KR200302837Y1 - 공압이송 시스템용 엘보 파이프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기압을 구동력으로 이용하여 근거리로 물류를 이송하는 공압 이송 시스템 배관구조에서 유로 방향이 변하는 굴곡 부위에 유용하게 사용될 수 있는 공압이송 시스템 굴곡부용 엘보 파이프, 구체적으로는, 이송되는 물류의 마찰에 의한 마모를 방지할 수 있는 엘보 파이프에 관한 것으로서, 상류측에 구성되는 상류측 직선부(10); 상류측 직선부(10)에 대하여 소정 각도를 이루는 하류측 직선부(20); 및 상류측 직선부(10)와 하류측 직선부(20)를 연결해주는 것으로서, 유체의 유속을 감소시키는 회전실(34)과 와류를 형성시키는 와류실(38)이 구비됨으로써 이송되는 물류에 의한 내벽의 마모를 방지할 수 있는 구조를 가지는 회전부(30)로 구성되는 공압이송 시스템 굴곡부용 엘보 파이프에 관한 것이다.

Description

공압이송 시스템용 엘보 파이프 {Elbow Pipe for Pneumatic Conveying System}

본 고안은 공기압을 구동력으로 이용하여 근거리로 물류를 이송하는 공압이송 시스템(Pneumatic Conveying System) 배관구조에서 유로 방향이 변하는 굴곡 부위에 유용하게 사용될 수 있는 공압이송 시스템용 엘보 파이프(Elbow Pipe)에 관한 것이다.

일반적으로 공압이송 시스템이라 하면, 대규모 화학 제조공정에서 제조 라인으로 원료를 이송하거나, 모르타르 제조공장에서 모래, 석분, 시멘트 등의 분체를 각 모르타르 제조 라인으로 이송하거나, 사료공장에서 사료의 원료를 사료 제조 라인으로 또는 제조된 사료를 포장 공정으로 이송하는 등, 단위별로 이송하기 어려운 분체 또는 펠렛형 물류를 근거리 이송하는 데에 사용되는 이송 시스템을 말하는 것으로서, 그 구동력을 공기압으로 하는 이송 시스템을 의미한다.

이와 같은 공압 이송 시스템은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원료 등 이송하고자 하는 물류를 적재하는 사일로(S)와 이송에 필요한 구동력인 공압을 제공하는 공기펌프(P) 및 이송되는 물류의 공압에 의한 이동을 안내하는 이송배관라인(PL)을 필수요소로 하여 구성된다.

이중 이송배관 라인은 특수한 경우를 제외하고는 대부분 여러 개의 이송 파이프를 연결함으로써 근거리로 연장되어 구성되며, 그 기능상의 본래 목적인 이송 자체뿐만 아니라 가용한 공간을 이용함에 있어서의 공간이용 효율성까지 고려하여 구성되는 것이 일반적이다.

이와 같이 공간 이용 상의 효율을 고려하고 여러 개의 파이프를 연결하여 배관 라인을 구성하는 경우, 구성되는 배관 라인에는 필연적으로 구부러짐으로써 배관의 방향을 전환하는 굴곡부(▷)가 개입되는데, 이음부는 배관의 기능상 목적 및 요구되는 견고성에 따라 용접 또는 플랜지를 사용하여 구성하는 것이 일반적이며, 굴곡부는 방향 전환 각도에 맞게 구부러져 형성되는 엘보(Elbow) 파이프를 사용하여 구성하는 것이 일반적이다.

이와 같이 굴곡부에 사용되는 엘보 파이프는 R-Bending이라고도 불리우는 것으로서, 그 양단이 각각 전`후방의 배관 구조에 연결될 수 있도록 플랜지로 구성되는데, 그 대표적인 구조를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 일반적인 엘보 파이프는 상류측에 구성되는 상류측 직선부(1), 상류측 직선부(1)에 대하여 일정 각도를 이루는 하류측 직선부(2), 및 굴곡의 정도에 맞는 내경으로 구부러져 구성되는 곡선부(3)로 이루어진다.

이와 같은 엘보형 파이프 곡선부(3)에서의 공기의 흐름을 살펴보면, 상류측 직선부(1)에서는 중심부의 유속이 고속이고 관내벽측으로 갈수록 유속이 저속이던 것이, 곡선부(3)에 돌입하여서는 점차적으로 외측곡부(4) 측의 유속이 고속으로 되고 내측곡부(5) 측의 유속이 저속으로 되어 결국 외측곡부(4)의 내벽 부분에는 고속영역(H)이 형성되고 내측곡부(5)의 내벽 부분에는 저속영역(L)이 형성되며, 하류측 직선부(2)에 돌입하게 되면 다시 상류측 직선부(1)와 동일한 공기의 흐름을 회복하게 된다.

