KR101321205B1 - 벨로우즈 타입용 동파 방지구와 이를 적용한 수도계량기 및 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 액상의 유체가 유동되는 관로의 선택되는 범위가 절개되는 절개공을 형성하고, 상기 절개공의 주연부를 따라 패킹이 설치되고 상기 패킹과 체결되는 플랜지가 외주연에 구비되고, 상기 플랜지 내측으로부터 오목하게 돔 형태를 갖는 탄성체로 되는 벨로우즈캡이 구비되는 것을 특징으로 하는 동파 방지구를 제공하여, 수동계량기와 열교환기등에 적용하므로서 온도 저하에 따른 동파를 방지하기 위한 벨로우즈 타입용 동파방지구와 이를 적용한 수도계량기 및 열교환기에 관한 것이다.

Description

벨로우즈 타입용 동파 방지구와 이를 적용한 수도계량기 및 열교환기{BELLOWS TYPE FROZEN PREVENTIVE TOOLS AND THE APPLICABLE WATER GAUGE AND HEATEXCHANGER}

본 발명은 동파 방지구에 관한 것으로, 수도계량기나 열교환기 및 각종 관로 내부로 유동되는 액상의 유체가 주변 온도가 영하권 등으로 저하되었을 때, 유체가 동결되었을 때, 체적 변화에 의한 동파의 방지를 방지하기 위해 관로나 수도계량기, 열교환기 등에 적용하여 상기 동결에 의한 체적 변화가 발생되더라도 그 체적 변화를 수용할 수 있도록 가요성 벨로우즈 타입을 갖는 동파 방지구를 적용하여, 수도계량기, 열교환기 및 각종 관로 등이 동파 되는 것을 방지하기 위한 벨로우즈 타입용 동파 방지구에 관한 것이다.

일반적으로 가정의 수도관, 공장 등의 각종 액상의 유체가 이동되는 관로 등은 지상에 노출되는 경우가 많은데, 통상 보온시설 등을 구비하지 않았을 경우 주변 온도 하강으로 인하여 관로 내부를 유동하는 액상의 유체가 동결되는 경우는 비일비재하다 할 것이다.

이와 같이 액상의 유체가 동결되어 동파 될 경우, 이를 수리하기 위한 유지보수가 상당하게 소요됨은 물론 유지 보수 작업을 요하는 시간 동안은 사용을 전혀 못하게 되는 문제점 등이 있음은 주지된 바와 같다.

종래에 가정용 및 산업용의 각종 유체를 이송하기 위한 배관은 동파방지를 위해 배관의 외주에 동파방지용 히터를 권선 하는 방법과 배관 자체에 히터를 내장하는 방법을 사용하고 있다.

동파방지 히터로는 발열선으로 니크롬선을 이용하는 실용신안등록 제 219527 호, 세선의 니크롬선을 섬유다발에 권선한 실용신안등록 제 293218 호, 온도가 자율 제어되는 고분자 히터를 개시한 실용신안등록 제 137043 호가 알려져 있는데, 이들은 두께가 약 2 ~ 3 mm, 폭이 약 10 mm 정도의 코드 형태를 이루고 있어 두껍기 때문에 가요성이 낮아 파이프에 권선할 때 밀착성 및 작업성이 떨어지며, 그 결과 열선으로부터 발열된 열이 파이프에 전달되는 열전달 효율이 낮고 제조 비용이 높아지는 문제가 있다.

또한 이와는 달리 히터를 내장하여 동파방지 기능을 갖는 배관으로 실용신안등록 제 367343 호의 전기발열 보온배관 구조가 있는데, 이러한 구조는 섬유사 외주에 탄소 및 실리콘이 코팅된 카본 발열선을 섬유사로 이루어지는 보조선과 함께 그물망 형태로 일정한 폭과 길이로 제작한 후 이를 실리콘 등의 절연재로 코팅된 카본 발열체를 배관의 외면에 권선하고 그 외주를 단열재로 둘러싼 기술을 개시하고 있다.

