KR200352642Y1 - 터널형 구조 복합관 - Google Patents

Abstract

소정 간격을 두고 나선형으로 권취되는 프로파일관 및 소정 간격을 두고 권취되는 프로파일관을 결합시키기 위한 접합 수지층으로 이루어지는 합성수지 이중벽관에 있어서, 단면이 아치터널형상인 프로파일관을 이용함으로써, 강도가 향상된 합성수지 이중벽관을 제작할 수 있게 되었다.

Description

터널형 구조 복합관 {Tunnel-shaped compound pipe}

본 고안은 합성수지 이중벽관에 관한 것으로서, 특히 강성을 향상시키도록아치터널형의 단면을 가진 프로파일관을 이용하여 제조한 합성수지 이중벽관에 관한 것이다.

합성수지 이중벽관은 종래에 사용되던 시멘트관에 비해 무게가 가벼우며, 배관 작업이 편리하고, 내구성이 높은 장점이 있으므로, 지중에 매설되는 하수도관, 배수관, 전선용관 등으로 널리 사용되고 있는 대형관이다. 일반적인 합성수지 이중벽관은 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 통상적인 합성수지 이중벽관(10)은 원형 드럼(미도시)등에 나선형으로 권취되는 프로파일관(14)과 프로파일관(14)을 결합시키기 위한 접합 수지층(16)으로 이루어져 있으며, 프로파일관(14)의 내부에는 사각형의 중공(12)이 형성되어 있다. 그런데 도 1에 나타난 것과 같은, 합성수지 이중벽관(10)은 하중 강도가 약하여 토압이나 윤압에 매우 취약한 결점을 가지고 있다.

따라서 본 고안의 목적은, 강도를 향상시킬 수 있는 합성수지 이중벽관을 제공하는 것이다.

도 1은 통상적인 합성수지 이중벽관의 일부 절개 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 일 실시예 따른 합성수지 이중벽관의 일부 절개 단면도 및 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 프로파일관의 단면의 일부를 상세히 나타낸 도면이다.

도 4는 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관의 강성 증가를 보여주기 위한 것으로서, 통상의 합성수지 이중벽관에 사용된 사각형 프로파일관과 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관에 사용된 아치터널형 프로파일관의 단면을 나타낸다.

도 5a 및 도 5b는 본 고안의 다른 실시예 따른 합성수지 이중벽관의 일부 절개 단면도를 나타낸다.

도 6은 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관을 제조하기 위한 제조 장치의 일예를 나타낸다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 소정 간격을 두고 나선형으로 권취되는 프로파일관, 및 소정 간격을 두고 권취되는 프로파일관을 결합시키기 위한 접합 수지층으로 이루어지는 합성수지 이중벽관에 있어서, 단면이 아치터널형상인 프로파일관을 이용하여 합성수지 이중벽관을 제조하였다. 구체적으로 아치터널형상인 프로파일관은 중공이 형성되어 있으며, 권취 진행 방향과 평행하게 배치되는 바닥부분, 바닥부분의 양단에서 바깥쪽으로 신장하는 한 쌍의 측벽부분 및 한 쌍의 측벽부분을 연결하는 아치(arch)형상의 천장부분으로 이루진다. 그리고 프로파일관의 중공에는 프로파일관의 형태를 지지하기 위한 보강대가 더욱 설치되어 있을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 일 실시예 따른 합성수지 이중벽관의 일부 절개 단면도 및 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 아치터널형 프로파일관의 단면을 상세히 나타낸 도면이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관(30)은, 나선형으로 소정 간격을 두고 권취되는 프로파일관(34) 및 권취되어 인접하는 프로파일관(34)을 결합하여 일체화하기 위한 용착수지로 이루어진 접합 수지층(36)을 포함한다. 구체적으로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 프로파일관(34)의 단면은 권취 진행 방향과 평행하게 배치되는 일직선의 바닥부분(34a), 상기 바닥부분(34a)에서 이중벽관(30)의 바깥쪽으로 신장하는 한 쌍의 측벽부분(34b) 및 상기 한 쌍의 측벽부분(34b)을 연결하는 아치(arch)형의 천장 부분(34c)으로 이루어져 있는 아치터널형상이며, 상기 프로파일관(34)의 중공(32) 또한, 상기 바닥부분(34a), 상기 한 쌍의 측벽부분(34b) 및 상기 천장부분(34c)을 따라 형성되어 있는 아치터널형으로 되어 있다.

프로파일관(34)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 순수한 합성수지, 상기 합성수지들이 복합된 복합수지, 재생수지 등으로 이루어질 수 있으며, 이들 수지에 카본 블랙, 탄산칼륨 등의 통상의 충진제 또는 첨가제가 첨가될 수 도 있다. 또한, 프로파일관(34)의 내부에 중공이 형성되어 있으나 필요에 따라서 내부가 비어있지 않은 아치형상의 천장부분을 가지는 관으로 성형될 수 도 있다.

