KR100251258B1 - 고압 금속 배관의 접속 헤드 및 그 고압 배관이 접속되는 공통 레일 - Google Patents

고압 금속 배관의 접속 헤드 및 그 고압 배관이 접속되는 공통 레일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반복적인 유체의 내압에 기인하여 분기 튜브의 접속 헤드에 야기될 수도 있는 캐비테이션 등과 같은 현상 또는 내부 피로 파괴를 방지하고, 부식성 연료를 사용하는 경우에도 부식에 대한 염려를 배제할 수 있는 고압 금속 배관 및 그 배관과 접속되는 공통 레일을 제공한다.
비교적 소직경의 두꺼운 강재 튜브의 접속부에는, 접속 헤드가 두꺼운 강재 튜브에서 보다 큰 직경의 반경 방향 확장부로 형성되며, 그 반경 방향 확장부의 내주에는 공통 레일의 수용 시트를 위해 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트가 형성되어 있다. 두꺼운 강재 튜브의 내주에는 내식성 금속으로 된 얇은 내측 튜브가 그 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트에서 종결하도록 끼워맞춤되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 이러한 구성에 의해, 접속 헤드가 형성될 때 내주에 야기될 수도 있는 환형 리세스(또는 포켓)를 제거하여, 접속 헤드의 내부 압력 강도를 증가시킴으로써, 캐비테이션 등과, 접속 헤드에 야기될 수 있는 원주 또는 축방향의 균열을 방지함은 물론, 부식성 연료를 사용하는 경우에도 부식에 대한 염려를 배제할 수 있다.

Description

고압 금속 배관의 접속 헤드 및 그 고압 배관이 접속되는 공통 레일{JOINT HEAD FOR HIGH-PRESSURE METAL PIPING, AND COMMON RAIL TO WHICH THE PIPING IS TO BE JOINTED}
본 발명은 디젤 내연 엔진 등에서 디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성 연료나 경유의 공급관으로 주로 사용되도록 구성되는 고압의 연료 분사 튜브와 같은 고압 금속 배관에 있어서 비교적 작은 직경의 두꺼운 강재 튜브로 된 접속 헤드와, 상기의 고압 금속 배관에 접속되어 고압의 축압기로 작용할 수 있는 고압의 연료 분기관으로 형성된 블록 레일이나 레일 본체과 같은 공통 레일(common rail)에 관한 것이다.
고압 금속 배관 등과 접속되는 공통 레일과 같은 종래의 상대 부재로서는 도 9에 도시된 바와 같이, 원형 단면의 레일 본체(11)의 원주벽에 형성된 내부 연통로(11-1)로 이어지는 원형 단면의 분기 구멍(11-2)이 외측 확대 개방형의 수용 시트(11-3) 안으로 형성되는 방식의 부재가 있다. 관통 통로(12)를 구비하며 버클링(buckling)에 의해 반경 방향으로 확장되어 절두원추형 또는 구형의 종단부를 형성하는 분기 튜브(12)의 접속 헤드(12-2)로서 형성된 수압(受壓) 시트(12-3)는 수용 시트(11-3) 근처에서 레일 본체(11)의 외주를 둘러싸는 링형의 접속 고정부(13)를 사용하는 것에 의해 상기 수용 시트(11-3)에 연접되어진다. 분기 튜브(12)와 레일 본체(11)는 접속 고정부(13)로부터 돌출된 나사 벽(13-1) 안으로 상기 분기 튜브(12)의 전방에 구성된 체결용 너트(14)를 조여줌으로써 접속 헤드(12-2)의 목부(neck) 아래의 압력에 의해 접속된다. 도 10에 도시된 바의 다른 형태로서, 상기 링형의 접속 고정부(13)는 레일 본체(11)의 외주벽에 직접적으로 용접되거나 납땜되는 원통형의 슬리브 연결부(13a)로 대체된다. 분기 튜브(12)의 접속 헤드(12-2)에 형성된 수압 시트(12-3)는 레일 본체(11)의 수용 시트(11-3)에 연접되며, 체결용 너트(14)를 슬리브 연결부(13a) 안으로 조여줌으로써 접속부가 형성된다. 도 11에 도시된 바의 다른 형태로서, 레일 본체(11)와 일체로 형성된 보스부(boss)(11-4)는 연통로(11-1)와 연통하는 분기 구멍(11-2)과 외측 확대 개방형의 수용 시트(11-3)를 구비한다. 대체로 평행사변형의 단면을 갖도록 형성된 와셔(15-2)는 체결용 너트(16)를 보스부(11-4)로 조임으로써 끼워맞춤 접속이 이루어지도록 하는 것에 의해, 분기 튜브(12)의 접속 헤드(12-2)를 따라 형성된 절두원추형의 수압 시트(12-3)의 후방면으로 조여진다. 여기에서, 도면부호(15-1)는 슬리브 와셔를 나타낸다.
