KR100989211B1 - 이중관 조인트 구조 - Google Patents

Abstract

외부관과 조인트관 사이의 체결이 용이하고, 내부관의 밀봉 효율을 높일 수 있는 이중관 조인트 구조에 대하여 개시한다.

본 발명에 따른 이중관 조인트 구조는 내부관이 외부관보다 긴 형태로 상기 내부관의 단부가 노출되어 접합부를 형성하고, 외부관의 단부 외주면에 나사산이 형성되어 있는 한 쌍의 이중관; 상기 한 쌍의 이중관의 접합부 외주면에 형성되는 실링부; 및 상기 외부관에 형성된 나사산과 결합되도록 양단부의 내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사홈이 형성되어 있는 조인트관;을 포함하며, 상기 한 쌍의 이중관은, 상기 외부관이 상기 조인트관의 양측에서 각각 체결되어, 상기 내부관이 상기 조인트관 중앙에서 서로 밀착되면서 상기 실링부를 통하여 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중관 조인트 구조 {DOUBLE-LAYER PIPE JOINT STRUCTURE}

본 발명은 길이가 긴 2개의 관을 연결하는 관 조인트 구조(Pipe Joint Structure)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하이드로 포밍 등에 의하여 내부관이 외부관이 삽입되어 있는 이중관을 서로 연결할 수 있는 이중관 조인트 구조에 관한 것이다.

일반적으로 2개의 관을 연결할 때에는 조인트관을 사용한다.

조인트관은 주로 내경이 관의 외경보다 더 큰 형태를 가지며, 조인트관의 양측에서 연결하고자 하는 관들이 체결된다.

일반적인 단일관의 경우, 관의 단부를 절삭가공하여 나사 형태로 만들고, 이를 돌리면서 조인트관에 결합시킨다.

그러나, 2개의 관을 조인트관에 나사결합시키는 것만으로는, 조인트관 내부에서 2개의 관이 서로 밀착될 수 없다. 따라서, 조인트관 내부에서 누수가 발생될 우려가 높다.

한편, 이중관은 내부관이 외부관에 삽입된 형태를 가지는 관으로, 이러한 이 중관 길이가 한정되어 있으므로, 조인트가 필요하게 된다.

이중관의 경우에도, 단순히 2개의 이중관을 조인트관에 나사결합시키는 것에불과할 경우, 각각의 이중관들이 서로 밀착되지 못하여 누수가 발생할 우려가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 이중관 조인트 구조가 요구된다.

본 발명의 목적은 내부관이 외부관에 삽입되는 형태의 2개의 이중관을 조인트관 내에서 연결함에 있어서 외부관들은 조인트관에 각각 나사결합시키고, 내부관들은 서로 밀착시킴으로써 밀봉 효율을 높일 수 있는 이중관 조인트 구조를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중관 조인트 구조는 스테인리스 스틸 등의 재질로 형성된 내부관이 일반적인 마일드 스틸 등의 재질로 형성된 외부관보다 긴 형태로 상기 내부관의 단부가 노출되어 접합부를 형성하고, 외부관의 단부 외주면에 나사산이 형성되어 있는 한 쌍의 이중관; 상기 한 쌍의 이중관의 접합부 외주면에 형성되는 실링부; 및 상기 외부관에 형성된 나사산과 결합되도록 양단부의 내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사홈이 형성되어 있는 조인트관;을 포함하고, 상기 한 쌍의 이중관은, 상기 외부관이 상기 조인트관의 양측에서 각각 체결되어, 상기 내부관이 상기 조인트관 중앙에서 서로 밀착되면서 상기 실링부를 통하여 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이중관 조인트 구조는 내부관이 외부관보다 상대적으로 길이가 긴 형태의 이중관을 이용하여, 외부관 단부의 외주면을 절삭가공하여 조인트관에 체결이 용이하게 하고, 동시에 내부관들이 조인트관 중앙에서 서로 밀착되는 효과가 있다.

또한, 내부관이 노출되는 부분에 실링테이프나 접착제 등으로 실링부를 형성함으로써, 내부관들의 밀착시 형성된 실링부를 통하여 내부관의 밀봉이 함께 이루어질 수 있어, 조인트 부위에서 물이나 기타 다른 유체가 누설되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이중관 조인트 구조에 대하여 상세히 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관 조인트 구조를 개략적으로 나타낸 분해 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이중관 조인트 구조의 결합 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 한 쌍의 이중관의 조인트가 완성된 외부 형태를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 이중관 조인트 구조는 한 쌍의 이중관(110a,110b)이 조인트관(120)에 결합되는 구조이다.