그러나 이러한 선행기술의 경우 보온배관은 카본 발열체가 리본 형상으로 일정한 면적을 갖도록 섬유사 외주에 탄소 및 실리콘이 코팅된 카본 발열선을 보조선과 함께 일정한 폭과 길이의 그물망으로 직조한 후 이를 절연재로 코팅한 것으로, 제작공정이 상당히 복잡하고 이에 따른 제작비용의 상승 요인으로 작용하는 문제점이 있다.

또한, 공개실용신안 제 1999-41828 호에는 일정한 간격을 두고 한 쌍의 도체를 좌우측에 배치하고 카본(발열체)과 P.E(난연성 수지)를 순차적으로 피복시킨 히팅 케이블을 연질수지로 이루어진 파이프의 주벽면체에 길이방향으로 서로 대칭이 되도록 매설한 동파방지용 히팅 파이프가 개시되어 있는데, 이러한 동파방지용 히팅 파이프는 히팅 케이블의 발열량이 주위 온도에 따라 자동 조절될 수 있지만 제작비용이 높은 단점이 있다.

이러한 선행기술등의 문제점 들을 극복하기 위해서, 적어도 하나의 스트립을 포함하는 면상 발열체를 절연성 필름으로 코팅하여 리본 히터를 제작한 후, 이를 이용하여 관 형태로 성형하여 관의 두께가 비교적 박막이면서도 내부에 면상 발열체를 구비하여 동파방지 기능을 가질 수 있는 스트립형 면상 발열체를 내장한 동파방지 기능을 갖는 파이프 및 그의 제조방법에 관한 것이 대한민국 특허등록 제 10-0831077 호에 개시되어 있지만, 위와 같은 공지된 기술에서도 파이프 전체에 걸쳐 면상 발열체를 내장하게 되므로, 전술한 각각의 선행기술보다는 다소 전체적 비용이 절감될 수는 있으나 파이프의 전체에 모두 내장되어야 하는 점으로 인하여 그 공정이 비교적 번잡한 문제는 피할 수 없다.

상기한 선행기술 이외에도, 파이프 내부에 탄성체를 장입하는 방법을 이용하여 동파 방지방법을 개시하고 있는 공개특허 제 1984-0003324 호가 있다.

상기한 기술의 경우, 액상의 유체가 채워지는 관로에 이동이 방해되지 않는 위치에 액상의 유체에 대하여 불투액성 및 내열화성을 가진 가요성 외피로 싸여진 탄성체를 장입하여, 관로 내부의 액상 유체가 동결할 때 발생되는 체적 팽창에 의한 체적의 증가분 만큼 상기한 탄성체가 변형을 일으키며 흡수하여 관이 파손되는 것을 방지하기 위한 구성을 제공한다.

위와 같은 선행 기술은 관로의 일부위에 장입하는 형태를 갖으며 관이 동파로 인한 파손을 방지하도록 하였는데, 관로 내부에 탄성체를 장입하여야 하므로 관로의 일정 부분에만 국한되어 탄성체가 장입 되는 문제가 있다.

즉, 관로가 길게 이루어질 경우 유니온 결합에 의하여 이루어지기는 하지만 관의 길이가 수미터에 이를 경우에는 관의 중앙 부분에는 탄성체가 미치지 못하게 되는 문제가 있어, 동파 방지의 부분적 효과에만 국한될 수 있는 개연성이 있다.

또한 유체의 유동성에 제약을 두지 않는 범위내 또는 위치에 탄성체를 구비하여야 하는데, 탄성체의 고정 수단이 필요하게 되는 문제점이 있고, 상기한 기술에 의한 구성으로는 수도계량기나, 열교환기와 같은 구조에는 적용하지 못하는 문제가 있다.

