KR20190075657A - 진공단열배관 연결구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른, 초저온의 가스를 이송하는 진공단열배관의 구성에 있어서, 초저온의 가스가 흐르는 내관(inner pipe)와; 상기 내관의 외부에서 둘러싸며, 소정의 단열을 제공하도록 구비되는 외관(20)(outer pipe)와; 상기 내관의 외주면과 외관(20)의 내주면사이에 소정의 이격공간을 형성시키는 서포터(30); 상기 내관과 외관(20)사이에 개재되어 구비되고, 상기 내관과 외관(20)사이에 진공공간을 형성시키는 히트브레이크(40)(heat break)와; 상기 히트브레이크(40)의 일측에 구비되고, 상기 내관의 수축 또는 팽창으로 인한 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 구비되는 벨로우즈(50)(bellows);를 포함하여 구성되고, 배관의 연결시에 내관의 연결후, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)를 결합후 상기 외관(20)을 밀폐시키는 슬리브 파이프(60)(sleeve pipe)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 의할 때, 초저온의 가스를 이송 또는 보관하는 배관의 연결시에 발생하는 누설(Leakage)를 최소화하고, 용접작업의 포인트의 수를 최소화하는 진공단열배관 연결구조를 통해서 안정적이면서도 간단한 구조를 가진 연결구조를 제공하는 것이 가능하다.

Description

진공단열배관 연결구조 {connection structure of vacuum line}
본 발명은 진공단열배관 연결장치로서, 진공단열배관을 연결하는 데 필요한 구성부품을 최소하하고, 단열성능을 극대화하고, 방사율을 낮출 수 있는 진공단열배관 연결구조에 관한 것이다.
일반적으로, 초저온 액화 가스 등과 같은 초저온 유체는 온도가 낮고 잠열이 작기 때문에 소량의 열침입에 의해서도 쉽게 기화될 수 있다. 이에, 저장탱크에서 멀리 떨어진 장비까지 초저온 유체를 이송하기 위해서는 단열성능이 우수한 진공단열배관이 이용된다.
진공단열배관은 외부로부터의 열침입을 차단하여 초저온 상태의 액화가스가 기화하지 않고 액체상태로 원활히 이송할 수 있도록 되어 있다.
진공단열배관은 통상 액화가스가 흐르는 내관과, 외부로부터의 열침입을 방지하는 외관으로 구성되고, 이러한 내관과 외관 사이에는 고진공 상태를 유지하기 위하여 흡착제가 장착되며, 다층단열을 위해 복수의 단열필름이 다층으로 감겨진다. 상기 내관은 외관 내면에서 이격된 상태로 외관에 동심원상으로 배치된다. 외관과 내관 사이에는 지지대가 설치되어 외관에 대해 내관을 지지한다.
상기 지지대는 테플론이나 베클라이드와 같은 단열재를 삼각형태 또는 사각형태로 가공하여 내관에 끼워 설치하는 구조나, 스테인레스링을 내관에 용접하고, 단열재를 스테인레스링에 끼워 내관을 지지하는 구조가 주로 사용된다.
그런데, 상기와 같이 내관과 외관 사이에 진공 상태를 유지하는 구조는 단열 성능을 높일 수 있으나, 내관과 외관 사이의 공간을 유지하고 내관을 지지하기 위해서 지지대의 설치가 요구되므로, 결과적으로 내관과 외관이 지지대를 매개로 서로 연결되는 구조가 된다.
따라서, 지지대가 내관과 외관 사이의 열전달 경로를 형성하여, 열손실이 불가피하게 발생된다.
상기과 같은 극저온 유체를 이송하기 위한 배관은 단열 성능이 우수하여야 하며, 이를 위하여 진공단열배관이 이용된다. 우수한 단열 성능을 보장하기 위해서 주로 이용되는 배관의 구성은, 배관을 내관과 외관으로 분리하여 내관과 외관의 사이를 진공 상태로 유지하는 것이다.
종래에 진공단열배관을 연결하는 방법은 진공단열배관의 보스와 보스를 맞대기 방식으로 용접하고 방사선검사를 통하여 용접부의 용접상태를 확인함으로써 이루어진다. 그러나 맞대기 방식으로 용접하기 위해서는 보스와 보스를 정교하게 밀착하여 용접하여야 하고 또한 용접 후에도 검사를 통하여 용접상태를 확인하여야 하므로 배관을 결합하는데 장시간 소요된다.
