KR100784771B1 - 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치 및시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치 및 시스템에 관한 것으로서, 다수개의 코일을 일정간격으로 수직되도록 상부헤더와 하부헤더에 연결시킨 후 프레임을 조립하여 냉각코일과 가열코일을 구성하고, 이에 공기를 공급하는 진공제거변과 온도에 따라 개폐가 이루어지는 솔레노이드밸브를 설치하여 잔류된 수분의 배출을 완벽하게 실시하여 동파를 방지하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 일정 길이를 가지는 튜브(31)의 바깥둘레를 따라 일정간격으로 다수개의 핀(32)이 나선형상으로 이루어진 코일(30)과 원형으로 일정한 길이를 가지며, 그 내부가 비어 밀폐된 구조를 가지고, 일면에는 일정간격으로 관통된 다수개의 관통공(40′)(50′)을 형성한 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)를 구비하여, 상기 각 관통공(40′)(50′)에 상기 코일(30)의 양쪽 끝부분을 일정한 간격으로 끼워 연결시킨 후 프레임(35)을 덮어서 조립하여 냉각코일(40)과 가열코일(50)을 구성하며,

이 냉각코일(40)과 가열코일(50)의 코일(30)내부의 수분을 완전하게 배수하고자 공기를 공급하는 진공제거변(10)이 관이음시 사용되는 부속품 중 하나인 티이(15)의 한쪽에 구비되고, 상기 냉각코일(40)의 하부헤더(42) 적당한 곳에 부착되어 코일(30)내측에 유동 또는 잔류하는 수온을 감지하는 온도센서(21), 이 온도센서(21)와 연결되는 제어부(22), 이 제어부(22)에 의해 조절되는 솔레노이드밸 브(20)를 구비하여 잔류된 수분의 배출을 완벽하게 실시할 수 있는 동파방지장치를 구성하게 된다.

공조기, 동파방지, 코일, 헤더, 진공제거변, 솔레노이드밸브

Description

수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치 및 시스템 { DEVICE FOR PREVENTED FREEZE-BURST AND SYSTEM OF AIR HANDLING UNIT HAVING A HEAT EXCHANGER }

도 1은 본 발명에 따른 통상적인 공조기의 전체 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 냉각코일의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 냉각코일의 일부 분리 사시도.

도 4는 도 3의 A-A′부분의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 동파방지장치를 구비한 냉각코일의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 냉각코일의 단면도.

도 7은 도 6의 C 부분의 단면도.

도 8은 도 7의 D-D′부분의 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 가열코일의 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 동파방지장치를 구비한 가열코일의 단면도.

도 11은 본 발명에 따른 가열코일의 단면도.

도 12는 도 11의 E 부분의 단면도.

도 13은 도 12의 F-F′부분의 단면도.

도 14는 도 5의 B 또는 도 10의 B′부분의 확대 단면도.

[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]

10: 진공제거변 20: 솔레노이드밸브 21: 온도센서

22: 제어부 25: 배수관 30: 코일

40: 냉각코일 50: 가열코일

본 발명은 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치 및 시스템에 관한 것으로서, 다수개의 코일을 일정간격으로 수직되도록 상부헤더와 하부헤더에 연결시킨 후 프레임으로 덮어서 조립하여 냉각코일과 가열코일을 구성하고, 이에 공기를 공급하는 진공제거변과 온도센서에 의해 조절되는 솔레노이드밸브를 설치하여 잔류된 수분의 배출을 완벽하게 실시할 수 있는 것이다.

일반적으로 각 산업현장이나 전산실, 또는 업무용 사무실 등에는 냉방 및 난방을 목적으로 설치되는 공기조화기(Air Handling Unit; AHU, 공조기)는 공기를 정화, 냉각·감습, 가열·가습을 하는 장치로, 최근에 사용되고 있는 공조기들은 냉난방 겸용으로 사용하는바, 송풍기를 설치하여 여름철 냉방시에는 코일에 냉동기의 냉수를 보내고, 겨울철 난방시에는 보일러에서 증기나 온수를 보내 냉풍 또는 온풍을 만드는 방식에 의해 각 실내로 냉난방 바람을 이동하는 기능을 갖추고 있는 것이다.

상기 공조기에 이용되는 냉, 난방용 코일은 크게 냉수 코일, 온수 코일 및 증기코일 등으로 나뉘며, 이들은 코일 내부로 냉매(통상 물을 사용함)가 통과하면서 열을 전달하거나 뺏으면서 주위의 온도나 습도를 변화하는 것인데, 이러한 코일은 대개 바닥과 수평되게 형성되므로 코일내부의 흐름이 용이하지 않고, 잔류된 수분을 완전히 배출하지 못하므로 겨울철에는 코일내에 수분이 얼게 되어 코일의 동파가 발생되는 문제점이 있었다.

