KR100746980B1 - 나사산에 의한 가압구조를 가진 전기융착용 배관장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성수지관과 전기융착으로 연결되기 위한 배관장치(특히, 밸브 또는 분기 헤더)에 관한 것으로서, 나사산에 의하여 증폭된 힘으로 발열체와 발열체에 의해 녹여진 합성수지 용용부를 가압하여 융착에 필요한 압력을 얻을 뿐 아니라 결과적으로 발열체에 의하여 용융되는 용융부가 가압되어 불순물로 인한 경계층이 파괴되어 융착 효율을 높일 수 있는 새로운 전기융착용 배관장치를 제공한다.

합성수지, 배관장치, 전기융착, 가압부재, 나사산

Description

나사산에 의한 가압구조를 가진 전기융착용 배관장치{ELECTRIC FUSION PIPING MATERIALS WITH SCREW PRESSING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1실시례에 의한 전기융착용 배관장치와 합성수지관의 주요 부품을 분리하여 도시한 사시도,

도 2는 도 1에서 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도,

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 다른 실시례에서 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도,

도 6 내지 도 7은 본 발명이 전기융착용 배관장치로서 밸브와 분기헤더에 각각 적용된 형태를 도시한 것.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 배관장치 20 : 합성수지관

100 : 배관 연결부 110 : 단턱

120 : 연결부 나사산

200 : 가압부재 210 : 가압부

220 : 나사결합부

300 : 링형 발열체

400 : 전기 접속단자

500 : 링형 용접살

본 발명은 가스관, 상수도관 또는 기타 용도로 사용되고 있는 합성수지관을 연결하기 위하여 전기 융착을 하는 전기융착용 배관장치에 관한 것이다.

본 발명은 다른 합성수지관과 용이하게 연결되기 위한 배관장치에 관한 것으로서, 그 연결 방식은 전기 융착으로 분류될 수 있다.

이러한 전기 융착은 이음관의 연결에 주로 이용되고 있으므로 이하에서는 먼저 이음관의 전기 융착을 주로 설명한다.

가스관, 상수도관 기타 용도로 사용되고 있는 폴리에칠렌이나 폴리프로필렌 등의 재료로 된 파이프를 접합하는 데 있어서 완전한 기밀성을 얻기 위하여는 기본적으로 열융착 방식을 이용하여 왔다.

종래의 열융착 방식으로는 버트퓨젼방식(Butt Fusion Welding), 일반 소켓 열융착 방식(Heat Fusion Socket Welding), 그리고 전자식 소켓융착 방식(Electro Fusion Socket Welding 또는 Electric Fusion) 등이 있다.

버트퓨젼 방식은 일명 맞대기 융착방식으로 별도의 연결용 소켓을 사용하지 않고 파이프 단면과 단면을 서로 맞대어 면을 용융시켜 접합하는 것으로, 유압 또는 공압이 장착된 클램프에 접합하고자 하는 파이프 끝부분을 마주보고 고정 안착시키고 용융 접합할 면을 평활하게 면 처리를 한 다음, 가열판을 그 사이에 놓고 유압 또는 공압으로 파이프 접합 단면을 가압 밀착시켜 적절한 용융 온도(예 : 폴리에칠렌 재료는 210℃전후)로 가열 용융시킨 후 신속히 가열판을 제거하고 용융된 파이프의 양 단면을 가압 밀착시켜 일정 시간을 유지한 후 냉각하면, 응고되어 접합이 된다.

따라서 이 방식은 파이프를 접합할 시 파이프 모재를 녹여서 붙이는 것으로서 별도의 연결용 소켓이 필요하지 않고 단지 작업현장에 운반하기에는 무게가 무겁고 사용하기에 구조가 복잡한 열융착기가 필요하다.

다음으로 일반 연결용 소켓으로서, 연결용 소켓의 내주면과 파이프의 외주면을 동시에 녹여서 붙이는 방법이 있다. 즉, 파이프의 외주면과 연결용 소켓의 내주면을 동시에 가열하여 각각의 면이 동시에 용융되도록 하고, 가열이 완료되면 파이프 외주면에 연결용 소켓의 내주면을 신속히 밀착 삽입하고 이 상태에서 냉각될 수 있도록 일정 시간을 유지한다.

