KR102608986B1 - 이중관 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수도, 열교환기의 열매체 순환관로, 초저온 유체 이송관로 또는 수소설비 등에 사용되는 합성수지 소재의 이중관을 제조하는 이중관 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 외부관과 내부관이 놓여지는 거치홈이 형성되는 다이스와, 상기 다이스에 인접하게 배치되며, 일정 거리를 왕복이동 가능하게 설치되고, 단부에는 상기 센터링 부재가 탈착 가능하게 결합되는 클램프 및 상기 클램프에 결합되되, 상기 내부관의 내면에 접촉되는 몸체와, 상기 몸체의 일단에 돌출 형성되며 외경이 테이퍼진 형상으로 형성되는 확관부를 포함하는 플러그를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중관 제조 장치 및 방법{Apparatus and method for manufacturing a double tube}
본 발명은 이중관 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열교환기의 열매체 순환관로, 초저온 유체 이송관로 또는 수소설비 등에 사용되는 합성수지 소재의 이중관을 제조하는 이중관 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 히트 파이프는 대형 선박, 해양 플랜트, 중공업 분야, 우주항공 분야 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다.
종래의 2중 히트 파이프의 경우, 내부와 외부의 공간을 부여하는 용기(container)와 용기의 내부에서 작동유체가 이동할 수 있는 공간을 형성하는 윅(wick)으로 구성된다.
이러한 2중 히트 파이프는 열원으로부터 열을 흡수하여 작동유체가 기체 상태로 증발하는 과정에서 열이 증발부에서 응축부의 방향으로 이동하거나, 온도가 낮은 외부에 열을 빼앗기면서 기체 상태로 된 작동유체로 응축되는 과정에서 열교환이 이루어진다.
이러한 2중 히트 파이프는 상변화를 이용하고 외부의 에너지를 사용하지 않는 장점으로 인해 지속가능한 방열 또는 냉난방 장치로써, 최근, 건물의 제습 및 공조, 자동차, 항공, 전차를 포함한 수송 수단에서의 냉각장치, 태양열, 지열, 폐열 등을 이용한 냉난방 장치의 보조 수단으로서 히트 파이프에 대한 수요가 증가하는 추세이다.
종래의 2중 히트 파이프의 제조 방법은 공개번호 특1995-0028902호에서는, 금속관과 합성수지관이 결합된 이중관의 제조에 관한 것으로, 합성수지관상에서 롤포밍(roll forming) 방식으로 알루미늄판을 성형하여 피복하는 방안이 제시되어 있다.
한편, 종래의 기술은 합성수지 내부관의 외면에 금속판을 감싸도록 한 후 금속관의 이음부를 용접하여 이중관으로 제조하였다.
이러한 용접 과정에서 용접부위의 미세한 틈이 발생하게되고, 용접열이 넓은 범위로 분포됨에 따라 합성수지 내부관을 용융시키게 되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 이중관 제조는 다른 방식에 비해 저비용으로 긴 치수의 파이프를 제조할 수 있는 인발(drawing) 공정에 의한 이중관 제조 방법이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1858215호(2018.05.09.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인발 공정을 이용하여 외부관과 내부관을 합관하는 제조 방법으로, 인발 공정을 이용하여 이중관 제조 시 공정 간소화 및 용접에 의한 변형이 발생하지 않는 이중관 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 이중관 제조 장치는 외부관과 내부관이 놓여지는 거치홈이 형성되는 다이스와, 상기 다이스에 인접하게 배치되며, 일정 거리를 왕복이동 가능하게 설치되고, 단부에는 상기 센터링 부재가 탈착 가능하게 결합되는 클램프 및 상기 클램프에 결합되되, 상기 내부관의 내면에 접촉되는 몸체와, 상기 몸체의 일단에 돌출 형성되며 외경이 테이퍼진 형상으로 형성되는 확관부를 포함하는 플러그를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부관의 내면과 상기 내부관의 외면에 대향되도록 복수 개로 형성되되, 상기 클램프에 탈착 가능하게 결합되는 센터링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클램프는 본체와, 상기 본체의 일단에 결합되며 상기 센터링 부재에 체결되는 제1 체결부와, 플러그의 단부가 체결되는 제2 체결부와, 상기 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되는 이동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이스는 상기 플러그의 몸체가 왕복 이동 가능하도록 상기 거치홈의 중앙을 축으로 관통 