KR102198452B1 - 와류발생 기능을 갖는 배관구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류발생 기능을 갖는 배관구조에 있어서: 직선부(11), 호형부(13), U형부(15) 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 유체의 이송경로를 형성하는 배관(10); 및 상기 배관(10)에 나선돌기(25)로 와류를 형성하도록 결합되고, 상기 이송경로를 따라 나선돌기(25)의 치수를 변동하는 와류관체(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 각종 유체의 공급, 배출, 순환 기능을 수행하기 위한 유로를 형성함에 사용조건이나 유체의 물성이 변동하는 상황에 대응할 수 있도록 하여 기능성을 유지하거나 향상하는 효과가 있다.

Description

와류발생 기능을 갖는 배관구조{Pipe structure having vortex inducing function}

본 발명은 와류발생 기능을 갖는 배관에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 각종 유체의 공급, 배출, 순환 기능을 수행하기 위한 유로를 형성하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조에 관한 것이다.

각종 시설물이나 장비는 주철관, 아연도금강관, 동관, 스테인레스관, 합성수지관 등으로 형성된 배관을 사용하여 기체와 액체를 포함한 유체의 유동 경로를 형성한다. 배관의 설계에 있어서 강도와 내구성이 중요한 기본적 요소이지만 이외에 용도에 부합하는 별도의 기능성도 요구되고 있다. 예컨대, 배관 내부에 와류를 발생하는 구성을 부가하면 유체의 유동상태가 변화된다. 유체의 와류 유동은 유속증대, 세척력 증대, 소음저감 등의 기능성을 발휘할 수 있다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개실용신안공보 제1998-032268호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2012-0138911호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 파이프의 내주면에 다수의 유체안내돌기를 돌출형성하되, 유체안내돌기가 길이방향으로 완만한 나선을 이루도록 반복적으로 형성되어 유체안내돌기 사이에 나선형의 유로가 형성되어, 파이프를 통과하는 유체가 와류현상을 일으키며 배출된다. 이에, 현저하게 소음을 줄이고 배출속도 가속화로 배출량을 증가시키는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 내부가 비어있는 원통 형태의 제 1 와류유도체 및 제 1 와류유도체 내부에 끼워져 장착되는 제 2 와류유도체를 포함하여 이루어지며, 제 1 와류유도체의 상단에는 제 1 와류유도체 중심축을 향하여 배열된 복수의 제 1 와류유도날개가 구비된다. 이에, 와류 흐름으로 전환시켜 배출가스 밀도 극대화로 환기효율을 향상시키는 효과를 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 사용조건이나 유체의 물성이 변동하는 상황에 대응하는 유연성이 미흡한 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.

한국 공개실용신안공보 제1998-032268호 "유체안내돌기가 형성 파이프" (공개일자 : 1998.09.05.) 한국 공개특허공보 제2012-0138911호 "가스배출배관용 와류유도장치" (공개일자 : 2012.12.27.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 각종 유체의 공급, 배출, 순환 기능을 수행하기 위한 유로를 형성함에 사용조건이나 유체의 물성이 변동하는 상황에 대응할 수 있도록 하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 와류발생 기능을 갖는 배관구조에 있어서: 직선부, 호형부, U형부 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 유체의 이송경로를 형성하는 배관; 및 상기 배관에 나선돌기로 와류를 형성하도록 결합되고, 상기 이송경로를 따라 나선돌기의 치수를 변동하는 와류관체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 와류관체는 이송경로의 상류단에서 하류단으로 갈수록 나선돌기에 대한 피치의 축소 및 돌출높이의 증가 중에 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1변형예로서, 상기 와류관체는 일부 영역에 보조수단으로서 와류판을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 와류판은 단부에 슬리브를 개재하여 탄성변형에 의한 길이변동이 가능하도록 지지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2변형예로서, 상기 와류관체는 일부 영역에 보조수단으로서 임펠러를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 보조수단은 하우징을 개재하여 와류관체에 설치되는 외력수단에 전원모듈을 연결하여 강제적인 회전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 외력수단은 자석과 코일에 의한 전자기력을 동력원으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 각종 유체의 공급, 배출, 순환 기능을 수행하기 위한 유로를 형성함에 사용조건이나 유체의 물성이 변동하는 상황에 대응할 수 있도록 하여 기능성을 유지하거나 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배관구조를 개략적으로 나타내는 모식도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 배관구조의 변형예를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 와류발생 기능을 갖는 배관구조에 관하여 제안한다. 각종 유체의 공급, 배출, 순환 기능을 수행하기 위한 배관구조를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

배관은 공조기, 청소기, 세탁기, 자동차, 측정기 등에 설정된 길이로 장착되는 호스나 파이프 외에 농업용, 소방용, 건설현장용, 제조현장용 등으로 자유길이로 사용되는 호스도 포함한다.