여기서, 상기 외측곡부(4) 고속영역(H)의 공기 유속은 상류측 직선부(1) 및하류측 직선부(2) 유속의 약 150-200%, 저속영역(L) 유속의 약 200-300%에 이르는 것으로 알려져 있다.

따라서, 고속영역(H)이 형성되는 상기 외측곡부(4) 내벽은 다른 내벽 부분에 비해 유체인 공기 및 이송되는 물류와의 훨씬 더 큰 마찰력을 받게 될 뿐만 아니라, 유체의 흐름을 방해하는 곡선을 형성하고 있다는 구조적 특성상 이송되는 물류의 충돌에 의한 충격까지 받게 됨으로써, 심한 마모작용이 일어나게 된다.

이와 같은 마모작용은 외측곡부(4) 내벽 전체에 걸쳐 균일하게 일어나는 것이 아니라, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마모가 먼저 발생된 부분에 침식 영역이 형성되고 이 부분이 다른 부분에 비해 2배 이상 빠른 속도로 침식됨으로써 마모를 더욱 촉진시키며 이에 따라 마모 작용에 가속도가 붙는 방식으로 진행된다.

또한, 이와 같은 곡선부(3) 외측곡부(4) 내벽의 마모작용은 마찰에 따른 발열로 인해 더욱 가속화되는데, 이는 온도와 반비례하는 내마모성의 특성상 발열에 의해 내벽의 내마모성이 더욱 저하되기 때문이다.

이상과 같은 내벽의 마모작용은 공압이송 시스템 굴곡부 엘보 파이프의 일반적인 수명을 약 20일 정도로 짧게 함으로써 잦은 유지보수 또는 교환을 필요로 하게 하며, 이러한 유지보수 및 교환을 위해서는 시스템의 운전을 중지하여야 하는 등, 여러 가지 경제적인 손실을 초래하게 된다.

공압이송 시스템 굴곡부 엘보 파이프가 가지는 이러한 근본적인 단점을 극복하기 위하여, 여러 가지 다양한 연구들이 수행되어 왔는데, 곡선부 후면에 시멘트 몰탈 지지벽을 구성하여 엘보 파이프를 보호하고자 하거나, 파이프 내벽을 티타늄등 합금으로 초경코팅하거나, 파이프 내벽에 엠보싱을 형성함으로써 내구성을 높이고자 하거나 하였던 시도들이 바로 그것이다.

그러나, 시멘트 몰탈 지지벽의 경우 지면에 설치된 배관 라인에만 적용 가능할 뿐 일정 높이 이상의 배관 라인에는 적용하기 어려우며 구성에 큰 장소를 차지함으로써 시스템 설치비를 상승시킬 뿐만 아니라, 파이프를 뒤에서 기계적으로 지지해줄 뿐 내벽의 마모 자체는 방지할 수 없고, 일단 침식에 의해 파이프에 균열이 생긴 후에는 이송 시스템 내부로 시멘트 이물질이 혼입된다는 단점을 가지고 있으며, 파이프 내벽을 초경코팅하는 경우, 그 효과는 우수하지만 제조원가가 너무 비싸다는 단점을 가지고 있고, 파이프 내벽에 엠보싱을 형성시키는 경우, 역시 내마모 효과는 비교적 우수하지만 그 구성 자체가 어려워 제조원가가 상승할 뿐만 아니라, 석유화학 플랜트에 적용되어 연질 수지, PE, EVA 등을 이송할 때 이들이 관내 벽에 일부 침착되어 코팅됨으로써 필름화되어 잔류하게 되는데, 이렇게 되면 이 필름이 최종 제품에 불순물로서 오염되어 제품 불량이 발생하게 되는 단점을 가지고 있다.

한편, 이러한 시도의 다른 예로서, 대한민국 실용신안등록 제20-266828호에 보면, 엘보 파이프의 곡선부에 개방부를 형성시키고 이 개방부를 적당한 결합수단을 이용하여 보강부재로 덮어 결착함으로써 구성되는 엘보 파이프가 개시된 바 있는데, 보강부재에는 크롬, 니켈, 망간 등을 포함하는 합금철을 코팅함으로써 곡선부 내벽의 내마모성을 향상시키고자 하였다.