형성되는 제1 통과공과, 상기 센터링 부재가 왕복 이동 가능하도록 상기 거치홈의 가장자리를 따라 관통 형성되는 제2 통과공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 이중관 제조 방법은 상대적으로 직경이 큰 외부관과, 상대적으로 직경이 작으며 길이가 상대적으로 큰 내부관과, 외부관과 내부관 사이에 배치되는 센터링 부재를 순서대로 배치하여 이중관 형태로 준비하는 준비 단계와, 상기 외부관, 내부관 및 센터링 부재를 상기 다이스의 거치홈에 고정시키는 고정 단계와, 테이퍼진 단부를 구비하는 플러그를 상기 내부관의 내부에 삽입하고, 상기 센터링 부재와 상기 플러그를 클램프에 체결하는 체결 단계 및 상기 클램프을 통해 상기 플러그 및 센터링 부재를 드로잉하여 내부관의 단부를 확관시키는 확관 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 체결 단계는 상기 외부관 및 내부관을 거치홈에 거치하는 거치 단계와, 상기 외부관 및 내부관 사이에 배치된 센터링 부재를 상기 클램프에 체결하는 제1 체결 단계와, 상기 내부관 사이로 플러그를 삽입하여 상기 클램프에 체결하는 제2 체결 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 합관을 위한 외부관과 내부관 사이에 센터링 부재를 일정한 간격으로 배치하여 내부관이 외부관의 중심에 배치되어 밸런스를 균일하게 유지할 수 있고, 테이퍼진 형상의 확관부를 통해 내부관의 일단에 밀착되면서 내부관의 외면이 외부관의 내면에 밀착되면서 합관시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 클램프는 센터링 부재가 체결되는 제1 체결부와, 플러그가 체결되는 제2 체결부를 통해 센터링 부재와 플러그를 체결하며, 클램프가 왕복 이동되면서 플러그와 센터링 부재가 동시에 드로잉되어 내부관과 외부관 사이에 센터링 부재가 인출되면서 플러그가 내부관의 단부를 가압하여 내부관이 외부관의 중심을 유지하면서 이중관으로 합관될 수 있는 효과를 제공한다.
게다가, 작업이 이루어지는 공간인 다이스에는 센터링 부재와 플러그가 각각 관통되는 제1 통과공 및 제2 통과공이 형성되어 센터링 부재와 플러그의 왕복 이동 시에 축을 이탈하지 않고 수평하게 이동되면서 합관 시 오차율을 현저히 낮출 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 장치에 센터링 부재를 포함한 상태를 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 3의 A-A'의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 A-A'의 단면도이다.
도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중관을 제조하는 장치는 다이스(100), 클램프(300) 및 플러그(400)를 포함한다.
먼저, 상기 다이스(100)는 외부관(11)과 내부관(12)이 거치되도록 거치홈(110)이 형성되며, 내부관(12)과 외부관(11)을 거치홈(110)에 고정시키고, 내부관(12)이 외부관(11)의 내부에 배치되며, 내부관(12) 내에 플러그(400)를 삽입한 후, 플러그(400)의 일단을 클램프(300)가 고정한 상태에서 플러그(400)를 드로잉하여 외부관(11)과 내부관(12)을 합관하도록 한다.
이때, 외부관(11)의 내면과 내부관(12)의 외면이 원주를 따라 동일한 간격으로 이격되도록 배치되며, 플러그(400)가 외부관(11) 또는 내부관(12)의 일단을 타격하여 내부관(12)이 외부관(11)과 합관되게 된다.
여기서, 외부관(11)과 내부관(12)이 동일한 원주를 유지하도록 본 발명의 이중관 제조 장치(1000)는 센터링 부재(200)가 구비할 수 있다.
상기 센터링 부재(200)에 대해서는 도 3 및 도 4를 참고하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 장치에 센터링 부재를 포함한 상태를 나타낸 개념도이고, 도 4는 도 3의 A-A'의 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중관 제조 장치(1000)는 다이스(100), 센터링 부재(200), 클램프(300) 및 플러그(400)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 이중관 제조 장치(1000)는 소성변형을 실시하기 위한 장치로, 외부관은 알루미늄 소재이며, 내부관은 스테인리스 소재로 봉 형상의 외부관 및 내부관을 서로 합관하여 이중관으로 제조하는 장치에 관한 것이다.
그리고 이중관을 형성시키기 위한 소재인 외부관(11)과 내부관(12)은 원통형 형상으로 형성되며, 내부관(12)의 길이는 외부관(11)의 길이보다 길게 형성된다.
먼저, 상기 다이스(100)는 합관 공정이 이루어지는 공간으로, 외부관(11)과 내부관(12)이 거치되는 거치홈(110)이 함몰 형성된다.
