KR101690533B1 - 동파방지 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 동파방지 파이프는, 지중에 매설되는 파이프의 동파를 방지하고, 파이프의 내주면에 물때를 방지할 수 있도록 하여 파이프 내부를 지나가는 수질악화를 방지하기 위해 안출된 것으로, 합성수지 재질로 이루어지는 파이프, 상기 파이프의 내주면에 코팅되며, 이온을 방출하는 금속을 함유하는 물때방지하는 소재로 이루어지는 제1코팅부, 상기 파이프의 외주면에 코팅되며, 전원이 공급되면 전자파가 발생하는 소재로 이루어지는 제2코팅부, 상기 제2코팅부 외주면에 길이방향으로 탈부착가능하게 설치되는 발열선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

동파방지 파이프{Freeze prevention pipe}

본 발명은 동파방지 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중에 매설되는 파이프에 열선이 탈부착 가능하게 설치되고, 전류가 인가되면 발열하는 열선에 의해 파이프 자체의 온도를 효율적으로 조절하여 동절기 결빙으로 인한 동파를 방지하는 동파방지 파이프에 관한 것이다.

일반적으로 물질들은 액체에서 고체상태가 되면 부피가 줄어들지만 물은 부피가 오히려 늘어나는 성질을 가지고 있다. 동파란 이러한 물의 성질 때문에 물을 담고 있는 용기가 깨지는 현상을 말하는 것이다. 동파의 몇몇 예로는 물병에 물을 가득 넣고 냉동실에 넣어 물을 얼리면, 병이 파손되거나 찌그러진 경우나, 한겨울 강추위에 수도관 내부의 물이 얼어 수도관이 파손되거나 하는 경우가 있다.

동파란 비단 수도관뿐 아니라 물이 내부로 통과하는 파이프에는 모두 일어날 수 있는 현상으로, 지중에 매설되는 수도용 파이프에도 일어날 수 있다. 이러한 동파를 방지하기 위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있는데, 그 중 하나가 한국공개특허 2012-0104678호("발열선를 구비한 파이프", 2012.09.24., 이하 선행기술 1)에 개시되어 있다. 선행기술 1은 열선을 파이프를 구성하는 프로파일에 내장하여 파이프의 동파를 방지하기 위한 것으로, 파이프의 동파를 쉽게 방지할 수 있는 장점이 있으나 열선이 파손되었을 때 교체가 어렵고, 그 제조방법 또한 열선을 프로파일에 내장해야 하기 때문에 제조가 어려운 문제점이 있다. 또한 수도용 파이프의 경우 오래 사용했을 때, 파이프의 내주면에 물때가 껴서 수질에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

한국공개특허 2012-0104678호("발열선를 구비한 파이프", 2012.09.24.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 파이프에 비하여 열선의 설치, 유지 및 보수가 간편하면서도 열전달효율에 있어 차이가 나지 않으며, 물때 및 스케일의 발생을 최소화하여 수질이 저하되지 않는 동파방지 파이프를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 동파방지 파이프는, 합성수지 재질로 이루어지는 파이프(100); 상기 파이프(100)의 내주면에 코팅되며, 이온을 방출하는 금속을 함유하는 물때방지소재로 이루어지는 제1코팅부(110); 상기 파이프(100)의 외주면에 코팅되며, 전원이 공급되면 전자파가 발생하는 소재로 이루어지는 제2코팅부(120); 상기 제2코팅부(120) 외주면에 길이방향으로 탈부착가능하게 설치되는 발열선(300);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제2코팅부(120)는 탄소나노튜브(120)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 동파방지 파이프는, 상기 제2코팅부(120) 외주면 또는 내주면에 상기 발열선(300)의 작동 여부를 결정할 수 있도록 설치되는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 동파방지 파이프는, 상기 제2코팅부(120)의 외주면에 돌출 형성되어 상기 발열선(300)을 내부에 수용하여 고정시키는 홀더(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 발열선(300)은, 내부에 내부열선(310)이 내장되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1코팅부(110)는 은, 은 나노, 구리, 게르마늄, 맥반석, 숯, 토르말린, 황토, 백토, 히게리온 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 동파방지 파이프는, 상기 발열선(300) 일단과 다른 발열선 일단을 서로 연결하는 커넥터(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동파방지 파이프는, 열선에 의해 파이프의 동파를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 동파방지 파이프는, 열선을 탈부착 가능하여 파이프의 매립 시공시 시공기간이 단축되고, 시공이 편리하며, 파이프의 내주면에 물때가 끼지 않아 수질이 저하되지 않는 효과가 있다.

