KR101672748B1 - 배관의 동파방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도강하에 의해 수도관과 같은 배관 내부의 물이 얼 때 생긴 과도한 내부압력에 의해 수도관이 손상되거나 계량기가 파손되는 것을 막는 방법과 그 장치에 관한 것으로, 관의 내부에 삽입되는 단면형상이 둥근 끈 모양의 탄성체와, 이 탄성체의 표면에 물에 잘 젖지 않는 소수성과 마찰계수가 작은 고분자 물질이 입혀진 코팅층과, 이 탄성체 단면 중심부에 연속적이고 일체화되어 존재하는 가느다란 고강도의 파이버 혹은 (스테인레스 철)심(코아)과, 이 삽입물을 수도관의 내벽에 고정하는 탄성 클립 스프링으로 구성되고, 고탄성의 삽입물은 물이 얼 때 동반되는 부피팽창을 압축변형에 의해 흡수하여 수도관에 가해지는 압력을 줄여줌으로써 동결에 따른 수도관이나 계량기의 손상이나 파손을 막을 수 있게 구성한 것이다.

Description

배관의 동파방지장치{omitted}

본 발명은 겨울철 추위에 의해 상수도 관이나 수도 계량기가 파손되거나 혹은 각종 기계장치의 냉각시스템 배관에서 발생하는 손상에 관련된 기술분야이다.

본 발명은 겨울철 추위에 의해 상수도 관이나 수도 계량기가 파손되거나 혹은 각종 기계장치의 냉각시스템 배관에서 발생하는 손상에 관련된 기술분야이다. 위생설비 및 주차장의 스프링 쿨러 등을 사용하는 일반가정과 아파트 등은 물론, 건물의 냉난방 혹은 냉동공조, 산업현장 등, 물은 다양한 분야에서 사용된다. 각종 수도관이나 소화설비의 배관 손상이나 계량기의 파손 사고는 일반가정은 물론 옥외 구조물이나 사무실 건물 주차장 혹은 한랭지의 공장 등에 존재하는 파이프 내부의 물이 겨울철과 같이 대기의 온도 강하로 빙점 (통상 0℃) 이하가 될 때 발생한다. 이는 배관 내의 물이 동결되는 과정에서 약 9％의 부피가 팽창하고, 이 때문에 가정 및 사무실 수도관이나 산업설비 등의 배관 내부에 과도하게 내부압력을 증가시켜 배관의 손상이나 계량기의 파손을 일으킨다. 이는 수돗물 공급이 중지되고, 누수된 물이 복도 등에 유출된 후 결빙되어 안전사고를 유발시킬 수 있으며, 심야나 이른 아침에 동파사고 신고가 접수되어 직원들이 대기하고 현장에 출동해야 하는 등, 여러가지 불편을 야기시킨다. 결국 물을 사용하는 기기나 설비는 겨울철 운전이나 유지관리 시 동파가 발생되며, 일단 동파가 발생되면 누수가 생겨 앞에서 지적한 안전사고 외에도, 기기 고장과 설비보수 및 계량기나 배관의 교체로 인해 큰 경제적 부담의 원인이 된다.