여기서, 상기 거치홈(110)은 상기 외부관(11)과 내부관(12)의 단부가 각각 후술할 클램프(300)의 드로잉(잡아 당기는) 공정에서 클램프(300)에 방향으로 이동되는 것을 제한하도록 형성된다.
그리고 상기 거치홈(110)의 내면은 상기 외부관(11)의 외주면의 외경의 크기보다 동일한 크기를 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 외부관(11)의 외면 일부와 접촉되도록 형성된다.
보다 상세하게는, 상기 다이스(100)에는 상기 플러그(400)의 몸체가 왕복 이동 가능하도록 상기 거치홈(110)의 중앙을 축으로 관통 형성되는 제1 통과공(111)과, 상기 센터링 부재(200)가 왕복 이동 가능하도록 상기 거치홈(110)의 가장자리를 따라 제2 통과공(112)이 관통 형성된다.
이때, 상기 제1 통과공(111)은 거치홈(110)의 중앙부에 상기 플러그(400)의 외경과 동일한 크기로 형성되어 플러그(400)가 왕복 이동 가능하게 형성된다.
그리고 상기 제2 통과공(112)은 상기 제1 통과공(111)의 지름보다 큰 지름을 가지며, 센터링 부재(200)가 왕복 이동되도록 관통 형성된다.
여기서, 상기 거치홈(110)은 상기 제1 통과공(111)과 제2 통과공(112)이 각각 형성되면서 제1 통과공(111)과 제2 통과공(112) 사이에는 내부관(12)의 단면이 접촉되는 링 형상의 격벽(미도시)이 형성된다.
이에 따라, 클램프(300)가 이동되는 경우, 상기 외부관(11) 및 내부관(12)은 거치홈(100)에 단면이 접촉된 상태로 유지되고, 센터링 부재(200)와 플러그(400)는 클램프(300)를 따라 이동되게 된다.
다음으로, 상기 센터링 부재(200)는 상기 외부관(11)의 내면과 상기 내부관(12)의 외면에 대향되도록 복수 개로 형성된다.
이때, 센터링 부재(200)는 와이어 재질일 수 있으며, 외부관(11)과 내부관(12) 사이의 간격을 유지할 수 있는 링 형상으로 형성될 수 있고, 이와 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일실시예에서는 와이어 재질로 제작되는 센터링 부재(200)를 도시하였으며, 와이어 재질로 제작된 상태로 설명하도록 한다.
상세하게는, 상기 센터링 부재(200)는 내부관(12)의 외주면에 서로 대향되게 각각 한 쌍으로 이루어지며, 복수 개의 쌍으로 이루어진다.
복수 개의 센터링 부재(200)는 서로 동일한 외경을 가지며, 외부관(11)의 내면과 내부관(12)의 외면에 배치되어 내부관(12)이 외부관(11)의 중앙에 배치된다.
이에 따라, 외부관(11)과 내부관(12)은 센터링 부재(200)의 폭의 크기만큼 이격된 상태를 유지하여 외부관(11)의 중앙에 내부관(12)이 배치되게 된다.
다음으로, 상기 클램프(300)는 상기 다이스(100)에 인접하게 배치되며, 일정 거리를 왕복이동 가능하게 설치되고, 단부에는 상기 센터링 부재(200)가 탈착 가능하게 결합된다.
보다 상세하게는, 상기 클램프(300)는 본체(310)와, 상기 본체(310)의 일단에 결합되며 상기 센터링 부재(200)에 체결되는 제1 체결부(320)와, 플러그(400)의 단부가 체결되는 제2 체결부(330)와 상기 본체(310)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 이동부(340)로 이루어진다.
여기서, 상기 본체(310)의 일단에는 제1 체결부(320)와 제2 체결부(330)가 형성되는데, 상기 제1 체결부(320)는 본체(310)의 단부에 링 형상으로 형성되며, 복수 개의 센터링 부재(200)가 나란히 결합된다.
그리고 상기 제2 체결부(330)는 플러그(400)의 단부가 삽입되어 결합되도록 홈 형상으로 형성되며, 제2 통과공(112)과 평행한 위치에 배치된다.
또한, 상기 이동부(340)는 본체(310)에 슬라이드 이동 가능하게 형성되며, 직선 왕복 이동되는 것으로, 제1 체결부(320)와 제2 체결부(330)가 왕복 이동되면서 센터링 부재(200)와 플러그(400)를 왕복 이동시키게 된다.
