KR20100079415A - 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관 형상의 부재에 관한 것으로, 튜브 형상의 본체와, 상기 본체의 내주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 내측리브와, 상기 본체의 외주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 외측리브를 포함하여 이루어지며, 내압성과 내충격성이 향상되고 크랙라인의 성장을 차단할 수 있으며 유체의 유동을 원활하게 하는 효과가 있다.

관체, 파이프, 리브, 강화, 유동, 난류, 나선.

Description

내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체{PIPE WITH ENHANCED FLOW RATE AND CAPACITY TO RESIST PRESSURE AND SHOCK}

본 발명은 관 형상의 부재에 관한 것으로, 지하 매설용과 같이 내외부에 높은 하중이나 충격이 작용하며 유체의 유동효율이 높아야 하는 상황에 적합한 관체에 관한 것이다.

일반적으로 유체를 일정한 장소에서 다른 장소로 이송시키기 위한 수단으로 금속 파이프를 사용하게 되는데, 금속 파이프는 높은 내부압력이나 외부압력을 받는 곳에 사용되며, 금속 파이프에 비하여 유체의 압력이 낮은 곳에 사용되는 합성수지 파이프가 있다.

합성수지 파이프는 금속 파이프에 비해 재질상 강도 및 경도가 떨어지므로 내구성 및 내마모성을 보충하기 위한 기술개발이 지속적으로 이루어져 왔지만, 여전히 금속 파이프에 비해 내압력이나 내충격성에 한계가 있다.

특히 합성수지로 파이프를 제조하는 경우, 압출성형 방식에 의해 제조하게 되는데, 그 결과로 파이프는 압출 방향과 평행한 방향으로의 균열에 취약하게 된다. 즉, 외부의 압력이나 충격에 의해 크랙(crack)이 발생하는 경우, 초기에는 작은 크랙일지라도 압출 방향과 평행한 크랙 라인(crack line)을 따라 급속히 성장하여 파이프 전체가 파손되는 결과까지 이어진다.

한편, 어떤 재질로 이루어진 것이든, 파이프 내부에 물과 같은 유체를 유동시키는 경우, 난류 영역이 형성되는데, 파이프 내부에 공기가 존재하면 기포가 발생하면서 이 난류 영역이 확산되는 경향이 있다. 도 5는 이와 같이 종래 기술에 따른 파이프 내부에 물이 유동하는 경우를 예시한 것으로, 물의 유동방향을 화살표로 표시하고 있다. 메인 파이프(50)에 분기 파이프(51)를 연결되어 있는 경우, 메인 파이프(50) 내부에 존재하는 공기는 물이 유동함에 따라 기포 형태로 분기부 주변에 분포하면서 기포영역(A)을 형성하는데, 기포영역(A)의 주변에서 물의 유동은 난류 또는 와류 상태이다. 따라서 기포영역(A)이 확산될수록 메인 파이프(50) 내부의 물의 유동을 방해할 뿐만 아니라, 분기 파이프(51)로 진입하는 물의 유동도 방해를 받는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 내외부 압력에 대한 내압성과 충격에 대한 내충격성이 강화된 관체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 유체를 원활하게 유동시킬 수 있는 관체를 제공하는 것을 데에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체는, 튜브 형상의 본체와, 상기 본체의 내주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 내측리브와, 상기 본체의 외주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 외측리브를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체에 있어서, 상기 내측리브와 외측리브가 각각 이루는 나선형은, 꼬임 방향이 서로 반대되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 내측리브 및 외측리브가 각각 이루는 나선은 상기 본체의 길이방향에 대해 25도 이상 70도 이하의 각도인 것이 바람직하다.

본 발명은 내측리브와 외측리브가 본체의 강도를 향상시키므로, 보다 약한 재질로 이루어져 있더라도 내압성과 내충격성이 향상된다. 또한, 내측리브와 외측리브는 각각 나선형으로 형성되어 있으므로 본체의 길이방향에 따른 크랙라인의 성장을 차단할 수 있다. 따라서 특히 합성수지를 압출하여 관체를 제조하는 경우에 유용하다. 그리고 내측리브가 나선형으로 이루어져 있으므로 유체의 유동을 원활하게 함으로써 유속을 증가시키는 효과가 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체의 일실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 정면도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 길이방향 단면도이고, 도 4는 도 1의 실시예의 폭방향 단면도이다.