또한 상기 동파방지 파이프는, 파이프의 외주면에 CNT로 코팅되기 때문에, 열전달이 빠른 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예의 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 제1실시예의 단면도
도 4는 본 발명의 제2실시예의 사시도

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 동파방지 파이프의 실시예들에 관하여 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

[제1실시예 열선이 별도의 커넥터로 연결된 경우]

도 1은 본 발명에 의한 동파방지 파이프의 제1실시예를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 동파방지 파이프의 제1실시예는 파이프(100), 제1코팅부(110), 제2코팅부(120), 발열선(300), 홀더(200) 및 커넥터(400)를 포함하여 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 파이프(100)는 지중 특정 위치에 매설되는 것으로 합성수지 재질로 이루어지는데, 내구성 및 부식방지를 고려하면 폴리에틸렌 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 파이프(100)는 일반적인 파이프와 동일한 것으로, 용융된 합성수지를 압출해 형성되며, 지중에 매설되어 내부에 통신선이 설치되거나 또는 유체가 유동하는 수도관 및 배수관으로 사용된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1코팅부(110)는 상기 파이프(100)의 내주면에 코팅되며, 이온을 방출하는 금속을 함유하는 물때, 스케일 및 부식을 방지하는 소재로 이루어진다. 상기 제1코팅부(110)는 상기 파이프(100)가 수도관 및 배수관으로 사용될 때 유용한 구성이다. 그 이유는, 상기 제1코팅부(110)는 상기 파이프(100)의 내부로 유체가 유동되지 않은 채로 있게 될 때 생길 수 있는 물때 및 스케일을 방지하여 수질오염을 방지하고 더불어 상기 파이프(100)의 부식을 방지하여 내구성을 높이는 역할을 할 수 있기 때문이다. 상기 제1코팅부(110)를 이루는 소재는 은, 은 나노, 구리, 게르마늄, 맥반석, 숯, 토르말린, 황토, 백토, 히게리온 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