다음으로 전자식 소켓 융착으로서, 연결용 소켓의 내부에 가열 코일과 같은 발열체를 삽입시켜 일체로 사출성형한 것이다. 가열 코일로서는 어느 정도 전기 저항이 유지되는 동선 또는 동합금선이나 니크롬선 등을 사용한다. 이러한 전자식 연결용 소켓을 제조하기 위한 대표적인 방법으로는 상기 열가소성 수지로 코팅한 전기 저항선 또는 전기저항선 나선을 코일형태로 권선하여 끝단에 전기 접속단자를 연결한 후 이것을 사출금형에 삽입한 상태에서 사출하여 일체화시킨다. 이러한 방식으로 제조된 전자식 연결용 소켓을 융착하고자 하는 파이프에 끼운 다음에 간단한 전원공급장치에 의해 일정시간 통전을 하면 파이프 외경면과 전자식 연결용 소켓의 내경면이 동시에 용융되어 접합된다.

상기 및 이하에서는 전자식 소켓 융착을 전기 융착 방식이라 칭한다.

이러한 전기 융착 방식은 이음관에 주로 사용되어 왔다.

현재 전기 융착용 이음관은 그 작업의 간편성때문에 사용자들로부터 선호받고 있으며, 이러한 전기 융착용 이음관의 발열체로서는 다양한 기술들이 개발되고 있다.

한편, 상기의 기술 이외에도 본 명세서에 일체화된 종래의 기술로서, 국내 공개특허공보 특2002-0012809호 "프린팅(코팅)된 가열 회로에 의한 열가소성수지(폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등) 파이프의 전자식 융착시트", 국내 공개특허공보 10-2004-0069622호 "합성수지관 융착용 발열 부싱", 국내 공개특허공보 10-2004-0096757호 "합성수지관 융착구조", 국내 공개특허공보 10-2005-0003231호 "융착링을 이용한 합성수지관의 융착구조" 등이 알려져 있다.

그러나 현재의 전기 융착용 이음관은 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 융착에 의한 접합의 경우 그 기밀성 내지 수밀성을 얻기 위하여는 용융 접합할 면에 불순물이 없어야 하며, 불순물이 존재할 경우 그 불순물은 일종의 경계층으로 작용하며, 경계층을 사이에 둔 용융물들은 서로 접합이 되지 않기 때문에 접합 효율을 낮추는 요인이 된다. 이러한 점을 감안하여 융착에 의한 접합 전에 용융 접합할 면에 대하여 청소 작업을 하지만 미세한 박막 형태의 불순물의 경우에는 완전한 청소가 곤란하다.

(2) 융착에 의한 접합은 기본적으로 적정한 압력이 가하여지는 상태에서 압착 연결되는 것이 작업상 매우 중요한 요소이나(예컨데, 버트퓨젼 방식의 경우에는 그 융착 부위를 가압 밀착하여 접합하며, 이를 위한 가압 작업이 유압 또는 공압에 의하여 이루어짐.) 전기 융착의 경우 발열체가 이음관의 내주면에 삽입되어 있기 때문에 용융에 의한 자연 팽창으로 인한 압력만을 이용할 수 있을 뿐 인위적인 가압을 고려할 수 없었다.

(3) 또한 자연 팽창으로 인한 압력을 이용하기 위하여는 전기 융착용 이음관의 내주면과 이에 삽입되는 합성수지관의 외주면의 오차가 작아야 하며, 이를 위한 정밀가공시 생산단가가 올라가게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 가압부재의 회전운동을 나사산에 의하여 직선운동으로 변화시켜 배관장치의 배관 연결부의 내주 면에 마련된 발열체를 직접적으로 또는 간접적으로 가압하도록 하여, 결과적으로 발열체에 의하여 용융되는 용융부가 가압되어 융착에 필요한 압력을 얻을 뿐만 아니라 불순물로 인한 경계층을 파괴하여 융착 효율을 높일 수 있는 새로운 전기융착용 배관장치를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 다른 합성수지관과 연결되기 위한 배관 연결부가 합성수지로 이루어진 배관장치에 있어서, 상기 배관장치는 밸브 또는 분기 헤더이며, 상기 연결부의 주면에 나사결합을 위한 연결부 나사산이 형성되며, 상기 연결부의 내주면에 전기 융착을 위한 링형 발열체가 마련되며, 상기 연결부 나사산에 나사결합되는 나사결합부 및 상기 나사결합부의 회전에 따라 전진하여 상기 링형 발열체를 가압하도록 이루어진 가압부가 형성되는 가압부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 제1실시례에 따라 그 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시례에 의한 전기융착용 배관장치와 합성수지관의 주요 부품을 분리하여 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에서 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도이다.

