KR20160001133U - 파이프 내면 코팅장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 파이프 내면 코팅장치에 관한 것이며, 그 목적은 파이프의 사양과 무관하게 각종 파이프 내면에 대한 코팅 작업의 호환성이 우수하고, 코팅 품질을 높일 수 있는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 고안은 내면 코팅을 수행하고자 하는 파이프(1)의 양쪽 개방 단부에 체결되어 파이프(1)의 내부를 밀폐시키는 커버(110,120); 한쪽 커버(120)에 형성된 가스배출구(115)와 연결되어 파이프(1)의 내부를 진공 상태로 유지시키는 진공펌프(130); 다른 나머지 커버(110)에 형성된 가스주입구(117)와 연결되어 파이프(1)의 내부로 방전가스를 주입시키는 방전가스탱크(140); 및 외부 전원인가부(170)와 전기적으로 연결되며 상기 가스주입구(117)와 인접하게 해당 커버(110)의 내부에 설치되며, 파이프(1)내의 방전가스를 이온화시켜 플라즈마 상태를 조성하는 것과 더불어 고체시료(161)를 용융시키는 고체시료장치(160)를 포함하여 구성한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

파이프 내면 코팅장치{Apparatus of coating pipe}
본 고안은 파이프 내면 코팅장치에 관한 것으로, 특히 중공음극방전 증착에 의해 파이프 내면에 코팅층을 형성하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 배관이나 산업 전반에 걸쳐 다양하게 사용되는 파이프는 사용과정에서 내부 유체(기체)에 의한 부식 혹은 물리적 침식 등의 방지 목적으로 유체와 접하는 내면에 별도의 코팅층을 형성하는 경우가 있다.
파이프 내면에 코팅을 형성하기 위한 장치로는 에폭시 코팅, PE 코팅, 용융아연도금 등이 있다.
상기 에폭시 코팅 방식 역시 에폭시 분말을 열로 용융시켜 넣거나, 용액상태의 에폭시를 붓으로 직접 발라서 코팅하는 것으로, 시공과 유지보수가 간단한 장점이 있으나, 인체에 유해한 성분을 발생시킨다는 이유로 인해 상기 PE 코팅 방식으로 많이 대체되고 있다.
상기 PE 코팅 방식은 합성수지(PE) 분말을 열로 용융시켜 넣거나 용액상태의 합성수지 용액을 파이프(강관) 내면에 직접 분사하여 코팅하는 것으로, 상기 에폭시 코팅 방식과 달리 인체에 무해하고 도막이 오래가는 장점이 있으나, 합성수지의 녹는점이 낮아 사용온도가 낮다는 문제가 있다.
상기 용융아연도금 방식은 예열된 파이프(강관)를 약 450도 정도의 아연용액에 담구어 코팅 과정을 거치는 것으로, 저비용의 간단한 코팅공정이 가능하고, 내구성 또한 뛰어난 이유에서 선박 등의 파이프 코팅에 주로 사용되고 있다.
하지만 용융아연도금 역시 해수나 산이 있는 환경에서는 선택적인 부식이 일부 일어나는 문제가 있고, 아연용액을 그대로 높은 온도로 녹여서 입히기 때문에 코팅층의 외관이 투박하고 특히 일정한 두께의 코팅층을 구현하는데 적합하지 못하다.
또한 용융아연도금 방식은 대상 파이프(강관)를 아연용액에 담구어 코팅 과정을 거치는 것임에 따라, 특히 선박에 사용되는 각종 파이프는 그 크기가 수십 센티미터에서 수십 미터에 이르기까지 다양할 뿐만 아니라 대형 파이프가 적용되는 바, 이러한 다양하고 대형 파이프에 대한 용융아연도금을 수행하기 위해서는 용융아연도금 장치 역시 매우 거대해져야 하는 문제가 있다.
