KR102587562B1 - 기밀성이 강화된 센터링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클램프에 의해 결합하는 한 쌍의 배관플랜지 내부의 기밀을 용이하게 유지하되 이동물질의 성질이나 열에 대응하여 삽입링의 내구성을 향상시킬 수 있는 기밀성이 강화된 센터링 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 마주보되 클램프에 의해 고정되는 한 쌍의 배관플랜지 사이에 면접하도록 삽입되어 배관플랜지 내부 기밀을 차 유지하는 삽입링 및 상기 삽입링 내면과 서로 탈착 가능하게 결합하여 배관플랜지의 응력이나 내부를 이동하는 이동물질의 열에 대응하여 상기 삽입링의 변형을 방지시키는 변형방지링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기밀성이 강화된 센터링 구조{Centering structure with enhanced sealing property}

본 발명은 클램프에 의해 결합하는 한 쌍의 배관플랜지 내부의 기밀을 용이하게 유지하되 이동물질의 성질이나 열에 대응하여 삽입링의 내구성을 향상시킬 수 있는 기밀성이 강화된 센터링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체, 엘이디 및 엘씨디 중 적어도 하나를 제조할 수 있는 장치에는 다양한 유체가 적용되고, 이러한 다양한 유체의 유동을 위해 많은 배관들이 적용된다.

이러한 배관들은 복수 개가 클램프 등의 체결을 통해 소정의 길이를 갖도록 서로 연결된 형태로 적용되며, 배관 연결용 센터링은 이러한 배관들 사이를 밀폐시켜 주는 것을 말한다.

이러한 배관의 내부를 이동하는 이동물질은 통상적으로, 반도체 및 LCD 제조공정의 가스공급 설비를 통하여 공급되는 소위 "벌크 가스"라고 불리는 일반가스와, "프로세스 가스"라고 불리는 특수재료 가스 등이 있다.

예를 들면, 벌크 가스는 드라이 에어, 질소, 산소, 수소, 아르곤, 헬륨 등과 같이 비교적 대량으로 소비되는 일반 가스가 주종을 이루고 있으며, 프로세스 가스는 모노 실란, 포스핀, 삼불화질소, 암모니아 등과 같은 특수재료 가스가 주종을 이루고 있으며, 이러한 벌크 가스나 프로세스 가스는 고온의 형태로 배관 설비를 이동해야 하는 경우도 발생하게 된다.

특히, 프로세스 가스의 경우 미반응 가스와 부성(副成) 가스를 배출하게 되므로 유독성과 부식성 및 가연성 등이 매우 강하여 진공펌프 등과 같은 제해(除害)장치나 배기가스 처리장치(스크러버; scrubber)를 통해 무해화(無害化) 상태로 정화시켜 대기로 방출해야 한다.

따라서, 반도체 및 LCD 제조공정의 가스공급 설비는 프로세스 장치에까지 이르는 동안 가스의 고순도를 유지하면서 오염이나 누출을 방지할 수 있도록 충분한 청정도와 내식성 및 강도를 지닌 특수 배관 설비를 필요로 한다.

이러한 배관 설비는 품질, 안정성, 경제성 등을 고려하여 선정하게 되는데, 통상 배기가스의 독성과 부식성 등으로 인하여 내식성이 뛰어난 스테인리스 파이프가 주로 이용되고 있다.

그런데, 반도체 및 LCD 제조공정의 프로세스 배기가스에는 반응생성물이나 더스트 등의 미립자가 다량 함유되어 있어서 배기가스가 진공펌프 또는 배기가스 처리장치로 이동되는 과정에서 외부 온도 변화 등에 의해 빠르게 파우더화 되면서 배관의 내부에 침적되거나 고착된다.

한편, 배관은 2개의 것들이 결합되기 위하여 통상 클램프 등의 수단을 사용하는데, 본 발명과 같이 기밀성이 요구되는 배관 결합에서는 실링체를 사용하여 배관 사이의 공간을 밀폐시킨다.