다음으로, 상기 플러그(400)는 상기 클램프(300)에 결합되되, 상기 내부관(12)의 내면에 접촉되는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)의 일단에 돌출 형성되며 외경이 테이퍼진 형상으로 형성되는 확관부(420)로 이루어진다.
여기서, 상기 몸체(410)는 원통형 형상으로 형성되며, 상기 외부관(11) 및 내부관(12)의 길이보다 길게 형성된다.
그리고 상기 몸체(410)의 외경은 상기 내부관(12)의 내경과 동일하거나 작게 형성되며 내부관(12)의 내부를 왕복 이동하게 된다.
또한, 상기 확관부(420)는 몸체(410)의 단부에 결합되며, 테이퍼진 형상으로 형성되고, 끝단은 상기 외부관(11)의 외경보다 크게 형성된다.
이에 따라, 클램프(300)가 왕복이동 되면서 드로잉 하여 상기 외부관(11)의 길이보다 길게 형성되는 내부관(12)의 단부를 확관부(420)가 접촉되면서 내부관(12)의 외면이 외부관(11)의 단부에 접촉되면서 확관시키게 된다.
다음으로, 본 발명의 이중관 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이중관 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중관 제조 방법은 준비 단계(S100), 고정 단계(S200), 체결 단계(S300) 및 확관 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 상대적으로 직경이 큰 외부관(11)과, 상대적으로 직경이 작으며 길이가 상대적으로 큰 내부관(12)과, 외부관(11)과 내부관(12) 사이에 배치되는 센터링 부재(200)를 순서대로 배치하여 이중관 형태로 준비한다.(S100)
그리고 상기 외부관(11), 내부관(12) 및 센터링 부재(200)를 상기 다이스(100)의 거치홈(110)에 고정시킨다.(S200)
이후, 테이퍼진 단부를 구비하는 플러그(400)를 상기 내부관(12)의 내부에 삽입하고, 상기 센터링 부재(200)와 상기 플러그(400)를 클램프(300)에 체결한다.(S300)
여기서, 체결 단계(S300)는 거치 단계(S310), 제1 체결 단계(S320) 및 제2 체결 단계(S330)으로 구분될 수 있다.
상세하게는, 상기 외부관(11) 및 내부관(12)을 거치홈(110)에 거치하는 거치 단계(S310)와, 상기 외부관(11) 및 내부관(12) 사이에 배치된 센터링 부재(200)를 상기 클램프(300)에 체결하는 제1 체결 단계(S320)와, 상기 내부관(12) 사이로 플러그(400)를 삽입하여 상기 클램프(300)에 체결하는 제2 체결 단계(S330)로 이루어진다.
마지막으로, 상기 클램프(300)을 통해 상기 플러그(400) 및 센터링 부재(200)를 드로잉하여 내부관의 단부를 확관시킨다.(S400)
이에 따라, 본 발명의 이중관 제조 장치(1000)는 서로 다른 소재로 제작되는 외부관(11) 및 내부관(12)을 간단한 왕복 동작을 통해 이중관 형태로 제작할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100 : 다이스
110 : 거치홈
111 : 제1 통과공
112 : 제2 통과공
200 : 센터링 부재
300 : 클램프
310 : 제1 체결부
320 : 제2 체결부
330 : 이동부
400 : 플러그

Claims (6)

  1. 외부관과 내부관이 놓여지는 거치홈이 형성되는 다이스;
    상기 다이스에 인접하게 배치되며, 일정 거리를 왕복이동 가능하게 설치되고, 단부에는 센터링 부재가 탈착 가능하게 결합되는 클램프;
    상기 클램프에 결합되되, 상기 내부관의 내면에 접촉되는 몸체와, 상기 몸체의 일단에 돌출 형성되며 외경이 테이퍼진 형상으로 형성되는 확관부를 포함하는 플러그; 및
    상기 외부관의 내면과 상기 내부관의 외면에 대향되도록 복수 개로 형성되되, 상기 클램프에 탈착 가능하게 결합되는 센터링 부재;를 포함하며,
    상기 거치홈은,
    중앙을 축으로 관통 형성되는 제1 통과공과, 상기 센터링 부재가 왕복 이동 가능하도록 가장자리를 따라 관통 형성되는 제2 통과공과, 상기 제1통과공과 제2 통과공 사이에 형성되며 상기 내부관의 단면이 접촉되는 링 형상의 격벽을 포함하고,
    상기 클램프는,
    본체와, 상기 본체의 일단에 결합되며 상기 센터링 부재에 체결되는 제1 체결부와, 플러그의 단부가 체결되는 제2 체결부와, 상기 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되는 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관 제조 장치.
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