본체(100)는 전체적으로 원통형 튜브 형상이다. 이와 같은 형상은 통상적으로 사용되는 유체 수송용 파이프의 형태를 고려한 것으로, 필요에 따라 원형 단면이 아닌 삼각 단면이나 사각 단면과 같은 다각형 단면을 가진 튜브 형상이라도 무방하다. 본체(100)의 내주 측 공간은 유체의 유동을 위한 것으로, 이하에서 본체(100)의 길이방향이란 본체(100) 내부로의 유체의 평균적인 유동방향과 일치하 며, 일반적인 의미에서 관길이에 상응하는 방향을 지칭한다.

내측리브(120)는 본체(100)의 내주면으로부터 본체(100)의 중심을 향해 돌출된 돌기로서, 본체(100)의 길이방향을 따라 나선형으로 배치된다. 그 결과로 도 1에 도시된 바와 같이 본체(100)의 내주면은 암나사와 같은 형상이 된다. 내측리브(120)는 필요에 따라 복수 개가 구비될 수 있는데, 도 1에서는 4개의 내측리브(120)가 구비되어 본체(100)와 함께 4줄 암나사와 같은 형태를 갖고 있다.

외측리브(110)는 본체(100)의 외주면으로부터 본체(100)의 중심과 반대되는 방향으로 돌출된 돌기로서, 역시 본체(100)의 길이방향을 따라 나선형으로 배치된다. 따라서 외측리브(110)는 본체(100)와 함께 수나사와 같은 형태를 이루게 된다. 외측리브(110) 또한 복수 개가 구비될 수 있으며, 도 1에서는 역시 4개의 외측리브(110)가 구비되어 본체(100)와 함께 4줄 수나사와 같은 형태를 이루고 있다.

내측리브(120)와 외측리브(110)가 각각 나선형으로 배치되어 있으므로, 본체(100)의 길이방향과 평행한 임의의 직선은 모두 내측리브(120) 및 외측리브(110)와 교차하게 된다. 바꾸어 말해, 본체(100)의 길이방향을 따라 성장하는 모든 크랙은 내측리브(120) 및 외측리브(110)와 만나게 되며, 내측리브(120) 및 외측리브(110)가 본체(100)를 이루는 벽체보다 두꺼우므로, 그 성장이 저지된다. 요컨대 내측리브(120)와 외측리브(110)는 본체(100)를 두껍게 만드는 점에서 본체(100)의 강도를 보강하는 동시에, 잠재적인 크랙라인의 성장까지 저지할 수 있으므로, 본 발명에 따른 관체는 일반적인 관체에 비해 내압성과 내충격성이 월등히 향상된다.

한편, 내측리브(120)와 외측리브(110)가 각각 이루는 나선형은, 꼬임 방향이 서로 반대되는 것이 바람직하다. 예컨대, 본체(100)의 길이방향 일측 단부에서 보았을 때 내측리브(120)가 반시계 방향으로 꼬인 나선형이라면, 동일한 위치에서 보았을 때 외측리브(110)는 시계 방향으로 꼬인 나선형이 되는 식이다. 다른 관점에서 설명하자면, 내측리브(120)가 왼나사와 같은 나선형일 경우 외측리브(110)는 오른나사와 같은 나선형이 되는 것이 바람직하다. 이와 같이 내측리브(120)와 외측리브(110)가 각각 반대방향으로 꼬인 나선형을 이루고 있는 경우에는 크랙라인의 성장을 저지할 수 있는 기능이 더욱 향상된다. 도 2는 이와 같은 경우를 도시한 것으로, 내측리브(120)가 점선으로 도시되어 있다. 이런 경우 내측리브(120)와 외측리브(110)는 본체(100) 상의 동일한 지점을 중심으로 내주면과 외주면에서 서로 교차하는 지점이 형성된다. 이들 지점에서 내측리브(120)로부터 본체(100)를 거쳐 외측리브(110)에까지 이르는 두께는 최대치가 되며, 애초 본체(100)의 벽체만이 가진 두께보다 훨씬 두꺼워지므로, 역시 최대의 강도, 즉 내압성과 내충격성을 보일 수 있다. 특히 내측리브(120)와 외측리브(110)가 각각 반대방향으로 꼬인 나선형인 경우, 크랙라인이 본체(100)의 길이방향을 따라 성장하더라도 얼마 성장하지 못한 상태에서 곧 내측리브(120) 또는 외측리브(110)와 만나게 되며, 이들에 의해 추가적인 성장이 저지되므로, 본 발명에 따른 관체의 내압성 및 내충격성을 더욱 강화시킬 수 있다.