특허등록 제 10-0831077 호 (2008. 05. 22 공고)

따라서 본 발명은 전술한 문제점 들을 해결하기 위해 안출 한 것으로서, 수도계량기, 열교환기 등과 같은 유량이 유동 되는 장치는 물론, 일반적인 관로에서 주변온도가 낮아져 내부의 유체 동결시에는 유체의 부피가 팽창되었을 때, 그 팽창된 부피만큼 관로나 열교환기, 수도계량기 등의 유체 흐름이 이루어지는 설비 또는 시설의 일정부분이 외부로 돌출되도록 하므로서, 팽창 되는 체적 변화에 능동적으로 대응 가능하도록 하여 동파 현상이 방지되도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

액상의 유체가 유동되는 관로의 선택되는 범위가 절개되는 절개공을 형성하고, 상기 절개공의 주연부를 따라 패킹이 설치되고 상기 패킹과 체결되는 플랜지가 외주연에 구비되고, 상기 플랜지 내측으로부터 하방향으로 오목하게 돔 형태를 갖는 벨로우즈캡이 구비되는 것을 구성상 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 벨로우즈캡을 이루면서 오목한 형태를 갖도록 하는 동파방지구를 수도계량기나 열교환기와 같은 유량이 유동되는 장치는 물론, 일반적인 수도관 또는 액상의 유체가 유동하는 관로의 외주면에 구비하여, 주변 온도가 낮아져 내부 유체가 동결되어 유체의 부피가 팽창되었을 때, 그 팽창 체적만큼 상기 벨로우즈캡이 볼록하게 돌출 형성되도록 하므로서, 팽창되는 체적 변화에 능동적 대응이 가능하게 되어, 값비싼 장비 또는 관로가 동파되는 현상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 동파방지구를 사용자 또는 작업자가 원하는 위치상에 구비할 수 있으며, 위치를 달리하며 적정수만큼 다수개의 동파방지구를 적용하여 구비할 수 있어 동파 방지 효과를 극대화 할 수 있음은 물론, 동파가 잘 발생되는 특정 부위가 있을 경우 선택적 적용에 의한 설치가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 벨로우즈 타입을 적용한 동파 방지구를 이용하여 관로상에 적용한 예를 도시한 분리도면
도 2는 도 1에서의 관로에 본 발명이 적용된 상태에서의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 3은 도 1에서와 같이 관로상에 본 발명이 적용된 상태에서 주변 기온 강하로 관로의 유체가 동결되었을 때 본 발명의 벨로우즈캡이 상방향으로 볼록하게 돌출된 상태를 도시한 개괄적 단면도
도 4는 종래의 수도계량기를 간략하게 도시한 도면
도 5는 수도계량기에 본 발명의 동파 방지구를 적용한 예를 도시한 분리 사시도
도 6은 도 5에 의해 분리되어 있는 동파 방지구와 수도계량기를 결합한 상태를 도시한 사시도
도 7은 열교환기에 본 발명이 적용되는 예를 도시한 도면으로 열교환기와 본 발명인 동파 방지구간을 분리 도시한 도면
도 8은 도 7에 의한 열교환기의 개괄적 단면을 도시한 단면도

이하 본 발명의 바람직한 실시예 등을 첨부하는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전술한 바와 같이, 관로 뿐만이 아니라 수도계량기, 열교환기 등과 같이 유체를 활용하는 모든 장비 및 장치에 적용 가능한 동파방지구를 제공한다.

이를 위해서 본 발명에서는 가장 기본적 구성을 제시하고, 이러한 기본적 구성을 적용한 예를 들어 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 동파방지구는 도 1 에 도시된 바와 같다.

즉, 외주연으로 플랜지(10)가 구비되고 상기 플랜지(10) 내측으로부터 하방향으로 오목하게 돔 형태를 갖는 벨로우즈캡(20)이 구성되도록 하였다.

이러한 벨로우즈캡(20)을 갖는 동파방지구(1)는 관로, 수도계량기, 열교환기 등에 선택 적용 가능하다.

관로(100)에 본 발명의 동파방지구(1)가 적용된 예를 도 1 내지 도 2 를 참조하여 설명한다.

액상의 유체가 유동 되는 관로(100)에 동파방지구(1)가 적용되기 위해서는, 먼저 관로(100)의 선택되는 범위를 절개하여 절개공(110)을 형성하게 된다.

