KR102263176B1 - 하이퍼링이 구비된 유니 플렉스 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니 플렉스 튜브를 개시한다. 구체적으로 산과 골이 반복적으로 형성된 주름관과, 스테인레스 강선을 격자 형태로 엮어서 형성되고 상기 주름관의 외주를 둘러싸서 보호하는 편조망과, 상기 주름관과 편조망의 양단부에 끼워져 결합되어 배관을 연결하시키는 캡을 포함하여 이루어지는 유니 플렉스 튜브에 있어서, 상기 주름관의 골에는 각각 외측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상의 단면을 이루고 상기 주름관의 외주를 둘러싸는 하이퍼링이 삽입되고, 상기 주름관의 골 사이의 간격이 최소화되도록 상기 주름관은 길이방향으로 압축된 상태로 상기 편조망과 함께 상기 캡에 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

하이퍼링이 구비된 유니 플렉스 튜브{Uni-flex tube equipped with hyper-ring}

본 발명은 유니 플렉스 튜브에 관한 것으로, 상세하게는 필요한 방향으로 인장, 압축, 비틀림 또는 벤딩이 가능하도록 플렉시블한 성질을 가지는 유니 플렉스 튜브에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 튜브는 선박, 자동차, 해양 플랜트, 공장 등과 같은 장소에 윤활제 관로, 파워 스티어링, 공조화 튜브, 계량기 관로 등과 같이 오일(oil) 및 가스(gas)를 공급하기 위한 용도로 사용되는 튜브용 파이프를 장방향으로 연결하기 위해 사용되는 수단이다.

산업용 튜브는 보통 긴 거리에 걸쳐 배열되므로 자유롭게 구부릴 수 있도록 플렉시블 튜브(flexible tube)를 사용한다.

플렉시블 튜브를 사용하는 이유는 외부조건과 수송유체의 온도변화, 압력, 유체의 종류에 따라 배관라인에 가해지는 과중한 응력을 흡수하여 배관시스템을 보호하기 위한 것이다.

이를 위해 배관라인의 적절한 요소에 신축 및 진동에 대비하여 신축관이음을 배관할 필요가 있으며, 이 역할을 위해서 메탈 벨로우즈(metal bellows)식 플렉시블 튜브가 주로 사용된다.

이러한 플렉시블 튜브는 일정한 압력을 견디기 위해 금속 박판 소재를 제관(piping) 후 성형(forming)함으로써 파형관 또는 주름관 구조로 제작되는 데, 액압 성형(hydraulic forming), 롤 성형(roll forming), 프레스 성형(press forming) 등이 있다.

종래 이러한 산업용 튜브의 구조와 구성에 대해 다수의 개발이 이루어져 왔는데, 주름관을 가지는 플렉시블 튜브와 관련하여 선행기술을 살펴보면,

대한민국 등록실용신안 제20-0247988호(2001.9.12.)에는 "파형부를 가진 플렉시블 관에 관한 것으로서, 상기 파형부의 내측 산에는 스테인레스 강선을 망형태로 엮어 이룬 편조망이 접촉하여 융착된 것을 특징으로 하는 플렉시블 관"이 개시되어 있다.

그리고 대한민국 등록실용신안 20-0357229(2004.7.14.)에는 "내측부에 유체(LPG, 산소, 질소, 알곤 등)를 이송하는 기능을 가진 벨로우즈 형(Bellow Type) 유니 플렉스 튜브(Flexible Hose)와 유체의 흐름으로 발생되는 길이 방향의 추력으로 신장되는 것을 방지하며 충격으로부터 상기 벨로우즈 형 플렉시블 튜브를 보호하는 브레이드로 구성되며 양측으로 브레이드 밴드와 함께 연결부 및 접속구가 결합 구성된 가스 이송용 튜브에 있어서, 상기 가스 이송용 튜브의 외측부에 플렉시블하고 절곡 시 소정의 각도 이상으로 절곡되지 않도록 하여 외부의 충격으로부터 상기 가스 이송용 튜브를 보호하는 주름형 보호관을 양측 결합구에 의해 공간부를 형성하면서 이중으로 용접 결합된 가스용 플렉시블 튜브"가 개시되어 있다.

