KR200203444Y1 - 테플론을이용한베이오넷형진공단열배관 - Google Patents

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이관희
이현철
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Abstract

본 고안은 초저온 액화가스 이송을 위한 베이오넷(bayonet)형 진공단열배관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이오넷형 진공단열배관에서 액화가스 누설을 방지하기 위한 숫 베이오넷과 암 베이오넷의 내관 연결부를 씰링하는 방법에 있어서 상온과 초저온 사이의 온도변화에 대하여 수축률이 크고 내구성이 좋은 테플론(PTFE)을 이용한 베이오넷형 진공단열배관에 관한 것이다.
본 고안은, 초저온 상태에서 가스가 누설되지 않도록 내관과 내관이 접촉하는 부위의 외측면에 테플론 또는 Kel-F인 환형의 밀봉재가 착설되며, 상기 밀봉재의 내측중심에 환형으로 형성되는 돌출부는 내관과 내관의 접촉하는 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관을 제공한다.

Description

테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관{Bayonet type vacuum insulated pipees with Teflon seal}
본 고안은 초저온 액화가스 이송을 위한 베이오넷(bayonet)형 진공단열배관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이오넷형 진공단열배관에서 액화가스 누설을 방지하기 위하여 숫 베이오넷과 암 베이오넷의 내관 연결부를 씰링하는 방법에 있어서 상온과 초저온 사이의 온도변화에 대하여 수축률이 크고 내구성이 좋은 테플론(PTFE)을 이용한 베이오넷형 진공단열배관에 관한 것이다.
일반적으로 초저온 액화가스의 이송시에 사용하는 베이오넷(bayonet)형 진공단열배관은 숫 베이오넷(male bayonet)과 암 베이오넷(female bayonet)으로 구성되어 있고, 내관과 내관사이에 설치되는 액화가스 누설방지 씰은 베이오넷형 진공단열배관의 핵심부분으로써 크게 3가지 방법을 사용하고 있다.
첫째, 상온과 초저온 사이의 온도영역에서 열팽창계수가 매우 작은 INVAR36을 베이오넷(bayonet)의 내관으로 사용하여 씰(seal)을 하는 방법이 있다.
둘째, 테플론 O-링(O-RING)을 숫 베이오넷의 내관에 설치하고 경사각을 가진 암 베이오넷에 삽입하여 밀착시킴으로써 초저온 액화가스의 누설을 방지하는 방법이 있다.
셋째, 아무런 씰을 사용하지 않고 단순히 대류 공간과 베이오넷 재료의 두께를 줄여서 열전도를 최소화한 방법이 있다.
전술한 3가지 방법에 의하여 씰을 하는 경우의 문제점을 찾아보면 다음과 같다. 첫째, INVAR36을 사용하는 경우, 제작이 용이한 반면에 높은 재료가격으로 진공배관의 제작비용이 높고 수분에 의하여 쉽게 부식되는 단점이 있다.
둘째, 테플론 O-링(O-RING)을 숫 베이오넷의 내관에 설치하고 경사각을 가진 암 베이오넷에 삽입하여 밀착시킴으로써 초저온 액화가스의 누설을 방지하는 경우는 테플론에 영구변형이 생기기 때문에 장시간 사용할 때에 상온과 초저온 사이의 온도 사이클(thermal cycle)에 의하여 테플론 O-링(O-RING)이 탄성을 잃게되어 누설이 되는 단점이 있으며, 부품들의 가공 비용이 높아서 전체적인 제작비용이 높다.
셋째, 아무런 씰을 사용하지 않고 단순히 대류공간과 베이오넷의 두께를 줄여서 열전도를 최소화하고자 하는 방법의 경우 제작비용도 상대적으로 높으며 사용압력이 상승할 경우 열손실이 매우 커서 비경제적이므로 많이 사용되지 않는다.
본 고안은 전술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은, 액체질소, 액체산소, 액체알곤과 같은 초저온 액화가스 이송을 위한 베이오넷형 진공단열배관의 초저온 씰(cold seal)에 관한 것으로써, 내관과 외관으로 구성된 2중 배관을 연결시에 온도변화에 대하여 수축률이 크고 저온에서 기계적 성질이 좋은 원통형 테플론과 Kel-F를 베이오넷의 내관과 내관의 연결부에 결합시켜 초저온 액화가스 이송시에 온도강하에 의한 수축에 의하여 씰이되어 액화가스 누설을 방지할 수 있도록 하는 테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관을 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은, 초저온 상태에서 액화가스가 누설되지 않도록 내관과 내관이 접촉하는 부위의 외측면에 테플론 또는 Kel-F인 환형의 밀봉재가 착설되며, 상기 밀봉재는 초저온 상태에서 열수축에 의하여 내관에 완전히 밀착되어 씰을 하는 것을 특징으로 하는 테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관을 제공한다.
도 1은 본 고안의 베이오넷형 진공단열배관의 단면도.
도 2는 도 1에서 밀봉재로 사용하는 원통형 테플론 씰의 상세도.
