KR100923841B1

KR100923841B1 - 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법

Info

Publication number: KR100923841B1
Application number: KR1020090063278A
Authority: KR
Inventors: 전병석; 이문두
Original assignee: 주식회사 일성
Priority date: 2009-07-11
Filing date: 2009-07-11
Publication date: 2009-10-27

Abstract

본 발명은 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내부 유체에 의하여 부식될 수 있는 관체의 내주면에 그 관체의 부식을 방지할 수 있는 부재를 삽입하여 접합하는 구조 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 유체유동공이 형성된 관체와; 상기 유체유동공의 일측에 상기 관체의 길이방향으로 연장되도록 형성된 안착홈과; 상기 안착홈에 삽입되는 내부식성 재질의 스페이스바와; 상기 유체유동공에 삽입되고 상기 스페이스바와 동일한 재질로 형성되는 것으로 그 길이방향으로 개방부가 형성되어 있으며 상기 개방부가 상기 스페이스바와 마주하도록 배치되는 원통형상의 슬리브;를 포함하되, 상기 스페이스바와 상기 슬리브가 상기 개방부를 따라 일체로 용접되어 상기 개방부를 통해 상기 본체 측으로 유체의 누설이 방지되는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조를 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 내부에 내부식성 재질의 클래드재가 형성되어 있는 관체를 간단한 구조 및 용이한 방법으로 제작할 수 있다.

관체, 내식성, 부식, 슬리브, 노즐, 용접

Description

관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법{Structure and method to join corrosion resistant member to the inside of tube type member}

본 발명은 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내부 유체에 의하여 부식될 수 있는 관체의 내주면에 그 관체의 부식을 방지할 수 있는 부재를 삽입하여 접합하는 구조 및 방법에 관한 것이다.

압력용기나 열교환기 등 내부에 유체가 수용되어 유동하는 대형 유체탱크의 노즐관체나, 상기 노즐관체들을 서로 연결하는 연결관체는 그 내부에서 유동하는 유체에 의해서 부식이 발생할 수 있으므로 그러한 부식을 방지할 목적으로 티타늄(Ti)함금과 같은 내부식성 재료로 제조될 필요가 있었다. 그러나, 노즐관체나 연결관체의 전부를 내부식성 재료로 성형할 경우, 고가인 재료가 다량으로 소요되어 제작비용이 상승하고 그 재료의 가공이 쉽지 않은 문제점이 있다. 따라서, 통상 상기 관체들은 전체적으로 내부식성 재료를 사용하지 않고, 본체를 카본스틸로 성형한 후, 유체와 직접적으로 접촉하는 내부면을 티타늄(Ti)합금과 같은 클래드재로 형성하는 방법이 흔히 채택되었다.

도1은 상기와 같은 유체탱크(30)의 노즐관체(10)와 그 노즐관체에 연결되는 연결관체(20)를 도시하고 있는 것으로, 상기 노즐관체(10)에서 유출되는 유체는 노즐관체(10)와 연결되는 연결관체(20)를 따라서 유동하게 된다. 그러한 노즐관체 및 연결관체는 전술한 바와 같이 본체를 카본스틸로 제작한 후, 내부면은 클래드재의 슬리브를 제작하여 삽입하는 방식으로 제조하게 된다. 이는 티타늄(Ti)합금과 같은 클래드재가 본체를 이루는 카본스틸과 용융접합되지 않으므로 슬리브형태로 삽입하여 고정함으로써 본체와 직접적으로 용접할 필요가 없는 방법를 채택한 것이다.

그러나, 상기와 같이 노즐관체나 연결관체에 슬리브를 삽입하는 경우, 슬리브의 직경이 상기 관체의 내경과 일치하도록 정밀하게 가공되어야 할 것이나, 그 가공 및 제조작업이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