상술한 종래 플렉시블 튜브의 경우 아래와 같은 문제가 있다.

도 1은 종래 플렉시블 튜브의 구조를 나타내는 단면이다.

대부분의 플렉시블 튜브는 산(110)과 골(120)이 반복적으로 형성된 단면이 파형을 이루는 주름관(100)과, 주름관(100)의 외주면을 둘러싸 보호하고 스테인레스 강선으로 직조한 편조망(200) 및 주름관(100)과 편조망(200)의 단부를 고정하고 플랜지나 너트, 캠록과 같은 다른 구성과 연결하는 캡(300)을 포함하여 구성될 수 있다.

그런데 일반적으로 주름관의 산과 골은 'U'자형을 이루는데, 이러한 형상의 주름은 인장이나 압축 등 축방향으로 신축하는 경우에 사용하므로 주로 저압 유체나 직선 고정배관 등에만 사용하게 된다.

그래서 만일 고속으로 유체가 흐를 때 산(110)의 내부 공간(s)에 캐비테이션(cavitation, 공동) 현상이 발생하여 기포가 생긴다.

그리고 관내의 유속이 급변하여 충격을 주는 압력파의 작용인 워터해머(water hammer, 수격) 현상이 발생하기도 한다.

또 송출유량이 주기적으로 변동하면 튜브가 진동하게 되는 서징(surging) 현상도 발생한다.

이러한 캐비테이션, 워터해머, 서징 등은 튜브에 진동이나 소음 및 충격을 발생시키므로 수명을 현저하게 단축시키고 내구성이 저하되는 원인이 된다.

뿐만 아니라, 벤딩이나 비틀림이 많이 작용하는 경우에는 주름관(100), 편조망(200), 캡(300)을 용접하여 하나로 결합시킨 용접부(A)에 피로 균열이 발생하여 주름관, 편조망, 캡이 서로 분리되는 문제가 발생한다. 이것은 유체가 누설될 수 있는 위험이 발생한다.

대한민국 등록실용신안 제20-0247988호(2001.9.12.) "플렉시블 관" 대한민국 등록실용신안 제20-0357229호(2004.7.14.) "가스용 플렉시블 호스" 대한민국 등록특허 제10-1295220호(2013.8.5.) "가스용 금속주름관 호스 제조방법 및 그 금속주름관 호스" 대한민국 공개특허 10-2010-0028519(2010.3.12.) "금속 주름관 연결부위의 실링장치"

이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단면이 사다리꼴 형상의 하이퍼링을 주름관의 골에 삽입함으로써 튜브의 인장, 압축, 비틀림 또는 벤딩응력을 흡수하고, 캐비테이션, 서징, 워터햄머와 같이 수명을 단축시키는 원인을 최소화하여 내구성을 증대시킨 하이퍼링이 구비된 유니 플렉스 튜브를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유니 플렉스 튜브는, 산과 골이 반복적으로 형성된 주름관과, 스테인레스 강선을 격자 형태로 엮어서 형성되고 상기 주름관의 외주를 둘러싸서 보호하는 편조망과, 상기 주름관과 편조망의 양단부에 끼워져 결합되어 배관을 연결하시키는 캡을 포함하여 이루어지는 유니 플렉스 튜브에 있어서, 상기 주름관의 골에는 각각 외측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상의 단면을 이루고 상기 주름관의 외주를 둘러싸는 하이퍼링이 삽입되고, 상기 주름관의 골 사이의 간격이 최소화되도록 상기 주름관은 길이방향으로 압축된 상태로 상기 편조망과 함께 상기 캡에 결합될 수 있다.