도 1 에 제시된 전기융착용 배관장치(10)는 이음관이다.

두 개의 합성수지관(20)을 연결하기 위하여 본 이음관(10)이 이용되고 있다.

따라서 이음관(10)에는 적어도 둘 이상의 배관 연결부(100)가 마련되며, 상기 배관 연결부(100)에 다른 합성수지관(20)이 연결된다. 물론 이음관(10)에서 적어도 배관 연결부(100)는 합성수지로 이루어져야 한다.

배관 연결부(100)는 합성수지관(20)이 삽입될 수 있도록 내주면을 형성하고 있다.

또한 배관 연결부(100)의 내주면에는 삽입되는 합성수지관(20)의 일단을 지지할 수 있도록 단턱(110)이 돌출 형성되어 있다. 단턱(110)은 합성수지관이 적절한 깊이로 삽입되어 그 위치가 정해질 수 있도록 하기 위한 것이다.

배관 연결부(100)의 단부에 인접한 외주면에는 연결부 나사산(120)이 형성되어 있다. 상기 연결부 나사산(120)에는 후술하는 가압부재(200)가 나사결합된다.

물론 연결부 나사산(120)은 경우에 따라 배관 연결부(100)의 내주면에 형성될 수도 있으며, 또한 경우에 따라서 연결부 나사산(120)은 배관 연결부(100)의 단부로부터 이격되어 형성될 수도 있다.

한편, 배관 연결부(100)의 내주면에 전기 융착을 위한 링형 발열체(300)가 마련된다. 상기 링형 발열체(300)는 전기 접속단자(400)에 연결되어 있으며, 전기 접속단자(400)를 통하여 외부의 전원이 공급되면 링형 발열체(300)는 발열되며, 링형 발열체(300)가 발열되면 그 주변부가 용융된다.

링형 발열체란, 전기를 통하면 발열되는 모든 링 형태의 물체를 말하는 것으로, 본 실시례에서는 발열체로서 전도성 플라스틱을 이용한다. 그러나 실시례에 따라서는 금속 발열체가 이용될 수도 있다.

한편 배관 연결부(100)의 단부에 가압부재(200)가 나사결합된다.

가압부재(200)는 외측에 배관 연결부(100)의 단부에 나사결합되기 위한 암나사산이 형성된 나사결합부(220)가 형성되어 있으며, 또한 가압부재(200)는 그 내측에 배관 연결부(100)의 내주면에 삽입되어 링형 발열체(300)를 직접적으로 또는 간접적으로 가압하게 되는 가압부(210)가 형성되어 있다.

또한 가압부재(200)는 그 외부가 전체적으로 육각너트의 형상을 취하여 가압부재(200)의 회전조작을 용이하게 하였다.

따라서 가압부재(200)를 회전시키면, 배관 연결부(100)와 나사결합된 나사결합부(220)가 회전하면서 전진하게 되며, 상기 나사결합부(220)와 일체로 형성된 가압부재(200)가 동시에 전진하게 된다.

이하 본 실시례의 작용을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 전기융착용 이음관(10) 및 합성수지관(20)을 배치한 후, 전기 접속단자(400)를 전원공급장치(미도시)와 연결하여 일정시간 통전을 하면, 발열체(300)의 발열에 의하여 발열체(300)의 주변부(즉, 배관 연결부(100)의 내주면과 합성수지관(20)의 외주면 등, 상기 및 이하에서 "용융부"라 칭함.)의 온도가 상승하여 용융된다.

이때 배관 연결부의 내주면과 합성수지관의 외주면은 그 온도가 상승하면서 유리전이온도(Glass Transitions Temperature)를 거쳐 연화점(Softening Temperature)에 도달하게 된다.

이와 같이 용융부의 온도가 상승하여 연화점에 도달하면 상기 가압부재(200)를 회전시키고, 이에 따라 가압부재(200)가 전진하여 직접적으로 혹은 간접적으로 링형 발열체(300)를 가압하면 이에 의하여 결과적으로 용융부가 가압되며, 용융부가 가압되는 압력은 나사결합부(220)의 회전정도에 따라 조절되며, 나사결합부(220)의 회전이 멈추면 그 가압 압력은 일정하게 유지된다.