이 고안은 이송 물류로 인한 마모홈의 생성 및 확장으로 발생되는 크랙이나,관통공이 발생되는 부분을 착탈가능한 보강부재로 구성한 것으로서, 엘보 파이프가 파손되었을 때 보강부재만 용이하게 교체하여 사용할 수 있다는 장점을 가지는 반면, 보강부재와 엘보 파이프 사이에 새로운 이음부가 발생함으로써 오히려 이 부분으로부터 파이프의 마모 또는 침식이 시작될 염려가 있고, 고가의 합금을 코팅함으로써 제조원가를 상승시키는 단점을 가지게 된다.

또한, 이러한 시도의 또 다른 예로서, 대한민국 특허공개 제2001-0083179호에 보면, 파이프의 내벽이 파이프 방향을 따라 파이프 내측으로 돌출되어 구성됨으로써 이송물류의 원활한 이송 및 마찰력 감소효과를 얻고자 한 사료 반송장치용 엘보 파이프가 개시된 바 있다.

그러나, 이 고안 역시 돌출부에 오히려 마찰력이 가중됨으로써 이 부분이 파손될 염려가 있고, 일반적인 원형 파이프에 비해 재료가 더 소모됨으로써 원가를 상승시키며, 반으로 절개된 상태의 두 개의 반파이프를 결합수단을 이용 결합하여 구성함으로써 이음부가 발생하여 역시 이곳으로부터 마모와 침식이 시작될 수 있는 단점을 가지게 된다.

본 고안은 이와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 그 목적은, 내벽의 마모 및 침식을 방지하는 효과가 커서 파이프의 균열 등에 의해 이송 시스템 내부로 이물질이 혼입되는 일이 발생하지 않으면서도, 제조원가가 너무 비싸지 않아 경제적이고, 석유화학 플랜트에 적용되어 연질 수지, PE, EVA 등을 이송할 때에도 이들이 관내 벽에 침착`코팅 및 필름화되어 잔류함으로써 이 필름이 최종 제품에 불순물로서 오염되는 일이 발생하지 않는, 내마모성이 우수한 공압이송 시스템 굴곡부용 엘보 파이프에 관한 것이다.

이를 위한 본 고안은, 상류측에 구성되는 상류측 직선부, 상류측 직선부에 대하여 일정 각도를 이루는 하류측 직선부, 및 상기 상류측 직선부와 하류측 직선부를 소정 각도를 이루도록 연결해주는 것으로서, 유체의 유속을 감소시키는 회전실과 와류를 형성시키는 와류실이 내부에 구비된 회전부로 구성되는 공압이송 시스템용 엘보 파이프를 제공하는 것으로 이루어진다.

도 1은 일반적인 공압이송 시스템을 나타낸 개략도,

도 2는 일반적인 엘보 파이프를 나타낸 단면도,

도 3은 본 고안의 구조를 나타낸 단면도,

도 4는 본 고안의 분리사시도,

도 5는 본 고안의 유체 흐름을 나타낸 단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 상류측 직선부 20: 하류측 직선부

11, 21: 플랜지 30: 회전부

34: 회전실 35: 상부덮개

36: 하부덮개 37: 캡

38: 와류실

본 고안은 공기압을 구동력으로 이용하여 근거리로 물류를 이송하는 공압 이송 시스템(Pneumatic Conveying System) 배관구조에서 유로 방향이 변하는 굴곡 부위에 유용하게 사용될 수 있는 공압이송 시스템 굴곡부용 엘보 파이프, 구체적으로 이송되는 물류의 마찰에 의한 마모를 방지할 수 있는 공압이송 시스템용 엘보 파이프에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 고안을 구체적으로 설명하고자 하나 본 고안을 이에 제한하려는 것은 아니다.

도 3은 본 고안의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 고안의 분리사시도이며, 도 5는 본 고안의 유체 흐름을 도시한 단면도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 고안은, 상류측에 구성되는 상류측직선부(10), 상류측 직선부(10)에 대하여 일정 각도를 이루는 하류측 직선부(20), 및 상기 상류측 직선부(10)와 하류측 직선부(20)를 소정 각도를 이루도록 연결해주기 위한 회전부(30)로 구성되는 공압이송 시스템용 엘보 파이프에 관한 것으로서, 회전부(30)에 유체의 유속을 감소시키는 회전실(34)과 와류를 형성시키는 와류실(38)이 구비됨으로써, 이송되는 물류에 의한 내벽의 마모를 방지할 수 있는 구조를 가지는 공압이송 시스템용 엘보파이프에 관한 것이다.