예를 들어, 코일의 정적 면적을 제어하면서 잔류 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 코일보다 떨어지는 문제점이 있었다.

또 다른 예로, 코일내부의 잔류수분이 결빙 및 부피의 증가로 코일 내부 압력이 높아짐을 이용하여, 돌출된 코일 측에 설정된 일정 압력을 초과할 경우에 터지는 릴리프 캡을 설치하여 코일의 파손을 방지하고 있으나, 이는 릴리프 캡의 손상 후에는 이에 대한 보수가 필요하므로 새것으로 교체하는데 많은 시간과 비용이 들고, 수리하는 동안 사용할 수 없기에 응급조치의 효과만 얻을 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

이외에도, 코일의 튜브를 이중관으로 형성하는 이중관식 코일, 코일의 출구를 구배주는 부동코일(nonfreezing coil, 증기용) 등이 있으나, 이들은 대개 동파에 관한 성능이 완벽히 입증되지 않거나, 여전히 수분이 남는 문제점이 있었다.

이에 상기와 같은 종래의 문제점을 해결 보완하기 위하여 안출된 본 발명은 일정한 길이를 갖는 다수개의 코일을 일정한 간격으로 수직되도록 배열하여 각 상부헤더와 하부헤더에 연결시킨 다음 프레임을 조립하여 냉각코일과 가열코일을 구성하고, 이에 공기를 공급하는 진공제거변과 온도센서가 연결된 제어부에 의해 조절되는 솔레노이드밸브를 설치하여 잔류 수분의 배출을 완벽하게 실시할 수 있는 시스템을 구축하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치 및 시스템에 관한 것으로서, 일정한 길이를 갖는 다수개의 코일을 일정한 간격으로 수직되도록 배열하여 각 상부헤더와 하부헤더에 연결시킨 다음 프레임을 조립하여 냉각코일과 가열코일을 구성하며, 이 냉각코일과 가열코일의 내·외부에 공기를 공급하는 진공제 거변과 온도센서가 연결된 제어부에 의해 조절되는 솔레노이드밸브로 이루어지는 동파방지장치를 구성하게 된다.

먼저, 통상적인 공조기의 구성을 간략하게 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 그 외형을 이루는 케이스(1)의 일측에 구비되어 실내의 탁한 공기를 흡입하는 내기흡입구(2)를 형성하고, 상기 케이스(1)의 타측에 구비되어 신선한 외기를 흡입하는 외기흡입구(3)를 형성하며, 상기 내·외기흡입기(2)(3)를 통해 흡입된 공기를 여과하는 공기필터(4)를 구비하고, 조화된 공기를 실내공간으로 이동하기 위한 송풍기(5) 및 송풍기를 구동시키는 구동모터(6), 공기를 냉각하는 냉각코일(40)과 공기를 가열하는 가열코일(50) 등으로 이루어진 수직형 열교환기를 구비한 공조기(100)를 구성하게 된다.

상기 공조기(100)과 같이 수직되도록 형성된 냉각코일(40)과 가열코일(50)의 일측에 구비되는 상기 진공제거변(10)은 코일(30) 내부의 수분을 완전하게 배수하고자 공기를 공급하는 것으로, 도 14에 도시된 바와 같이 냉각코일(40)의 하부헤더(42)와 상기 가열코일(50)의 상부헤더(51)의 일측 상부에 공기를 배출하는 자동공기변(11)을 비롯하여 통상적으로 관이음시 서로 연결하기 위해 사용되는 부속품인 스트레이너(12), 유니온(13), 볼밸브(14), 티이(15), 닛블(16), 레듀샤(17)가 순차적으로 연결되고, 상기 티이(15)의 한쪽에 공기를 공급하기 위한 상기 진공제거변(10)을 구비하게 된다.

또한, 상기 자동공기변(11)은 관 내에 여러 가지 이유로 공기가 정체되어 유체의 흐름에 지장을 초래하여 난방 불량현상과 급탕 공급의 곤란 등의 문제를 발생시키는 공기를 배출하고, 상기 스트레이너(12)는 이물질이 끼이는 것을 방지하여 고장을 예방하는 거름망의 구실을 가지며, 상기 유니온(13)은 같은 지름의 관을 직선으로 접합하게 되고, 상기 볼밸브(14)는 관의 중앙에 구멍이 뚫린 볼이 위치하여 핸들 또는 구동기에 의해 다양한 각도로 회전되면서 열림과 닫힘이 이루어지며, 상기 티이(15, T)는 관의 도중에서 분리하는 것이고, 상기 닛블(16)은 유니온(13)과 같이 같은 지름의 관을 직선으로 접합하는 것이며, 상기 레듀샤(17)는 서로 다른 지름의 관을 접합이 이루어지는 것이다.