문헌1. 대한민국공개특허공보 제2011-0085092호(2011.07.27)
따라서 본 고안이 해결하고자 하는 과제는, 선박에 사용되는 파이프 내면에 대한 코팅 작업의 신속하고 간단히 수행할 수 있고, 파이프의 사양 및 용도와 무관하게 호환성이 우수하고, 코팅 품질을 높일 수 있는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 고안에 의한 파이프 내면 플라즈마 코팅장치는, 파이프(1)의 양쪽 개방 단부에 체결되어 파이프(1)의 내부를 밀폐시키는 커버(110,120); 한쪽 커버(120)에 형성된 가스배출구(115)와 연결되어 파이프(1)의 내부를 진공 상태로 유지시키는 진공펌프(130); 다른 나머지 커버(110)에 형성된 가스주입구(117)와 연결되어 파이프(1)의 내부로 방전가스를 주입시키는 방전가스탱크(140); 및 외부 전원인가부(170)와 전기적으로 연결되며 상기 가스주입구(117)와 인접하게 해당 커버(110)의 내부에 설치되며, 파이프(1)내의 방전가스를 이온화시켜 플라즈마 상태를 조성하는 것과 더불어 고체시료(161)를 용융시키는 고체시료장치(160)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
이때 상기 고체시료장치(160)는, 커버(110)의 내부에 설치되는 고체시료(161)와; 상기 가스주입구(117)와 인접하게 커버(110)에 설치되는 전자빔발생기(162); 및 상기 고체시료(161)의 주변부에 설치되어 상기 전자빔발생기(162)로 발생된 전자빔을 고체시료(161)측으로 유도하는 전자빔 유도 마그넷(163)을 포함하여 구성한 것일 수 있다.
또한 상술한 파이프 내면 플라즈마 코팅장치에는, 상기 파이프(1)에 전하를 발생시켜 코팅 증착을 유도하는 증착유도부(180)를 포함하여 구성함이 좋다.
이때 상기 증착유도부(180)는, 고체시료장치(160)와 인접한 한쪽 커버(110)를 관통하게 설치되어 파이프(1)의 내부에 양전하(+)를 조성시키는 양전하발생기(181); 및 다른 나머지 커버(120)에 설치되어 파이프(1)에 음전하(-)를 조성시키는 음전하발생기(182); 및 상기 양전하발생기(181)와 파이프(1)의 사이에 설치되어 양전하발생기(181)로부터 파이프(1)로 전달되는 전류를 차단시키는 절연체(183)를 포함하여 구성한 것일 수 있다.
또한 상술한 파이프 내면 플라즈마 코팅장치에는, 가스주입구(117)와 인접하게 한쪽 커버(110)의 일측에는 기체시료주입구(116)가 형성되고; 상기 기체시료주입구(116)와 연결되어 파이프(1)의 내부로 기체시료를 주입하는 기체시료탱크(150)를 포함하여 구성할 수 있다.
본 고안은 파이프를 반응챔버로 하는 플라즈마방전 증착에 의한 코팅층을 파이프 내면에 형성하도록 구성함으로서, 파이프 내면에 대한 코팅 작업의 신속하고 간단히 수행할 수 있고, 파이프의 사양 및 용도와 무관하게 내면에 대한 코팅 작업의 호환성이 우수하고, 코팅 품질을 높일 수 있으며, 높은 생산성을 가져올 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 일실시 예에 의한 파이프 내면 플라즈마 코팅 장치의 구성을 보이는 측면도.
도 2는 본 고안의 다른 실시 예에 의한 파이프 내면 플라즈마 코팅 장치의 구성을 보이는 측면도.
도 3은 본 고안에 의한 내면 코팅이 완료된 파이프의 단면도.
위에 기재된 또는 기재되지 않은 본 고안의 특징과 효과들은 이하 첨부도면을 참조한 본 고안의 실시 예들을 통하여 더욱 명백히 한다.
본 고안에 의한 파이프 내면 코팅장치는 파이프를 반응 챔버로 하는 플라즈마 방전 증착에 의해 파이프 내면에 직접 코팅층을 형성하는 방식을 제공한다.
도 1은 본 고안의 실시 예에 의한 파이프 내면 플라즈마 코팅 장치의 구성을 보이는 도면이다.
본 고안에 의한 파이프 내면 코팅장치는 파이프(1)의 양쪽 개장 단부에는 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 연결되게 구성된다.
상기 제1,2 커버(110,120)는 파이프(1) 내부에 진공분위기를 조정하기 위해 파이프(1)의 양쪽 단을 밀폐시키고, 방전가스의 주입과 배출 및 전류 공급을 위한 연결수단을 제공하며, 제1,2 커버(110,120)는 파이프(1)의 양쪽 단이 갖는 직경에 상응하는 크기로 구비된다.
상기 연결수단(105)은 파이프(1)와 각 커버(110,120)의 대향하는 밀착면에 개재되는 실링부재(미 표시)와, 파이프(1)와 각 커버(110,120)의 대향하는 플랜지를 체결하는 볼트 너트로 구성될 수 있다.
제2 커버(120)의 일측에는 가스배출구(115)가 형성되며, 이러한 가스배출구(115)에는 진공펌프(130)가 연결된다. 이에 따라 진공펌프(130)의 작동에 따라 파이프(1)의 내부는 진공상태가 유지된다.