그러나, 배관을 이동하는 가스가 갖는 성질이나 고온의 영향으로 인하여 장시간의 사용에 의한 실링체의 파손이 발생하게 되어 잦은 유지보수로 인한 고정시간이 연장되는 불편함이 존재하게 되며, 그 파손에 의한 한 순간의 누출로 인하여 작업자의 안전사고까지 유발하는 문제점이 발생하게 된다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 배관을 이동하는 이동물질의 성질이나 온도에 상관 없이 장시간에 걸쳐 사용가능하며, 하나의 실링체를 통해 다중으로 기밀을 유지하여 밀폐성능을 향상시킬 수 있는 실링체를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일실시예에 의한 기밀성이 강화된 센터링 구조는 한 쌍의 배관플랜지 사이에 삽입되고, 배관플랜지에 형성된 삽입홈에 대응하는 형상을 외측 상부 및 하부에 각각 구비하되, 상기 삽입홈의 경계와 접촉되는 경사진 제1테이퍼부를 포함하는 삽입링; 및 상기 삽입링의 내측에 결합되는 변형방지링;을 포함하고, 상기 삽입링은 전체적인 형태가 유지되면서 접촉부위의 기밀이 향상될 정도의 연성을 지닌 재질을 포함하고, 상기 변형방지링은 상기 삽입링에 비해 견고한 금속재질을 포함하여 상기 연성에 대한 저항력을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 삽입링 외측에서 결합하는 오링;을 더 포함하고, 상기 삽입링은 외측에 끼움홈이 형성되어, 상기 오링이 결합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 삽입링은 내측에 상기 변형방지링의 형상에 대응하여 형성된 결합홈;을 포함하고, 상기 변형방지부는 상기 결합홈에 삽입되어 결합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 삽입링은 내측에 상기 변형방지링의 형상에 대응하여 형성된 결합홈;을 포함하고, 상기 변형방지링은 상기 제1테이퍼부의 변형에 대응하도록 경사지게 형성된 응력저항면;을 포함하고, 상기 결합홈은 상기 응력저항면에 대응하는 경사면으로 형성된 제2테이퍼부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 응력저항면의 경사각과 상기 제2테이퍼부의 경사각은 각각 임의의 가상선을 기준으로 10°내지 35°일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 삽입링 내면 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부분에는 상기 변형방지링이 안착 지지되는 턱부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 이동물질의 상태나 고온에 의한 작용은 물론, 클램프의 체결에 의한 한 쌍의 배관플랜지를 통해 삽입링에 가해지는 응력에 대응하여 변형방지링에 의해 내구성이 장시간에 걸쳐 유지되는 효과를 갖게 된다.

또한, 종래와는 차별적으로 한 쌍의 배관플랜지 가압에 의한 삽입링, 오링 및 제1테이퍼부의 형상변화를 통해 다중으로 해당 배관플랜지 내부의 기밀이 유지될 수 있는 효과를 구현하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 기밀성이 강화된 센터링 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 대한 사용상태도.
도 3은 본 발명에 따른 기밀성이 강화된 센터링 구조에 대한 삽입링의 다른 실시예.
도 4는 도 3에 대한 사용상태도.
도 5는 도 3에 대한 또 다른 실시예.
도 6은 본 발명에 따른 기밀성이 강화된 센터링 구조에 대한 변형방지링을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 기밀성이 강화된 센터링 구조에 대한 턱부의 다른 실시예.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기밀성이 강화된 센터링 구조(이하, 간략하게 '실링체'라 한다)에 대하여 상세히 설명한다. 설명에 앞서, 하기에 설명되는 외부에 체결되는 클램프(20)의 가압에 의해 서로 결합하는 한 쌍의 배관플랜지(10)는 디스플레이 등과 같은 반도체 제조 공정에 사용되는 길이방향으로 중공부가 형성된 파이프(PIPE)를 의미하며, 각각의 해당 배관플랜지(10)는 서로 면접하는 부분에 본 발명에 따른 실링체(1)가 삽입되는 삽입홈(11)이 형성된 것을 일 예로 하여 설명하고자 한다.

먼저, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실링체(1)는 크게 삽입링(100) 및 변형방지링(200)을 포함하는 구성으로 이루어지며, 이러한 구성의 유기적 결합을 통해 한 쌍의 배관플랜지(10)에 상기 실링체(1)가 구비된 상태에서 클램프(20)의 결합을 통해 해당 배관플랜지(10)가 가압되는 외력이 작용하면 상기 삽입링(100)과 오링(150)에 의한 다중 기밀 유지가 가능하며, 서로 연결된 배관플랜지(10) 내부에 고온의 열이나 고유의 성질을 갖는 이동물질이 이동하는 과정에서도 상기 변형방지링(200)의 존재로 인하여 상기 삽입링(100)의 형상 변형을 최소화하여 상기 삽입링(100)의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.