이때, 상기 주름관을 직선으로 연결할 경우 상기 하이퍼링은 상대적으로 큰 경도를 가지는 재질로 이루어질 수도 있고, 상기 주름관을 벤딩시켜 연결할 경우 상기 하이퍼링은 상대적으로 작은 경도를 가지는 재질로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 캡의 내부에 위치하는 주름관의 골에 삽입되는 제1하이퍼링의 경도는 상기 캡의 외부에 위치하는 주름관의 골에 삽입되는 제2하이퍼링의 경도보다 상대적으로 큰 재질로 이루어질 수 있다.

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이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유체가 통과시 하이퍼링이 쿠션역할을 하므로 인장, 압축, 비틀림 또는 벤딩시 각 방향의 모멘트 응력을 흡수하므로 금속의 피로도를 현저히 낮출 수 있다. 동시에 하이퍼링이 골조와 같은 보강재 기능을 하므로 내부압력을 견디며, 주름관의 각 산과 골의 수축과 팽창을 균일하게 유지하므로 고압 유체용으로 적절한 내구성을 가진다.

둘째, 하이퍼링을 끼우고 길이방향으로 압축시킨 상태에서 편조망과 결합되기 때문에 주름관의 내주면이 거의 매끈한 관과 같이 되므로 기존 튜브에서 발생하던 캐비테이션, 워터해머, 서징현상이 거의 발생하지 않아 진동이나 소음이 현저하게 줄어든다. 또 손실수두도 거의 없게 된다. 따라서, 수명이 크게 향상된다.

셋째, 용도에 따라 경도가 다른 제1하이퍼링과 제2하이퍼링을 선태적으로 사용하거나 혼합하여 사용함으로써 매우 효율적인 배관시스템을 구축할 수 있다.

넷째, 캡의 내부에 위치하는 주름관은 벤딩이 거의 발생하지 않게 되어 선단부, 편조망 및 주름관의 단부를 용접으로 결합한 용접부의 파손을 방지함으로써 튜브의 수명을 획기적으로 연장할 수 있다.

도 1은 종래 플렉시블 튜브의 구조를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 유니 플렉스 튜브의 구조를 나타내는 단면도
도 3은 도 2에 도시된 본 발명이 벤딩된 상태를 나타내는 단면도

이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 유니 플렉스 튜브의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명이 벤딩된 상태를 나타내는 단면도이다.

도시된 바를 참조하면, 본 발명은 주름관(100), 편조망(200), 캡(300) 및 하이퍼링(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 주름관(100)은 관형상으로 이루어지고, 외주면에 산(110)과 골(120)이 반복적이고 교대로 형성된다.

상기 주름관(100)은 파형관이라고도 하는데, 도시된 바와 같은 구조를 가지므로 튜브의 배열 및 각도 조정이 용이하다. 즉, 가요성(flexibility)이 뛰어나다.

상기 주름관(100)은 높은 압력 및 온도 등에도 견딜 수 있도록 내압성, 내열성 및 내식성이 우수한 금속, 특히 스테인레스 스틸 재질을 사용할 수 있다.

다음으로 편조망(200)은 상기 주름관(100)의 외주를 둘러싸도록 형성되는 것이다.

상기 편조망(200)은 스테인레스 강선을 격자 형태로 직조한 형상으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 편조망(200)은 관 형상으로 이루어져 상기 주름관(100)의 외주면에 밀착되도록 둘러싸되, 상기 주름관(100)의 산(110)에 용착되어 결합될 수 있다.

그리고 상기 편조망(200)은 튜브의 팽창 내압을 증가시키고, 상기 주름관(100)이 휘거나 구부러질 때 상기 주름관(100) 전체를 지탱하는 동시에, 길이방향으로 신장되어 가요성을 향상시킨다.

또 외부의 충격으로부터 상기 주름관(100)을 보호하여 유니 플렉스 튜브의 내구성을 향상시킨다.

다음으로 캡(300)은 너트(nut)나 캠록(camlock) 또는 배관(pipe)과 같은 다른 구성들과 연결하기 위한 것으로서, 상기 주름관(100)과 편조망(200)의 단부에 구비된다.

상기 캡(300)은 금속 재질로 이루어지고 원형관 형상일 수 있다.