별도의 연결관을 이용하여 사용하는 방식도 고려될 수 있으나 이와 같은 경우, 구조적으로 복잡해지므로 누출위험성이 커지며, 진공씰을 위한 별도의 슬리브가 요구되므로 별도의 공간이 필요하고 경제성 측면에서 불리하다.
특허문헌: 등록특허 제1222622호(2013. 01. 09 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 진공단열배관의 연결부위를 단순화하고, 진공단열배관을 연결하는 데 필요한 구성부품을 최소하하고, 단열성능을 극대화하고, 방사율을 낮출 수 있는 진공단열배관 연결장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시 예에서는, 초저온의 가스를 이송하는 진공단열배관의 구성에 있어서, 초저온의 가스가 흐르는 내관(inner pipe)와; 상기 내관의 외부에서 둘러싸며, 소정의 단열을 제공하도록 구비되는 외관(outer pipe)와; 상기 내관의 외주면과 외관의 내주면사이에 소정의 이격공간을 형성시키는 서포터(suppoter)와; 상기 내관과 외관사이에 개재되어 구비되고, 상기 내관과 외관사이에 진공공간을 형성시키는 히트브레이크(40)(heat break)와; 상기 히트브레이크(40)의 일측에 구비되고, 상기 내관의 수축 또는 팽창으로 인한 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 구비되는 벨로우즈(50)(bellows);를 포함하여 구성되고, 배관의 연결시에 내관의 연결후, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)를 결합후 상기 외관의 외주면을 밀폐시키는 슬리브 파이프(60)(sleeve pipe)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 히트브레이크(40)의 결합은, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)의 단부에 대해서 용접결합을 통해서 결합하고 밀폐상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 서포터는, 상기 내관의 외주면에 방사상 방향으로 2개소 이상에 구비되고, 소정의 높이를 가지고, 상기 외관의 내주면과 접하여 소정의 공간거리를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히트브레이크(40)는, 일단은 상기 내관의 외주면과 고정결합하고, 타단은 상기 히트브레이크(40)의 타단과 각각 결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트브레이크(40)의 결합은, 연장되는 내관끼리의 결합후에, 상기 히트브레이크(40)의 타단끼리 용접결합을 한후, 상기 내관과 히트브레이크(40) 사이의 공간은 진공배기를 통해서 진공상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 벨로우즈(50)(bellows)는, 상기 내관의 온도와 외부의 온도차로 인해 발생하는 수축 또는 팽창으로 인해 내관끼리의 접합부에서 발생하는 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 소정의 길이에 대해서 플렉시블하게 대응가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 슬리브 파이프(60)는, 서로 연결된 외관의 접합부에 구비되고, 상기 외관끼리의 접합부의 외주면을 감싸서 차폐시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 내관의 외부표면에는, 방사율을 낮추기 위해서 도막두께를 15 내지 20μm로 하는 은도금 또는 무전해 도금(Cu, Ni, Ag)처리를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열배관 연결장치는, 진공단열배관을 효율적으로 연결하는 진공단열배관 연결장치를 제공하는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의할 때, 초저온의 가스를 이송 또는 보관하는 배관의 연결시에 발생하는 누설(Leakage)를 최소화하고, 용접작업의 포인트의 수를 최소화하는 진공단열배관 연결구조를 통해서 안정적이면서도 간단한 구조를 가진 연결구조를 제공하는 것이 가능하다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 진공단열배관 연결구조의 전체 구성을 나타내는 분해사시도 및 단면도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 진공단열배관 연결구조의 전체 구성을 나타내는 분해사시도 및 단면도들이다.
일반적으로, 진공단열배관은 내관(10)과 외관(20)으로 구성되며, 내관(10)과 외관(20)의 사이 공간은 진공을 유지하여 내관(10)으로 이송되는 유체로 열이 투입되지 않도록 하여야 한다. 따라서 진공단열배관은 내부식성이 뛰어난 STS(스테인리스 스틸)를 주로 사용하나 생산 단가가 높게 형성되므로 경제성 측면에서 불리하다. 이에 대하여 고망간강이 고려될 수 있으나 내부식성이 문제되었다. 이를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 고망간강으로 구성된 진공단열배관에 광휘소둔 처리를 하여 배관의 표면에 치밀한 산화층을 형성시킨다. 치밀한 산화층은 부식에 대한 저항을 향상시키므로 내부식성이 향상된다. 내부식성을 위한 산화층의 두께는 55nm 이상이 바람직하다.