이를 기반으로 본 발명에 따른 실링체(1)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 상기 삽입링(100)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 열에 의한 내구성을 갖는 테프론과 같은 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)을 포함할 수 있다. 이러한 재질로 형성된 삽입링은 전체적인 형태가 유지될 정도의 강성을 지니되 접촉부위의 형상은 소폭 변형되어 접촉부위와 밀접 접촉하게 됨으로써 접촉부위의 기밀이 향상될 정도의 연성을 지닌 재질을 의미할 수 있다.

삽입링(100)은 전체적으로 내부에 중공부를 갖는 링(RING)의 형상을 갖도록 형성되며, 결합홈(120) 및 제1테이퍼부(130)를 포함한다.

예컨대 삽입링(100)의 재료 선택 이유는 한 쌍의 배관플랜지(10)가 상기 삽입링(100)을 가압시에 그 가압면과 면접하는 상기 삽입링(100)의 접촉면이 해당 가압면과 대응하는 형상을 갖도록 형상 변화가 가능하여 한 쌍의 배관플랜지(10) 내부의 기밀 유지가 용이하게 하며, 가압이 해지된 이후에는 원상태로 복원이 될 수 있도록 하기 위함이다.

결합홈(120)은 도시한 바와 같이, 삽입링(100) 내면에 변형방지링(200)이 탈착 가능하게 삽입될 수 있도록 띠 형태를 갖도록 성형된다.

이때, 결합홈(120) 하부에는 삽입링(100) 내면에서 연장된 턱부(121)가 형성될 수 있으며, 상기 턱부(121)는 상기 결합홈(120) 내부에 삽입된 변형방지링(200)의 하면과 면접하여 상기 변형방지링(200)이 안정적으로 상기 결합홈(120) 내에 안착 지지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 턱부(121)는 도시한 바와 같이, 결합홈(120) 하부는 물론, 상부에도 형성되어 변형방지링(200)이 안정적으로 안착 지지된 상태에서 클램프(20)의 체결에 의해 한 쌍의 배관플랜지(10)의 외력이 삽입링(100)에 가해지면 여러 방향에서 상기 결합홈(120) 내측으로 가압 작용하는 배관플랜지(10)의 응력에 의한 이탈 방지 효과를 더욱 극대화할 수 있도록 한다.(도 3 참조)

나아가, 턱부(121)는 도시한 바와 같이, 결합홈(120) 내측으로 삽입된 변형방지링(200)의 유동 및 이탈 등을 방지하기 위한 보조돌기부(122)가 더 형성될 수 있다.(도 7 참조)

한편, 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 결합홈(120) 내면에는 변형방지링(200) 외면에 소정의 경사각을 갖도록 사선의 형태로 형성된 응력저항면(210)과 대응하는 각도와 면접을 갖는 제2테이퍼부(140)가 더 형성될 수 있으며, 상기 제2테이퍼부(140)의 경사각(a1)과 상기 응력저항면(210)의 경사각(a2)은 임의의 가상선(L)을 기준으로 10°내지 35°의 경사각을 갖도록 형성될 수 있다.

여기서, 제2테이퍼부(140)와 응력저항면(210)의 경사각에 대한 수치값은 본 발명에 따른 실링체(1)가 사용되는 배관플랜지(10)의 용도 즉, 복수로 연결되어 클램프(20)에 의해 서로 체결된 해당 배관플랜지(10) 내부를 이동하는 기체나 액체 상태의 이동물질에 대응하여 변경 가능하며 이에 대한 상세한 설명은 후술하는 변형방지링(200)에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.

또한, 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1테이퍼부(130)는 삽입링(100) 외면 상부와 하부에 띠 형상(원의 일부 윤곽의 형상일 수도 있다)으로 서로 대칭되게 소정의 경사각을 갖도록 성형되되 상기 삽입링(100)이 한 쌍의 배관플랜지(10)에 각각 형성된 삽입홈(11) 내면과 면접할 수 있게 삽입된 상태에서 클램프(20) 체결에 의한 외력이 발생시에 직각으로 형성된 상기 삽입홈(11) 단부와 대응하는 형상을 갖도록 변형되어 배관플랜지(10) 내부의 기밀이 유지될 수 있도록 한다.