상기 상류측 직선부(10)는 공압 시스템의 전반부로부터 이송되는 물류가 유입되는 곳으로서, 그 중심부에서는 유속이 크고 관 내벽측으로 갈수록 마찰에 의해 유속이 작아지게 되며, 단부에는 공압이송 시스템 상류측 관로에 연결하기 위한 플랜지(11)가 구성된다.

상기 하류측 직선부(20)는 회전부(30)의 기능에 의해 소정 각도 방향전환된 물류가 공압 시스템의 후반부로 유출되는 곳으로서, 상기 상류측 직선부(10)와 마찬가지로 그 중심부에서는 유속이 크고 관 내벽측으로 갈수록 마찰에 의해 유속이 작아지게 되며, 단부에는 공압이송 시스템 하류측 관로에 연결하기 위한 플랜지(21)가 구성된다.

상기 회전부(30)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상류측 직선부(10)로부터 유입된 물류를 소정 각도 방향전환시켜 하류측 직선부(20) 유출하기 위한 것으로서, 일측이 상류측 직선부(10)에 연결되고 타측이 하류측 직선부(20)에 연결되는 제1반파이프측벽(31); 일측이 상류측 직선부(10)와 연결되고 타측이 제3반파이프측벽(33)과 연결되는 제2반파이프측벽(32); 일측이 하류측 직선부(20)와 연결되고 타측이 제2반파이프측벽(32)과 연결되는 제3반파이프측벽(33); 상부를 덮어 밀폐하는 삼각형의 상부덮개(35); 하부를 덮어 밀폐하는 삼각형의 하부덮개(36); 상기 제2반파이프측벽(32)과 제3반파이프측벽(33)이 연결되는 부분에 형성되는 이격부를 덮어 밀폐하는 캡(37); 상기 제1반파이프측벽(31), 제2반파이프측벽(32), 제3반파이프측벽(33), 상부덮개(35) 및 하부덮개(36)가 연결됨으로써 내부에 형성되는 빈 공간인 회전실(34); 및 상기 캡(37)의 내부에 형성되는 빈 공간인 와류실(38)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 상기 회전부(30)는 상류측 직선부(10) 및 하류측 직선부(20)와 일체형으로 캐스팅된 좌우 대칭의 반쪽 구조를 용접 등으로 연결하여 구성하거나, 상기 상류측 직선부(10) 및 하류측 직선부(20)와 동일한 직경의 소정 길이 파이프를 수직 방향으로 절단한 후 각각 제1, 제2 및 제3 반파이프측벽(31)(32)(33)으로 사용하고 삼각형의 상부덮개(35) 및 하부덮개(36)와 함께 용접 등으로 연결하여 구성하면 된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 회전부(30)의 각 구성요소는 용접 등의 방법을 통하여 결합됨으로써 내부에 회전실(34)를 형성하는데, 이 회전실(34)은 각 측면부에 반원기둥형의 공간이 더 형성된 삼각기둥 공간 형태를 가지게 된다.

또한 상기 와류실(38)은 충돌 및 마찰 에너지가 집중되는 모서리 부분에 와류가 형성되도록 하기 위한 구조로서, 상류측 직선부(10)의 입구 중심과 대응하는 타측 벽, 즉 상기 캡(37)이 결합된 부분에 반구형 형태의 돌출된 공간으로 구성된다.

본 고안의 엘보 파이프가 이송되는 물류의 마찰에 대하여 내마모성을 가지게 되는 것은 바로 이 회전실(34)과 와류실(38)의 역할에 의한 것으로서, 도 5를 참조하여 그 구체적인 기작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 일정한 유속으로 수송되던 물류를 포함하는 유체는, 회전실(34)에 이르러 그 통과 단면적이 순간적으로 넓어지게 되면 유속이 갑자기 감소하여 그 충돌에너지 및 마찰에너지가 감소하게 된다.

그러나, 이와 같이 충돌에너지 및 마찰에너지가 감소한다 하더라도 그 에너지중 많은 부분이 회전실(34)의 정점 부분 내벽에 편중되어 집중되는 현상은 여전히 발생하게 되는데, 이러한 현상은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 캡(37) 내부에 해당하는 반구형 공간, 즉, 와류실(38)에 작은 원형으로 강력한 와류(E)가 형성됨으로써 방지할 수 있게 된다.