또한, 상기 슬리브의 직경이 상기 관체의 내경에 비해 작게 형성되는 경우, 상기 슬리브가 상기 관체의 내면에 밀착되어 있지 않으므로 관체가 상기 슬리브를 견고하게 지지해 줄 수 없다. 따라서, 고압유체의 흐름이 반복되는 관체 내에서 얇은 두께의 슬리브가 그와 같은 압력을 장기간 견딜 수 없는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내부식성의 클래드재를 관체의 내면에 용이하게 형성할 수 있는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 관체의 내부에 삽입되는 내부식성 재질의 슬리브가 관체의 내면에 견고하게 밀착되어 내구성이 향상되도록 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 유체유동공이 형성된 관체와, 상기 유체유동공의 일측에 상기 관체의 길이방향으로 연장되도록 형성된 안착홈과, 상기 안착홈에 삽입되는 내부식성 재질의 스페이스바와; 상기 유체유동공에 삽입되고 상기 스페이스바와 동일한 재질로 형성되는 것으로 그 길이방향으로 개방부가 형성되어 있으며 상기 개방부가 상기 스페이스바와 마주하도록 배치되는 원통형상의 슬리브를 포함하되, 상기 스페이스바와 상기 슬리브가 상기 개방부를 따라 일체로 용접되어 상기 개방부를 통해 상기 관체 측으로 유체의 누설이 방지되는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조를 제공한다.

본 발명에서 상기 슬리브는 판재를 원통형으로 말아 원통형상을 이루도록 하고, 상기 개방부는 상기 원통형상을 이루는 상기 판재의 양단이 서로 마주함으로써 형성될 수 있다.

상기 관체의 재질은 카본스틸이고, 상기 스페이스바와 상기 슬리브의 재질은 티타늄합금 또는 지르코늄합금인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 관체 내부의 유체유동공에 내부식성 재질의 슬리브를 삽입하여 접합하는 방법에 있어서, 상기 유체유동공을 형성하는 내부면에 길이방향을 따라 안착홈이 형성된 관체가 준비되는 단계, 상기 안착홈에 막대형태의 내부식성 재질의 스페이스바를 삽입하는 단계, 상기 스페이스바와 동일한 내부식성 재질의 판재를 말아 길이방향의 개방부가 형성되어 있는 원통형상의 슬리브를 제작하고 상기 개방부가 상기 스페이스바가 삽입되는 위치와 마주하도록 상기 유체유동공에 상기 슬리브를 삽입하는 단계, 상기 개방부를 따라 상기 슬리브와 상기 스페이스바를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합방법을 제공한다.

다른 관점에서 본 발명은 유체탱크에서 분기되는 노즐관체에 있어서, 내부에 유체유동공이 형성된 노즐본체와, 상기 유체유동공의 일측에 상기 유체유동공의 길이방향으로 연장되도록 형성된 안착홈과, 상기 안착홈에 삽입되는 내부식성 재질의 스페이스바와, 상기 유체유동공에 삽입되고 상기 스페이스바와 동일한 재질로 형성되는 것으로 그 길이방향으로 개방부가 형성되어 있으며 상기 개방부가 상기 스페이스바와 마주하도록 배치되는 원통형상의 슬리브를 포함하되, 상기 스페이스바와 상기 슬리브가 상기 개방부를 따라 일체로 용접되어 상기 개방부를 통해 상기 노즐본체 측으로 유체의 누설이 방지되는 것을 특징으로 하는 내부에 내부식성 부재가 접합된 노즐관체를 제공한다.

그리고 본 발명은 상기 유체유동공의 하부에 형성되어 유체유동공이 넓어지는 코너부와, 상기 유체유동공과 연통되는 관통공이 형성되고 상기 노즐본체의 하부면을 커버하며 상기 슬리브와 용접되는 커버플레이트와, 상기 코너부와 상기 슬리브와 상기 커버플레이트로 둘러싸인 빈공간을 더 포함하되, 상기 슬리브는 상기 노즐본체보다 열팽창계수가 작도록 구성한 노즐관체를 또한 제공한다.

상기 스페이스바와 상기 커버플레이트는 서로 분리되어 있는 것이 바람직하고, 상기 노즐본체의 재질은 카본스틸로 하고, 상기 스페이스바와 상기 슬리브의 재질은 티타늄합금 또는 지르코늄합금인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조 및 방법는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 노즐관체 또는 연결관체 내부에 내부식성 클래드재가 형성되어 있는 구조를 용이하게 제작할 수 있다. 특히, 본 발명은 관체와 내부식성의 클래드재가 직접적으로 용접되지 않는 구조 및 방법이므로 내부에 내부식성 클래드재를 형성함에 있어서 관체와 클래드재의 재질이 서로 용접되기에 적합하지 않은 경우 예컨대, 카본스틸 관체와, 티타늄합금 또는 지르코늄합금의 클래드재인 경우에 적합한 구조 및 방법이다.