이후 용융부는 소정의 압력을 받은 상태로 용융되어 발열체 주변의 배관 연결부의 내주면과 합성수지관의 외주면이 융착된다.

실시례에 따라서는 용융부의 온도가 연화점 아래나 혹은 그 이상의 온도에서 용융되게 한 후 가압부재(200)를 회전시켜 용융부를 가압할 수 있다.

이와 같이 고온에서 소정의 압력으로 압착되면서 접합되고 냉각된 부위는 그 융착 효율이 매우 우수하다.

또한 용융부가 소정의 압력으로 압착되는 도중에 융착부위(즉, 배관 연결부의 내주면 혹은 합성수지관의 외주면)의 불순물로 인한 경계층이 고온과 전단력에 의해 파괴되면서, 불순물의 경계층으로 인한 접합 성능 저하를 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 의한 제2실시례를 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 제2실시례의 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도이다.

본 실시례에서는 발열체로서 한 쌍의 링형 발열체(300)를 마련하였다.

상기와 같이 쌍으로 이루어진 링형 발열체(300)는 전기 접속단자(400)로부터 공급되는 전원에 의하여 발열된다.

또한 한 쌍의 링형 발열체(300) 사이에는 용융을 위한 합성수지재의 링형 용접살(500)이 마련된다.

링형 용접살(500)는 배관 연결부(100)의 융점보다 낮은 융점을 가지는 합성수지 재료로서, 발열체(300)의 온도 상승에 따라 배관 연결부(100)보다 먼저 용융하여 압착 접착된 후 냉각되어 배관 연결부(100)와 합성수지관(20)을 긴밀히 융착시키게 된다.

링형 용접살(500)은 양측에 위치한 링형 발열체(300)의 전기적 연결을 위하여 내부에 연결선(510)이 마련되어 있다.

이와 같은 한 쌍의 링형 발열체(300)와 그 사이에 마련되는 링형 용접살(500)은 각각 분리되어 제작되거나 혹은 일체로 제작될 수 있다.

이하 본 발명의 의한 제3실시례를 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 제3실시례의 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도이다.

본 실시례에서는 배관 연결부(100)의 내주면에 연결부 나사산(120)이 형성되어 있으며, 따라서 상기 연결부 나사산(120)에 나사결합되기 위한 가압부재(200)의 나사결합부(220)는 가압부재(200)의 외주면에 형성되어 있다.

이하 본 발명의 의한 제4실시례를 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 제4실시례의 전기융착용 배관장치와 합성수지관이 전기융착되기 전의 상태의 전기융착용 배관장치의 배관 연결부의 단면도이다.

본 실시례에서는 배관장치(10) 자체에 전기 접속단자가 마련되지 않도록 하였다.

즉, 배관 연결부(100)에 전기 접속단자용 구멍(130)이 형성되며, 외부의 전원공급장치의 전기접속단자(미도시)가 상기 전기 접속단자용 구멍(130)으로 삽입됨으로써 배관 연결부(100)의 내주면에 위치한 링형 발열체(300)에 전기를 공급할 수 있게 된다.

한편, 전기 접속단자(400) 혹은 전기접속단자용 구멍(130)의 배치는 발열체의 숫자에 따라서 다양한 방식이 고려될 수 있으며, 또한 복수의 발열체에 전기를 공급할 경우 발열체의 회로 구성을 직렬 또는 병렬로 선택하느냐에 따라 다양한 구조가 제안될 수 있다.

또한 전기 접속단자 혹은 전기접속단자용 구멍은 배관 연결부 혹은 가압부재에 마련될 수 있으며, 경우에 따라서는 배관 연결부와 가압부재 사이, 가압부재와 합성수지관의 사이 등으로 마련될 수도 있다.

상기의 실시례들은 발열체와 용융부는 전혀 별개인 것으로 서술되어 있지만, 발열체 자체가 용융되는 경우도 상정할 수 있다.

예컨데, 발열체를 전도성 플라스틱으로 형성하고, 그 전도성 플라스틱에 전 원을 공급하면, 전도성 플라스틱이 발열체로서 이용될 뿐만 아니라 전도성 플라스틱 자체 및 그 주변의 합성수지가 용융되도록 본 기술을 적용할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 전기융착용 배관장치가 밸브(10, 도 6 참조) 및 분기 헤더(10, 도 7 참조)에 적용된 형태를 도시한 것이다.