이 같은 동파사고를 막기 위해 현재 다양한 방법이 제안되어 사용되고 있으며, 한가지 방법은 배관을 땅속 깊이 매설하는 것인데, 이것은 처음 공사할 때 선택할 수 있는 방법이므로 별도로 한다면, 크게 세 가지로 종래의 기술을 나눠볼 수 있다. 첫 번째 방법은 동파로 인한 손상이 예상되는 부분, 가령 앨보나 배관의 이음매부분 혹은 외기에 노출되어 있는 배관의 특정 부위나 수도 계량기 주변에 헌 옷으로 감싸거나 스티로폼과 같은 단열재나 보온 비닐커버를 보호함 외벽에 붙여 보온효과를 높이는 방법이다. 이 방법은 비교적 간단하고 비용이 거의 발생하지 않는 장점이 있으나, 동파의 가능성은 여전히 잔존하며 지속적인 관리가 필요한 단점이 있다. 두 번째는 보다 적극적인 방법인데. 이는 취약 부위에 열을 공급(가열)함으로써 동파를 막는 방법이다. 가령 열선을 배관에 감거나 히터나 전등을 켜서 발열시킴으로써 취약부가 빙점 이하로 내려가지 않게 하는 것이다. 전열선은 고장이 나지 않는 한 동파를 거의 방지할 수는 있으나, 전원이 반드시 있어야 하므로, 야외에서는 활용하기가 용이하지 않고 또한 과열에 의한 화재나 감전 등의 안전사고 우려가 있다. 세 번째 접근법은 동파방지용 수도계량기를 설치하는 방법인데, 일단 설치되면 추가비용이 들지 않고 별다른 유지관리가 필요하지 않는 장점이 있으나 초기 설치비가 증가하고, 계량기 내부동결 가능성은 여전히 잔존하는 문제점이 있다.
수도관이나 각종 설비배관 내에 존재하는 물이 빙점 아래로 온도가 강하하여 동결될 때, 물을 구성하는 분자가 액상으로 존재할 때 비해 고상일 때가 부피가 커서 팽창하면서 결정을 형성된다. 액체에서 고체로 상이 변할 때, 체적이 증가하여 배관 내부에서는 체적 팽창(물의 경우 약 9%)에 따른 압력이 현저히 증가한다. 또한 배관의 인성은 온도가 낮아짐에 따라 감소하는 하는 경향이 있어, 파괴에 더욱 취약한 조건이 형성된다. 특히 체심입방격자를 갖는 금속이나 플라스틱의 경우 이러한 경향(연성-취성 천이온도)은 더욱 두드러진다. 그 결과 배관의 내부에서 반지름 방향으로 밀어내는 힘이 생기고, 이 압력이 배관의 외력에 대한 저항성을 초과함으로써 배관은 결국 손상되거나 파손에 이르게 된다. 이것이 수도관이나 설비배관 및 수도계량기가 동파되는 주된 기구이다.
동파방지를 위해 앞에서 언급한 방법 외에, 동파를 막는 비교적 새로운 기술로는 제어온도 이하로 온도가 하강하면 밸브가 열리는 컨트롤밸브 방식과, 내부압력 일정 이상이 되면 배관이 아닌 캡이 파괴되어 물이 방출되는 릴리프캡 방식과, 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브 방식이 있다. 릴리프캡 방식은 취약부의 온도를 감지하여 일정온도 이하가 된 배관에 얼음이 생성되면, 배관이 아닌 상부의 동판이 압력을 받아 찢어지도록 함으로써 배관이나 설비의 밸브를 열리게 하여 물을 밖으로 배출시키는 방법이다. 그러나 이 방법을 길이가 긴 배관에 사용할 때는 초기에 물과 얼음이 함께 누수 되다가 시간이 지남에 따라 얼음으로 막혀, 다른 부분에서 배관의 동파가 발생하는 문제점이 있다. 한편 특정 온도에서 물질의 상이 변화하는 성질을 이용한 동파방지밸브 방식은 상변화에 따른 체적변화를 이용하여 밸브가 개방되는 원리인데, 상변화 물질의 부피 팽창과 수축에 의해 작동되는 피스톤과 실린더를 포함하는 구동부가 있고 이들 사이에서 작동유체의 누수 가능성과 기구적인 복잡성이 내재하는 과제가 남아 있다.
동파방지와 관련해 위에서 살펴본 이상의 여러 종래기술들은 수도관이나 배관 및 이 내부에 존재하는 물이 얼지 않게 단열이나 보온, 혹은 가열수단을 이용한다는 공통점이 있다. 전자의 접근방법은 적용이 비교적 용이하다는 장점이 있는 반면, 그 효과가 미흡하고 또한 적용상의 번거로운 단점이 있다. 한편, 열선이나 히터를 포함한 가열수단을 이용한 동파방지 방법은 에너지원으로 전기가 필요하며, 과열에 의한 화재발생의 여지가 있고, 시공하는데 있어 비교적 복잡하며, 경제적인 면에서 다소 불리한 측면이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 물이 동결될 때 부피팽창에 의해 내부압력이 증가되더라도 이 증가된 압력이 배관에 전달되지 않도록 한 배관의 동파방지장치를 제공하는 것이다.