한 쌍의 이중관(110a,110b) 각각은 내부관(115)이 외부관(111)보다 긴 형태를 가진다. 그 결과 이중관(110a,110b)은 내부관(115)의 단부가 노출되어 접합부를 형성한다.

본 발명에서 조인트의 대상이 되는 관을 이중관으로 하는 이유는 이중관의 경우, 외부관 또는 내부관에 부분적인 파손이 발생하더라도 양호한 상태를 유지하는 내부관 또는 외부관이 존재하게 된다. 반면 단일관의 경우 부분적인 파손이 발생하는 경우 즉시 물과 같은 유체의 누설이 발생하게 된다. 따라서, 이중관은 단일관보다 액체 등의 누설 방지 효과가 뛰어나고, 물과 같은 유체에 접하는 내측관은 내식성이 강한 재질로, 외측관은 상대적으로 저렴한 재질로 형성할 수 있기 때문이다.

이때, 한 쌍의 이중관(110a,110b)에서 내부관(115)은 물과 같은 유체와 직접 접하는 부분이므로 내식성이 강한 스테인리스 스틸 재질로 형성될 수 있으며, 외부관(111)은 상대적으로 가격이 저렴한 일반적인 마일드 스틸(mild steel) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 한 쌍의 이중관(110a,110b)에서 외부관(111)의 단부 외주면에는 나사산이 절삭 가공되어 있다. 외부관(111)에 형성된 나사산(112)은 조인트관(120) 내측 단부에 형성된 나사홈(121)에 나사결합을 하기 위한 것이다.

조인트관(120)은 외부관(111)에 형성된 나사산(112)과 결합되도록 양단부의 내주면에, 상기 나사산(112)에 대응하는 나사홈(121)이 형성되어 있다.

조인트관(120)의 길이는 외부관의 나사산의 길이와, 내부관의 노출부의 길이의 합에 따라 결정된다. 즉, 한쪽의 이중관(110a)에서 외부관의 나사산의 길이와 내부관의 노출부의 길이의 합은 조인트관 길이의 1/2 이 되고, 마찬가지로, 다른쪽의 이중관에서 외부관의 나사산의 길이와 내부관의 노출부의 길이의 합은 조인트관 길이의 1/2 이 된다.

또한, 내부관(115)의 단부가 노출되어 형성된 접합부의 외주면에는 실링테이프, 접착체 등으로 실링부(130)가 형성된다.

실링부(130)는 본 발명에서 내부관(115)끼리 밀착될 때 내부관의 내부를 외부로부터 실링하여, 물이나 기타 액체 등이 외부로 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이때, 양쪽 실링부 중 적어도 하나는, 해당 접합부에서 반대 접합부 쪽으로 약간 돌출되어 있을 수 있다. 이 경우, 내부관(115)의 접합부끼리 밀착되면서 가운데에는 실링부가 존재하게 되므로, 밀봉의 효과를 더욱 높일 수 있다.

상기와 같은 한 쌍의 이중관(110a,110b), 조인트관(120) 및 실링부(130)를 통하여, 상기 외부관(111)이 조인트관(120)의 양측에서 중앙쪽으로 각각 체결된다. 이와 동시에 내부관(115)이 조인트관(120) 내부 중앙에서 서로 밀착되면서 실링부(130)를 통하여 외부로부터 밀봉된다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이중관 조인트 구조를 개략적으로 나타낸 결합 단면도이다.

도 4에 도시된 이중관 조인트 구조는 도 2에 도시된 이중관 조인트 구조와 유사하나, 조인트관(120)의 형태에서 차이가 난다.

도시된 조인트관(120)은 중앙으로 향할수록 내경이 좁아지는 형상을 갖는다.이는 내부관(115)이 조인트관(120) 중앙쪽에 삽입될 때, 내부관(115)과 조인트관(120)이 접촉하게 함으로써, 내부관(115)의 삽입은 용이하게 하나, 이탈은 어렵게 한다. 따라서, 전체적으로 이중관의 내부관(115)과 조인트관(120)의 체결력을 높일 수 있다.

본 발명에서 조인트의 대상이 되는 이중관(110a,110b)은 여러가지 방식으로 제조 가능하다.

가장 일반적인 방법으로 접착제 충전법과 열박음법을 제시할 수 있다.