둘째, 슬리브를 관체의 내경에 맞추어 그 직경을 정밀하게 가공할 필요가 없으므로 관체내부에 내부식성 부재를 형성하는 제작과정이 용이하고 제작비용이 현저히 줄어든다.

셋째, 내부식성재의 판재를 말아서 일부가 절개된 상태의 원통형으로 성형한 슬리브를 관체의 내부에 삽입하게 되면 탄성에 의해 펴지면서 관체 내부에 견고하게 밀착이 가능하다. 따라서, 슬리브가 관체의 내면에 밀착되어 관체의 본체로부터 견고하게 지지받을 수 있으므로 유체의 압력이 반복적으로 작용하더라도 슬리브의 접합부 등에서 하중을 적게 받게 되고 따라서 고압유체의 반복적 작용에 따른 피로파괴 등의 결함발생이 현저히 감소한다.

넷째, 본 발명은 노즐관체의 하부에 코너부와 슬리브와 커버플레이트로 둘러싸인 빈공간이 추가로 형성되도록 함으로써 열팽창에 따른 클래드재와 카본스틸재의 선팽창 길이의 차이를 흡수할 수 있는 구조이므로 슬리브와 커버플레이트의 용접부 등 취약지점에서 균열, 피로파괴 등 결함발생이 방지되도록 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 보다 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐관체에서 내부식성의 슬리브가 삽입되어 접합되는 구조를 도시하는 분해사시도이고, 도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐관체의 구조를 도시하기 위해 스페이스바(120)가 설치된 위치에서 노즐관체를 상하로 절단한 종단면도이며, 도4는 도3의 X-X 방향에 따른 횡단면도이다.

도2 내지 도4를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조는 유체탱크에서 분기되는 노즐관체(10)에 있어서, 노즐본체(100)와, 슬리브(110)와, 스페이스바(120)를 포함하여 구성되어진다.

상기 노즐본체(100)는 카본스틸 재질로 이루어진 것으로, 그 내부에는 원형단면의 유체유동공(108)이 형성되어 있다. 상기 노즐본체(100)에는 유체유동공(108)의 길이방향으로 그 내주면 벽에 안착홈(102)이 길이방향으로 연속하여 형성되어 후술하는 스페이스바(120)를 수용한다.

상기 슬리브(110)는 상기 유체유동공(108)에 삽입되어 상기 노즐본체(100)의 내면에 밀착됨으로써 내피를 형성하는 것이다. 상기 슬리브(110)는 내부식성 재질, 예컨대 티타늄(Ti)합금, 지르코늄(Zr)합금 등으로 이루어져 상기 카본스틸 재질의 노즐본체(100)에 내부유체가 접촉하는 것을 차단하게 된다.

상기 슬리브(110)는 내부식성 재질의 판재를 원통형으로 말아 형성하므로 상기 슬리브(110)의 길이방향을 따라 접합되지 않은 개방부(112)가 발생하게 된다. 즉, 상기 개방부(112)는 상기 판재를 원통형으로 말았을 경우 서로 마주보는 판재의 일단부(116)와 타단부(117) 사이의 공간을 의미한다.

상기 스페이스바(120)는 상기 슬리브(110)의 상기 개방부(112)를 용접하기 위한 덧대기용 부재이며, 막대 형태로 성형되어 상기 노즐본체의 안착홈(102)에 수용된다. 상기 스페이스바(120)가 없을 경우, 용접될 개방부의 후면에 카본스틸재가 위치하여 이종금속인 슬리브와의 용접이 용이하지 않으므로, 상기 개방부(112)의 뒷면을 덧대기 함으로써 내부식성의 동종 금속으로 용접부 주위를 포위하고, 상기 개방부(112)를 따라 용접작업이 수행되어 내부식성 금속들 사이에서 용접이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 스페이스바(120)는 상기 안착홈(102)에 안착 시 그 전면이 유체유동 공(108)을 이루는 노즐본체(100) 내부면과 일치할 수 있는 높이로 형성하고, 유체유동공(108)을 바라보는 면의 폭이 그 두께보다 넓도록 형성하는 것이 바람직하다. 참고로, 상기 두께는 관체의 방사방향으로 측정되는 스페이스바(120)의 치수를 의미한다.