한편, 제1테이퍼부(130)는 그 전부가 반드시 삽입홈(11) 단부와 대응하는 형상으로 변형될 필요는 없으며 적어도 그 일부가 삽입홈(11)의 단부와 대응하는 형상으로 변형될 수 있으면 족하다. 여기서 삽입홈(11)의 단부란 플랜지에 상부면과 삽입홈의 경계를 의미할 수 있다. 즉, 제1테이퍼부(130)는 경사지게 형성되어 삽입홈(11)의 경계와 접촉될 수 있다.

한편, 본 발명에서의 삽입링(100)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 오링(150)을 더 포함할 수 있으며, 상기 오링(150)의 포함을 통해 하나의 실링체(1)로 배관플랜지(10) 내에서 다중으로 기밀을 유지할 수 있는 장점을 갖게 된다.

이를 위해, 오링(150)은 고무 등과 같은 배관플랜지(10)의 가압에 의해 형상의 변화와 복원이 가능한 탄성재질을 이용하여 링(RING)의 형상을 갖도록 성형되며, 도시한 바와 같이, 삽입링(100) 외면을 감싸도록 결합하여 사용된다.

이때, 삽입링(100) 외면에는 오링(150)이 면접 가능하게 삽입되는 끼움홈(110)이 띠 형상을 갖도록 성형되어 상기 끼움홈(110)에 삽입된 상기 오링(150)의 유동이 방지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 오링(150)이 포함된 삽입링(100)은 도시한 바와 같이, 한 쌍의 배관플랜지(10)의 외력이 발생시에 해당 배관플랜지(10) 사이의 간극(S)에 배치되는 상기 삽입링(100)의 형상 변화에 의해 1차(Z1)로 내부의 기밀이 유지되되 해당 간극(S)에 함께 배치되는 오링(150)의 형상 변화로 인하여 2차(Z2) 기밀이 유지되며, 삽입홈(11) 단부에 의해 형상 변화가 이루어지는 제1테이퍼부(130)에 의해 3차(Z3) 기밀이 유지될 수 있는 효과를 구현하게 된다.

나아가, 오링(150)을 포함하는 삽입링(100)은 도 5에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 배관플랜지(10) 사이에 배치시에 상기 오링(150)의 위치가 항시 고정되게 해당 배관플랜지(10)에 의해 가압될 수 있도록 상기 오링(150) 외면이 안착할 수 있게 내면에 띠 형태의 돌출부가 형성된 외측금속링(160)을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 변형방지링(200)은 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 배관플랜지(10)의 응력이나 내부를 이동하는 이동체의 열에 대응하여 삽입링(100)의 변형이 방지될 수 있도록 상기 삽입링(100)을 지지하기 위한 구성으로 응력저항면(210)을 포함한다.

예컨대 변형방지링(200)은 하드(HARD)하되 열에 의한 내구성을 갖는 금속재질을 이용하여 전체적으로 상술한 결합홈(120)에 형상 맞춤으로 결합할 수 있는 링(RING)의 형상으로 이루어지며, 상기 결합홈(120) 내부로 삽입된 상기 변형방지링(200)은 삽입링(100) 내면 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 형성된 턱부(121)에 지지되어 상기 삽입링(100) 내에서의 외부 이탈이 방지될 수 있도록 한다.

응력저항면(210)은 변형방지링(200) 상면과 하면에 전체적으로 띠 형상을 갖도록 소정의 경사각을 갖는 평탄면이 형성되게 성형되어 결합홈(120) 내면에 형성된 제2테이퍼부(140)와 서로 면접할 수 있게 형성된다.

하여, 도시한 바와 같이, 클램프(20)의 체결에 의해 한 쌍의 배관플랜지(10)의 가압에 의한 삽입링(100)의 뒤툴림 등을 유발하는 응력이 다방향으로 발생하게 되면 해당 응력은 응력저항면(210)의 작용면적에 의해 전달되어 변형방지링(200) 자체를 통해 응력에 저항하게 함으로써, 상기 삽입링(100)의 내구성이 유지될 수 있도록 하는 것이다.(도 2 및 도 4 참조)