이 중, 접착제 충전법은 내부관과 외부관 사이에 접착제 또는 합성 수지를 충전하여, 내부관과 외부관을 결합시키는 방법을 말한다. 이러한 접착제 충전법은 온도 또는 환경에 따라 이용된 접착제나 합성수지 등의 화학적 변화로 내부관과 외부관의 결합 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한 열박음법은 내부관 또는 외부관을 가열 또는 냉각하는 방법을 말한다. 이러한, 열박음법을 이용한 이중관 제조 방법의 경우, 고가의 열처리 장비가 요구되며, 제조하고자 하는 이중관의 길이가 긴 경우 열처리 만으로는 모든 접합면이 균일하게 접합되지 않는 문제점이 있다.

이중관을 제조하는 또 다른 방식으로 하이드로 포밍 방식을 제시할 수 있다.

하이드로 포밍 방식은 유체의 압력을 이용하여 내부관을 소성 팽창시키고 외부관을 탄성 팽창 및 회복시킴으로써, 내부관과 외부관을 결합하는 방식이다. 이는 내부관과 외부관이 별도의 접착제를 이용하거나 용접을 하지 않고, 기계적으로 연결되는 특징이 있다.

도 5는 하이드로 포밍을 이용한 이중관 제조방식을 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 도시된 이중 워터 파이프 제조 방법은 내부관 삽입 단계(S510), 금형 안착 단계(S520), 내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S530) 및 외부관 탄성 회복 단계(S540)를 포함한다.

내부관 삽입 단계(S510)에서는 특정한 내경을 갖는 외부관에, 상기 외부관의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 가지며, 외부관보다 길이가 긴 내부관을 삽입한 다.

내부관은 물이나 기타 다른 유체와 계속적으로 접촉하는 부분이므로 내식성이 강한 스테인리스 스틸 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 반면 외부관은 이중관의 외관을 형성하고, 물과 직접 접촉하지 않으므로 비교적 저렴한 가격에 제조가 가능한 마일드 스틸 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

내부관이 삽입되기 위하여, 내부관의 외경은 외부관의 내경보다 작다. 외부관 내경에 대한 내부관 외경의 비율은 내부관의 탄성 팽창과 소성 팽창의 경계가 되는 팽창률 등에 따라 결정될 수 있다.

또한, 하이드로 포밍에 의한 내부관과 외부관의 높은 결합강도를 유지하기 위하여, 직접 마찰하게 되는 외부관의 내부면과, 내부관의 외부면에 표면거칠기를 부여하는 것이 바람직하다.

한편, 내부관과 외부관을 하이드로 포밍에 의하여 마찰 결합시키기 이전에, 내부관의 외부면과 외부관의 내부면을 깨끗하게 표면처리하는 것이 바람직하다. 외부관의 내부면의 경우 숏블라스팅(shot blasting)에 의한 표면처리법을 제시할 수 있으며, 내부관의 외부면의 경우 피클링(pickling)에 의한 표면처리법을 제시할 수 있으나, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다.

금형 안착 단계(S520)에서는 금형에 외부관을 안착시킨 후, 밀봉수단으로 내부관의 양 단을 밀봉한다. 내부관은 금형 안착 이전에 외부관에 삽입될 수 있으며, 또한 외부관을 금형에 안착한 상태에서 내부관을 외부관에 삽입하여도 무방하다.

본 단계에서, 내부관은 외부관의 중심에 정렬된다. 이는 이어지는 내부관 소 성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S530)에서 내부관 및 외부관이 모든 두께 방향으로 균일한 팽창이 이루어지도록 하기 위함이다.

밀봉수단은 내부관에 유체를 공급하기 위한 유체 공급 장치와 연결되는 관통홀을 구비한다. 관통홀을 통하여 유체 공급 장치로부터 공급되는 유체가 내부관으로 공급된다.

내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S530)에서는 상기의 밀봉수단에 형성된 관통홀을 통하여 유체 공급 장치로부터 내부관에 물과 같은 유체를 공급하여, 내부관을 팽창시킨다. 이때, 팽창은 탄성 팽창과 소성 팽창으로 구분될 수 있는데, 탄성 팽창의 경우 압력이 해제되면 다시 원상태로 복귀하게 되나, 소성 팽창의 경우 압력이 해제되더라도 다시 원상태로 복귀하지 않는다.

내부관의 경우, 초기에는 유압에 의하여 탄성 팽창하게 되나, 일정한 팽창률을 초과하게 되면 그때부터는 유압이 해제되더라도 팽창된 상태를 유지하는 소성 팽창으로 변하게 된다.