본 발명에 따른 배관(10)은 직선부(11), 호형부(13), U형부(15) 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 유체의 이송경로를 형성하는 구조에 적용된다. 도 1에서 소정의 이송경로에 직선부(11), 호형부(13), U형부(15)가 모두 포함되는 배관(10)을 예시한다. 도 2 및 도 3에서 배관(10)의 직선부(11)를 예시지만 호형부(13)와 U형부(15)에도 동일ㆍ유사하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 배관(10)에 나선돌기(25)로 와류를 형성하도록 결합되는 와류관체(20)가 상기 이송경로를 따라 나선돌기(25)의 치수를 변동하는 구조를 이루고 있다. 와류관체(20)는 단일, 이중 또는 다중의 나선으로 돌출되는 나선돌기(25)를 구비하여 유체의 와류선회에 의한 볼텍스 유동을 유발한다. 이는 배관(10)의 용도에 따라 유속증대, 세척력 증대, 소음저감 중의 적어도 하나의 기능을 수행한다. 와류관체(20)는 배관(10)의 직선부(11), 호형부(13), U형부(15)에 맞추도록 이송경로를 구성한다. 나선돌기(25)의 치수 변동은 사용조건이나 유체의 물성이 변동하는 상황에 대응하는 중요한 설계요소이다.

한편, 나선돌기(25)는 연속적으로 형성되는 것이 선호되지만 적어도 일정 길이에 걸쳐 일정 간격으로 단속적으로 형성될 수도 있다.

와류관체(20)을 배관(10)에 설치함에 있어서 공지의 유니온과 같은 연결부(21)를 사용한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 와류관체(20)는 이송경로의 상류단에서 하류단으로 갈수록 나선돌기(25)에 대한 피치(27)의 축소 및 돌출높이의 증가 중에 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다.

도 1의 와류관체(20)는 3개의 나선돌기(25)를 구비하지만 그 중 하나의 나선돌기(25)에 대한 피치(27)를 나타낸다. 나선돌기(25)의 피치(27)를 살피면 상류단의 부호 27a는 하류단의 27b보다 치수가 크다, 도시에는 생략하나, 나선돌기(25)의 돌출높이는 상류단의 부호 27a에서 하류단의 27b으로 갈수록 치수를 증대한다, 이에, 와류관체(20)는 나선돌기(25)가 이송경로를 유동하는 유체에 작용하는 와류선회 모멘텀을 상류단에서 하류단에 이르는 동안 점진적으로 증가시킨다. 이는 배관(10)의 직선부(11)에서 상대적으로 유효하게 작용하지만 호형부(13)와 U형부(15)를 배제하는 것은 아니다.

만일 와류관체(20)가 복수의 나선돌기(25)를 구비하는 경우 돌출높이의 치수 변동은 그 중 어느 하나의 나선돌기(25)에만 적용할 수 있다.

본 발명의 제1변형예로서, 상기 와류관체(20)는 일부 영역에 보조수단(30)으로서 와류판(32)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 2를 참조하면, 와류관체(20)의 중간 부분에 보조수단(30)의 와류판(32)이 설치된 상태를 나타낸다. 와류판(32)은 평판을 나선으로 꼬아서 형성되고 와류관체(20)의 내면에 근접 또는 밀착하도록 설치된다. 와류판(32)은 나선돌기(25)에 비하여 유체의 와류선회 모멘텀을 크게 작용하는 반면 유동저항 증가로 동력소모가 커지는 점을 고려하여 설치한다. 반면 와류판(32)은 배관(10)의 직선부(11)는 물론 호형부(13)과 U형부(15)에도 적용하기 적합하다.

와류판(32)의 나선 피치도 전술한 나선돌기(25)처럼 상류단에서 하류단으로 갈수록 점증하도록 구성할 수도 있다.

이때, 상기 와류판(32)은 단부에 슬리브(31)를 개재하여 탄성변형에 의한 길이변동이 가능하도록 지지되는 것을 특징으로 한다. 와류관체(20)의 중간에 확관부(23)를 형성하고 양단에 실린더형 슬리브(31)를 갖춘 와류판(32)을 설치한다. 상류측 슬리브(31)는 확관부(23)의 내면에 고정하고 하류측 슬리브(31)는 슬라이딩 가능하게 자유단으로 둔다. 와류판(32)은 신축성을 지닌 수지재를 사용할 수 있다. 하류측 슬리브(31)에 탄성체(33)를 설치할 수도 있다. 이에, 유체의 유량과 밀도가 증가하는 경우 와류판(32)의 전체 길이 신장으로 피치가 증가하면서 유동저항 및 소음 감소에 유리하게 작용한다.