그러나, 종래 기술에서, 분기 튜브(12)로서 이러한 종류의 공통 레일에 사용되는 고압 금속 배관용 접속 헤드(12-2)는 도 12에 상세히 도시된 바와 같이, 그 외주부를 수압 시트(12-3)로 형성하는 절두원추형(또는 절두 아치형)으로 형성된다. 접속 헤드(12-2)는 펀치 부재를 사용하여 두꺼운 강재 튜브(12')의 종단부를 축방향 외부로부터 버클링하는 것에 의해 형성되는 것이 보통이다. 이러한 방법으로 형성된 접속 헤드(12-2)는 버클링시의 압력에 동반하여 나타나는 외주벽의 벌지(bulge)에 기인하여 내부에 환형 리세스(또는 포켓)(12-4)를 갖도록 구성되며, 그 환형 리세스(12-4)와 함께 사용된다. 그러나, 이와 같은 사용은 다음의 문제점들을 수반한다. 사용중에 높은 변동치 및 속도로 급격하게 변동하는 유압에 기인하여, 환형 리세스(12-4) 근처에 야기되는 캐비테이션/침식(cavitation/erosion) 또는 부식(이후 "캐비테이션 등"으로 지칭됨)이 일어난다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 접속 헤드(12-2)의 환형 리세스(12-4)로부터 시작하는 외주 균열(C1)과, 환형 리세스(12-4)를 둘러싸는 축방향 균열(C2)이 발생한다.
그러므로, 이들 문제점들을 해결하기 위해, 상기 헤드에 금속성 링 부재를 매립함으로써 상기 헤드의 내부를 대체로 평탄한 외주로 형성하는 방법이 제안된 바 있다(일본 특허 공개 공보 제2-57709 호 참조). 이 방법은 금속성 링 부재를 헤드에 매립함으로써 헤드에 형성된 환형 리세스(12-4)를 대체로 평탄한 외주로 형성하는 것에 의해 상기 접속 헤드(12-2)의 유압에 기인하는 상기 캐비테이션 등의 문제점을 해결하였다.
한편, 공기 오염을 방지하기 위한 차원에서, 디젤 내연 기관용 연료는 최근에 들어 디메틸 에테르 또는 메탄올을 사용하게 되었다. 그러나, 이들 연료들은 종래 기술에 비해 수분 함량과 그것의 부산물에 있어 보다 부식성을 갖도록 되어 있다. 이들 부식성의 연료에 대해 사용될 고압 금속 배관으로서는 이중 파이프, 즉 스테인레스 강과 같은 내식성 금속으로 된 얇은 내측 튜브를 배관의 내주에 설치한 파이프를 사용하였다. 선택적으로, 공통 레일로서 레일 본체(11) 자체는 내식성을 갖는 강으로 구성되거나, 또는 수용 시트(11-3), 분기 구멍(11-2), 연통로(11-1)의 내주를 내식성 층으로 도금한다.
전술한 이중 파이프의 고압 금속 배관이 분기 튜브(12)로서 레일 본체(11)에, 도 14에 도시된 바와 같이 결합되는 경우, 두꺼운 강재 튜브(12')의 통로(12-1)의 내주는 전술한 내식성 금속으로 된 내측 튜브(17)로 코팅되며, 수압 시트(11-3)는 내식성 재료로 구성된 레일 본체(11)의 수용 시트(11-3)에 연접 상태로 유지됨에 따라, 상기 내주 및 수압 시트는 충분한 내식성을 갖게 된다. 그러나, 접속 헤드(12-2)의 단부면(12")은 두꺼운 강재 튜브(12')의 강 표면에서 외부에 노출되어 있어서, 부식성 연료에 의해 조기에 부식된다.