내부관이 팽창되면서 외부관과 접촉하게 되면 외부관도 함께 팽창되게 된다. 이때 내부관은 소성 변형이 이루어질 때까지 팽창되고, 외부관은 금형에 의하여 팽창률이 제한되어 탄성팽창한다.

이때, 내부관 내에 더미수단을 삽입한 상태에서 유체를 내부관에 공급할 수있다.

더미수단은 내부관에서 일정한 부피를 차지함으로써 내부관의 내부 공간을 실질적으로 감소시키며, 이를 통하여 하이드로 포밍시 유체의 공급량과 공급 시간 을 줄이는 효과를 제공한다. 더미 수단이 삽입되지 않는 경우 내부관의 원래 공간을 가득 채운 시점부터 내부관의 팽창이 시작될 수 있으나, 더미 수단이 삽입된 경우 내부관의 내부 공간이 실질적으로 감소한 것이 되어, 더미 수단이 차지하는 부피만큼 유체 공급량이 줄어들게 된다. 이때, 더미 수단으로 이용할 수 있는 것은 금속봉, 플라스틱봉, 발포 수지(스티로폼) 등이 될 수 있으나 이에 제한되지 않고 어떠한 것을 이용하여도 무방하다.

또한, 외부관에 1 또는 2이상의 배출공을 천공 형성하여, 본 단계에서 내부관 팽창시에 공기 및 이물질이 배출될 수 있으며, 배출공은 이중 워터 파이프가 제조된 이후에, 용접 등에 의하여 다시 밀봉될 수 있다. 이때, 배출공은 5~10mm 범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 배출공의 직경이 5mm보다 작으면 이물질의 배출이 원활하지 못하고, 배출공의 직경이 10mm보다 클 경우, 배출공을 다시 밀봉하기 어려워지기 때문이다.

외부관 탄성 회복 단계(S540)에서는 내부관 내에 공급되어 있는 유체를 배출하여 압력을 해제시킨다.

유체의 압력이 해제되면, 내부관의 경우 소성 팽창한 상태이므로 사이즈의 변화가 없다. 그러나, 외부관의 경우 유체의 압력이 해제됨에 따라 탄성 회복이 이루어져, 원래의 크기로 복귀한다. 이때, 외부관의 내부면과 내부관의 외부면에 마찰이 이루어지면서, 기계적인 결합이 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중관 조인트 구조는 외부관 단부의 외주면을 절삭가공함으로써 조인트관에 체결이 용이하게 하고, 이와 동시에 내부관이 조인트관 중앙에서 서로 밀착되며, 실링부를 통하여 내부관의 밀봉이 함께 이루어질 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중관 조인트 구조를 개략적으로 나타낸 분해 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 이중관 조인트 구조의 결합 단면도를 나타낸 것이다.

도 3은 한 쌍의 이중관의 조인트가 완성된 외부 형태를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이중관 조인트 구조를 개략적으로 나타낸 결합 단면도이다.

도 5는 하이드로 포밍을 이용한 이중관 제조방식을 나타내는 순서도이다.

Claims (7)

1. 내부관이 외부관보다 긴 형태로 상기 내부관의 단부가 노출되어 접합부를 형성하고, 외부관의 단부 외주면에 나사산이 형성되어 있는 한 쌍의 이중관;

   상기 한 쌍의 이중관의 접합부 외주면에 형성되는 실링부; 및

   상기 외부관에 형성된 나사산과 결합되도록 양단부의 내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사홈이 형성되어 있는 조인트관;을 포함하여,

   상기 한 쌍의 이중관은,

   상기 외부관이 상기 조인트관의 양측에서 각각 체결되어, 상기 내부관이 상기 조인트관 중앙에서 서로 밀착되면서 상기 실링부를 통하여 밀봉되어, 유체가 상기 조인트관과 접촉하지 않으면서 내부관에서 내부관으로 흐르는 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이중관은 상기 내부관이 스테인리스 스틸로 형성되고, 상기 외부관이 마일드 스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이중관은 하이드로 포밍(hydro forming)에 의하여 상기 내부관과 상기 외부관이 기계적으로 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 외부관의 나사산의 길이와 상기 내부관의 노출부의 길이의 합은 상기 조인트관 길이의 1/2인 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
5. 제1항에 있어서,

   상기 실링부 중 적어도 하나는 해당 접합부에서 반대 접합부 쪽으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
6. 제1항에 있어서,

   상기 실링부는 실링테이프 또는 접착제로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.
7. 제1항에 있어서,

   상기 조인트관은 중앙으로 향할수록 내경이 좁아지는 형상으로 이루어진 것 을 특징으로 하는 이중관 조인트 구조.

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