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상기 목적은 본 발명에 따라, 배관의 내부에 있는 물의 동결에 의해 생긴 부피팽창의 내압으로 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 배관의 동파방지장치에 있어서, 선(線)형상의 코아와 상기 코아를 감싸고 있는 끈 모양 탄성체를 가지고, 상기 배관의 길이방향을 따라 배치되도록 설치되는 삽입물과; 1회 감긴 코일 형태의 비틀림부와 각각 원호 형태로 형성되고 오목한 부분이 상기 비틀림부를 향하도록 상기 비틀림부로부터 상호 멀어지는 방향으로 연장형성된 한 쌍의 지지암을 구비하고 상기 비틀림부에 상기 삽입물의 일단이 삽입되도록 배관의 내부에 설치되어서 상기 삽입물을 상기 배관내에서 특정위치에 고정시키는 고정스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치 또는 원형관형태로 형성되고 대향하는 영역에는 한 쌍의 측벽부장공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 측벽부와 상기 측벽부의 일측 개구를 밀폐하도록 형성되고 외표면이 볼록하게 형성된 바닥면부를 구비한 암고정부와 둥근머리리벳 형태를 이루는 리벳헤드부와 리벳바디부를 구비하고 상기 리벳바디부에는 길이방향을 따라 리벳바디부장공이 형성되어 있으며 상기 리벳바디부가 상기 측벽부에 진입하도록 설치되는 숫고정부와 상기 숫고정부를 상기 바닥면부에 대하여 탄성지지하도록 상기 리벳바디부와 상기 바닥면부사이에 설치된 코일스프링을 가지고, 상기 한 쌍의 측벽부장공과 상기 리벳바디부장공에 상기 삽입물의 일단이 삽입되도록 배관의 내부에 설치되어서 상기 삽입물을 상기 배관내에서 특정위치에 고정시키는 고정구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치에 의해 달성된다.

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동파를 막기 위해 제안된 종래의 기술들은 수도관이나 배관의 내부에 존재하는 물이 어떻게 하면 얼지 않게 할 수 있을까 하는 수단을 찾는 데에 주로 초점이 맞추어져 있었다. 결국 얼지 않도록 하기 위해서는 냉기를 차단하기 위해 단열재로 덮어 보온하거나, 혹은 전기와 같은 에너지원을 가진 가열수단을 이용한다는 공통점이 있다. 전자의 접근방법은 적용이 비교적 용이하다는 장점은 있으나, 효과가 미흡하고 또한 적용상의 번거로운 단점이 있었다. 한편, 열선이나 히터를 포함한 가열수단을 이용한 동파방지 방법은 에너지원으로 전기가 필요하며, 과열에 의한 화재발생과 시공이 복잡하고, 비싼 단점이 있었다.

한편 본 발명에서는 에너지원을 이용해 얼지 않게 하려는 종래의 기술과는 달리, 설사 물이 얼어 관 내에서 부피가 팽창하더라도 이것에 의해 생긴 내부압력을 소화할 수 있는 방법에 착안하였다. 즉 삽입된 끈 모양의 탄성체가 관의 내벽에 압력이 전달되기 전에 부피팽창을 흡수하여 동파문제를 해결하였다. 본 발명에서 발명된 방법과 장치는 별도의 에너지원이 필요하지 않으며, 단지 배관 내부에 끈 모양의 탄성체를 배관의 길이에 맞게 삽입하여 고정하는 것만으로 동결에 따른 내부압력의 증가를 소화 흡수함으로써 동파문제가 간단히 해결될 수 있었다. 이 방법은 시공이 용이하고, 동파방지 수단 자체가 복잡하지 않으며, 새로 설치할 배관뿐만 아니라, 기존에 이미 설치된 수도관이나 설비배관에도 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한 별도의 에너지원이 필요하지 않기 때문에 비용 측면에서도 유리하고, 고열에 따른 화재 위험성도 없는 장점을 제공한다.