여기서 선택되는 범위라는 것은, 동파가 가장 잘 일어날 수 있는 영역으로 이해되어야 하는데, 예를 들면 상온에 노출되는 관로(100)의 범위나 엘보우 등에 의해 관이 절곡 되는 부위나, 여타의 조건에 의해 쉽게 동결될 수 있는 영역을 모두 포함하게 된다.

도 1 내지 도 2 는 상기와 같이 관로(100)의 절개공(110) 주연부에 패킹(120)을 설치하고 상기 패킹(120) 상면으로 동파방지구(1)의 플랜지(10)가 위치되도록 하여, 플랜지(10)와 패킹(120) 및 관로(100)를 관통하며 플랜지(10)를 볼트 등의 고정수단을 이용하여 고정하게 된다.

이와 같이 동파방지구(1)가 설치되어 있는 관로(100)는, 주변 온도가 저하되어 관로(100) 내부를 유동하는 액상의 유체가 동결되면, 도 3 에서 보는 바와 같이 관로(100) 내부 유체는 액상에서 고체상으로 상변화를 일으키며 체적이 증가하게 되는데, 그 체적 변화에 의해 동파방지구(1)의 벨로우즈캡(20)이 단면상 보았을 때 오목한 형태에서 볼록한 형태 변화를 일으키게 된다.

이러한 벨로우즈캡(20)의 형태 변화에 따라 관로(100) 내부의 동결에 의한 체적 증가 현상이 발생되더라도, 그 체적 증가분에 의한 체적 만큼 벨로우즈캡(20)을 외부로 볼록하게 형성되도록 하므로서, 관로(100) 내면으로 가하여질 수 있는 압력을 상쇄하게 되어 관로(100)의 동파 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 벨로우즈캡(20)은 유체의 상태변화에 따라 즉, 액상에서 고체상으로 상변화할 때 발생되는 체적 변화를 수용하기 위해, 유연성 있는 고무재질이나 금속재 등으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 동파방지구(1)를 이용하여 수도계량기(200)에 적용한 예를 나타낸 도면이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 수도계량기(200)는 상수의 사용량을 체크하는 수단인 것으로 상수 공급원에 연결된 공급관로와, 배수지(가정)에 연결된 배수관로 사이에 설치되는 것으로 통상 상부가 개방된 원통체로서 인입관(210) 및 인출관(220)을 갖는 수도계량기(200)에서, 상기 수도계량기(200)의 상부에 설치되어 수돗물의 양을 검침하는 검침유닛(230)으로 구성되어, 인입관(210)으로 유입된 수돗물이 인출관(220)을 통해 공급되어질 때, 상기 검침유닛(230)이 물의 통과 유량을 표시하되, 투명재질의 투시창을 통해 물의 사용량을 확인할 수 있도록 하고 있다.

일반적으로 최저 3 ~ 6 kgf/㎠ 의 수압이 유지되는 수도관에 수도계량기(200)를 연결하게 되는데 기온의 강하에 의해 수도관내의 물이 어는 현상이 나타나게되면 수도계량기(200) 내부 공간에 수돗물이 정체되며 얼기 시작하게 된다.

이와 같이 일정 질양의 물이 얼음으로 상변화하게 되는 과저에서 부피 팽창이 수반되지만, 수도계량기(200) 내부 공간은 이러한 부피 팽창에 상응하여 체적 변화가 일어나지 못하여 얼음이 형성되는 과정에서 수도계량기(200)는 동파하게 된다.

특히 동파되는 부위는 수도계량기(200)에서 검침유닛(230)을 덮고 있는 투명재질의 투시창(231)인바, 본 발명은 이러한 점에 주목하여 투시창(231)을 본 발명에 의한 동파방지구(1)로 대체하여 적용하였다.

즉 도 5 내지 도 6 에서 보는 바와 같이, 검출유닛(230)의 상단측에 플랜지(10)를 이용하여 고정되도록 하고, 상기 플랜지(10)의 내측으로부터 연하여 형성되는 투명재질의 벨로우즈캡(20)을 구성하되 상기 벨로우즈캡(20)은 하방향측으로 오목하게 형성되는 돔 형태를 갖도록 한다.