상기 제2코팅부(120)는 상기 파이프(100) 외주면에 코팅되며 전원이 공급되면 전자파가 발생하는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, 이하 CNT) 소재로 이루어진다. 상기 제2코팅부(120)는 CNT 단일 소재로 이루어지거나, 합성수지(PE)와 CNT의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 제2코팅부(120)로 상기 파이프(100) 외주면을 코팅하는 이유는 후술될 발열선(300)에서 열이 발생할 때, 이 열이 상기 파이프(100)로 보다 잘 전달되도록 하기 위함이다. CNT라 불리는 탄소나노튜브는 2차원 구조의 흑연(Graphite)면을 둥글게 말아놓은 구조로, 인장강도, 허용전류량, 내열성과 같은 각종 뛰어난 물리적 성질을 가지고 있지만, 그 중에서도 두드러지며 본 발명에서 CNT를 적용한 이유인 열전도율이 뛰어나다. CNT의 열전도율은 6,000W/mK로, 일반적인 물질 중 열전도율이 뛰어나다고 알려진 다이아몬드의 3,320W/mK보다 높아 상기 제2코팅부(120)를 형성하기에 적합한 재질이다. 또한 상기 제2코팅부(120)는 상술한 바와 같이, 상기 파이프(100)의 외주면 전면에 코팅되기 때문에 지중으로부터 받는 압력에 의해 상기 파이프(100) 일부가 파손되더라도 전류의 흐름이 끊기지 않도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예의 단면도이다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 발열선(300)은 상기 제2코팅부(120) 외주면에 상기 파이프(100)의 길이방향으로 탈부착가능하게 설치된다. 상기 발열선(300)은 탄성 및 복원력을 가진 합성수지 재질로 이루어질 수 있다. 상기 발열선(300)은 내부에 내부열선(310)이 길이방향으로 내장되는데, 상기 내부열선(310)은 전원과 전기적으로 연결되어, 사용자는 상기 내부열선(310)으로 전류의 흐름 여부를 결정하여 발열 여부를 결정할 수 있다. 상기 발열선(300)은 단일의 합성수지재질로 형성될 수도 있지만, 설계조건에 따라 합성수지재질에 그래핀 또는 그라파이트가 포함되어 상기 내부열선(310)으로부터 상기 발열선(300)의 외부까지의 열전달 효율을 높이도록 할 수 있다. 그래핀이나 그라파이트 또한 상기 CNT처럼 탄소로 이루어진 물질로, 열전달 효율이 다른 물질들에 비해 높은 물리적 특징을 가지고 있다. 따라서 사용자가 상기 내부열선(310)의 발열을 통해 상기 제2코팅부(120)의 열전달 효율을 보다 높이고자 할 때 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 발열선(300)과 상기 내부열선(310)은 서로 열융착방식으로 결합된다. 열융착방식은, 상기 발열선(300)의 재질인 합성수지를 가열하여 겔(Gel)화 시킨 후, 상기 내부열선(310)을 삽입하고, 냉각시켜 상기 발열선(300)와 내부열선(310)을 서로 결합시키는 방식이다. 이렇게 상기 발열선(300)에 삽입된 상기 내부열선(310)은 발열을 통해 열을 상기 파이프(100)로 전달하여 동절기 결빙이나 외부온도 변화에 의한 동파를 방지할 수 있다.

상기 내부열선(310)의 재질로는 전기 열선으로 흔히 사용되는 칸탈(Kantal) 재질과 니크로탈(Nikrothal)이라 불리는 합금일 수 있다. 니크로탈은 니켈(Ni) 80%와 크롬(Cr) 20%으로 형성되는 발열용 합금이고 칸탈은 철, 크롬 및 알루미늄을 바탕으로 한 저항 발열합금으로, 니크로탈보다 약 섭씨 200도 정도 높은 온도를 낼 수 있고, 수명이 니크로탈보다 2배에서 4배정도 길며, 부하 및 고유저항이 높게 쓸 수 있는 효과가 있고, 열 및 기타 주변의 설비를 오염시키는 산화물이 떨어지지 않아 고온의 공정이 필요한 다양한 산업분야에서 사용되는 재질이다.

상기 동파방지 파이프는, 상기 제2코팅부(120) 외주면 또는 내주면에 상기 발열선(300)의 작동 여부를 결정할 수 있는 온도를 체크하기 위한 온도센서(미도시)가 설치될 수 있다. 설계조건에 따라, 상기 온도센서는 상기 파이프(100) 자체의 온도 및 주변의 온도를 측정하여 온도정보 수신기를 가진 지상의 사용자에게 상기 온도정보를 송신할 수 있다. 사용자는 온도 정보를 수신하여 상기 내부열선(310)의 작동 여부를 결정할 수 있다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 홀더(200)는 상기 제2코팅부(120)의 외주면에 돌출 형성되어 상기 발열선(300)을 내부에 수용하여 고정되게 하는 구성이다. 상기 홀더(200)는 상기 제2코팅부(120)의 외주면에 두 개의 프레임(미도시)이 돌출 형성되어 있고, 상기 프레임이 서로 일정거리 이격되어 배치되며, 두 개의 상기 프레임이 서로 마주보는 방향의 바깥쪽을 향해 곡률을 가지도록 휘어져 있는 형상이다. 상기 홀더(200)의 프레임이 휘어져 있는 것은 상기 발열선(300)의 외면에 대응하도록 형성되어 상기 발열선(300)을 보다 용이하게 내부에 고정하도록 하기 위한 구성이다.