제1 커버(110)의 일측에는 가스주입구(117)가 형성되며, 이러한 가스주입구(117)는 방전가스탱크(140)와 연결된다. 이에 따라 방전가스탱크(140)의 유량조절기(미 표시) 개폐 여부에 따라 파이프(1)의 내부로 일정 압(약 1 mTorr ~ 수백 mTorr)의 방전가스가 주입된다.
상기 플라즈마를 생성하기 위한 방전가스는 비활성 가스가 이용되며, 예를 들어 Ar, Ne, Xe 등에서 선택적으로 사용하거나 이들의 조합된 혼합 가스 형태로 사용될 수 있다.
또한 가스주입구(117)와 인접하게 제1 커버(110)의 내부에는 외부 전원인가부(170)와 전기적으로 연결되는 고체시료장치(160)를 포함한다. 이러한 고체시료장치(160)는 고체시료(161), 전자빔발생기(162:Electro Beam Gun), 및 전자빔 유도 마그넷(163)을 포함하여 구성된다.
상기 고체시료(161)의 재질은 파이프(1)의 용도에 따라 적절히 선택하여 사용될 수 있으며, 예를 들어 Cr, Ti, Al, Zr 등이 이용될 수 있으며, 도 3과 같이 파이프(1) 내면에 코팅 후 CrN, TiN, AlTiN, TiZrN 와 같은 박막을 생성하게 된다.
상기 전자빔발생기(162)는 가스주입구(117)와 인접하게 설치되며, 전원인가부(170)로부터 인가된 고전압으로부터 파이프(1) 내부를 향해 전자빔을 발생시킨다. 이러한 공지의 전자빔발생기(162)에 대한 상세 설명은 생략한다.
상기 전자빔 유도 마그넷(163)은 고체시료(161)의 주변부에 설치되며, 전원인가부(170)로부터 인가된 전원으로부터 고체시료(161)의 주변부에 자기장을 발생시킴에 따라 상기 전자빔발생기(162)로부터 발생된 전자빔을 고체시료(161)로 유도한다.
한편 제1 커버(110)의 일측에는 기체시료주입구(116)가 형성되며, 이러한 기체시료주입구(116)는 기체시료탱크(150)와 연결될 수 있다. 상기 기체시료의 재질 역시 파이프(1)의 용도에 따라 적절히 선택하여 사용될 수 있으며, 일반적으로 N2, O2가 사용된다.
이러한 구성의 코팅 장치를 이용한 코팅 과정을 설명하면 다음과 같다.
내면 코팅을 필요로 하는 파이프(1)를 정반에 거치시킨 상태에서, 파이프(1)의 양쪽 개방 단부에 제1 커버(110)와 제2 커버(120)를 체결한다.
이때 제1 커버(110)에는 고체시료장치(160)가 미리 장착된다.
이후 가스배출구(115)와 연결된 진공펌프(130)를 작동하여 파이프(1) 내부를 진공 상태로 조성한다.
이후 가스주입구(117)와 연결된 방전가스탱크(140)의 유량 조절기(미 도시)를 열어 일정 압의 방전가스를 파이프(1) 내부로 주입시킨다.
이렇게 파이프(1) 내부에 일정 압의 방전가스가 충전된 상태에서 전자빔발생기(161)는 전자빔을 파이프(1)의 내부로 발생시키고, 이때 발생되는 전자빔의 열에 의해 파이프(1)내 방전가스가 이온화되고 플라즈마 상태가 조성된다.
이와 동시에 고체시료(161)의 주변부에 장착된 전자빔 유도 마그넷(162)에 형성되는 자기장에 의해 전자빔은 고체시료(161)로 유도되고, 이를 통해 고체시료(161)의 용융이 활발해진다.
결국 이렇게 용융되는 고체시료(161)로부터 발생된 양의 전하(+)를 띈 금속원자는 파이프(1)의 내면에 접촉하면서 코팅층(2: 도 3참조)을 형성하게 된다.
한편 도 2는 본 고안의 다른 실시 예에 의한 파이프 내면 플라즈마 코팅 장치의 구성을 보이는 도면이다.
본 고안의 다른 실시 예에 의한 파이프 내면 코팅장치에는 증착유도부(180)를 포함한 것에서 도 1에 도시된 일실시 예와 차이점이 있다.
즉, 증착유도부(180)는 고체시료장치(160)를 통해 발생된 양전하(+)를 띈 금속원자를 파이프(1)의 내면으로 이동시켜 증착을 유도함으로서 보다 효율적인 코팅층(2: 도 3참조)을 형성할 수 있도록 하는 것이다.