본 발명의 제1 목적은 사용중에 고압/고속 및 높은 진동수로 급격하게 압력 변동을 반복하는 유압에 기인하여 환형 리세스(12-4) 근처에 야기될 수도 있는 캐비테이션 등과, 도 13에 도시된 바와 같이 접속 헤드(12-2)의 환형 레세스(12-4)로부터 개시될 수도 있는 원주 또는 축방향의 균열(C1또는 C2)을 방지하기 위해, 버클링에 따라 원주벽의 외측으로의 팽창에 기인하여 헤드에 형성되는 환형 리세스(또는 포켓)(12-4)을 제거하고, 또한 부식성 연료를 사용하는 경우에도 부식에 대한 염려를 배제할 수 있는 고압 금속 배관용 접속 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 사용중에 고압/고속 및 높은 진동수로 급격하게 압력 변동을 반복하는 유압에 기인하여 환형 리세스(12-4) 근처에 야기될 수도 있는 캐비테이션 등과, 도 13에 도시된 바와 같이 접속 헤드(12-2)의 환형 레세스(12-4)로부터 개시될 수도 있는 원주 또는 축방향의 균열(C1또는 C2)을 방지하기 위해, 버클링에 따라 원주벽의 외측으로의 팽창에 기인하여 헤드에 형성되는 환형 리세스(또는 포켓)(12-4)를 제거하고, 또한 부식성 연료를 사용하는 경우에도 부식에 대한 염려를 배제할 수 있는, 접속 헤드(12-2)를 구비한 분기 튜브(12) 등을 접속할 수 있는 공통 레일을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고압 금속 배관의 접속 헤드의 일실시예를 도시한 종단면도.
도 2는 상기의 접속 헤드가 상대 부재에 결합된 상태의 일례를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명에 따라 상기 접속 헤드가 상대 부재에 결합된 상태의 다른 일례를 나타내는 종단면도.
도 4는 도 3의 실시예에 도시된 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 치수를 설명하는 종방향 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 공통 레일에서 도 1의 고압 금속 배관의 접속 헤드가 분기 튜브로서 접속되어 있는 접속 구조체의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.
도 6은 도 5와 유사한 도면으로, 본 발명의 공통 레일에서 접속부에 원통형 슬리브 연결부를 적용한 접속 구조체의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.
도 7은 도 5와 유사한 도면으로, 본 발명의 공통 레일에서 접속부에 링형의 고정부를 적용한 접속 구조체의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.
도 8은 본 발명의 공통 레일에서 블록 레일에 부착된 접속 구조체의 다른 실시예를 나타내는 종방향 측단면도.
도 9는 링형의 고정부를 사용한 종래의 공통 레일의 분기 튜브 접속 구조체에 대한 일 실시예를 나타내는 부분 절제된 종단면도.
도 10은 종래 기술의 공통 레일에서 원통형의 슬리브 연결부가 레일 본체에 용접된 분기 튜브 접속 구조체의 일 실시예를 나타내는 종단면도.
도 11은 종래 기술의 공통 레일에 있어 레일 본체로부터 일체로 돌출된 보스부에 분기 구멍이 형성되어 있는 분기 튜브 접속 구조체의 일 실시예를 나타내는 종단면도.
도 12는 종래의 고압 금속 배관의 접속 헤드의 일 실시예를 나타내는 종방향 확대 단면도.
도 13은 도 12의 고압 금속 배관의 접속 헤드에 균열이 생긴 것을 나타내는 종방향 확대 단면도.
도 14는 종래 기술의 고압 금속 배관의 접속 헤드의 다른 실시예를 나타내는 종방향 확대 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 두꺼운 강재 튜브
2: 접속 헤드
3: 수압 시트
4: 체결용 너트
5: 공통 레일
6: 수용 시트
7: 얇은 내측 튜브
Do: 두꺼운 강재 튜브의 직경
do: 두꺼운 강재 튜브의 내경
d1: 두꺼운 강재 튜브의 수압 시트의 개구 직경
d2: 내측 튜브의 수압 시트의 개구 직경
d3: 내측 튜브의 내경
t: 두꺼운 강재 튜브의 두께
T: 접속 헤드의 두께
w: 접속 헤드의 개방 단부면의 폭
본 발명의 제1 측면을 따르면, 전술한 제1 목적을 달성하기 위해, 고압 금속 배관에 있어서 비교적 작은 직경의 두꺼운 강재 튜브로 이루어진 접속 헤드를 제공하며, 그 접속 헤드는 상기 배관의 직경 보다 큰 직경을 갖는 반경 방향으로 확장된 내주 부분이 공통 레일과 같은 상대 부재의 수용 시트를 위해 외측으로 발산하도록 테이퍼진 수압 시트로 형성되어 있다. 또한, 접속 헤드에서 외측으로 벌어지는 상기 테이퍼진 수압 시트는 다음의 수학식 1의 조건을 만족하는 직경(d1)을 갖는다. 접속 헤드의 반경 방향 확장부는 다음의 수학식 2의 조건을 만족하는 두께(T)를 가지며, 다음의 수학식 3의 조건을 만족하는 직경(D1)을 갖는다.