접합 수지층(36)의 폭은 권취되는 프로파일관(34)의 간격에 의해 결정되며, 접합층(36)의 높이는 천장부분(34c)까지 덮을 정도로 할 수 있으며, 바람직하게는 상기 프로파일관(34)의 측벽부분(34b)의 높이보다 크지 않도록 하여, 접합 수지층(36)을 이용한 프로파일관(34)의 일체화 작업 시 천장부분(34c)의 형태변형이 전혀 발생하지 않도록 한다. 예를 들어서, 접합 수지층(36)은 도 4a에 나타난 바와 같이 측벽부분(34b) 전체와 접촉하도록 형성될 수 도 있으며, 필요에 따라서는 도 4b에 나타난 바와 같이 접합층(36a)이 측벽부분(34b)의 일부에만 접촉하도록 형성될 수 도 있다.

그리고 프로파일관(34)의 바닥부분(34a)과 측벽부분(34b)은 반드시 직교되지 않아도 되며, 측벽부분(34b)이 바닥부분(34a)과 천장부분(34c) 사이에서 소정의 각도를 가지고 기울어져서 마름모꼴과 유사하게 되어도 무방하다. 또한, 아치형의 천장부분(34c)은 반구형이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않고 볼록면이 형성되어 있으면 족하다.

한편, 종래의 사각형 프로파일관(도 1의 14)과 비교하면 본 고안에 따른 프로파일관(34)은 천장부분(34c)이 직선으로 처리되지 않고 아치형의 곡선으로 처리되었는데, 이러한 아치형의 천장부분(34c)에 의해서, 프로파일관(34) 및 프로파일관(34)으로 만들어진 이중벽관(30)의 강성이 증가하게 된다. 강성증가 원리를 도 4를 참고로 설명한다.

먼저 도 4에서 좌측에 위치한 통상의 합성수지 이중벽관에 사용된 프로파일관(14)과 우측에 위치한 본 발명에 따른 합성수지 이중벽관에 사용된 프로파일관(34)에 사용된 원료의 양이 같으며 동일물질로 이루어지고, 각 프로파일관(14, 34)의 바닥부분(14a, 34a)에서 천장부분(14c, 34c)의 중앙부분까지의 높이(h), 프로파일관(14, 34)의 전체 높이(H), 각 프로파일관(14, 34)의 폭(2r₂)이 서로 같다고 하자.

이중벽관을 구성하는 프로파일관(14, 34)의 강성은 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

강성(Pipe Stiffness; P. S.) = (E X I)/(0.149)X r³

여기서 E는 프로파일관의 탄성계수를 나타내며, I는 프로파일관의 관성 모멘트, r은 프로파일관의 반지름을 나타낸다.

그런데, 앞서 언급한 조건에 의해서, 통상의 합성수지 이중벽관에 사용된 프로파일관(14)과 본 발명에 따른 합성수지 이중벽관에 사용된 프로파일관(34)에 있어서, 강성을 결정하는 탄성계수(E)와 프로파일관의 반지름(r)이 같게 된다. 따라서 프로파일관(14, 34)의 강성은 관성모멘트에 의해 결정된다. 한편, 사각형 프로파일관(14)의 천장부분(14c)은 속이 빈 "□"형상의 기둥의 반에 해당하고, 본 고안에 따른 아치터널형 프로파일관(34)의 천장부분(34c)은 내경이 r₁이고 외경이 r₂인 원기둥의 반에 해당하므로, 아치터널형 프로파일관(34)의 천장부분(34c)의 관성모멘트가 사각형 프로파일관(14)의 천장부분(14c)의 관성모멘트보다 크게 된다. 결과적으로, 아치터널형 프로파일관(34)의 강성이 사각형 프로파일관(14)의 강성보다 크게 되므로, 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관(30)이 토압이나 윤압에 견디는 힘이 증가하게 된다.

한편, 이중벽관의 강성을 더욱 증가시키기 위해서, 프로파일관(34)의 중공(32)에 소정 형상의 보강대를 설치할 수 도 있으며, 보강대가 설치된 프로파일관을 이용하여 제조된 합성수지 이중벽관의 일부 절개 단면도가 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 이중벽관(30a)은, 도 2의 이중벽관(30)과 같이, 나선형으로 귄취되는 아치터널형의 프로파일관(34)과 권취되는 프로파일관을 연결하여 일체화하는 접합 수지층(36)으로 이루어지되, 프로파일관(34)의 중공(32)에 프로파일관(34)의 형태를 지지하도록 프로파일관(34)의 바닥부분(34a),측벽부분(34b) 및 천장부분(34c)을 지지하는 "+"형의 보강대(38a)가 더욱 설치되어 있으며, 도 5b에 도시된 이중벽관(30b)도 아치터널형의 프로파일관(34)과 접합 수지층(36)을 이루어지되, 프로파일관(34)의 중공(32)에는 프로파일관(34)의 형태를 지지하기 위한 "×" 형의 보강대(38a)가 더욱 설치되어 있다. 보강대(38a, 38b)는 프로파일관(34)을 구성하는 물질과 동일 물질 또는 다른 물질로 이루어질 수 있으나, 보강대(38a, 38b)와 프로파일관(34)과의 견고한 접착을 위해서는 프로파일관(34)과 동일물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 보강대(38a, 38b)는 "+" 및 "×"의 형상 외에도 이들을 변형한 각종 형상의 보강대가 사용될 수 있다.

