KR102241583B1 - 메탈 가스켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈 자켓 내부공간 양측에 스프링이 위치하고, 상기 스프링 사이를 따라 측방향으로 필러재와 와인딩재가 상호 교번되게 형성되어진 코어가 위치하며, 상기 와인딩재는 복수 개로 중첩되어 필러재 대비 와인딩재 비율을 높인 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓을 제공한다.

Description

메탈 가스켓{Metal Gasket}

본 발명은 메탈 가스켓에 관한 것으로, 구체적으로 메탈 가스켓의 내부 구조를 개선하여 압축량은 최소화하고 복원력을 충분히 발휘하여 내구성이 좋은 메탈 가스켓에 관한 기술이다.

열교환기에 사용되는 메탈 가스켓(Metal Gasket)의 경우 체결 조건에 따라 쉽게 압착되어 급격한 열변화가 있는 라인이나 고온라인에서 정상적인 씰링 성능을 발휘하지 못하는 문제가 발생 된다.

특히, 체결 플랜지부가 노후화된 경우 부적절한 페이스(Facing)부의 표면 조도를 커버하기 위해서 과체부하기 쉬운 라인에서는 기존의 메탈 가스켓(Metal Gasket) 보다 고강도로 견딜 수 있는 제품이 필요한 실정이다.

종래의 기술을 보면 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0196868호 "메탈 가스켓" 에는 연강판과 흑연테이프를 교차로 감아 고정한 시일링부(본 발명의 '코어'에 해당) 양측에 변형을 방지하는 지지관으로 구성되어 있으나 지지관의 탄성 복원력이 부족한 점이 있으며, 상기의 기술을 개선하기 위해 대한민국 특허 등록번호 제10-1184927호 "메탈 개스킷"에는 지지관인 튜브관 내부에 스프링을 위치하여 튜브관의 변형을 방지하였으나 고하중에 의한 튜브관의 변형이 발생하게 되면 내부에 위치한 스프링의 복원 성능을 기대하기 어려운 점이 있어왔다.

KR 10-1184927 B1 "메탈 개스킷" KR 20-0196868 B1 "메탈 가스켓"

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 메탈 가스켓에 하중 작용시 압축량은 최소화하고 복원력을 충분히 발휘할 수 있는 메탈 가스켓을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 메탈 자켓 내부공간 양측에 스프링이 위치하고, 상기 스프링 사이를 따라 측방향으로 필러재와 와인딩재가 상호 교번되게 형성되어진 코어가 위치하며, 상기 와인딩재는 복수 개로 중첩되어 필러재 대비 와인딩재 비율을 높이되, 상기 와인딩재는 3 내지 7회 권선되어 상기 필러재 권수 대비 상기 와인딩재 권수 비가 3배 내지 7배가 되는 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓을 제공한다.

상기 와인딩재는 금속재이며, 상기 필러재는 흑연, PTFE, 세라믹, 무기질 재질 중 하나인 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 와인딩재의 두께는 0.18mm 내지 0.20 mm이며, 상기 필러재의 두께는 0.5mm 내지 1.0mm 인 것을 특징으로 한다.

상기 필러재와 와인딩재는 중앙부분이 벤딩되어 단면 형상이 'V'자 타입인 것을 특징으로 한다.

상기 메탈 자켓에는, 상면과 하면에는 레이어가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 해결 수단에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

메탈 가스켓에 튜브와 스프링 이중 구조 대신 단독 스프링을 채용하여 복원성능을 향상시키고, 코어의 내부 구조에서 필러재 대비 와인딩재 비율을 높여 압축량을 감소시켜 변형을 방지함으로써 고강도에서도 변형을 최소화 하면서도 탄성 복원력을 발휘할 수 있는 메탈 가스켓을 제공할 수 있다.

여기서, 기존 대비 튜브를 사용하지 않으면서 부품수를 간소화하여 비용도 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 가스켓의 절단 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 가스켓의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 가스켓의 코어 상세 구조도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 가스켓의 절단 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 가스켓의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명인 메탈 가스켓의 기본 구성은 튜브 형태의 메탈 자켓(100) 내부공간 양측에 스프링(200)이 위치하고, 상기 스프링(200) 사이를 따라 측방향으로 필러재와 와인딩재가 상호 교번되게 형성되어진 코어(300)가 위치하게 된다. 그리고 상기 메탈 자켓(100)의 상면과 하면에는 레이어(400)로 보강하여 변형을 최소화할 수 있다.