상기 스페이스바(120)는 상기 슬리브(110)와 동일한 내부식성 재질로 형성되고 상기 슬리브(110)의 일단부(116)와 타단부(117)가 상기 스페이스바(120)의 전단에 위치하여 상기 스페이스바(120)와 상기 슬리브(110)의 일단부(116) 및 타단부(117)가 함께 용접되어 슬리브(110)의 개방부(112)가 폐쇄되게 된다. 상기 용접부(114)도 상기 슬리브(110) 및 스페이스바(120)와 동일한 내부식성 재료로 용접이 수행되어 채워짐으로써 유체유동공(108)의 둘레가 모두 내부식성 재료로 피복될 수 있는 것이다.

도면부호 130은 내부식성 재질의 시트링으로서 노즐관체(10)의 상단에 형성된 시트링안착부(105)에 안착되며, 도3에서 도시하는 바와 같이 상기 슬리브(110)의 상단외주면의 둘레를 따라 시트링(130)이 용접되어 접합된다.

도면부호 106은 노즐관체(10)에 연결관체(20)를 결합하기 위한 볼트구멍이고, 도면부호 140은 노즐관체(10)의 하부를 피복하고 있는 내부식성 재질의 커버플레이트이며, 도면부호 150은 유체탱크(30)의 내면을 피복하고 있는 내부식성의 클래드재이다.

다음은 상기와 같은 구성의 노즐 관체 내부의 내부식성 부재 접합방법에 대하여 설명한다.

먼저, 내부에 길이방향을 따라 안착홈(102)을 형성한 노즐본체(100)가 준비된다. 상기 안착홈(102)은 노즐의 길이방향을 따라 상단에서 하단까지 소정의 깊이로 연속하여 형성된 것이다.

상기 노즐본체(100)가 준비되면 상기 안착홈(102)에 막대형태의 내부식성 재질의 스페이스바(120)가 삽입되고, 상기 스페이스바(120)의 안착 후 시트링(130)이 시트링안착부(105)에 안착되게 된다.

시트링(130)의 안착후에 원통형 슬리브(110)가 유체유동공(108) 내부로 삽입되게 된다. 상기 스페이스바(120)와 시트링(130) 및 슬리브(110)는 모두 동일한 내부식성 재질로 이루어진다.

상기 슬리브(110)는 상기 스페이스바(120)와 동일한 내부식성 재질의 판재를 말아서 원통형상으로 만들고 상기 판재의 양단부(116,117)를 접합하지 않은 채 마주보고 있는 상태의 개방부가 길이방향으로 형성되도록 한다. 그러한 슬리브를 도4에서 도시하고 있는 바와 같이 유체유동공(108) 내부에 삽입하되 상기 개방부(112)가 스페이스바(120)와 마주하도록 위치시킨다.

상기와 같이 슬리브(110)가 삽입된 후, 상기 길이방향으로 형성되어 있는 개방부를 따라 서로 마주하고 있는 슬리브의 양단부(116,117)와 상기 스페이스바(120)의 전면을 함께 용접함으로써 상기 개방부에 용접부(114)를 형성한다. 이때 용접부는 슬리브(110) 및 스페이스바(120)와 동일한 내마모성 재질로 형성된다.

상기 개방부(112)는 상기 유체유동공(108)의 원주방향을 기준으로 상기 스페이스바(120)의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 다만, 상기 용접부(114)의 대부분은 스페이스바(120)와 슬리브의 양단부(116,117)가 함께 용접되는 것이나, 도3에서 도시하는 바와 같이 슬리브(110)의 최상단부와 최하단부에는 스페이스바(120)가 존재하지 않으므로, 최상단부는 시트링(130)과 슬리브의 단부들(116,117)이 일체로 용접되고, 최하단부는 커버플레이트(140)와 슬리브의 단부들(116,117)이 일체로 용접된다.

용접부(114) 중 상기와 같이 구분되는 부분들(슬리브의 최상단부, 최하단부 및 그들 사이에서 스페이스바와 용접이 이루어지는 부분)의 용접순서는 작업조건에 따라서 정할 수 있는 것이고, 필요에 따라서 그 순서를 변경할 수 있음은 물론이다.