이때, 응력저항면(210)의 경사각은 변형방지링(200)의 단면 두께(T) 폭에 따라 서로 다른 경사각도를 갖도록 성형될 수 있으며, 해당 두께는 본 발명에 따른 실링체(1)가 설치되는 한 쌍의 배관플랜지(10) 내부를 이동하는 온도를 갖는 이동물질 또는 삽입링(100)에 가해지는 응력의 크기에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

일 예로, 클램프에 의해 배관플랜지(10)가 서로 연결된 소정길이의 배관 내부를 이동하는 이동물질이 갖는 온도가 높은 경우, 배관 내부의 경고한 기밀 상태를 유지하기 위해 삽입링(100)에는 상당한 응력이 가해지게 되며, 이어한 고온의 이동물질과 응력에 대응하여 변형방지링(200)의 단면 두께는 차이가 발생할 수 있다.

즉, 변형방지링(200)의 두께(T)가 두꺼울수록 응력저항면(210)의 경사면은 임의의 기준선(L)을 기준으로 경사도(a2)를 크게 형성하여 응력에 대한 작용면적을 최대화하며, 해당 두께(T)가 좁으면 해당 경사도(a2)를 작게 하여 이동물질의 온도나 삽입링(100)에 가해지는 응력에 대응하여 그 경사도(a2)를 선택적으로 적용하여 사용하게 되는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실링체(1)는 종래와는 차별적으로 이동물질의 상태나 고온에 의한 작용은 물론, 클램프(20)의 체결에 의한 한 쌍의 배관플랜지(10)를 통해 삽입링(100)에 가해지는 응력에 대응하여 변형방지링(200)에 의해 내구성이 장시간에 걸쳐 유지되는 효과를 갖게 된다.

또한, 종래와는 차별적으로 한 쌍의 배관플랜지(10) 가압에 의한 삽입링(100), 오링(150) 및 제1테이퍼부(130)의 형상변화를 통해 다중으로 해당 배관플랜지(10) 내부의 기밀이 유지될 수 있는 효과를 구현하게 된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

1: 기밀성이 강화된 센터링 구조
100: 삽입링
110: 끼움홈 120: 결합홈
121: 턱부 130: 제1테이퍼부
140: 제2테이퍼부 150: 오링
160: 외측금속링
200: 변형방지링
210: 응력저항면
10: 배관플랜지 11: 삽입홈
20: 클램프

Claims (6)

1. 한 쌍의 배관플랜지 사이에 삽입되고, 배관플랜지에 형성된 삽입홈에 대응하는 형상을 외측 상부 및 하부에 각각 구비하되, 상기 삽입홈의 경계와 접촉되는 경사진 제1테이퍼부를 포함하는 삽입링; 및
   상기 삽입링의 내측에 결합되는 변형방지링;을 포함하고,
   상기 삽입링은 형태가 유지되되 배관플랜지와 접촉하는 접촉부위의 형상은 소폭으로 변형되어 밀접 접촉하여 기밀이 향상될 수 있는 연성의 재질을 사용하고,
   상기 변형방지링은 상기 삽입링에 비해 견고한 금속재질을 포함하여 상기 연성에 대한 저항력을 제공하되,
   상기 삽입링은 내측에 상기 변형방지링의 형상에 대응하여 형성된 결합홈을 포함하고, 상기 변형방지링은 상기 결합홈에 삽입되어 결합되며,
   상기 삽입링 내면 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부분에는 상기 변형방지링이 안착 지지되는 턱부를 더 포함하되, 상기 턱부에는 상기 결합홈 내측으로 삽입된 상기 변형방지링의 유동과 이탈을 방지하기 위한 보조돌기부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 기밀성이 강화된 센터링 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 삽입링 외측에서 결합하는 오링;을 더 포함하고,
   상기 삽입링은 외측에 끼움홈이 형성되어, 상기 오링이 결합되는 것을 특징으로 하는 기밀성이 강화된 센터링 구조.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 삽입링은 내측에 상기 변형방지링의 형상에 대응하여 형성된 결합홈;을 포함하고,
   상기 변형방지링은 상기 제1테이퍼부의 변형에 대응하도록 경사지게 형성된 응력저항면;을 포함하고,
   상기 결합홈은 상기 응력저항면에 대응하는 경사면으로 형성된 제2테이퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기밀성이 강화된 센터링 구조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 응력저항면의 경사각과 상기 제2테이퍼부의 경사각은 10°내지 35°인 것을 특징으로 하는 기밀성이 강화된 센터링 구조.
   
6. 삭제