이렇게 형성되는 와류는 일종의 에어쿠션으로 작용하기 때문에 물류 흐름 본류(M)의 충돌에너지 및 마찰에너지가 모서리 부분으로 집중되는 현상을 막아주며, 물류가 완만히 회전하여 하류측 직선부(20)로 유출될 수 있도록 해줌으로써, 내벽의 마모`침식 및 이에 따른 엘보 파이프의 파손`손실을 막아주게 되는 것이다.

이상과 같이 본 고안이 완성됨으로써, 상류측에 구성되는 상류측 직선부, 상류측 직선부에 대하여 일정 각도를 이루는 하류측 직선부, 및 상기 상류측 직선부와 하류측 직선부를 소정 각도를 이루도록 연결해주는 것으로서, 유체의 유속을 감소시키는 회전실과 와류를 형성시키는 와류실이 내부에 구비된 회전부(30)로 구성되는 공압이송 시스템용 엘보 파이프가 제공될 수 있게 되었다.

본 고안이 완성됨으로써, 내벽의 마모 및 침식을 방지하는 효과가 커서 파이프의 균열 등에 의해 이송 시스템 내부로 이물류가 혼입되는 일이 발생하지 않으면서도, 제조원가가 너무 비싸지 않아 경제적이고, 석유화학 플랜트에 적용되어 연질 수지, PE, EVA 등을 이송할 때에도 이들이 관내 벽에 침착`코팅 및 필름화되어 잔류함으로써 이 필름이 최종 제품에 불순물로서 오염되는 일이 발생하지 않는, 내마모성이 우수한 공압이송 시스템 굴곡부용 엘보 파이프가 제공될 수 있게 된 것이다.

Claims (3)

1. 공압이송 시스템의 상류측으로부터 이송되는 물류가 유입되는 곳으로서, 단부에 공압이송 시스템 상류측 관로에 연결하기 위한 플랜지(11)가 구성되는 상류측 직선부(10), 및 공압이송 시스템 상류측으로부터 이송된 물류가 하류측으로 유출되는 곳으로서, 상류측 직선부(10)와 소정 각도를 이루며, 단부에 공압이송 시스템 하류측 관로에 연결하기 위한 플랜지(21)가 구성되는 하류측 직선부(20)를 포함하여 구성되는 공압이송 시스템용 엘보 파이프에 있어서,

   상류측 직선부(10)와 하류측 직선부(20)의 사이에, 상류측 직선부(10)에 비해 넓은 통과 단면적을 가짐으로써 유체의 유속을 감소시키는 회전실(34), 및 와류를 형성시킴으로써 이송되는 물류에 의한 충돌 및 마찰을 감소시키는 와류실(38)이 내부에 구비되는 회전부(30)가 구성됨을 특징으로 하는,

   공압이송 시스템용 엘보 파이프.
2. 제 1항에 있어서,

   회전부(30)는, 일측이 상류측 직선부(10)에 연결되고 타측이 하류측 직선부(20)에 연결되는 제1반파이프측벽(31); 일측이 상류측 직선부(10)와 연결되고 타측이 제3반파이프측벽(33)과 연결되는 제2반파이프측벽(32); 일측이 하류측 직선부(20)와 연결되고 타측이 제2반파이프측벽(32)과 연결되는제3반파이프측벽(33); 상부를 덮어 밀폐하는 삼각형의 상부덮개(35); 하부를 덮어 밀폐하는 삼각형의 하부덮개(36); 상기 제2반파이프측벽(32)과 제3반파이프측벽(33)이 연결되는 부분에 형성되는 이격부를 덮어 밀폐하는 캡(37); 상기 제1반파이프측벽(31), 제2반파이프측벽(32), 제3반파이프측벽(33), 상부덮개(35) 및 하부덮개(36)가 연결됨으로써 내부에 형성되는 빈 공간인 회전실(34); 및 상기 캡(37)의 내부에 형성되는 빈 공간인 와류실(38)로 구성됨을 특징으로 하는,

   공압이송 시스템용 엘보 파이프.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   와류실(38)은 상류측 직선부(10)의 입구 중심과 대응하는 타측 벽에 반구형으로 돌출되어 구성됨을 특징으로 하는,

   공압이송 시스템용 엘보 파이프.