다음으로, 상기 솔레노이드밸브(20)는 코일(30)내부의 수온을 온도센서(21)가 감지하여 제어부(22)에 의해 개폐가 이루어져 수분을 완전하게 배출하는 것으로, 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 냉각코일(40)의 하부헤더(42)와 연결된 배수관(25) 사이에 다수개가 장착되며, 상기 하부헤더(42)에 온도센서(21)를 적당한 위치에 부착하고, 상기 냉각코일(40)과 가열코일(50)의 프레임(35)을 감싸는 그 외부에 설치된 제어부(22)와 연결시켜 상기 온도센서(21)의 설정된 온도에 따라 제어가 이루어지게 된다.

상기 솔레노이드밸브(20)는 보통 수동밸브를 대신하거나 원격제어가 요구되는 곳에 설치하여 전기적 스위치의 변화에 의해 유체나 기체의 흐름을 닫힘 또는 열림방식으로 작동되며, 이는 필요에 따라 개수를 달리하여 적당한 위치에 설치되어 상기 제어부(22)에 의해 조절이 이루어져 최대의 효율을 누릴 수 있는 것이다.

그리고 상기 코일(30)은 도 7 또는 도 12에 도시된 바와 같이 일정 길이를 가지는 튜브(31)의 바깥둘레를 따라 일정한 간격으로 다수개의 핀(32)이 나선형상으로 형성되거나 상기 튜브(31) 자체를 나선형상으로 돌출한 형태로 이루어져 상기 냉각코일(40)과 가열코일(50)을 구성하게 된다.

또한, 상기 냉각코일(40)과 가열코일(50)의 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)는 도 2 내지 도 13에서 보는 바와 같이 원형상으로 이루어지며, 그 내부가 비어 밀폐된 구조를 가지고, 일면(단면이 반원형인 경우 평평한 면)에는 일정간격으로 관통된 다수개의 관통공(40′)(50′)을 형성한 것으로, 상기 냉각코일(40)은 2열(row)로 이루어져 상기 코일(30)의 튜브(31)에 냉수를 통과시켜 그 외측을 통과하는 공기와 열교환하는 것에 의해 공기를 냉각감습시키며, 상기 가열코일(50)은 1열로 이루어져 상기 튜브(31)의 내부에 증기 또는 온수를 통과해 관외를 통과하는 공기를 가열하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도 2 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 냉각코일(40)의 상부헤더(41)와 하부헤더(42) 또는 상기 가열코일(50)의 상부헤더(51)와 하부헤더(52)의 각 관통공(40′)(50′)이 서로 마주보도록 상·하로 평행하게 두고, 상기 관통공(40′)(50′)에 코일(30)의 양쪽 끝부분을 끼워 고정한 다 음 프레임(35)으로 덮어서 조립하여 냉각코일(40)과 가열코일(50)을 구성하고, 이 냉각코일(40)과 가열코일(50)을 설치한 수직형 열교환기를 구비한 공조기(100)가 동작을 중단할 경우에는 수직으로 형성된 코일(30)에 의해 잔류된 수분을 1차적으로 배출이 이루어지게 된다.

그리고 1차 배출이 되지 않은 수분을 제거하고자 상기와 같이 구성된 동파방지를 위한 장치는 상기 냉각코일(40)의 하부헤더(42)와 상기 가열코일(50)의 상부헤더(51)측에 설치된 진공제거변(10)을 열어주어(이때 유입출이 이루어지는 입출구는 완전히 밀폐시켜서 작용이나 활동 따위가 멈춘 상태.) 공기가 들어가면서 코일(30)내부의 잔류된 수분은 공기의 압력에 의해 완전히 외부로 빠져나가도록 해 동파를 방지하게 된다.

