 상·하부의 외측 부분을 덮은 상태에서, 측면커버(32)를 헤더(20)의 각 길이 방향의 양측면으로 감싸듯 조립하고, 이어 각 헤더(20)의 양단에서 지지프레임(33)을 각 파이프(23)(25) 및 유벤드(24)를 각 지지공(33b)으로 통과시키면서 조립하여, 측면커버(32) 및 지지프레임(33)의 각 고정공(32a)(33b)으로 볼트 및 너트 또는 피스볼트 등으로 죄어 고정한다.

추가로 지지프레임(33) 밖으로 돌출된 각 파이프(23)(25)의 끝단 측에는 소켓(23a)(25a)을 고정하여 코일 유닛(40)을 구성하는데, 상기 상부헤더(20a)에 고정된 파이프(23)의 소켓(23a)으로는 에어벤트(air vent)를 고정하며, 하부헤더(20b)에 고정된 파이프(25)의 소켓(25a)으로는 내부의 잔류 냉매(통상 물을 사용함)를 완전히 빠지도록 드레인(drain) 하고, 또한, 일정 크기의 보조프레임(34)을 구비하여, 상부 쪽 프레임(30)과 하부 쪽 프레임(30)에 걸쳐서 다수개 고정하여, 코일 유닛(40) 전체를 지지·보강한다.

이에 덧붙여, 상기 관통공(21)의 형성 및 이에 따른 방열코일(10)의 배치를 살펴보면, 이는 도4에 도시한 바와 같이, 헤더(20)의 폭 방향으로 방열코일(10)의 단면 형상이 원형인 것을 고려하여, 길이 방향으로 서로 이웃하는 방열코일(10)은 서로 엇갈리도록 관통공(21)을 형성함에 따라, 제한된 면적에 최대 개수의 방열코일(10)의 배치하도록 한다.

이와 같이 구성한 코일 유닛(40, coil unit)은 공기 조화기의 냉, 난방기에 연결되어 사용되며, 상부헤더(20a)의 파이프(23)로 증기나 냉매(물)가 유입되면, 상부헤더(20a) 및 각 방열코일(10)을 지나면서 열을 전달하거나 전달받으면서 열교환을 하고, 이는 다시 하부헤더(20b)로 모여, 유벤드(24) 및 파이프(25)를 통해 외부로 빠지게 되는데, 각 방열코일(10)은 수직으로 형성되어 있으므로 그 사이의 잔류 냉매(수분)는 그 하중으로 모두 하부헤더(20b)로 빠지게 되어, 동절기에 따른 방열코일(10)의 결빙 및 동파를 예방하는 특징이 있다.

이어서 본 발명에 따른 코일 유닛(40)의 다른 실시예를 도7을 참조하여 살펴보면, 이는 상부헤드커버(20a) 및 하부헤드커버(20b)의 각 유출입공(22)이 가까운 쪽에, 대략 폭의 1/3지점에 격벽(26)을 형성하고, 하부헤더(20b)의 유출입공(22)에 파이프(27)를 돌출되게 고정하여, 상기 하부헤드커버(20b)의 파이프(27)로 냉매(물)를 공급하면, 하부 격벽(26) 전까지 입수 압력으로 냉매가 방열코일(10)을 통해 상부헤더(20a)로 상승하고, 상부헤더(20a)로 상승한 냉매는 그 격벽(26)까지 이동하면서 그 하중으로 다시 방열코일(10)을 통과하여 하부헤더(20b)로 이동하며, 계속 입수되는 냉매의 압력으로 방열코일(10) 및 상부헤더(20a)로 이동하여 이와 연결된 파이프(23)로 빠지게 되는 구조이다.

따라서 격벽(26)으로 입수된 냉매(물)가 누운 S자 형태로 흘러 빠져나는 구조로, 이는 필요에 따라 격벽(26)을 다수개 형성하되, 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)에서 서로 교차하는 방향으로 엇갈리게 형성하여, 냉매(물)의 흐름을 여러 번 바꾸어 주도록 구성할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 원형 또는 반원형의 단면을 가지는 밀폐된 상부헤더 및 하부헤더를 각각 상·하로 두고, 그 사이에 열전도성이 좋은 일정 길이의 방열 코일을 고정한 코일 유닛을 구성하여, 상기 상부헤더의 일측으로 유입된 증기나 냉매(물)가 방열코일을 거쳐 다시 하부헤더로 빠져나가면서 열교환하고, 상기 수직으로 배열·고정된 방열코일을 통해 냉매가 모두 빠져, 방열코일 내의 냉매(수분)의 잔류를 방지하고, 동절기의 동파를 방지하는 효과가 있다.

또, 상기 방열코일은 튜브와 그 외주연을 따라 나사 형상으로 돌출한 핀을 일체로 형성하여, 응축수가 핀을 타로 흘러내림으로써 수막 형성을 최소화하고 외기와 방열코일 사이의 열전달율 저하를 방지하는 효과가 있다.

또한, 상기 헤더 내부에는 다수개의 격벽을 형성하여, 하부헤더의 파이프로 냉매가 주입되어, 격벽에 의해 상·하 헤더 및 방열코일을 누운 ‘S’자 형태로 흘러 상부헤더의 파이프로 배출하면서 열교환되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 공기 조화기에 조립·사용하는 냉, 난방용 코일 유닛에 있어서,

   일정 길이의 튜브(11)에 돌출된 핀(12)을 일체로 구성한 방열코일(10)과;

   반원형 내지 원형의 단면을 가지는 밀폐된 구조로, 일면에는 관통된 관통공(21)을 다수개 형성하고, 일단에는 관통된 유출입공(22)이 형성되어, 상기 유출입공(22)에 파이프(23)를 고정한 상부헤더(20a)와, 상기 유출입공(22)에 유벤드(24) 및 파이프(25)를 순차 고정한 하부헤더(20b)로 구성된 헤드(20)가 구비되어,

   상기 상부헤더(20a)와 하부헤더(20b)를 상·하로 두고, 각 관통공(21)으로 방열코일(10)을 끼워 양단을 고정하고, 이를 프레임(30)으로 지지한 코일 유닛(40)을 구성하여, 수직으로 입설 배열된 방열코일을 가짐을 특징으로 하는 동파 방지용 수직형 코일 유닛.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 헤드(20)는 다수개의 격벽(26)을 형성하고, 상기 하부헤더(20b)의 유벤드(24)를 파이프(27)로 치환하여, 상기 파이프(27)로 유입된 냉매가 상·하로 이동하면서 누운 "S"자형으로 열교환 한 후 상부헤더(20a)로 이동하여 이와 연결된 파이프(23)로 빠지게 되는 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 동파 방지용 수직형 코일 유닛.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 프레임(30)은, ‘

   

   ’의 단면을 가지는 상하커버(31), ‘

   

   ’의 단면으로, 그 양단은 일부 막아 관통된 고정공(32a)을 다수개 형성한 측면커버(32), ‘

   

   ’의 단면으로, 그 양단에는 관통된 다수개의 고정공(33a) 및 지지공(33b)을 각각 형성된 지지프레임(33)으로 구성하여, 상기 코일 유닛을 보호하고 지지함을 특징으로 하는 동파 방지용 수직형 코일 유닛.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 방열코일(10)의 핀(12)은 튜브(11)를 따라 나사 형상으로 감겨서 형성됨을 특징으로 하는 동파 방지용 수직형 코일 유닛.

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