도 3은 도 1에서 밀봉재인 원통형 테플론 씰의 연결부 상세도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 : 베이오넷형 진공단열배관 2,2' : 내관
3 : 외관 4 : 숫 플랜지(male flange)
5 : 암 플랜지(female flange) 6 : 숫 베이오넷(male bayonet)
7 : 암 베이오넷(female bayonet) 8 : 숫 베이오넷 측판
9 : 암 베이오넷 측판 10: 밀봉재
11: 흡착제 12: 돌출부
본 고안의 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 베이오넷형 진공단열배관의 단면도이고, 도 2는 도 1에서 밀봉재로 사용하는 원통형 테플론 씰의 상세도이다. 베이오넷형 진공단열배관(1)은 2중 배관으로서 중앙 내부에 내관을 설치하고 상기 내관의 외부에 외관을 설치하는 2중 배관구조로 구성되는데, 상기 베이오넷형 진공단열배관(1)은 내관(2)과 내관(2')을 연결할 때 접촉하는 부위의 외측면에 환형의 밀봉재(10)가 설치된다. 상기 밀봉재(10)는 원통형 테플론(PTFE) 또는 Kel-F(PCTFE)를 사용하는데, 본 고안에서는 원통형 테플론을 중심으로 상세하게 설명한다.
상기 원통형 밀봉재(10)는, 측판(8), 내관(2) 및 베이오넷(6)으로 구성된 숫베이노넷과 일측에 측판(9), 내관(2') 및 베이오넷(7)으로 구성된 암베이오넷으로 구성된 진공단열배관에서 내관(2)과 내관(2')의 외주에 밀착되어 설치된다. 다시말하면, 상기 밀봉재(10)인 원통형 테플론은 숫베이오넷의 내관(2)과 암베이오넷의 내관(2')의 외주에 설치되어 상온에서는 내관(2,2')의 가스가 쉽게 숫베이오넷(6)과 암베이오넷(7) 사이의 공간으로 내통이 가능하게 되며, 온도가 초저온 상태로 강하하게 되면, 테플론(10)의 수축에 의하여 각각의 내관(2,2')의 외주에 완전히 밀착되어 소량의 가스만이 내통이 가능하게 된다.
상기 숫 베이오넷(6)과 암 베이오넷(7)을 길게 연결한 일측에는 배관을 서로 연결하여 볼트로 체결하기 위한 숫 플랜지(male flange)(4)와 암 플랜지(female flange)(5)를 설치하는데, 상기 숫 플랜지(4)와 암 플랜지(5)는 외관(3)을 관통하여 외부로 돌출되도록 설치되어 있으며 볼트로 관통공을 관통시켜 고정결합시키게 된다.
또한, 숫플랜지(4)에는 O-링이 설치되어 숫베이오넷(6)과 암베이오넷(7) 사이의 공간에 존재하는 가스가 누설되지 않게 한다.
또한, 상기 내관(2)을 설치한 일측에는 흡착제(11)를 설치한다.
전술한 구성에 대한 본 고안의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 내관(2)(2')에 초저온 액화가스가 흐르게 되면 베이오넷형 진공단열배관(1)의 내관(2)과 내관(2')의 연결부분은 상온으로부터 초저온 상태로 온도가 내려가고, 그로인해 밀봉재(10)인 원통형 테플론은 강하게 수축하게 되며, 상온에서는 내관(2,2')과 밀봉재(10) 사이에 틈새가 커서 가스가 쉽게 숫베이오넷(6)과 암베이오넷(7) 사이의 공간으로 내통하게 되지만, 초저온 상태에서는 틈새가 매우작아서 극히 소량의 가스만이 내통하게 된다. 그로인하여 내관(2,2')에 흐르는 초저온 액화가스는 밀봉재(10)와 내관(2,2') 사이의 틈새를 통하여 소량 누설될 수 있지만 온도차에 의하여 쉽게 증발하여 숫베이오넷과 암베이오넷 사이의 공간의 압력이 상승하게 되므로 결국 더 이상의 액화가스가 누설되지 못한다.
즉, 가스 씰(seal)이 되게 된다. 여기에서 내관(2)과 내관(2') 사이에 끼워지는 돌출부(12)는 내관에 흐르는 유체의 흐름을 원활히 하기 위한 것이다.
본 고안에 의한 씰 방법은 테플론 씰을 손상시키는 것이 아니기 때문에 장시간 사용하는 동안의 온도 사이클에 대해서도 견딜 수 있으므로 수명은 거의 반영구적이며, 기존 방식으로 하는 씰보다는 제작비용이 저렴하고 제작시간이 현저히 단축되는 것이 특징이다.
또한, 본 고안은 베이오넷형 진공단열배관에 열응력 흡수를 위한 벨로우즈를 장착하여 길이가 긴 초저온 액화가스 이송라인에도 사용할 수 있으며, LNG(Liquid Natural Gas)의 이송에도 사용될 수 있다.
전술한 구성과 작용에 의한 본 고안의 효과를 알아보면 다음과 같다.
테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관은 종래의 배관들에 비하여 내구성이 강하여 반영구적이라 말할 수 있고, 간단한 구조인 숫베이오넷과 암베이오넷에 의한 진공단열배관의 내측에 테플론 또는 Kel-F를 재질로 하는 밀봉재를 삽입하는 형식으로 사용하기 때문에 제작비용이 작아서 원가절감 효과가 크다.

Claims (1)

  1. 초저온 상태에서 사용되는 진공단열배관에 있어서, 상기 진공단열배관에는 내관(2)과 내관(2')이 접촉하는 부위의 외측면에 테플론 또는 Kel-F로 제작된 환형의 밀봉재(10)가 착설되며, 상기 밀봉재(10)는 초저온 상태에서 열수축에 의하여 내관(2,2')에 완전히 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 테플론을 이용한 베이오넷형 진공단열배관.
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