본 발명에서는 스프링(200)을 양측에 위치하고, 상기 코어(300)에서 상기 와인딩재(340)를 복수 개로 중첩되게 형성하여 필러재(320) 대비 와인딩재(340) 비율을 높인 것을 특징으로 한다.

상기 와인딩재(340)를 복수 개 중첩하는 방법은 다중으로 성권하여 와인딩재가 가진 탄성력을 극대화함으로써 강한 체결력으로 안정적인 탄성을 유지할 수 있게 된다.

여기서 상기 와인딩재(340)는 금속재질이며, 상기 필러재(320)는 흑연(가요성 그라파이트)이다. 그리고, 상기 와인딩재(340)의 두께는 0.18mm 내지 0.20 mm 이며, 상기 필러재의 두께는 0.5mm 내지 1.0 mm 인 것을 특징으로 한다. 상기의 필러재(320)는 흑연 외에 PTFE, 세라믹, 무기질 재질 등 다양하게 적용할 수 있다.

한편, 상기 필러재(320)와 와인딩재(340)는 중앙부분이 벤딩되어 단면 형상이 'V'자 타입인 것을 특징으로 하여 탄성효과를 상승시킬 수 있다.

상기 와인딩재(340)는 3 내지 7회 권선되는 것으로 하여 압축량을 줄이면서도 복원력을 발휘할 수 있게 된다.

아래의 표 1에서는 필러재(320)와 와인딩재(340) 권선비에 따른 압축량과 복원량을 실험결과로 나타내었다.

시험조건은 다음과 같다.

- 시험편 : JIC 3804-SF (304 Winding material + Flexible Graphite Filler)

- 시험 목표 : Winding Material의 권수 증량에 따른 압축 / 복원 개선 효과 비교

- 치수 : ID 178.4, OD 208.6

- 시험기 : 150Ton 유압프레스

- 시험하중 : 54,825 kgf (bolt stress 50000 psi 기준)

그리고 시험 절차는 다음과 같은 순서로 실시하였다.

a. 유압프레스에 시험편을 위치시킨다.

b. 시험편의 외부의 직교하는 4포인트에 납탄을 위치시킨다(납탄의 두께는 압축 시 두께로 갈음한다.)

c. 시험하중을 가하고, 10분간 유지시킨다.

d. 시험하중을 제거하고, 각 포인트의 납탄의 두께와 시험 후 시편의 두께를 확인한다.

위 시험결과에 따른 결과표는 표 1에서 나타내었으며, 압축량과 복원량의 결과를 얻을 수 있었다.

시편	와인딩재 권수	필러재 권수	시험전 두께(mm)	압축시 두께(mm)	시험후 두께(mm)	압축량 (시험전 두께-압축시 두께)	복원량 (시험후 두께-압축시 두께)
비교예(ASME B16.20 표준)	1	1	4.83	3.31	3.56	1.52	0.25
실험예1	3	1	4.49	3.11	3.36	1.38	0.25
실험예2	5	1	4.55	3.42	3.68	1.13	0.26
실험예3	7	1	4.59	3.65	3.77	0.94	0.12

와인딩재(Winding material)의 권수가 올라가면 동일 체부하중 기준 압축량은 감소되어 하중에 대한 지지력의 상승 효과는 있으나 복원 특성은 상대적으로 감소되기 때문에 적정비율로 선정 필요하다. 본 발명에서와 같이 필러재 권수 대비 와인딩재 권수 비가 3배와 7배(실험예1 ~ 실험예3)를 높인 결과 압축량이 감소함을 확인하였으며, 복원량을 발휘할 수 있는 정도로 확인되었다.

여기서, 와인딩재(Winding material)의 권수 상승은 메탈 포지션(metal position)이 올라가면서 가스켓의 중량 상승과 단가 상승의 요인이 되므로 실험예2의 필러재 권수 대비 와인딩재 권수비가 5배가 기존 비교예(표준)에 비해 압축량을 감소시키면서 복원량이 향상되는 가장 최상인 비인 것을 실험 결과를 통해 증명되었다.