상기 홀더(200)의 두 프레임이 서로 일정간격 이격되어 있는 것은 상기 발열선(300)이 상기 홀더(200)의 두 프레임 사이로 끼워지게 되도록 하기 위함인데, 상기 홀더(200)의 두 프레임은 복원력을 가져 상기 발열선(300)이 상기 홀더(200)에 끼워지면, 상기 발열선(300)의 외면을 압박하여 상기 발열선(300)이 상기 홀더(200)에 고정되게 한다.

상기 홀더(200)는 상기 파이프(100)의 길이방향으로 연장된다. 상기 홀더(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 상기 파이프(100)가 압륜(500)에 의해 결합될 때 방해가 될 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 상기 홀더(200)는 상기 파이프(100)의 외주면 양 끝단쪽까지 연장되지 않을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 동파방지 파이프는 상기 발열선(300) 일단과 다른 발열선 일단을 서로 연결하는 별도의 커넥터(400)를 더 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 커넥터(400)의 양단에는 상기 발열선(300)이 삽입될 수 있는데, 상기 커넥터(400)의 양단에서 삽입되는 발열선(300)에 내장된 내부열선(310)끼리 전기적 연결이 되도록 상기 커넥터(400)의 양단에 삽입되는 발열선(300)의 단면이 서로 일치하도록 맞닿거나, 상기 커넥터(400)의 중단에 별도의 전선이 삽입되어 상기 커넥터(400)의 양단에서 삽입되는 상기 발열선(300)를 전기적으로 연결시킨다.

상기 커넥터(400)를 사용하여 상기 발열선(300)을 서로 연결하는 방식은, 상기 파이프(100), 홀더(200) 및 발열선(300)를 미리 제작하고, 상기 파이프(100)를 매설할 때 상기 커넥터(400)와 압륜(500)을 따로 시공하면 되므로, 상기 파이프(100)의 매설 작업시 작업 효율이 높아질 수 있는 효과가 있다. 서로 다른 두 개의 상기 파이프(100)가 서로 연결될 때, 상술한 바와 같이 상기 압륜(500)에 의해 연결될 수 있다. 이 때 상기 압륜(500)에 의해 두 개의 상기 파이프(100)의 단부끼리 맞닿는 곳은 단차가 생기므로, 이를 고려해야할 필요가 있다. 또한 상기 파이프(100)는 길이 방향으로 길게 연장된 것이 아니라, 운송 및 작업의 효율성을 위해 필요한 만큼 일정길이를 재단하여 사용하게 된다. 상기 파이프(100)를 일정 길이마다 재단하여 사용할 경우 상기 발열선(300)또한 일정 길이마다 재단하여 부착하게 된다. 이 때, 상기 발열선(300)의 길이는 상기 파이프(100)의 길이보다 길게 되고, 상기 파이프(100)보다 긴 부분은 굴곡되어 상기 압륜(500)의 상부로 연결 가능하게 할 수 있다.

[제2실시예 열선이 커넥터를 사용하지 않을 경우]

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 동파방지 파이프의 제2실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 동파방지 파이프의 제2실시예를 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파이프(100), 제1코팅부(110), 제2코팅부(120), 홀더(200) 및 압륜(500)은 제1실시예와 동일한 구성이므로, 설명을 생략하고, 제1실시예와의 차이점인 상기 발열선(300)의 연결방식에 대해서만 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발열선(300)은 상기 커넥터(400)에 의해 연결되지 않고 일체형으로 연결되어 있다. 즉, 상술한 바와 같이 일반적으로 상기 파이프(100)를 일정길이마다 재단하여 사용하는데 반해, 상기 발열선(300)은 일체형으로 이루어져 상기 파이프(100) 외면에 부착되는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 파이프(100)끼리 연결되는 방식은 상기 압륜(500)에 의해 서로 결합되는 것이다. 상기 압륜(500)은 필연적으로 상기 파이프(100)에 비해 단차를 발생시키므로, 이를 고려하여 상기 발열선(300)는 일자로 형성되지 않고, 상기 파이프(100) 한 개의 길이에 대응하여 요철 형상으로 굴곡된 형상이 될 수 있다.