도5를 참고하면, 슬리브(110)를 유체유동공(108)에 삽입하는 단계에서 판재로 된 상기 슬리브(110)를 원통형상으로 말아서 상기 유체유동공(108)에 삽입하게 된다. 이때, 상기 슬리브(110)의 원통형상은 그 지름이 상기 유체유동공(108)보다 작도록 슬리브를 구속하여 삽입하게 되고, 삽입된 후에는 상기 슬리브(110)의 구속상태가 해제되면서 그 탄성에 의해 직경이 확장되는 방향으로 팽창하게 된다. 그와 같은 작용은 도5에서 도시하는 것으로, 슬리브(110′)가 구속상태에서 해제되면 직경이 증가하면서 유체유동공(108) 내면에 밀착되는 것을 도시하고 있다(도면부호110′→ 도면부호110). 따라서, 슬리브(110)가 노즐본체(100)의 내면에 견고히 안착될 수 있다.

다음은, 도6을 참조하여 노즐의 하부에 형성된 코너부(103)와 관련된 구성을 설명한다.

도6은 도3의 “A”및 “B”부분의 확대도로서, 노즐본체(100) 하부에 형성된 코너부(103) 주변의 구성을 확대하여 도시하고 있다.

도6을 참조하면, 노즐본체(100)의 유체유동공(108) 하단부에는 유체탱크(30) 쪽으로 갈수록 유체유동공(108)이 넓어지도록 코너부(103)가 형성되고, 그것과 인접하여 커버플레이트(140)와 슬리브(110) 및 코너부(103)로 둘러싸인 빈 공간이 형성되어 있다. 도6에서 상기 코너부(103)는 라운드진 곡면이 형성된 라운드부(103)가 도시되어 있으나, 상기 라운드부(103)는 예시일 뿐이며, 커버플레이트(140)와 슬리브(110) 및 상기 코너부(103)가 둘러싸는 빈 공간을 형성할 수 있는 구조라면, 상기 코너부(103)는 반드시 라운드진 형상에 한정되는 것은 아니다.

상기 코너부(103)의 주위에서 슬리브(110)와 커버플레이트(140)는 상기 슬리브(110)의 외주면과 커버플레이트(140)의 단부(142), 즉 커버플레이트(140)의 관통공의 내주면이 접합되도록 용접이 이루어진다. [상기 관통공은 유체유동공(108)과 유체탱크(30)의 내부가 연결되도록 커버플레이트에 형성된 관통공이며 슬리브(110)의 하단부가 삽입되어 접합되고 있다] 이에 따라, 본 발명의 접합구조에서는 상기 코너부(103)의 근방에서 코너부(103)와 상기 슬리브(110) 및 상기 커버플레이트(140)로 둘러싸여 있는 공간부(s)가 발생되고 있다. 상기 공간부(s)는 후술하는 바와 같이 열팽창에 따른 카본스틸과 내식성재 예컨대 티타늄(Ti)합금이 가지는 열팽창 길이의 차이를 흡수함으로써 열응력 발생을 방지 또는 감소시키고, 열피로에 따른 유체탱크의 수명감소나 잦은 보수작업에 따른 문제점을 해소할 수 있는 구성이다.

한편, 상기 구조에서 스페이스바(120)의 하단부는 상기 열팽창에 따른 변형을 제한하지 않도록 커버플레이트(140)와 용접되지 않고 커버플레이트(140)와 구분되어 분리되도록 한다. 이를 위해 예컨대, 스페이스바(120)의 하단부를 도6에서 도시하는 바와 같이 경사지게 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라 스페이스바(120)의 하단부와 커버플레이트(140) 사이에는 공간(S′)이 발생한다. 이 공간(S′)은 이후 커버플레이트(140)가 슬리브(110)의 외주면에 용접되어 고정될 때, 스페이스바(120)의 하단부가 커버플레이트(140)와 용접결합되는 것을 방지하는 효과가 있다. 이는 후술하는 열변형시 커버플레이트(140)의 보다 자유로운 변형을 위한 구조이다.

또한, 커버플레이트(140) 하부에 접합되어 있는 보강판(145)은 커버플레이트(140)와 슬리브(110)의 접합부 강도를 보강하기 위한 것으로, 고압유체의 작용에 따른 구조의 건전성을 확보하기 위하여 접합할 수 있다.

다음은 고온의 유체로 인하여 열변형이 발생하는 경우 전술한 구조의 작용을 도7을 참조하여 설명한다. 이하 설명은 노즐본체(100)가 카본스틸로 이루어지고, 슬리브(110), 커버플레이트(140), 슬리브의 용접부(114), 스페이스바(120) 등의 내부식성 부재는 티타늄(Ti)합금인 구성에 한정하여 설명한다.