이하 설명에서, 초저온 유체는 표준 대기 온도 및 압력 조건에서 가스 상태에 있는 모든 유체를 포함한다. 예를들어 초저온 유체는 액화 천연 가스 및 다른 탄화수소 함유 혼합물뿐만 아니라, 산소, 질소, 이산화 탄소 및 아르곤과 같은 대기 가스를 포함한다.
본 실시예에서는 초저온 유체로 액상의 액화천연가스(LNG)를 이송하는 진공단열배관을 예로서 설명한다. 본 실시예는 이에 한정하지 않으며 액화천연가스 외에 다양한 초저온 유체 이송을 위한 진공단열배관에 모두 적용가능하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시 예에서는, 초저온의 가스를 이송하는 진공단열배관의 구성에 있어서, 초저온의 가스가 흐르는 내관(10)(inner pipe)와; 상기 내관(10)의 외부에서 둘러싸며, 소정의 단열을 제공하도록 구비되는 외관(20)(outer pipe)와; 상기 내관(10)의 외주면과 외관(20)의 내주면사이에 소정의 이격공간을 형성시키는 서포터(30)(suppoter)와; 상기 내관(10)과 외관(20)사이에 개재되어 구비되고, 상기 내관(10)과 외관(20)사이에 진공공간을 형성시키는 히트브레이크(40)(heat break)와; 상기 히트브레이크(40)의 일측에 구비되고, 상기 내관(10)의 수축 또는 팽창으로 인한 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 구비되는 벨로우즈(50)(bellows);를 포함하여 구성되고, 배관의 연결시에 내관(10)의 연결후, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)를 결합후 상기 외관(20)의 외주면을 밀폐시키는 슬리브 파이프(60)(sleeve pipe)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 내관(10)은 외관(20)보다 직경이 작은 관으로 외관(20)과 동심원을 이루며, 외관(20)과 간격을 두고 배치된다. 상기 내관(10)과 외관(20) 사이에는 외관(20) 내부에서 내관(10)을 지지하는 서포터(30)가 구비 또는 형성된다.
상기 내관(10)의 외주면에는 글라스울 페이퍼나 알루미늄 페이퍼 등의 필름 형태의 단열재(미도시)가 여러 겹으로 감겨져 설치된다. 상기 단열재는 내관(10)과 외관(20) 사이에 복사에 의한 열전도를 차단하는 역할을 수행한다.
다른 실시예로써, 상기 내관(10)의 외부표면에는, 방사율을 낮추기 위해서 도막두께를 15 내지 20μm로 하는 은도금 또는 무전해 도금(Cu, Ni, Ag)처리를 하여 방사율을 낮춰서 열전도를 차단하는 것 또한 가능하다.
상기 진공단열배관은 내관(10)과 외관(20) 사이 내부 공간을 고 진공 상태로 형성한다. 또한, 내관(10)과 외관(20) 사이에는 고 진공상태를 유지하기 위한 흡착제가 더 구비될 수 있다. 상기 흡착제는 수분 등과 같이 진공화에 해로운 이물질을 흡착하여 내관(10)과 외관(20) 사이의 공간에 대한 진공도를 유지할 수 있다.
또한, 상기 진공단열배관은 연속 배치되어 연결되는 내관(10)과 내관(10)의 연결부 또는 외관(20)과 외관(20)의 연결부에 설치되어 열응력에 의한 내관(10) 또는 외관(20)의 변형에너지를 흡수하는 벨로즈(50)을 더 포함한다. 상기 벨로즈(50)는 표면에 주름이 형성되어 신축되는 관 구조로 되어 있다.
이에, 상기 벨로즈(50)는 자체적으로 주름이 펴지거나 접혀지면서 신축되어 내관(10)에서 발생하는 변형을 흡수한다.