본 발명에서는 종래와 같이, 투시창(231)을 보호하기 위한 보호캡(232)의 구성을 요하지 않을 수 있다.

즉, 인입관(210)을 통해 수도계량기(200)측으로 인입되는 물이 주변 온도 강하에 따라 동결되면서 체적이 늘어나 부피팽창 현상이 발생하게 되면, 검출유닛(230) 내부의 동결된 얼음에 의해 상방향으로 체적이 부풀어오르게 되는데, 이 과정에서 상기 벨로우즈캡(20)이 상방향으로 볼록하게 돔 형태를 갖으며 물이 얼음으로 상변화하는 과정에서의 체적 증가분을 벨로우즈캡(20)에서 모두 수용가능하게 되는 것이다.

한편 도 7은 본 발명에 의한 동파방지구(1)를 이용하여 열교환기(300)에 적용한 예를 나타낸 도면이다.

열교환기(300)는 냉동, 냉각 및 가열 기기에 공통적으로 사용되는 것으로 이들 기기에 있어서 열교환기는 내동, 냉각 및 가열 기기에 공통적으로 사용되고 있는 장치로, 이들 기기에 있어서 열교환기는 유체가 섞이지 않고 하나의 유체로부터 다른 유체로 열을 전달하는 역할을 하는 장치이다.

이러한 열교환기(300)는 다른 유체를 포함하는 하나의 튜브로 이루어지는데 예를들어 CO₂기체는 내측 튜브 내부를 순환하도록 하고, 물은 둘러싸고 있는 외곽의 튜브내에서 순환할 수 있도록 하여 열은 내측 튜브의 표면을 통해 열교환이 이루어지도록 하고 있다.

도 7은 이러한 열교환기(300)의 일예를 도시한 것으로 도면에서 보는 바와 같이 내측튜브(310)가 내부에 구비되어 한 측의 유입유로(311)에서 타측의 유출유로(312)로 냉매와 같은 유체가 흐를 수 있도록 하고, 내측튜브(310)를 감싸면서 일정정도의 공간이 형성되도록 하는 외부셀(320)이 원통형체로 구비되어 있고, 상기 외부셀(320) 어느 일측에 물이 공급되도록 하는 공급유로(321)와 타측에 열교환되는 물이 배출되는 배출유로(322)가 형성되어 있다.

여기에 더하여 상기 외부셀(320) 표면층을 감싸는 보온커버체(330)를 형성하여 일반적으로 외부 온도의 강하시, 공급유로(321)를 통해 유입되는 물 등의 유체가 동결되는 것을 방지할 수 있도록 하였다.

그러나 외부 온도가 현저하게 저하될 경우에는 이러한 보온커버체(330)의 역할을 온전히 수행하지 못하고, 열교환기(300) 내부 즉, 외부셀(320)과 내측튜브(310) 사이에 존재하는 물이 얼게 되는 현상이 비일비재하게 되는데, 이와 같은 동결 현상이 발생하였을 때 외부셀(320) 내부를 유동하는 물이 정체된 상태에서 부피팽창에 의해 얼게 되면서 외부셀(320)을 파손시키거나 또는 내부에 구비되어 있는 동 등의 재질로 이루어지는 내측튜브(310)가 압착되는 현상이 발생되어, 고가의 열교환기(300)를 교체하여야 한다.

따라서, 본 발명에서의 동파방지구(1)를 열교환기(300)에 적용할 경우 이러한 동파방지를 완벽하게 수행할 수 있게 되는데, 도 7 내지 도 8 에서 보는 바와 같이 열교환기(300)의 외부셀(320) 외표면을 관통하는 절개공(323)을 천공하고, 절개공(323) 주연부에 패킹(324)을 설치하고, 상기 패킹(324) 상면으로 동파방지구(1)의 플랜지(10)가 위치되도록 한다.