do: 배관의 내경
t: 배관의 두께
Do: 배관의 직경
본 발명의 제1 측면에서, 접속 헤드의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d1)은 수학식 1의 조건을 만족하는 크기로 제한된다. 이것은 수압 시트가 ｄｏ＋ｔ 미만으로 과도하게 작으면, 수압 시트와 접속하는 공통 레일과 같은 상대 부재의 외주의 수용 시트와의 밀봉 효과의 신뢰도가 저하하며, 그 밀봉 효과는 Ｄｏ＋ｔ 를 초과하는 경우와 접속 헤드의 크기에 따라서는 거의 변화되지 않는 것으로 간주되기 때문이다. 한편, 접속 헤드의 반경 방향 확장부의 두께(T)는 수학식 2의 조건을 만족하는 크기로 제한된다. 이것은 접속 헤드의 강도가 1.2ｔ 미만으로 낮으면, 수압 시트의 표면압이 상기의 신뢰도를 충족시키기에는 너무 낮고, 그 밀봉 효과는 1.8ｔ 이상으로의 중량 증가에 따라서만 실질적으로 상응하는 것으로 간주되기 때문이다. 더욱이, 접속 헤드의 반경 방향 확장부의 직경(Ｄ1)은 수학식 3의 조건을 만족하는 크기로 한정된다. 이것은 수압 시트가 1.4Ｄｏ미만으로 과도하게 작고, 밀봉 효과는 2Ｄｏ이상으로 접속 헤드 크기가 증가함에 따라서만 실질적으로 상응하는 것으로 간주되기 때문이다.
상기 제1 측면에 따른 고압 금속 배관용 접속 헤드는 다른 한편으로, 내식성의 금속으로 된 얇은 내측 튜브가 두꺼운 강재 튜브의 내주 전체 길이에 걸쳐 그 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트에서 종결하도록 상기 두꺼운 강재 튜브의 내주에 끼워진다.
또한, 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트는 튜브의 내경(d3)의 1.2 배 이상인 개구 직경(d2)을 가지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 내측 튜브의 내경(d3)의 1.5배 이상 및 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d1)의 3배 미만인 개구 직경(d2)을 가진다.
본 발명에서, 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d2)은 내측 튜브의 내경(d3)의 1.2배 이상이다. 이것은 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트에서의 밀봉 특성이 1.2d3미만에서 불안정해지므로, 디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성 연료의 접촉에 기인하여 누설 또는 부식이 일어나기 쉽기 때문이다. 그러므로, 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d2)은 1.5d3이상인 것이 바람직하다.
다른 한편, 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d2)은 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d1)의 3배 이하인 것이 바람직하다. 이것은 그 수압 시트가 상기 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d1)의 3배 이상으로 형성된 경우 그 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트에 균열이 형성될 수 있기 때문이다.
상기 제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 축방향으로 소정 간격으로 다수의 분기 구멍이 원주벽에 형성되고, 중심축상에 연통로를 구비하고 있는 공통 레일이 제공되며, 그 공통 레일은 두꺼운 강재 튜브로 제조되고 상기 연통로와 연통하는 통로를 구비하는 분기 튜브의 종단부에 형성된 접속 헤드상에 수압 시트가 상기 분기 튜브에 접속될 수 있도록 상기 분기 구멍의 각각의 원주에 형성된 수용 시트에 연접하며, 상기 분기 튜브는 그 분기 튜브의 전방에 형성된 체결용 너트를 상기 공통 레일과 일체로 또는 별도로 형성된 접속부상에 고정함에 따라 상기 접속 헤드의 목부 아래의 압력에 의해 상기 공통 레일에 접속된다. 이때, 상기 수용 시트는 원추형으로 외측으로 돌출하며, 상기 분기 튜브의 종단부에 그 분기 튜브에서 보다 큰 직경으로 형성된 반경 방향 확장부의 내주는 테이퍼진 수압 시트로 형성되며, 상기 수압 시트를 상기 수용 시트로 끼워넣는 것에 의해 접속이 이루어진다. 또한, 내식성 금속은 수용 시트, 분기 구멍, 공통 레일의 연통로의 적어도 내주상에 설치된다.