도1 및 도2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치의 삽입물을 도시한 단면도,
도3 및 도4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치를 설치하는 방법을 도시한 도면,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정구의 구조와 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1 및 도2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치의 삽입물을 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 배관(14)의 길이방향을 따라 배치되도록 설치된 삽입물(19)과, 삽입물(19)을 배관(14)의 내표면에 대하여 탄성지지하는 고정스프링(18)을 갖고 있다.
삽입물(19)은 선(線)형상의 코아(11)와, 코아(11)를 감싸고 있는 끈 모양 탄성체(10)와, 탄성체(10)의 외부표면에 형성된 코팅층(12)을 갖고 있다.
코아(11)는 탄성체(10)보다 강도와 탄성계수가 큰 물질로 형성되어 있다. 예를 들면 파이버(fiber)를 사용하여 코아(11)를 제작할 수 있다.
탄성체(10)는 유연하고, 인가된 외력에 의해 압축이 가능하며, 외력이 제거되었을 때는 원래 형상으로 복원되는 특징을 가진 고분자 물질로 형성될 수 있다.
그리고 탄성체(10)는 보다 효과적으로 동결시 발생한 내부 압력을 흡수하여 소화(제거)하기 위해 반지름 방향으로 화학조성이나 미세구조의 크기 혹은 분율을 일정하게 하지 않고 구배(기울기)를 가질 수도 있다.
또한 탄성체(10)는 코아(11)와의 경계면(13)에서의 표면거칠기가 코팅층(12)과의 경계면에서의 표면거칠기보다 커지도록 형성되어 있다.
이와 같이 코아(11)와의 경계면에서의 표면거칠기를 크게 하면 탄성체(10)와 코아(11) 사이의 접촉면적이 증가하고 이에 따라 탄성체(10)와 코아(11) 사이의 계면접착력이 증가한다.
코팅층(12)은 소수성을 갖고, 마찰계수가 작고(마찰계수; 0.20 이하), 물에 대해 비활성인 고분자 물질(테플론 등)로 형성되어 있다. 코팅층(12)은 그 코팅두께가 0.3 마이크로미터(um)보다는 같거나 두껍고 1 밀리미터(mm) 보다는 같거나 얇은 것이 바람직하다.
코팅층(12)은 배관(14) 내를 흐르는 물과 같은 액체와의 마찰을 줄이고, 이물질이 달라붙는 것을 막는 작용을 한다.
고정스프링(18)은 1회 감긴 코일 형태의 비틀림부(18a)와, 비틀림부(18a)로부터 상호 멀어지는 방향으로 연장형성된 한 쌍의 지지암(18b)을 갖고 있다.
각 지지암(18b)은 원호 형태로 형성되고, 오목한 부분이 비틀림부(18a)를 향하도록 비틀림부(18a)로부터 연장형성된다.
이러한 구성을 갖는 고정스프링(18)은 비틀림부(18a)에 삽입물(19)의 일단이 삽입되도록 배관(14)의 내부에 설치된다. 고정스프링(18)의 설치는 삽입물(19)이 배관(14)내에서 특정위치에 고정되도록 이루어진다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치를 설치하는 방법을 도3 및 도4를 참조하여 설명 다음과 같다.
먼저 배관(14) 내의 물을 동결되기 전에 미리 빼낸다.
다음에 삽입물(19)을 배관(14)의 동파가 예상되는 부위에 길이방향으로 삽입한다.
다음에 고정스프링(18)을 손으로 눌러 비틀림부(18a)의 구멍이 커지면, 삽입물(19)의 양끝 중에 물의 흐름이 시작되는 끝단부를 비틀림부(18a)에 삽입한다.
다음에 고정스프링(18)을 눌렀던 손을 놓으면 고정스프링(18)의 탄성력에 의해 복원되면서 삽입물(19)을 조이게 되고, 이에 따라 삽입물(19)은 배관(14) 내벽의 특정 위치에 고정되어 움직이지 않게 된다(도4 참조).
본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치를 설치하고 난 후 개방(open)된 배관(14)을 닫고 배관(14)에 물을 흘리면 삽입물(19)이 배관(14) 내의 물에 잠겨져 있게 된다(도4 참조).
삽입물(19)이 배관(14) 내의 물에 잠겨져 있는 상태에서 외기 온도의 하강으로 물이 동결되기 시작하면, 물과 얼음의 밀도차에 의해 배관(14) 내벽으로부터 동결이 시작됨과 동시에 부피가 팽창하기 시작한다. 부피팽창에 의한 배관내부의 압력은 배관 내벽에 작용하기 전에 탄성체(10)에 압축력을 인가하여 탄성체(10)에 의해 부피팽창을 흡수함으로써 결과적으로 내압을 소화하게 되고 이에 따라 배관(14)의 손상(본 명세서에서는 파손을 포함하는 의미로 사용함)을 방지하게 된다.
삽입물(19)이 서로 다른 환경에 놓일 때 지름의 변화가 도1 및 도4에 도시되어 있다.
도1에서 d_air는 대기에서의 삽입물(19) 지름을 나타내고, 도4에서 d_water 는 물속에서의 삽입물(19) 지름을 나타내며, d_ice는 배관이 동결된 상태에서의 삽입물(19) 지름을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 동파방지장치가 설치되어 있는 않는 경우에는 발생된 팽창 내압이 곧바로 배관내벽에 작용하여 배관에 손상을 주게 된다.
한편 전술한 실시예에서는 고정스프링(18)을 사용하여 삽입물(19)을 배관(14)내에서 특정위치에 고정시키고 있으나, 도5에 도시된 바와 같은 고정구(30)를 사용하여 삽입물(19)을 배관(14)내에서 고정하도록 본 발명을 실시할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정구의 구조와 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고정구(30)는 암고정부(50)와, 암고정부(50)의 내부로 진입하도록 설치된 숫고정부(40)와, 암고정부(50)의 내부에 설치된 코일스프링(31)을 갖고 있다.
암고정부(50)는 원형관형태로 형성된 측벽부(51)와, 측벽부(51)의 일측 개구를 밀폐하도록 형성된 바닥면부(52)를 갖고 있다.
측벽부(51)는 대향하는 영역에 한 쌍의 측벽부장공(51a)이 길이방향을 따라 형성되어 있다.
바닥면부(52)는 외표면이 볼록하게 형성되어 있어서 배관(14) 내벽과의 접촉면적이 증가된다.
숫고정부(40)는 둥근머리리벳 형태로 형성되어 있다.
즉, 숫고정부(40)는 둥근머리형태의 리벳헤드부(41)와, 리벳헤드부(41)로부터 원기둥형태로 연장 형성된 리벳바디부(42)를 갖고 있다.
리벳헤드부(41)는 둥근머리형태로 형성되어 있어서 배관(14) 내벽과의 접촉면적이 증가된다.
리벳바디부(42)에는 길이방향을 따라 리벳바디부장공(42a)이 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 숫고정부(40)는 리벳바디부(42)가 측벽부(51)에 진입하도록 설치된다.
코일스프링(31)은 숫고정부(40)를 바닥면부(52)에 대하여 탄성지지하도록 리벳바디부(42)와 바닥면부(52)사이에 설치된다.
전술한 구성을 갖는 고정구(30)는 한 쌍의 측벽부장공(51a)과 리벳바디부장공(42a)에 삽입물(19)의 일단이 삽입되도록 배관(14)의 내부에 설치된다. 여기서 고정구(30)의 설치는 삽입물(19)이 배관(14)내에서 특정위치에 고정되도록 이루어진다.