한편, 외부셀(320)의 외표면으로는 보온커버체(330)로 감싸지게 되는데, 상기한 동파방지구(1)가 구비되는 영역에는 보온커버체(330)가 덮여지지 않게 된다.

이와 같이 동파방지구(1)를 열교환기(300)의 외부셀(320) 외주면에 부착 고정한 상태에서 열교환을 위해 물이 열교환기(300)의 외부셀(320) 내부를 유동하고 열교환기(300)의 내측튜브(310)를 통해 냉매와 같은 유체가 유동하며 상호 열교환이 이루어지도록 하는데, 동절기와 같이 외부온도가 급격하게 저하되는 경우 외부셀(320) 내부를 유동하는 물이 상변화를 일으켜 체적이 증가되며 얼게 되는데, 이 과정에서 동파방지구(1)의 벨로우즈캡(20)이 단면상 보았을 때 볼록한 형태 변화를 일으키며 체적 증가분만큼 벨로우즈캡(20)에서 수용할 수 있게 된다.

따라서, 이러한 벨로우즈캡(20)의 형태 변화에 의해 열교환기(300)의 외부셀(320) 내부에서의 동결 현상에 의한 체적 증가로 인하여 발생 될 수 있는 동파 현상을 방지할 수 있게 되고, 물의 체적 증가로 인하여 기존과 가이 내측튜브(310)가 찌그러지는 등의 현상을 방지할 수 있어, 고가의 열교환기(300)의 보존이 가능하게 되는 것이다.

1; 동파방지구 10; 플랜지
20; 벨로우즈캡 100; 관로
110; 절개공 120; 패킹
200; 수도계량기 210; 인입관
220; 인출관 230; 검침유닛
231; 투시창 232; 보호캡
300; 열교환기 310; 내측튜브
311; 유입유로 312; 유출유로
320; 외부셀 321; 공급유로
322; 배출유로 323; 절개공
324; 패킹 330; 보온커버체

Claims (3)

1. 액상의 유체가 유동되는 관로의 선택되는 범위가 절개되는 절개공을 형성하고, 상기 절개공의 주연부를 따라 패킹이 설치되고 상기 패킹과 체결되는 플랜지가 외주연에 구비되고, 상기 플랜지 내측으로부터 하방향으로 오목하게 돔 형태를 갖는 벨로우즈캡이 구비되는 것을 특징으로 하는, 벨로우즈 타입용 동파 방지구.
   
2. 상부가 개방된 원통체로서 인입관 및 인출관을 갖으며, 상부에 수돗물의 사용량을 검침하는 검침유닛을 이루는 통상의 수도계량기에 있어서,
   검침유닛의 상단측에 패킹이 설치되고 상기 패킹과 체결되는 플랜지를 이용하여 고정되도록 하고, 상기 플랜지의 내측으로부터 연하여 형성되는 투명체의 벨로우즈캡을 구성하되 하방향측으로 오목하게 형성되는 돔 형태를 갖는, 벨로우즈 타입용 동파방지구를 이용한 수도계량기.
   
3. 내측튜브가 내부에 구비되어 한 측의 유입유로에서 타측의 유출유로측으로 상기 내측튜브를 통해 냉매가 유동되고, 상기 내측튜브를 감싸며 일정 공간이 형성되도록 하는 외부셀이 원통형체로 구비하되 외부셀 어느 일측에 물이 공급되는 공급유로와 타측에 상기 내측튜브와 접하며 열교환된 물이 배출되는 배출유로를 갖는 도록 하고, 상기 외부셀을 감싸는 보온커버체로 이루어지는 열교환기에 있어서,
   상기 열교환기 외부셀 및 보온커버체의 일부분을 관통하는 절개공을 천공하고, 상기 절개공 주연부에 패킹을 설치하고 상기 패킹 상면으로 플랜지를 이용하여 고정되도록 하고, 상기 플랜지 내측으로부터 연하여 형성되는 벨로우즈캡을 구성하되 하방향으로 오목하게 형성되는 돔 형태를 갖는, 벨로우즈 타입용 동파방지구를 이용한 열교환기.
   

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