상온의 내관(10)에 초저온의 액화천연가스가 흐르게 되면 상온과 액화천연가스의 온도 차이에 의해 내관(10)에 열응력이 발생된다. 상기 내관(10)에 설치된 벨로즈(50)는 열응력에 의해 내관(10)이 변형되는 경우 자체적으로 신축되면서 상기 내관(10)의 변형에너지를 흡수하게 된다. 따라서 열응력에 의해 내관(10)이 파손되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
한편, 상기 히트브레이크(40)의 결합은, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)의 단부에 대해서 용접결합을 통해서 결합하고 밀폐상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 서포터(30)는, 상기 내관(10)의 외주면에 방사상 방향으로 2개소 이상에 구비되고, 소정의 높이를 가지고, 상기 외관(20)의 내주면과 접하여 소정의 공간거리를 형성시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히트브레이크(40)는, 일단은 상기 내관(10)의 외주면과 고정결합하고, 타단은 상기 히트브레이크(40)의 타단과 각각 결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트브레이크(40)의 결합은, 연장되는 내관(10)끼리의 결합후에, 상기 히트브레이크(40)의 타단끼리 용접결합을 한후, 상기 내관(10)과 히트브레이크(40) 사이의 공간은 진공배기를 통해서 진공상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 벨로우즈(50)(bellows)는, 상기 내관(10)의 온도와 외부의 온도차로 인해 발생하는 수축 또는 팽창으로 인해 내관(10)끼리의 접합부에서 발생하는 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 소정의 길이에 대해서 플렉시블하게 대응가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 슬리브 파이프(60)는, 서로 연결된 외관(20)의 접합부에 구비되고, 상기 외관(20)끼리의 접합부의 외주면을 감싸서 차폐시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 내관(10)의 외부표면에는, 방사율을 낮추기 위해서 도막두께를 15 내지 20μm로 하는 은도금 또는 무전해 도금(Cu, Ni, Ag)처리를 하는 것을 특징으로 한다.
10. 내관(inner pipe) 20. 외관(outer pipe)
30. 서포터(supporter) 40. 히트브레이크(heat break)
50. 벨로우즈(bellows) 60. 슬리브 파이프(sleeve pipe)

Claims (8)

  1. 초저온의 가스를 이송하는 진공단열배관의 구성에 있어서,
    초저온의 가스가 흐르는 내관(inner pipe)와;
    상기 내관의 외부에서 둘러싸며, 소정의 단열을 제공하도록 구비되는 외관(20)(outer pipe)와;
    상기 내관의 외주면과 외관(20)의 내주면사이에 소정의 이격공간을 형성시키는 서포터(30)(suppoter)와;
    상기 내관과 외관(20)사이에 개재되어 구비되고, 상기 내관과 외관(20)사이에 진공공간을 형성시키는 히트브레이크(40)(heat break)와;
    상기 히트브레이크(40)의 일측에 구비되고, 상기 내관의 수축 또는 팽창으로 인한 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 구비되는 벨로우즈(50)(bellows);를 포함하여 구성되고,
    배관의 연결시에 내관의 연결후, 한쌍의 상기 히트브레이크(40)를 결합후 상기 외관(20)의 외주면을 밀폐시키는 슬리브 파이프(60)(sleeve pipe)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트브레이크(40)의 결합은,
    한쌍의 상기 히트브레이크(40)의 단부에 대해서 용접결합을 통해서 결합하고 밀폐상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서포터(30)는,
    상기 내관의 외주면에 방사상 방향으로 2개소 이상에 구비되고,
    소정의 높이를 가지고, 상기 외관(20)의 내주면과 접하여 소정의 공간거리를 형성시키는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트브레이크(40)는,
    일단은 상기 내관의 외주면과 고정결합하고,
    타단은 상기 히트브레이크(40)의 타단과 각각 결합하는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히트브레이크(40)의 결합은,
    연장되는 내관끼리의 결합후에, 상기 히트브레이크(40)의 타단끼리 용접결합을 한후, 상기 내관과 히트브레이크(40) 사이의 공간은 진공배기를 통해서 진공상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈(50)(bellows)는,
    상기 내관의 온도와 외부의 온도차로 인해 발생하는 수축 또는 팽창으로 인해 내관끼리의 접합부에서 발생하는 히트리크(heat leak)를 방지하기 위해 소정의 길이에 대해서 플렉시블하게 대응가능한 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브 파이프(60)는,
    서로 연결된 외관(20)의 접합부에 구비되고,
    상기 외관(20)끼리의 접합부의 외주면을 감싸서 차폐시키는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내관의 외부표면에는,
    방사율을 낮추기 위해서 도막두께를 15 내지 20μm로 하는 은도금 또는 무전해 도금(Cu, Ni, Ag)처리를 하는 것을 특징으로 하는 진공단열배관 연결구조.
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KR20210016158A (ko) 2019-08-01 2021-02-15 이덕재 초저온 진공단열 배관용 초저온 응력감쇄기
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