전기융착용 밸브(10)는 배관 내에 마련되어 배관 내부를 흐르는 유체의 흐름을 개폐하거나 그 유량을 조절하기 위하여 사용된다. 따라서 전기융착용 배관장치(10)에는 적어도 둘 이상의 배관 연결부(100)가 마련되며, 상기 배관 연결부(100)에 다른 합성수지관(20)이 연결된다. 물론 전기 융착을 위하여 배관장치(10)에서 적어도 배관 연결부(100)는 합성수지로 이루어져야 한다.

전기융착용 분기 헤더(10)는 배관 내에 마련되어 배관 연결부의 일종인 유입관으로 유입된 유체를 배관 연결부의 일종인 복수의 유출관으로 흘러 보내기 위하여 사용된다. 도 7의 분기 헤더(10)는 난방용 분기 헤더의 일종으로서, 보일러 등으로부터 난방수가 유입되는 하나의 유입관과 복수의 난방수 사용기구로 난방수를 보내기 위한 다수의 유출관이 마련되어 있다. 따라서 전기융착용 분기 헤더(10)에는 적어도 둘 이상의 배관 연결부(100)가 마련되며, 상기 배관 연결부(100)에 다른 합성수지관(20)이 연결된다. 물론 전기 융착을 위하여 분기 헤더(10)에서 적어도 배관 연결부(100)는 합성수지로 이루어져야 한다.

이러한 구성에서 배관 연결부(100)와 합성수지관(20)의 연결 구조는 도 2 내지 도 5의 구조들이 응용될 수 있다.

상기의 실시례들은 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 기술자들에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

상기와 같이 본 발명은, 전기융착용 배관장치의 배관 연결부에 나사결합되는 가압부재의 회전운동을 나사산에 의하여 직선운동으로 변화시켜 배관 연결부의 내주면에서 발열체에 의하여 용융되는 용융부를 가압하여 융착에 필요한 압력을 얻을 뿐만 아니라 불순물로 인한 경계층을 파괴하여 융착 효율을 높일 수 있는 새로운 전기융착용 배관장치를 제공한다.

즉, 본 발명은 접합 부위가 고온에서 소정의 압력으로 압착되면서 융착되고 냉각되었기 때문에 접합 효율이 매우 우수하다.

또한 본 발명은 용융부가 소정의 압력으로 압착되는 도중에 융착부위의 불순물로 인한 경계층이 고온과 전단력에 의해 파괴되면서, 불순물의 경계층으로 인한 접합 성능 저하를 방지할 수 있다.

결과적으로 합성수지관의 외경과 배관장치 연결부의 내경의 오차허용 범위도 넓게 할 수 있어 합성수지관과 배관장치의 제조비용도 줄일 수 있어 고품질의 전기 융착을 경제적으로 제공한다.

Claims (8)

1. 다른 합성수지관과 연결되기 위한 배관 연결부가 합성수지로 이루어진 배관장치에 있어서,

   상기 배관장치는 밸브 또는 분기 헤더이며,

   상기 연결부의 주면에 나사결합을 위한 연결부 나사산이 형성되며,

   상기 연결부의 내주면에 전기 융착을 위한 링형 발열체가 마련되며,

   상기 연결부 나사산에 나사결합되는 나사결합부 및 상기 나사결합부의 회전에 따라 전진하여 상기 링형 발열체를 가압하도록 이루어진 가압부가 형성되는 가압부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체는 전도성 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 발열체에 전기를 공급하기 위한 전기 접속단자가 상기 연결부 또는 상기 가압부재에 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기 융착용 배관장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 잇어서,

   상기 발열체에 전기를 공급하기 위한 전기 접속단자용 구멍이 상기 연결부 또는 상기 가압부재에 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 링형 발열체와 인접하여 링형 용접살이 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 링형 용접살은 상기 가압부와 상기 링형 발열체 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 링형 발열체는 복수로 마련되며, 상기 링형 용접살은 상기 링형 발열체 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 링형 발열체와 상기 링형 용접살이 서로 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 나사산에 의한 가압 구조를 가진 전기융착용 배관장치.

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