그리고 도 1에 도시된 바와 같이 상기 캡(300)의 선단부는 상기 주름관(100)과 편조망(200)의 단부과 용접에 의해 상호 결합된다. 즉, 상기 주름관(100), 편조망(200) 및 캡(300)의 단부가 일체화된다.

다음으로 본 발명의 핵심적 기술구성인 하이퍼링에 대해 설명한다.

상기 하이퍼링(400)은 원형링 형상으로 이루어지고 도시된 바와 같이 단면이 사다리꼴 형상일 수 있다.

구체적으로 내측의 폭이 외측의 폭보다 길게 형성되어 외측으로 갈수록 폭이 좁아지는 단면의 형상을 이룬다.

이러한 상기 하이퍼링(400)은 상기 주름관의 외주에 형성된 골(120)에 삽입되어 상기 주름관(100)을 둘러싸도록 결합된다.

상기 골에 상기 하이퍼링(400)을 삽입하면 상기 골은 'U' 형상에서 상기 하이퍼링(400)의 단면과 유사한 사다리꼴 형상의 단면으로 변형될 수 있다.

그리고 상기 골(120) 사이의 간격이 최대한 좁혀질 수 있도록 상기 주름관(100)을 설치할 때 길이방향으로 최대한 압축시킨 상태로 상기 캡(300)과 결합시킨다.

이때, 상기 편조망(200)의 길이도 압축된 상기 주름관(100)의 길이와 동일하게 구비되고 상기 주름관(100)과 함께 상기 캡(300)에 결합된다. 이때, 상기 편조망(200)은 거의 신축되지 않으므로 상기 주름관(100)은 압축된 상태를 유지한다.

상기 주름관(100)이 압축된 상태로 유지되면, 상기 골(120) 사이의 간격이 최소화되므로 종래 튜브의 내부로 유체가 흐를 때 발생하는 캐비테이션, 서징, 워터해머와 같은 현상이 거의 발생하지 않으므로 진동이나 소음이 거의 없어진다.

왜냐하면, 도시된 바와 같이 상기 주름관(100)의 골(120)들이 서로 인접하게 위치하므로 상기 산들의 내부공간(S)이 거의 밀폐되기 때문에, 상기 주름관(100)의 내주면은 거의 일반적인 배관과 동일하게 매끈한 상태가 되어 유체의 흐름을 방해하지 않게 된다. 즉, 층류의 흐름이 보장된다.

또 상기 주름관(100)에 삽입, 설치된 상기 하이퍼링(400)은 튜브의 골조와 같은 기능을 할 수 있으므로 내부압력에 대한 보강 기능을 제공할 뿐 아니라 상기 주름관(100)의 수축과 팽창을 균일하게 하여 내구성을 유지하고 고압에 적절한 기능을 수행할 수 있다.

한편, 상기 하이퍼링(400)은 합성수지, 고무, 파라핀, 테프론 등 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 하이퍼링(400)은 용도에 따라 경도가 다른 것을 사용할 수 있다.

예를 들어, 상기 주름관(100)을 직선으로 연결할 경우, 다시 말해서, 직관 두개를 일렬로 연결할 경우 상기 주름관(100)은 굽히거나 절곡할 필요는 없다.

이 경우 상기 하이퍼링(400)은 상대적으로 경도가 큰 재질을 사용함으로써 고속, 고압의 유체로 인해 길이방향으로의 인장이나 압축 또는 비틀림에 대한 모멘트를 완충함으로써 수명을 연장시킬 수 있다. 또 경도가 일정하기 때문에 상기 주름관(100)은 벤딩으로 인한 금속의 피로가 거의 일어나지 않는다. 구체적으로 합성수지로 이루어진 하이퍼링(400)을 사용할 수 있다.

다른 예로서, 도 3과 같이, 상기 주름관(100)을 벤딩시켜 연결할 경우, 다시 말해서, 배관 두개가 일정한 각도를 가지도록 연결할 경우 상기 주름관(100)은 벤딩되거나 절곡된다.