노즐관체에 고온의 유체가 유동하게 되면 유체와 직접적으로 접촉하는 슬리브(110)뿐 아니라 노즐본체(100)가 열을 전달받아 열팽창한다. 이때, 상기 슬리브(110)와 노즐본체(100)는 각각 티타늄(Ti)합금과 카본스틸로 이루어져 있으므로 열팽창계수가 상이하여 노즐관체(10)의 길이방향으로 선팽창길이에 차이가 발생한 다. 일반적으로 카본스틸이 티타늄(Ti)합금보다 열팽창계수가 크므로 노즐본체(100)가 늘어나면서 내부에 삽입된 티타늄(Ti)합금재질의 슬리브(110)는 상하부에서 노즐의 길이방향으로 인장력을 받게 된다. 상기 인장력은 양 재료의 선팽창길이의 차이 즉, ΔLcs-ΔLt 에 해당하는 길이에 대응하는 크기이다.

한편, 본 발명의 접합구조에서는 슬리브(110)의 하단부가 커버플레이트(140)와 접합되는 부위에 유체유동공(108)이 넓어지는 코너부(103), 구체적 예로서 라운드(103)가 형성되어 있고, 상기 라운드(103)와 슬리브(110) 및 커버플레이트(140)로 둘러싸인 빈 공간(S)이 또한 형성되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 노즐본체(100)에 열변형이 발생하여 노즐본체(100)가 슬리브(110)보다 더 많이 늘어난다고 하더라도 도7에서 점선으로 표시하고 있는 바와 같이 라운드(103)와 슬리브(110) 및 커버플레이트(140)로 둘러싸인 빈 공간(S) 측으로 커버플레이트(140)의 변형이 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로는, 카본스틸로 이루어진 노즐본체(100)와 티타늄(Ti)합금으로 이루어진 슬리브(110)의 선팽창 길이의 차이, 즉 ΔLcs-ΔLt 에 해당하는 열응력을 전부 또는 일부 흡수하기 위하여 상기 슬리브(110)에 접합되어 있는 커버플레이트(140)의 일부가 점선으로 표시된 바와 같이 상기 빈 공간(S)측으로 변형되어 이동(이동량 δ)하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 노즐본체(100)보다 열팽창계수가 작은 클래드재인 슬리브(110)를 포함하는 노즐의 접합구조에서, 온도상승에 따라 노즐 각부의 열팽창율에 차이가 발생하더라도 그 충격을 흡수할 수 있는 구조이다. 이는, 슬리브의 상부 또는 하부의 용접부 등에서 발생하는 열응력 및 열피로의 발생을 방지 또는 감소시킬 수 있는 내구성이 높은 접합구조를 제공하는 것이다.

한편, 스페이스바(120)의 하단부와 커버플레이트(140) 사이에는 용접으로 접합되어 있지 않으므로(본 실시예에서는 스페이스바의 하단부와 커버플레이트 사이에 공간부 S′,S″가 형성되도록 하였다; S″는 열변형후의 공간부이다) 커버플레이트(140)는 보다 자유롭게 상승변형될 수 있다. 커버플레이트(140)와 슬리브(110)의 용접과정에서 스페이스바(120)의 하단부와 커버플레이트(140)의 상부면이 일체로 용접되는 경우에는 커버플레이트(140)가 상기 스페이스바(120)의 하단부에 구속됨으로써 커버플레이트(140)의 변형량이 제한될 것이고 열응력의 저감효과도 감소될 수 밖에 없을 것이다.

다음은, 본 발명의 다른 실시예로서 전술한 노즐관체(10)에 연결될 수 있는 일반적 연결관체(20)에 본 발명이 적용된 구조를 설명한다.

도8은 내부식성 부재가 내부에 접합된 관체의 분해사시도이고, 도9는 도8의 구성요소들이 결합되어 있는 상태에서 상기 관체의 Z-Z방향의 종단면도를 도시하고 있다.

도8 및 도9를 참조하면, 관체(200)의 내부면에는 유체유동공(208)이 형성되어 있고 그 유체유동공(208)의 일측에 그 길이방향으로 스페이스바(220)의 안착홈(202)이 형성된다. 상기 안착홈(202)에 내부식성 재질의 스페이스바(220)가 삽입되어 있다.