한편, 내측리브(120)가 나선형으로 배치되어 있으며, 본체(100)의 내주 측 공간을 따라 유동하는 유체의 운동에도 변화가 생긴다. 즉, 유체가 유동하면서 내측리브(120)와의 마찰에 의해 내측리브(120)와 같은 방향으로 선회류(vortex)가 형 성되며, 선회류에 의해 관체 내부에 존재하던 공기는 유체와 섞이면서 원심력이 작용한 결과 관체의 중심부 측으로 이동하게 된다. 따라서 관체 내의 유동이 앞서 도 5에 도시된 바와 같은 기포영역에 의해 방해받는 것이 방지되고, 그만큼 유체의 수송효율이 향상된다. 도 6은 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체의 사용예를 도시한 것으로, 본선(101)으로부터 지선(102)이 분기된 상태로서, 간략화를 위해 내측리브(120)는 도시 생략하였으나, 본선(101) 및 지선(102) 중 적어도 본선(101)은 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체로 이루어진 것이다. 유체의 유동 방향은 화살표로 표시하고 있는데, 본선(101)을 따라 유동하는 유체는 내측리브에 의해 선회류의 형태로 진행하며, 원심력에 의해 관체의 내주면 측으로 쏠리게 된다. 따라서 지선(102)과의 분기점에서 지선(102)으로의 진입이 보다 용이해지며 유체의 수송효율이 향상된다.

이와 같은 효과를 위해 특히 내측리브(120) 및 외측리브(110)가 각각 이루는 나선형의 각도가 중요하다. 즉, 내측리브(120) 및 외측리브(110)가 본체(100)의 길이방향에 대해 이루는 각도는 25도 이상 70도 이하인 것이 바람직하다. 하한값인 25도는 특히 합성수지를 압출하여 본 발명에 따른 관체를 제조하는 경우, 제조에 소요되는 시간이 과도하게 길어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한 상한값인 70도는 크랙라인의 성장을 유효하게 저지하기 위한 것으로서, 70보다 큰 각도에서는 크랙라인이 내측리브(120) 또는 외측리브(110)를 따라 성장할 수 있다는 점을 고려한 것이다. 내측리브(120)와 외측리브(110)의 각 형상이 나사산과 유사하다는 관점에서, 이와 같은 나선의 각도를 리이드각(Lead Angle)으로 표현하자면 20도 이 상 65도 이하의 범위에 해당한다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체의 일실시예의 사시도,

도 2는 도 1의 실시예의 정면도,

도 3은 도 1의 실시예의 길이방향 단면도,

도 4는 도 1의 실시예의 폭방향 단면도,

도 5는 종래 기술에 따른 파이프 내부의 유동 예를 도시한 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체의 사용예를 도시한 단면도이다.

Claims (3)

1. 튜브 형상의 본체와,

   상기 본체의 내주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 내측리브와,

   상기 본체의 외주면에서 상기 본체의 길이방향을 따라 나선형으로 돌출되도록 형성된 외측리브를 포함하여 이루어진 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내측리브와 외측리브가 각각 이루는 나선형은, 꼬임 방향이 서로 반대되는 것을 특징으로 하는 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 내측리브 및 외측리브가 각각 이루는 나선은 상기 본체의 길이방향에 대해 25도 이상 70도 이하의 각도인 것을 특징으로 하는 내압성, 내충격성 및 유속이 증가된 관체.

Images