10 : 탄성체 11 : 코아
12 : 코팅층 13 : 경계면
14 : 배관 18 : 고정스프링
19 : 삽입물 30 : 고정구
31 : 코일스프링 40 : 숫고정부
41 : 리벳헤드부 42 : 리벳바디부
50 : 암고정부 51 : 측벽부
52 : 바닥면부

Claims (4)

1. 배관의 내부에 있는 물의 동결에 의해 생긴 부피팽창의 내압으로 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 배관의 동파방지장치에 있어서,
   선(線)형상의 코아와 상기 코아를 감싸고 있는 끈 모양 탄성체를 가지고, 상기 배관의 길이방향을 따라 배치되도록 설치되는 삽입물과;
   1회 감긴 코일 형태의 비틀림부와 각각 원호 형태로 형성되고 오목한 부분이 상기 비틀림부를 향하도록 상기 비틀림부로부터 상호 멀어지는 방향으로 연장형성된 한 쌍의 지지암을 구비하고 상기 비틀림부에 상기 삽입물의 일단이 삽입되도록 배관의 내부에 설치되어서 상기 삽입물을 상기 배관내에서 특정위치에 고정시키는 고정스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치.
2. 배관의 내부에 있는 물의 동결에 의해 생긴 부피팽창의 내압으로 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 배관의 동파방지장치에 있어서,
   선(線)형상의 코아와 상기 코아를 감싸고 있는 끈 모양 탄성체를 가지고, 상기 배관의 길이방향을 따라 배치되도록 설치되는 삽입물과;
   원형관형태로 형성되고 대향하는 영역에는 한 쌍의 측벽부장공이 길이방향을 따라 형성되어 있는 측벽부와 상기 측벽부의 일측 개구를 밀폐하도록 형성되고 외표면이 볼록하게 형성된 바닥면부를 구비한 암고정부와 둥근머리리벳 형태를 이루는 리벳헤드부와 리벳바디부를 구비하고 상기 리벳바디부에는 길이방향을 따라 리벳바디부장공이 형성되어 있으며 상기 리벳바디부가 상기 측벽부에 진입하도록 설치되는 숫고정부와 상기 숫고정부를 상기 바닥면부에 대하여 탄성지지하도록 상기 리벳바디부와 상기 바닥면부사이에 설치된 코일스프링을 가지고, 상기 한 쌍의 측벽부장공과 상기 리벳바디부장공에 상기 삽입물의 일단이 삽입되도록 배관의 내부에 설치되어서 상기 삽입물을 상기 배관내에서 특정위치에 고정시키는 고정구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 삽입물은 물에 대해 비활성인 고분자 물질을 사용하여 상기 탄성체의 외부표면에 형성된 코팅층을 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탄성체는 상기 코아와의 경계면에서의 표면거칠기가 상기 코팅층과의 경계면에서의 표면거칠기보다 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배관의 동파방지장치.
   
   
   

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