아래의 표 2와 3에서는 필러재(320) 대비 와인딩재(340) 권선비를 5배로 동일하게 하며 메탈튜브오링과 스프링에 추가에 따른 압축량과 복원량을 실험결과로 나타내었다.

시험조건은 앞서 동일하게 실시하였고, 표2는 : Bolt Stress 50,000 psi 기준으로 시험을 실시하였다.

시편	권선비	백업링	시험전 두께 (mm)	압축시 두께 (mm)	시험후 두께 (mm)	압축량 (시험전 두께-압축시 두께)	복원량 (시험후 두께-압축시 두께)
비교예1	5	0.5t메탈튜브오링 +1.0t 코어스프링	6.91	6.03	6.19	0.88	0.16
실험예1	5	0.8t 스프링	6.89	5.17	5.54	1.72	0.37
실험예2	5	1.0t 스프링	6.93	5.51	6.02	1.42	0.51
실험예3	5	0.5t 메탈튜브	6.55	5.42	5.67	1.13	0.25

시험조건은 앞서 동일하게 실시하였고, 표 3은 : bolt stress 100,000 psi 기준으로 시험을 실시하였다.

시편	권선비	백업링	시험전 두께 (mm)	압축시 두께 (mm)	시험후 두께 (mm)	압축량 (시험전 두께-압축시 두께)	복원량 (시험후 두께-압축시 두께)
비교예1	5	0.5t메탈튜브오링 +1.0t 코어스프링	6.94	5.87	5.91	1.07	0.04
실험예1	5	0.8t 스프링	6.93	4.75	5.23	2.18	0.48
실험예2	5	1.0t 스프링	7.00	4.93	5.54	2.07	0.61
실험예3	5	0.5t 메탈튜브	6.56	4.85	5.16	1.71	0.31

비교예1(메탈오링튜브 내경에 코어스프링이 삽입된 제품)의 경우 일반적인 체결 환경인 Bolt Stress 50,000 psi 수준에서는 큰 이상이 없었으나, 100,000 psi 수준의 과도한 체결력이 가해졌을 경우 복원량이 0.04로 되어 복원 성능이 파괴됨을 확인할 수 있었다.

본 발명에서 제시된 스프링이 삽입된 제품의 경우 0.8t 선재에서 복원 성능이 높음을 확인할 수 있었으며, 특히 1.0t 선재의 스프링으로 제작 시 가장 높은 복원 성능을 발휘할 수 있음을 확인하였다.

한편, 메탈 오링이 삽입된 제품인 실험예 3 의 경우 스프링 타입에 비해서는 압축량은 적게되어 내적지지력은 높은 편이나, 복원성능은 스프링 타입에 부족한 것으로 나타났다.

따라서 본 발명의 메탈 가스켓은 필러재 권수 대비 와인딩재 권수비가 5배로 하며 스프링 1.0t 선재를 이용하여 압축/복원에서의 탄성을 극대화한 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 메탈 가스켓의 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 메탈 자켓
200: 스프링
300: 코어
320: 필러재
340: 와인딩재
400: 레이어

Claims (6)

1. 메탈 자켓 내부공간 양측에 스프링이 위치하고, 상기 스프링 사이를 따라 측방향으로 필러재와 와인딩재가 상호 교번되게 형성되어진 코어가 위치하며, 상기 와인딩재는 복수 개로 중첩되어 필러재 대비 와인딩재 비율을 높이되,
   상기 와인딩재는 3 내지 7회 권선되어 상기 필러재 권수 대비 상기 와인딩재 권수 비가 3배 내지 7배가 되는 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓.
2. 제1항에 있어서,
   상기 와인딩재는 금속재이며, 상기 필러재는 흑연, PTFE, 세라믹, 무기질 재질 중 하나인 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 와인딩재의 두께는 0.18 내지 0.20 mm 이며, 상기 필러재의 두께는 0.5 내지 1.0 mm 인 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓.
5. 제1항에 있어서,
   상기 필러재와 와인딩재는 중앙부분이 벤딩되어 단면 형상이 'V'자 타입인 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓.
6. 제1항에 있어서,
   상기 메탈 자켓에는,
   상면과 하면에는 레이어가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 메탈 가스켓.
   

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