약술하여, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 공통 레일에서의 수용 시트는 외측면에 형성되며, 두꺼운 강재 튜브의 분기 튜브의 접속 헤드에서의 수압 시트는 내측면에 형성되기 때문에, 수압 시트는 수용 시트에 끼워져 연접된다. 분기 튜브의 접속 헤드의 두께와, 벌어지는 수압 시트의 개구 직경 및 테이퍼 각도는 유압, 분기 튜브의 두께, 공통 레일의 수용 시트의 크기 및 테이퍼 각도에 따라 설정된다. 이 접속 헤드는 개선된 방법에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 전술한 바의 구성에 있어, 본 발명에 따르면, 두꺼운 강재 튜브의 종단부에서의 버클링에 의해 형성된 접속 헤드에는 버클링 작업에 수반되는 외부 팽창에 의해 형성될 수도 있는 환형 리세스(또는 포켓)가 존재하지 않는다. 결국, 사용중에 고압/고속으로 유동하면서 높은 진동수와 큰 진폭으로 격렬하게 압력 변동을 반복하는 유압과, 원주 방향 또는 축방향의 균열에 기인하여, 환형 리세스 근처에 야기될 수도 있는 캐비테이션 등은 완전히 방지될 수 있다. 또한, 부식성 연료를 사용하는 경우에 조차 부식에 대해 염려할 필요가 없다.
도 1-4를 참조하면, 공통 레일에 접속되는 분기 튜브로써 고압 금속 배관을 형성하는 실시예가 설명된다. 도면 부호(1)는 내부에 통로(1-1)를 구비하는 두꺼운 강재 튜브를 지시하며; 도면 부호(2)는 접속 헤드를; 도면 부호(3)는 수압 시트를; 도면 부호(4)는 체결 너트를; 도면 부호(5)는 상대 부재로서의 공통 레일을; 도면 부호(6)는 수용 시트를; 도면 부호(7)는 내식성 금속으로 된 얇은 내측 튜브를 지시한다. 도면 부호(Do)는 두꺼운 강재 튜브(1)의 직경을; 도면 부호(do)는 두꺼운 강재 튜브의 내경을; 도면 부호(d1)는 두꺼운 강재 튜브(1)의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경을; 도면 부호(d2)는 내측 튜브(7)의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경을; 도면 부호(d3)는 내측 튜브(7)의 내경을; 도면 부호(t)는 두꺼운 강재 튜브(1)의 두께를; 도면 부호(T)는 접속 헤드(2)의 두께를; 도면 부호(w)는 접속 헤드(2)의 개방 단부면의 폭을 지시한다.
구체적으로, 도 1에 도시된 고압 금속 배관으로 구성된 분기 튜브 접속 헤드(2)는 30mm 이하의 작은 직경 및 약 2.5 내지 12.0mm의 두꺼운 두께로 된 스테인레스 강 또는 고압 배관 탄소강의 고압 연료 분사 튜브로서 구성된다. 본 발명에서, 공통 레일(5)의 수용 시트(6)에 대한 접속 헤드(2)의 접촉면은 외측으로 벌어지는 형태의 테이퍼진 수압 시트(3)로 형성된다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 접속 헤드(2)는 도시된 바와 같이, 두꺼운 강재 튜브(1)의 직경(Do) 보다 큰 직경을 가지는 반경 방향 확장부(2-1)로 형성되며, 그 확장부의 내주에는 공통 레일(5)의 수용 시트(6)를 위한 벌어지는 형태의 테이퍼진 수압 시트(3)가 형성되어 있다.
여기에서, 접속 헤드(2)를 구성하는 반경 방향 확장부(2-1)의 테이퍼진 수압 시트(3)의 개구 직경(d1)은 전술한 바와 같이, 수학식 1의 조건을 만족하도록 형성된다. 구체적으로, 개구 직경(d1)은 두꺼운 강재 튜브(1)의 내경(do)과 두께(t)의 합산치 이상이고, 두꺼운 강재 튜브(1)의 직경(Do)과 두께(t)의 합산치 이하인 것이 바람직하다. 한편, 접속 헤드(2)의 두께(T) 및 직경(D1)은 접속 헤드(2)의 강도를 고려하여, 수학식 2 및 수학식 3 각각의 조건을 만족하는 크기로 되는 것이 바람직하다. 여기에서, 접속 헤드(2)의 개방 단부면의 폭(w)은 두꺼운 강재 튜브(1)의 두께(t)의 약 절반 정도이다. 한편, 반경 방향 확장부(2-1)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)의 개방 각도(θ)는 공통 레일(5)의 수용 시트(6)의 테이퍼 각도에 따라 통상 약 55 내지 60°로 설정된다. 또한, 경사부(2-1a)와, 접속 헤드(2)의 외주의 직선부(2-1b)의 길이는 두꺼운 강재 튜브(1)의 크기에 따라 적절하게 설정된다.