상기 관체(200)의 내부에 삽입되는 내부식성 재질의 슬리브(210)는 판재를 말아 원통형으로 성형한 것으로 판재의 양단부(216,217)가 마주보도록 하고 상기 양단부의 사이에는 개방부(212)가 형성되어 있다. 상기 슬리브(210)을 관체의 내부에 삽입할 때에는 스페이스바(220)의 전면에 상기 개방부(212)가 위치하도록 하고, 상기 스페이스바(220)의 전면부, 즉 유체유동공(208) 측의 면과 상기 슬리브(210)의 양단부(216,217)가 일체로 용접되게 된다. 상기 슬리브(210)와 상기 스페이스바(220) 및 상기 용접부(214)는 모두 동일한 내부식성 재질 예컨대, 티타늄(Ti)합금으로 형성되며, 상기 관체는 카본스틸 재질로 형성된다.

상기 관체 내부의 유체유동공(208)에 내부식성 재질의 슬리브(210)를 삽입하여 접합하는 방법은 전술한 노즐관체(10)의 경우와 유사하다.

먼저, 관체(200)의 내부면에 길이방향을 따라 안착홈(202)이 형성된 관체가 준비되고, 상기 안착홈(202)에 막대형상의 내부식성 스페이스바(220)를 삽입한다.

이후, 상기 스페이스바(220)와 동일한 내부식성 재질의 슬리브(210)를 유체유동공(208)에 삽입한다. 이때, 상기 슬리브(210)는 판재를 말아 길이방향의 개방부(212)가 형성되어 있는 원통형상으로 제작한 것이고, 상기 슬리브(210)를 유체유동공(208)에 삽입할 때에는 상기 개방부(212)가 상기 스페이스바(220)와 마주하도록 위치시킨다. 상기 슬리브(210)를 유체유동공(208)의 내부에 삽입한 후 구속력을 제거하면 상기 슬리브(210)는 전술한 도5에서 도시하는 바와 같이 탄성력에 의해 유체유동공(208)의 내면에 밀착하게 된다.

상기 슬리브(208)가 삽입되면, 상기 개방부(212)를 따라 슬리브(208)의 양단부(216,217)와 상기 스페이스바(220)를 용접하여 상기 개방부(212)를 용접부(214) 로 폐쇄하는 작업을 진행한다.

상기 용접작업시 슬리브(210)의 선단부와 말단부는 관체(200) 양측에서 시트링안착부(205)에 안착되는 시트링(230)과 용접되도록 한다. 또한, 상기 시트링(230)은 상기 슬리브(210)의 외주면과 용접됨으로써 고정된다.

상기 용접작업이 완료되면 관체(200)의 내부는 전체적으로 내부식성 재질로 피복됨으로써 내부에 내부식성 클래드재가 형성된 관체가 완성된다.

이상은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것이며, 상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 불과하므로 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

도1은 종래 다수의 노즐관체가 설치된 유체탱크를 도시하고 있다.

도2는 본 발명에 따라 노즐관체에 내부식성 부재가 접합되는 구조를 도시하는 분해사시도이다.

도3은 본 발명에 따라 노즐관체에 내부식성 부재가 접합되는 구조의 종단면도이다.

도4는 도3의 X-X 방향에 따른 횡단면도이다.

도5은 본 발명에 따라 슬리브의 설치 시 발생하는 작용을 설명하는 설명도이다.

도6은 도3의 “A” 및 “B” 부분의 확대도이다.

도7은 도3의 “A” 및 “B” 부분의 열팽창시 발생하는 작용을 설명하는 설명도이다.

도8은 본 발명에 따라 일반적 관체에 내부식성 부재가 접합되는 구조를 도시하는 분해사시도이다.