이 경우 상기 하이퍼링(400)은 상대적으로 경도가 작은 재질을 사용함으로써 상기 주름관(100)의 벤딩이 용이하게 할 수 있다. 구체적으로, 고무나 파라핀 재질의 하이퍼링을 사용할 수 있다.

다른 실시 예로써, 상기 하이퍼링(400)은 재질이 다른 제1하이퍼링(410)과 제2하이퍼링(420)을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 제1하이퍼링(410)은 상기 캡(300)의 내부에 위치하는 주름관(100)의 골(120)에 삽입되고, 상기 제2하이퍼링(420)은 상기 캡(300)의 외부에 위치하는 주름관(100)의 골(120)에 삽입될 수 있다.

그리고 상기 제1하이퍼링(410)의 경도는 제2하이퍼링(420)의 경도보다 상대적으로 큰 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이것은 상기 캡(300)의 내부에 위치하는 주름관(100)의 골(120)은 벤딩되지 않기 때문에 상대적으로 큰 경도를 가지는 재질로 이루어지는 상기 제1하이퍼링(410)을 사용하고, 상기 캡(300)의 외부에 위치하는 주름관(100)의 골(120)은 인장, 압축, 비틀림, 벤딩이 발생할 수 있으므로 상대적으로 작은 경도를 가지는 재질로 이루어진 상기 제2하이퍼링(420)을 사용할 수 있는 것이다.

이때, 상기 제1하이퍼링(410)은 상기 용접부(A)에 가장 인접하는 1 ~ 2개의 골(120)에는 삽입되지 않고 나머지 부분만 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 용접부(A)에 인접하는 제1하이퍼링(410)의 경우 용접열에 의해 변형될 가능성이 높기 때문이다.

부가적으로 튜브를 인장, 압축, 비틀림 또는 벤딩시키더라도 상기 제1하이퍼링(410)에 의해 상기 캡(300) 내부에 위치하는 골(120)은 수축되지 않고 간격을 유지하므로 상기 캡(300)의 내부에 위치하는 주름관(100)은 벤딩으로 인한 금속의 피로가 거의 일어나지 않는다.

따라서, 상기 주름관(100) 및 편조망(200)의 단부와 상기 캡(300)의 선단부가 결합된 용접부(A)에 상기 주름관(100)의 벤딩으로 인한 벤딩응력이 전달되지 않으므로 오래 사용하더라도 상호 분리되지 않는 효과도 있다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 주름관
110 : 산 120 : 골
200 : 편조망
300 : 캡
400 : 하이퍼링
410 : 제1하이퍼링 420 : 제2하이퍼링
A : 용접부 N : 너트
S : 주름관 산의 내부공간

Claims (4)

1. 산과 골이 반복적으로 형성된 주름관과, 외측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상의 단면을 이루고 상기 주름관의 각각의 골에 삽입되어 상기 주름관의 외주를 둘러싸는 하이퍼링과, 스테인레스 강선을 격자 형태로 엮어서 형성되고 상기 주름관의 외주를 둘러싸서 보호하는 편조망 및 상기 주름관과 편조망의 양단부에 끼워져 결합되어 배관을 연결시키는 캡을 포함하여 이루어지며, 상기 주름관의 골 사이의 간격이 최소화되도록 상기 주름관은 길이방향으로 압축된 상태로 상기 편조망과 함께 상기 캡에 용접으로 결합되는 용접부가 형성된 유니 플렉스 튜브에 있어서,
   상기 하이퍼링은, 상기 캡의 내부에 위치하는 주름관의 골에 삽입되는 제1하이퍼링과, 상기 캡의 외부에 위치하는 주름관의 골에 삽입되는 제2하이퍼링으로 이루어지되, 상기 제1하이퍼링의 경도는 제2하이퍼링의 경도보다 상대적으로 크게 이루어지고,
   상기 용접부에 인접하는 1 ~ 2개의 주름관 골에는 상기 제1하이퍼링이 삽입되지 않는 것을 특징으로 하는 유니 플렉스 튜브.
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