다음에, 공통 레일(5)에 접속 헤드(2)가 접속된 상태의 일례가 도 2를 참조로 하여 설명된다. 공통 레일(5)의 외주상의 수용 시트(6)는 두꺼운 강재 튜브(1)의 접속 헤드(2)의 내주의 수압 시트(3)에 연접되어지며, 체결용 너트(4)는 접속 헤드(2)의 내주에 있는 수압 시트(3)와 공통 레일(5)의 외주상의 수용 시트(6)를 압박 결합시키도록 조여진다. 다시 말해, 접속 구조체는 두꺼운 강재 튜브(1)의 접속 헤드(2)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)가 공통 레일(5)의 수용 시트(6)에 접촉되어지고 나서, 체결용 너트(4)를 조이는 것에 의해 공통 레일(5)의 외주상의 수용 시트(6)와 압박 결합됨으로써 구성된다. 여기에서, 도 9 또는 도 11에 도시된 전술한 바의 와셔나 슬리브를 상기 경사부(2-1a)와 체결용 너트(4) 사이에 설치함은 매우 자연스러운 것이다.
디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성 연료를 디젤 내연 기관에 사용하는 경우, 고압 금속 배관은 본 발명에 따라 도 3에 도시된 구성을 채용할 수 있다.
도 3에서, 보다 구체적으로, 전술한 형태의 두꺼운 강재 튜브(1)의 테이퍼진 수압 시트(3)에서 종결하는 테이퍼진 수압 시트(7-1)를 형성하는 단계와, 두꺼운 강재 튜브(1)의 통로(1-1) 내주 전체 길이에 걸쳐, 예로써, 스테인레스 강, 인코넬(Inconel), 인콜로이(Incoloy) 또는 하스텔로이(Hastelloy) 등의 니켈 합금과; 티타늄과; 예로써, 6Al4V, 6Al6V2Sn, 6Al2S4Zr2Mo, 8Al1Mo1V 등의 티타늄 합금과; 예로써, 하인츠 합금(Heintz alloy)과 같은 코발트 합금;과 같은 내식성 금속으로 이루어진 얇은 내측 튜브(7)를 압박 결합시키는 단계를 통해 이중 금속 튜브가 제조된다. 여기에서, 내측 튜브(7)의 수압 시트(7-1)는 적어도 공통 레일(5)의 수용 시트(6)에 의해 고정되지만, 접속 헤드(2)의 수압 시트(3) 전체에 걸쳐서는 연장하지 않도록 종결되어야 한다.
한편, 디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성 연료를 사용하는 경우의 공통 레일(5)의 구성을 이후에 설명한다.
이때, 전술한 내측 튜브(7)의 테이퍼진 수압 시트(7-1)의 개구 직경(d2)은 도 4에 도시된 바와 같이, 내측 튜브(7)의 내경(d3)의 1.2배 이상인 것이 바람직하다. 1.2배 이하인 경우, 내측 튜브(7)의 테이퍼진 수압 시트(7-1)는 너무 협소하여 밀봉 특성이 불안정해짐에 따라, 디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성 연료의 접촉이나 누설에 의해 부식이 야기되는 경향이 있다. 따라서, 내측 튜브(7)의 테이퍼진 수압 시트(7-1)의 개구 직경(d2)은 1.5d3이상인 것이 바람직하다.
한편, 내측 튜브(7)의 테이퍼진 수압 시트(7-1)의 개구 직경(d2)은 두꺼운 강재 튜브(1)의 테이퍼진 수압 시트(3)의 개구 직경(d1)에 비해 작은 정도가 3배 미만인 것이 바람직하다. 이것은 두꺼운 강재 튜브(1)의 테이퍼진 수압 시트(3)의 개구 직경(d1)의 3배를 초과하는 경우, 내측 튜브가 형성될 때 테이퍼진 수압 시트(7-1)에 균열이 발생할 수 있다.
도 1-4를 참조한 설명은 공통 레일에 접속되는 분기 튜브로서의 고압 금속 배관을 예시한 것이다. 그러나, 고압 금속 배관은 디젤 내연 기관을 위한 연료 분사에 있어서의 고압 연료 분사 튜브로서 사용될 수 있다. 이 경우, 접속 헤드(2)는 공통 레일(5) 대신에 노즐 홀더에, 체결용 너트(4)에 의해 접속될 수 있다.
본 발명에 따른 도 1-4의 고압 금속 배관 접속용 공통 레일은 도 5-8을 참조로 설명된다. 도 5-8에서, 도면 부호(8)는 공통 레일로서의 레일 본체를; 도면 부호(8')는 공통 레일로서의 블록 레일을; 도면 부호(9)는 슬리브 연결부를; 도면 부호(9')는 링형의 접속 고정부를; 도면 부호(10)는 와셔를 지칭한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 레일 본체(8) 또는 공통 레일은 28mm의 직경 및 9mm의 두께의 비교적 두꺼운 STS480 금속 튜브로 제조된다. 연통로(8-1)는 레일 본체(8)의 축에 형성된다. 축방향을 따라 예정된 간격으로는, 원주벽에 형성된 분기 구멍(8-2)을 구비하여, 축방향을 따른 간격을 유지하면서 연통로(8-1)와 연통하며, 외측 종단부에 접속부로 제공되는 절두원추형 수용 시트(6)를 구비하는 다수의 보스부(8-3)가 돌출된다.