이렇게 되면, 별도의 커넥터를 사용하지 않고도 상기 발열선(300)을 상기 파이프(100)의 길이방향으로 부착시킬 수 있으며, 상기 압륜(500)에 의한 단차 또한 극복 가능한 장점이 있지만, 상기 발열선(300)이 길어질수록 운송 및 시공이 불편하므로, 비교적 짧은 길이의 상기 파이프(100)를 사용할 때에만 일체형 발열선를 사용한다.

상기한 제1실시예 및 제2실시예와 같은 동파방지 파이프를 사용하면, 지중에 매설된 상기 파이프(100)의 위치를 알아낼 수 있다. 이를 위해서는, 상기 내부열선(310)이 별도의 전원공급부에 연결되어야 하며, 사용자는 상기 전원공급부의 작동여부를 조절할 수 있어야 한다. 전원공급부의 전원의 공급 여부를 결정하기 위해 상기 전원공급부는 별도의 작동스위치(미도시)를 포함하여 이루어지며 사용자의 입력에 따라 선택적으로 전원을 공급한다. 상기 전원공급부는 지중 또는 지상에 설치될 수 있으며 맨홀과 같은 곳에 설치될 수 도 있다. 상기 전원공급부가 지중에 매설될 경우, 상기 전원공급부에 별도의 통신장비가 설치되어 지상의 사용자가 신호를 보내는 방법으로 작동 가능하다. 또한 상기 전원공급부는 지상에 별도의 시설로 설치될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 파이프
110 : 제1코팅부
120 : 제2코팅부
200 : 홀더
300 : 발열선
310 : 내부열선
400 : 커넥터
500 : 압륜

Claims (7)

1. 합성수지 재질로 이루어지는 파이프(100);
   상기 파이프(100)의 내주면에 코팅되며, 이온을 방출하는 금속을 함유하는 물때방지소재로 이루어지는 제1코팅부(110);
   상기 파이프(100)의 외주면에 코팅되며, 전원이 공급되면 전자파가 발생하는 소재로 이루어지는 제2코팅부(120);
   상기 제2코팅부(120)의 외주면에 돌출 형성되어 서로 마주보는 방향의 바깥쪽을 향해 곡률을 가지도록 휘어지고, 복원력을 가지는 두 개의 프레임으로 이루어지는 홀더(200); 및
   상기 제2코팅부(120) 외주면에 길이방향으로 탈부착가능하게 설치되고, 내부열선(310)이 내장되며, 상기 홀더(200)를 이루는 두 개의 프레임 사이에 수용되고, 상기 프레임과 맞닿는 면이 상기 프레임에 대응하여 곡률을 가지며, 상기 파이프(100)의 일측 끝단에서 타측 끝단까지 형성되는 발열선(300);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 동파방지 파이프.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2코팅부(120)는,
   탄소나노튜브(CNT)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동파방지 파이프.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 동파방지 파이프는,
   상기 제2코팅부(120) 외주면 또는 내주면에 설치되는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동파방지 파이프.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 제1코팅부(110)는,
   은, 은 나노, 구리, 게르마늄, 맥반석, 숯, 토르말린, 황토, 백토, 히게리온 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동파방지 파이프.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 동파방지 파이프는,
   상기 발열선(300) 일단과 다른 발열선 일단을 서로 연결하는 커넥터(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동파방지 파이프.

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