실시 예에 의한 증착유도부(180)는 상기 고체시료장치(160)와 인접한 한쪽 제1 커버(110)를 관통하게 설치되어 파이프(1)의 내부에 양전하(+)를 조성시키는 양전하발생기(181)와, 다른 나머지 제2 커버(120)에 설치되어 파이프(1)에 음전하(-)를 조성시키는 음전하발생기(182), 및 상기 양전하발생기(181)와 파이프(1)의 사이에 설치되어 양전하발생기(181)로부터 파이프(1)로 전달되는 전류를 차단시키는 절연체(183)를 포함하여 구성된다.
결국 증착유도부(180)를 통해, 파이프(1)의 내부는 양전하(+)가 조성되는 한편 파이프(1)는 음전하(-)가 조성되기 때문에, 고체시료장치(160)를 통해 용융된 고체시료(161)로부터 발생된 양전하(+)를 띈 금속원자는 파이프(1)의 내면에 대해 보다 효과적인 증착이 가능해지고, 이로 인해 파이프(1) 내면에 대해 신속하고 균일한 코팅층(2)을 형성할 수 있고 코팅 완료 후 파이프(1)에 대한 코팅층(2)의 결합력도 증대시킬 수 있게 된다.
한편 도 1 및 도 2에 도시된 코팅 장치를 이용한 코팅 과정 중에는 파이프(1)의 용도 및 재질에 따라, 가스주입구(117)와 연결된 방전가스탱크(140)의 유량 조절기를 열어, 기체시료를 추가하여 보충할 수도 있다.
상기와 같이 단위 파이프(1)에 대한 내면 코팅이 완료된 다음에는 파이프(1)로부터 제1,2 커버(110,120)를 분리시킨 다음 새로운 파이프(1)에 제1,2 커버(110,120)를 재차 연결한 상태에서 반복해서 파이프 내면에 대한 코팅 작업을 수행하게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 고안에 의한 실시 예에서는 제1 커버(110)에 기체시료주입구(116), 가스주입구(117), 및 고체시료장치(160)가 설치되고, 제2 커버(120)에 가스배출구(115)가 설치되어 있으나, 이와 반대로 제1 커버(110)에 가스배출구(115)를 설치하고, 제2 커버(120)에 기체시료주입구(116), 가스주입구(117), 및 고체시료장치(160)를 설치 구성할 수 있음은 물론이다.
1: 파이프 110: 제1 커버
120: 제2 커버 130: 진공펌프
140: 방전가스탱크 150: 기체시료탱크
160: 고체시료장치 161: 고체시료
162: 전자빔발생기 163: 전자빔 유도 마그넷
170: 전원인가부 180: 증착유도부

Claims (6)

  1. 파이프(1)의 양쪽 개방 단부에 체결되어, 파이프(1)의 내부를 밀폐시키는 커버(110,120);
    한쪽 커버(120)에 형성된 가스배출구(115)와 연결되어, 파이프(1)의 내부를 진공 상태로 유지시키는 진공펌프(130);
    다른 나머지 커버(110)에 형성된 가스주입구(117)와 연결되어, 파이프(1)의 내부로 방전가스를 주입시키는 방전가스탱크(140); 및
    전원인가부(170)와 전기적으로 연결되며, 상기 가스주입구(117)와 인접하게 해당 커버(110)에 설치되며, 파이프(1)내의 주입된 방전가스를 이온화시켜 플라즈마 상태를 조성하는 것과 더불어 고체시료(161)를 용융시키는 고체시료장치(160)를 포함하는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고체시료장치(160)는, 커버(110)의 내부에 설치되는 고체시료(161)와; 가스주입구(117)와 인접하게 커버(110)에 설치되는 전자빔발생기(162); 및 상기 고체시료(161)의 주변부에 설치되어 상기 전자빔발생기(162)로 발생된 전자빔을 고체시료(161)측으로 유도하는 전자빔 유도 마그넷(163)을 포함하는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 파이프(1)에 전하를 발생시켜 코팅 증착을 유도하는 증착유도부(180)를 포함하는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 증착유도부(180)는, 상기 고체시료장치(160)와 인접한 한쪽 커버(110)에 설치되어 파이프(1)의 내부에 양전하(+)를 조성시키는 양전하발생기(181); 및 다른 나머지 커버(120)에 설치되어 파이프(1)상에 음전하(-)를 조성시키는 음전하발생기(182)를 포함하는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 가스주입구(117)와 인접하게 한쪽 커버(110)의 일측에는 기체시료주입구(116)가 형성되고; 상기 기체시료주입구(116)와 연결되어 파이프(1)의 내부로 기체시료를 주입하는 기체시료탱크(150)를 포함하는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 파이프(1)와 커버(110,120)는 연결수단(105)에 의해 결합되는 파이프 내면 플라즈마 코팅장치.
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