여기에서, 두꺼운 강재 튜브(1)로 구성된 분기 튜브는 분기 튜브 또는 고정부이다. 이 분기 튜브는 도 1-4를 참조로 설명한 바와 같이, 분기 튜브의 접속 헤드(2)에서의 반경 방향 확장부(2-1)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)를 레일 본체(8)의 수용 시트(6)상에 끼워넣는 단계와, 체결용 너트(4)를 보스부(8-3)상에서 조이는 단계를 통해, 레일 본체(8)에 접속된다.
도 6에 도시된 바의 공통 레일의 분기 튜브 접속 구조체는 접속부로서 슬리브 연결부(9)를 사용한다. 이 실시예에서, 레일 본체(8)의 측면에서 돌출되고, 연통로(8-1)와 연통하는 분기 구멍(8-2)을 구비하는 절두원추형 수용 시트(6)의 외측면에는 분기 구멍(8-2)과 동심으로 적절한 깊이로 형성되어 그 수용 시트(6)를 둘러싸는 장착 홈(8-5)이 형성된다. 분기 튜브에 미리 구성된 체결용 너트(4)에 와셔(10)를 통해 나사식 외주가 나선 이동되는 원통형의 슬리브 연결부(9)의 베이스 단부는 장착 홈(8-5)에 끼워지며, 그것의 장착 부분은 장착 홈(8-5)에 용접 또는 납땜된다. 분기 튜브의 접속 헤드(2)의 반경 방향 확장부(2-1)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)는 레일 본체(8)의 수용 시트(6)상에 설치된다. 접속 헤드(2)의 후방면에 구성된 와셔(10)는 슬리브 연결부(9)상에서 나사 결합되는 체결용 너트(4)에 의해 조여지고 압박 결합된다.
한편, 도 7에 도시된 공통 레일의 분기 튜브 접속 구조체에는 링형 또는 블록형의 접속 고정부(9')(그러나, 도 7에는 링형의 접속 고정부를 사용한 실시예가 도시되어 있음)가 사용된다. 레일 본체(8)에 형성된 연통로(8-1)와 연통하는 분기 구멍(8-2)을 갖는 절두원추형의 수용 시트(6) 근처에서 레일 본체(8) 외주를 둘러싸는 다른 접속부로 작용하는 링형의 접속 고정부(9')를 사용하는 것에 의해, 분기 튜브의 접속 헤드(2)의 반경 방향 확장부(2-1)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)는 레일 본체(8)의 수용 시트(6)상에 접속된다. 분기 튜브의 전방에 구성된 체결용 너트는 접속 고정부(9')로부터 돌출된 나사 벽(9'-1)으로 조임 접촉되어, 분기 튜브(1)를 접속 헤드(2)의 목부 아래에서 접속 헤드(2)의 압력에 의해 레일 본체(8)에 접속한다.
다음에, 블록 레일(8')을 공통 레일로서 적용한 본 발명의 실시예로서 공통 레일의 분기 튜브 접속 구조체를 도 8에 도시한다. 블록 레일(8')의 측면에 형성된 접속부로서의 접속 구멍(8'-1)의 바닥에는 그 블록 레일(8')의 연통로(8-1)와 연통하는 분기 구멍(8-2)을 구비한 절두원추형의 수용 시트(6)가 돌출되어 있다. 분기 튜브의 반경 방향 확장부(2-1)에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트(3)는 블록 레일(8')의 수용 시트(6)에 접촉 결합된다. 그런 다음, 접속 구멍(8'-1)에서 체결용 너트(4)가 조여진다.