도9는 도8의 X-X 방향에 따른 횡단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 노즐관체 20 : 연결관체

30 : 유체탱크 100 : 노즐본체

102, 202 : 안착홈 103 : 코너부

105 : 시트링안착부 106 : 볼트구멍

108, 208 : 유체유동공 110, 210 : 슬리브

112, 212 : 개방부 114 : 용접부

116, 117, 216, 217 : 슬리브의 단부

120, 220 : 스페이스바 130 : 시트링

140 : 커버플레이트 145 : 보강부재

150 : 클래드재 S, S′,S″ : 빈공간

Claims

내부에 유체유동공(108,208)이 형성된 관체와;

상기 유체유동공(108,208)의 일측에 상기 관체의 길이방향으로 연장되도록 형성된 안착홈(102,202)과;

상기 안착홈(102,202)에 삽입되는 내부식성 재질의 스페이스바(120,220)와;

상기 유체유동공(108,208)에 삽입되고 상기 스페이스바(120,220)와 동일한 재질로 형성되는 것으로 그 길이방향으로 개방부(112,212)가 형성되어 있으며 상기 개방부(112,212)가 상기 스페이스바(120,220)와 마주하도록 배치되는 원통형상의 슬리브(110,210);를 포함하되,

상기 스페이스바(120,220)와 상기 슬리브(110,210)가 상기 개방부(112,212)를 따라 일체로 용접되어 상기 개방부(112,212)를 통해 상기 관체 측으로 유체의 누설이 방지되는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조
제1항에 있어서, 상기 슬리브(110,210)는 판재를 원통형으로 말아 원통형상을 이루는 것이고, 상기 개방부(112,212)는 상기 원통형상을 이루는 상기 판재의 양단(116,117;216,217)이 서로 마주함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 관체의 재질은 카본스틸이고, 상기 스페이스바(120,220)와 상기 슬리브(110,210)의 재질은 티타늄합금 또는 지르코늄합금인 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합구조
관체 내부의 유체유동공(108,208)에 내부식성 재질의 슬리브(110,210)를 삽입하여 접합하는 방법에 있어서;

상기 유체유동공(108,208)을 형성하는 내부면에 길이방향을 따라 안착홈(102,202)이 형성된 관체가 준비되는 단계;

상기 안착홈(102,202)에 막대형태의 내부식성 재질의 스페이스바(120,220)를 삽입하는 단계;

상기 스페이스바(120,220)와 동일한 내부식성 재질의 판재를 말아 길이방향의 개방부(112,212)가 형성되어 있는 원통형상의 슬리브(110,210)를 제작하고 상기 개방부(112,212)가 상기 스페이스바(120,220)가 삽입되는 위치와 마주하도록 상기 유체유동공에 상기 슬리브(110,210)를 삽입하는 단계;

상기 개방부(112,212)를 따라 상기 슬리브(110,210)와 상기 스페이스바(120,220)를 용접하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관체 내부의 내부식성 부재 접합방법
유체탱크에서 분기되는 노즐관체(100)에 있어서;

내부에 유체유동공(108)이 형성된 노즐본체(100)와;

상기 유체유동공의 일측에 상기 유체유동공(108)의 길이방향으로 연장되도록 형성된 안착홈(102)과;

상기 안착홈(102)에 삽입되는 내부식성 재질의 스페이스바(120)와;

상기 유체유동공(108)에 삽입되고 상기 스페이스바(120)와 동일한 재질로 형성되는 것으로 그 길이방향으로 개방부(112)가 형성되어 있으며 상기 개방부가 상기 스페이스바(120)와 마주하도록 배치되는 원통형상의 슬리브(110);를 포함하되,

상기 스페이스바(120)와 상기 슬리브(110)가 상기 개방부(112)를 따라 일체로 용접되어 상기 개방부(112)를 통해 상기 노즐본체(100) 측으로 유체의 누설이 방지되는 것을 특징으로 하는 내부에 내부식성 부재가 접합된 노즐관체
제5항에 있어서,

상기 유체유동공(108)의 하부에 형성되어 유체유동공이 넓어지는 코너부(103)와,

상기 유체유동공(108)과 연통되는 관통공이 형성되고 상기 노즐본체(100)의 하부면을 커버하며 상기 슬리브(110)와 용접되는 커버플레이트(140)와,

상기 코너부(103)와 상기 슬리브(110)와 상기 커버플레이트(140)로 둘러싸인 빈공간(S)을 포함하되,

상기 슬리브(110)는 상기 노즐본체(100)보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 내부에 내부식성 부재가 접합된 노즐관체
청구항 6에 있어서, 상기 스페이스바(120)와 상기 커버플레이트(140)는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 내부에 내부식성 부재가 접합된 노즐관체
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐본체(100)의 재질은 카본스틸이고, 상기 스페이스바(120)와 상기 슬리브(110)의 재질은 티타늄합금 또는 지르코늄합금인 것을 특징으로 하는 내부에 내부식성 부재가 접합된 노즐관체