또한, 상기 냉각코일(40)과 가열코일(50)의 각 하부헤더(42)(52)에 부착된 온도센서(21)는 코일(30) 내부의 유동 또는 잔류하는 수온을 감지하여 제어부(22)로 감지된 온도신호를 전송하고, 상기 제어부(22)는 감지된 온도신호를 받아서 수온이 1℃ 이하가 되면 상기 하부헤더(42)와 배수관(25) 사이에 설치된 솔레노이드밸브(20)가 완전히 열리면서 상기 냉각코일(40)의 수분은 상기 배수관(25)을 통해 완전히 빠지도록 해 동파를 방지하며, 상기 제어부(22)는 공조기(100)의 주변환경 등으로 인해 온도의 차이가 나는 점을 감안하여 필요에 따라 개폐가 이루어지는 온도의 설정을 달리할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 상부헤더와 하부헤더를 상·하로 마주보도록 두고, 그 사이에 다수개의 코일을 일정간격으로 수직되도록 연결시킨 후 프레임을 덮어서 조립하여 냉각코일과 가열코일을 구성하고, 이에 공기를 공급하는 진공제거변과 온도센서가 연결된 제어부에 의해 조절되는 솔레노이드밸브를 설치하여 잔류된 수분의 배출을 완벽하게 실시할 수 있는 시스템을 구축해 코일의 동파를 미리 방지하여 코일의 사용 수명 연장과 함께 운전의 안정성 향상에 크게 기여할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)를 상·하로 두고, 그 사이에 코일(30)을 수직되도록 일정한 간격으로 연결한 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치에 있어서,

   압력이 상승하면 공기를 배출하는 자동공기변(11)과 스트레이너(12), 유니온(13), 볼밸브(14), 티이(15), 닛블(16), 레듀샤(17)가 순차적으로 연결되고, 상기 티이(15)의 한쪽에 진공상태가 되면 개방되는 진공제거변(10)을 구비하여 수직형 열교환기의 하부헤더(42)와 상부헤더(51) 일측 상부에 설치되어, 드레인이 이루어지면서 상기 진공제거변(10)이 진공상태를 감지하여 밸브가 열리면서 공기를 공급하여 동파를 방지하게 됨을 특징으로 하는 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   수직형 열교환기의 하부헤더(42) 일측에 온도센서(21)를 부착하며, 이 온도센서(21)와 솔레노이드밸브(20)의 개폐여부를 조절하는 제어부(22)와 연결되어, 상기 코일(30)내의 수온을 감지하며, 그 감지된 신호를 제어부(22)로 전송하고, 상기 제어부(22)는 설정된 온도 이하가 되면 자동으로 상기 솔레노이드밸브(20)를 완전히 열어주어 상기 코일(30) 내부의 수분을 완전히 빠지면서 동파가 방지됨을 특징 으로 하는 공조기의 동파방지장치.
3. 삭제
4. 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)를 상·하로 두고, 그 사이에 코일(30)을 수직되도록 일정한 간격으로 연결한 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지장치에 있어서,

   상기 코일(30)내의 수온을 감지하며, 그 감지된 신호를 전송하여 설정된 온도 이하가 되면 하부헤더(42)와 배수관(25) 사이에 연결된 솔레노이드밸브(20)를 자동으로 완전히 열어주어 상기 코일(30) 내부에 잔류된 수분을 완전히 빠져나가도록 하며,

   이 때 코일(30)내 유체는 드레인이 이루어짐에 따라 진공상태가 발생하게 되고, 이를 상기 하부헤더(42)와 상부헤더(51)측에 설치된 진공제거변(10)이 감지하여 열리면서 공기가 들어가 코일(30)내부에 잔류된 수분을 공기의 압력에 의해 완전히 외부로 빠져나가도록 함으로서 동파가 방지됨을 특징으로 하는 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 열교환기는 일정한 길이를 갖는 튜브(31)의 바깥둘레에 나선형상으로 돌출된 핀(32)을 형성한 다수개의 코일(30)과 원형상으로 일면에 다수개의 관통공(40′)(50′)을 형성한 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)를 구비하여,

   상기 상부헤더(41)(51)와 하부헤더(42)(52)를 상·하로 두고, 그 사이에 코일(30)을 수직되도록 일정한 간격으로 상기 관통공(40′)(50′)과 연결하여 수직형 열교환기를 구성함으로서,

   코일(30)내부의 온도를 감지하여 하측 솔레노이드밸브(20)가 개폐되어 드레인이 이루어지게 함으로서 코일(30)내부에는 용이하게 진공상태가 발생되게 하고, 이 진공상태를 감지하여 상부헤더(51)측에 설치된 진공제거변(10)을 통하여 공기를 공급함으로서 열교환기 내부의 잔류된 수분을 완전히 드레인함을 특징으로 하는 수직형 열교환기를 구비한 공조기의 동파방지시스템.

Images