한편, 공통 레일에 디메틸 에테르 또는 메탄올과 같은 부식성의 고압 연료가 사용되는 경우, 본 발명에 따라 두꺼운 강재 튜브(1)의 분기 튜브를 도 3 및 도 4에 도시된 바의 이중 튜브로 구성하고, 스테인레스 강과 같은 내식성 재료로 레일 본체(8)(또는 블록 레일(8'))를 구성하거나, 또는 적어도 수압 시트(3), 분기 구멍(8-2), 연통로(8-1)의 내주를, 니켈, 크롬, 구리 및 그 합금과 같은 내식성 재료의 도금층을 형성하는 것에 의해, 그 부식성의 고압 연료에 의한 부식을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 금속 배관의 접속 헤드와, 그 고압 금속 배관이 접속될 공통 레일은 버클링 가공과 같은 성형에 의해 형성될 수도 있는 어떠한 환형 리세스(또는 포켓)도 제거한 구조로 제공된다. 결국, 접속 헤드의 내부 압력 강도는 접속 헤드 또는 공통 레일이 배열되어 사용되는 경우, 고압 유체에 기인하여 환형 리세스 근처에 야기될 수도 있는 캐비테이션 등, 또는 축방향이나 원주 방향의 균열의 방지를 통해 강화될 수 있다. 다른 우수한 효과로는 부식성 연료의 사용에도 부식의 염려가 없다는 점이다. 따라서, 본 발명은 뛰어난 용도를 가진다.

Claims (13)

  1. 비교적 작은 직경의 두꺼운 강재 튜브로 구성되며, 고압 금속 배관 보다 큰 직경의 반경 방향 확장부를 포함하며, 상대 부재의 수용 시트에서 외측으로 벌어지는 테이퍼진 수압 시트가 내주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼진 수압 시트는 ｄｏ＋ｔ≤ｄ１≤Ｄｏ＋ｔ(이때, ｄｏ: 배관의 내경, ｔ: 배관의 두께, Ｄｏ: 배관의 직경)의 조건을 만족하는 개구 직경(ｄ１)을 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접속 헤드의 반경 방향 확장부는 1.2ｔ≤Ｔ≤1.8ｔ의 조건을 만족하는 두께(T)를 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접속 헤드의 반경 방향 확장부는 1.4Ｄｏ≤Ｄ1≤2Ｄｏ의 조건을 만족하는 직경(Ｄ1)을 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접속 헤드의 개방 단부면은 배관 두께(t)의 약 절반 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 테이퍼진 수압 시트는 약 55 내지 60°의 개방 각도(θ)를 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 두꺼운 강재 튜브의 내주에는 그 내주 전체 길이에 걸쳐 내식성 금속으로 된 얇은 벽의 내측 튜브가 끼워맞춰져서 상기 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트에서 종결하는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트는 내측 튜브의 내경(d3)의 1.2배 이상인 개구 직경(d2)을 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 내측 튜브의 테이퍼진 수압 시트는 상기 내측 튜브의 내경(d3)의 1.5배 이상이고, 상기 두꺼운 강재 튜브의 테이퍼진 수압 시트의 개구 직경(d1)의 3배 이하인 개구 직경(d2)을 가지는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  10. 제7항에 있어서, 상기 내측 튜브는 스테인레스 강, 인코넬(Inconel), 인콜로이(Incoloy) 또는 하스텔로이(Hastelloy) 등의 니켈 합금과, 티타늄과, 6Al4V, 6Al6V2Sn, 6Al2S4Zr2Mo, 8Al1Mo1V 등의 티타늄 합금과, 하인츠 합금(Heintz alloy)과 같은 코발트 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 금속 배관용 접속 헤드.
  11. 축방향으로 소정 간격으로 다수의 분기 구멍이 원주벽에 형성되고, 중심축상에 연통로를 구비하고 있는 공통 레일로서, 두꺼운 강재 튜브로 제조되고 상기 연통로와 연통하는 통로를 구비하는 분기 튜브의 종단부에 형성된 접속 헤드상에 구성된 수압 시트가 상기 분기 튜브에 접속될 수 있도록 상기 분기 구멍의 각각의 원주에 형성된 수용 시트에 연접하며, 상기 분기 튜브는 그 분기 튜브의 전방에 형성된 체결용 너트를 상기 공통 레일과 일체로 또는 별도로 형성된 접속부상에 고정함에 의해 상기 접속 헤드의 목부 아래의 압력에 의해 상기 공통 레일에 접속되는 공통 레일에 있어서,
    상기 수용 시트는 원추형으로 외측으로 돌출하며, 상기 분기 튜브의 종단부에 그 분기 튜브에서 보다 큰 직경으로 형성된 반경 방향 확장부의 내주는 테이퍼진 수압 시트로 형성되며, 상기 수압 시트를 상기 수용 시트로 끼워넣는 것에 의해 접속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공통 레일.
  12. 제11항에 있어서, 상기 내식성 금속은 상기 수용 시트, 상기 분기 구멍, 상기 공통 레일의 상기 연통로의 적어도 내주상에 설치되는 것을 특징으로 하는 공통 레일.
  13. 제11항에 있어서, 상기 공통 레일은 고압 연료 분기관으로 된 레일 본체 또는 블록 레일로 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일.
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