그리고, 본 고안에 따른 합성수지 이중벽관(30, 30a, 30b)은 다음의 과정을 통해서 제작된다. 먼저, 아치터널형 프로프파일관(34) 또는 보강재(38a, 38b)가 삽입되어 있는 프로파일관(34)을 제작하기 위해서, 액상의 수지를 압출하기 위한 압출기(미도시)와 압출된 수지를 아치터널형으로 성형 압축하는 다이(미도시)를 준비한다. 성형 압축다이는 아치터널형상의 프로파일관을 압출하는 베이스다이(미도시), 아치형상의 프로파일관의 치수 및 형상을 규제하는 사이징 다이(미도시) 및 프로파일관의 외경을 규제하면서 프로파일관을 냉각, 고화시키기 위한 사이징슬리브(미도시)를 포함한다.

제작된 아치터널형의 프로파일관(34) 또는 보강재(38a, 38b)가 삽입되어 있는 프로파일관(34)은 도 6에 도시된 합성수지 이중벽관의 제조장치의 가이드롤러(41)를 통하여 드럼롤러(42)측으로 이동된다. 드럼롤러(42)는 그의 축방향을 따라 회전하므로 프로파일관(34)은 드럼롤러(42)의 외주면이 이루는 원주면을 따라 이동한다. 이때 프로파일가이드롤러(44)가 프로파일관(34)을 약간 외측으로 밀어주게 되므로, 드럼롤러(42)에 감겨 있는 프로파일관(34)은 새로이 공급되는 프로파일관(34)에 비해 외측으로 이동된 상태가 되고 이에 따라 가이드롤러(41)에 의해 안내된 새로운 프로파일관(34)은 먼저 공급된 프로파일관(34)의 측면에 위치하게 되어, 프로파일관(34)이 나선형으로 감겨지게 된다. 이때 접합부(43)에서 이웃하는 프로파일관(34)의 사이의 접촉부를 가열하면서 접합수지를 공급하여 먼저 공급된 프로파일관과 나중에 공급된 프로파일관(32)을 융착, 접합시키게 된다. 이때 상기 프로파일가이드롤러(44) 뒤쪽에 설치된 가열부(45)가 융착부를 가열한다. 이어 가열부(45)의 뒤쪽에 설치된 제 1 냉각 노즐(47)이 융착부에 냉각수를 분사한다. 융착부의 냉각에도 불구하고 이중벽관(30)의 측의 온도가 새로 공급되는 프로파일관(34)에 비해 높으므로, 이중벽관과 프로파일관이 접촉되기 직전에 제 2 냉각노즐(48)이 이중벽관의 끝부분에 냉각수를 분사하여 프로파일관 접촉부를 2차 냉각시키며, 에어 와이퍼(49)는 이중벽관에 남아 있는 물기를 제거하여 이중벽관과 프로파일관의 융착이 용이하게 이루어지도록 한다. 이와 같은 과정을 계속하여 원하는 길이의 대형 이중벽관을 제조할 수 있으며, 제조된 이중벽관을 적당한 길이로 잘라 최종 제품을 완성한다.

이상 상술한 바와 같이, 프로파일관(34)의 단면이 아치터널형이 되도록 제작함으로써, 이중벽관의 강성을 증가시킬 수 있게 되어서 이중벽관의 하중 강도를 증가시킬 수 있게 되었다.

Claims (6)

1. 소정 간격을 두고 나선형으로 권취되는 프로파일관, 및

   상기 소정 간격을 두고 권취되는 프로파일관을 결합시키기 위한 접합 수지층으로 이루어지며,

   상기 프로파일관의 단면은 상기 권취 진행 방향과 평행하게 배치되는 바닥부분, 상기 바닥부분의 양단에서 바깥쪽으로 신장하는 한 쌍의 측벽부분 및 상기 한 쌍의 측벽부분을 연결하는 아치(arch)형상의 천장부분으로 이루어져 있는 합성수지 이중벽관.
2. 제 1항에 있어서, 상기 접합 수지층의 높이는 상기 프로파일관의 측벽 부분의 높이보다 크지 않는 합성수지 이중벽관.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로파일관의 내부에는 중공이 형성되어 있으며, 상기 프로파일관의 중공은 상기 바닥부분, 상기 한 쌍의 측벽부분 및 상기 천장부분을 따라 형성되는 아치터널형인 합성수지 이중벽관.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 프로파일관의 중공에는 상기 프로파일관의 형태를 지지하기 위한 보강대가 더욱 설치되어 있는 합성수지 이중벽관.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 보강대는 상기 프로파일관과 동일물질로 합성수지 이중벽관.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 보강대는 "+" 또는 "×"의 형상을 가지는 합성수지 이중벽관.