본 발명의 제2변형예로서, 상기 와류관체(20)는 일부 영역에 보조수단(30)으로서 임펠러(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 3을 참조하면, 와류관체(20)의 중간 부분에 보조수단(30)의 임펠러(35)가 설치된 상태를 나타낸다. 임펠러(35)는 실린더형의 내면에 나선돌기(25)보다 상대적으로 높게 돌출되는 나선익(37)을 구비한다. 임펠러(35)는 와류판(32)에 비하여 유체에 작용하는 와류선회 모멘텀이 작으며, 배관(10)의 배관(10), 호형부(13), U형부(15)에 적용할 수 있다. 다만 임펠러(35)가 후술하듯이 강제로 회전 가능한 경우에는 직선부(11)에만 적용이 가능하다.

임펠러(35)의 나선익(37)의 나선 피치도 전술한 나선돌기(25)처럼 상류단에서 하류단으로 갈수록 점증하도록 구성할 수도 있다.

이때, 상기 보조수단(30)은 하우징(41)을 개재하여 와류관체(20)에 설치되는 외력수단(40)에 전원모듈(48)을 연결하여 강제적인 회전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 배관(10)에 하우징(41)을 설치하고 보조수단(30)의 임펠러(35)를 회전 가능하게 지지한 상태를 나타낸다. 임펠러(35)의 강제적 회전을 위한 외력수단(40)은 도 1의 전원모듈(48)에 연결하여 구동한다. 전원모듈(48)은 배관(10)의 유체 이송에 의하여 생성되는 전원 또는 외부의 상용/비상 전원 중 적어도 하나를 사용한다.

임펠러(35)의 회전 구조를 위해 하우징(41)의 내부에 베어링(42)과 수밀부재(43)가 장착된다. 임펠러(35)는 외면을 직경이 다른 2단으로 구성하여 양단에 베어링(42)과 수밀부재(43)를 개재한다. 베어링(42)은 스러스트 방식으로 임펠러(35)의 원활한 회전을 조력한다. 수밀부재(43)는 메카니칼씰을 사용할 수 있으며 임펠러(35)의 양단을 통한 유체 누설을 차단한다.

한편, 상기 외력수단(40)은 자석(45)과 코일(46)에 의한 전자기력을 동력원으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 외력수단(40)을 자석(45)과 코일(46)로 구성하면 배관(10)에 대한 설치 면적을 축소하는데 유리하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 모터-기어트레인 방식 등을 적용할 수도 있다. 자석(45)은 임펠러(35)의 외면에 일정한 간격으로 설치한다. 코일(46)은 하우징(41)에서 자석(45)과 대향하는 위치에 일정한 간격으로 설치한다. 코일(46)에 전원모듈(48)과 제어회로(도시 생략)를 연결한다. 자석(45)과 코일(46)의 극수를 조절하여 전자기력으로 임펠러(35)의 회전 및 나선익(37)에 의한 와류선회 모멘텀의 증대를 유발한다.

도시에는 생략하나, 보조수단(30)의 와류판(32)도 동일ㆍ유사한 방식으로 외력수단(40)을 부가할 수 있다. 이 경우 와류판(32)의 양단의 슬리브(31)에 외력수단(40)을 연계시킨다.

도시에는 생략하나, 하나의 와류관체(20)에 보조수단(30)의 와류판(32)과 임펠러(35)를 동시에 적용하는 것도 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 배관 11: 직선부
13: 호형부 15: U형부
20: 와류관체 21: 연결부
23: 확관부 25: 나선돌기
27: 피치 30: 보조수단
31: 슬리브 32: 와류판
33: 탄성체 35: 임펠러
37: 나선익 40: 외력수단
41: 하우징 42: 베어링
43: 수밀부재 45: 자석
46: 코일 48: 전원모듈

Claims (7)

1. 와류발생 기능을 갖는 배관구조에 있어서:
   직선부(11), 호형부(13), U형부(15) 중에 적어도 어느 하나를 포함하여 유체의 이송경로를 형성하는 배관(10); 및
   상기 배관(10)에 나선돌기(25)로 와류를 형성하도록 결합되고, 상기 이송경로를 따라 나선돌기(25)의 치수를 변동하는 와류관체(20);를 포함하되,
   상기 와류관체(20)는 이중 또는 다중의 나선으로 돌출되는 나선돌기(25)를 구비하고, 나선돌기(25)는 이송경로의 상류단에서 하류단으로 갈수록 피치(27)의 축소 및 돌출높이의 증가를 적용하며,
   상기 와류관체(20)는 확관부(23)를 형성한 영역에 보조수단(30)으로서 와류판(32)을 더 구비하고,
   상기 와류판(32)은 신축성을 지닌 수지재로 형성되고 단부에 슬리브(31)를 개재하여 탄성변형에 의한 길이변동이 가능하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 와류관체(20)는 일부 영역에 보조수단(30)으로서 임펠러(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 보조수단(30)은 하우징(41)을 개재하여 와류관체(20)에 설치되는 외력수단(40)에 전원모듈(48)을 연결하여 강제적인 회전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 외력수단(40)은 자석(45)과 코일(46)에 의한 전자기력을 동력원으로 구비하는 것을 특징으로 하는 와류발생 기능을 갖는 배관구조.

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