WO2017078333A1 - 배관 결빙 장치 - Google Patents

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WO2017078333A1
WO2017078333A1 PCT/KR2016/012287 KR2016012287W WO2017078333A1 WO 2017078333 A1 WO2017078333 A1 WO 2017078333A1 KR 2016012287 W KR2016012287 W KR 2016012287W WO 2017078333 A1 WO2017078333 A1 WO 2017078333A1
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pipe
refrigerant
cover
fin
heat dissipation
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PCT/KR2016/012287
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신익호
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신익호
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/10—Means for stopping flow from or in pipes or hoses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L55/103—Means for stopping flow from or in pipes or hoses by temporarily freezing liquid sections in the pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/18—Appliances for use in repairing pipes

Definitions

  • the present invention relates to a pipe freezing device that blocks a flow of liquid by freezing a portion of the pipe to repair or replace the pipe at the point where the water leakage occurs, when water leakage, damage, such as water pipes, power plant pipes. .
  • Piping is connected to a plant including a power plant, a general home or school such as a water supply system, or a school to guide the flow of grid water. And when leaks or damage of the system equipment occurs to maintain it, or when the inspection of the system equipment is required, it is necessary to freeze the front and rear ends of the pipe, this operation is impossible to drain the system water filled in the pipe Or where isolation is not possible.
  • FIG. 1 shows an apparatus for rapidly freezing a pipe disclosed in Korean Laid-Open Patent No. 10-2008-0107297.
  • the cooling coil 23 is wound around two outer sides of the water pipe 30 to be cut in the exposed water pipe for the regular maintenance or replacement construction of the water pipe, and the wound cooling coil 23. Is sealed by the coil jacket 26.
  • the sealed cooling coil 23 is then connected to a refrigerant cooling device (not shown) by connecting pipes 22 and 24.
  • the liquid refrigerant cooled in the refrigerant cooling device (not shown) and discharged is supplied to the cooling coil 23 through the connection pipe 22, and the supplied liquid refrigerant is gaseous in the cooling coil 23. It is recovered to the refrigerant cooling device through the connecting pipe 24 as being. Since the inside of the closed coil jacket 26 is rapidly cooled by the refrigerant circulation process of the refrigerant circulation system, water in the water supply pipe 30 in which the cooling coil 23 is wound is rapidly frozen.
  • the pipe icing apparatus shown in FIG. 1 has a problem that it is difficult to wind the cooling coil 23 tightly in close contact with the outer circumferential surface of the cylindrical pipe 30.
  • the cooling coil 23 may be a metal tube such as a copper tube having excellent heat transfer rate.
  • the cooling coil 23 accurately follows the outer circumferential surface of the cylindrical pipe 30 and is difficult to bend and has a long time. Because it takes. Therefore, the heat exchange efficiency is lowered, wasteing a lot of time and energy until the pipe freezing, and the working time is longer, and the pipe maintenance time and cost are increased.
  • the water filled in the water pipe 30, ie, the liquid filled in the pipe is a high temperature liquid of 60 ° C or more, the pipe freezing may take longer time or even the pipe may not freeze.
  • the present invention also provides a pipe freezing device that can be easily installed on the outer peripheral surface of the pipe which requires freezing, and also has excellent heat exchange efficiency for liquid freezing in the pipe, so that pipe freezing work can be completed easily and quickly.
  • the present invention is detachably coupled to each other to surround the outer circumferential surface of the pipe, a fin supporting member having an inner surface in close contact with the outer circumferential surface of the pipe, and one end of which is fixed to the pin support member, First and second fin assemblies each having heat dissipating fins to facilitate heat exchange, and removably joined to one another to form an interior space that is sealed and sealed from the outside, the first and second joined together
  • a first cover and a second cover to receive the fin assembly in the internal space, wherein at least one of the first cover and the second cover includes a refrigerant inlet for introducing refrigerant from the outside into the internal space;
  • a coolant outlet port is formed to discharge a coolant from the inner space to the outside, and the coolant flows into the inner space through the coolant inlet port in a liquid state, thereby allowing the coolant to flow out. While vaporizing the fluid and the heat exchange in the pipe in the space and provides a pipe freezing unit is discharged from the inner space through the
  • the first and second fin assemblies may be made of one of aluminum (Al), aluminum alloy, copper (Cu), and copper alloy.
  • the heat dissipation fins may protrude in a radial direction from the center of the pipe and extend in the longitudinal direction of the pipe.
  • the heat dissipation fin has a half disk shape so that the heat dissipation fin of the first fin assembly and the heat dissipation fin of the second fin assembly are combined in a disc form when the first fin assembly and the second fin assembly are coupled to each other.
  • a plurality of heat dissipation fins may be arranged in the longitudinal direction of the pipe.
  • the refrigerant may be a cryogenic refrigerant.
  • the first and second covers each include a cover inner plate and a cover outer plate spaced apart from the cover inner plate outside the cover inner plate, and between the cover inner plate and the cover outer plate, the inner space.
  • a heat insulation space is provided for suppressing heat exchange between the outside and the outside, and the heat insulation space may be in a vacuum state, an air filled state, or a state filled with the heat insulating material.
  • the first and second covers and the pin support members of the first and second pin assemblies may be half pipes, respectively.
  • a pair of fin assemblies are coupled to surround the outer circumferential surface of the pipe, a pair of covers are coupled to surround the pair of fin assemblies coupled to each other, and a coolant tank in which a liquid refrigerant is stored.
  • a coolant tank in which a liquid refrigerant is stored.
  • the present invention is provided with a plurality of heat dissipation fins in the inner space formed by a pair of covers to improve the heat exchange efficiency between the refrigerant and the fluid inside the pipe.
  • the pipe freezing operation can be completed quickly and easily.
  • a cryogenic refrigerant such as liquefied nitrogen is applied as the refrigerant and injected into the internal space, the inside of the pipe can be quickly frozen even when water inside the pipe is filled with high temperature of 60 ° C or more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional pipe icing device.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a pipe icing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views of FIG. 2 taken along the SE-SE, and FIG. 3 is a view in which members are combined.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a pipe icing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are cross-sectional views of FIG. 2 taken along the SE-SE.
  • 3 is a view of a shape in which members are coupled.
  • 4 is a view in which the members are separated. 2 to 4 together, the pipe frosting device 50 according to an embodiment of the present invention, when a part of the pipe 100 is damaged, or when a replacement is required due to a failure of a valve (not shown), By selectively freezing water only necessary portions within the pipe 100, the device can be easily and inexpensively maintained.
  • the pipe 100 is a passage for guiding water, such as running water for power plants, factories, homes, and schools.
  • a failure may occur in the valve.
  • the pipe freezing device 50 is applied to the pipes on both sides of the valve 100 to freeze the water inside the pipe 100. As a result, water does not flow through the valve, so that the valve replacement operation can be performed smoothly.
  • the pipe icing device 50 has first and second pin assemblies 75 and 85 and first and second covers 51 and 65.
  • the first and second pin assemblies 75, 85 are detachably coupled to each other.
  • the first and second covers 51 and 65 are detachably joined to each other.
  • the first and second fin assemblies 75, 85 have fin support members 76, 86 and a plurality of heat dissipation fins 81, 91, respectively.
  • the pin support members 76 and 86 have inner side surfaces 79 and 89 in close contact with the outer circumferential surface of the pipe 100.
  • the pair of pin support members 76 and 86 are half pipes of the same size as each other.
  • the pair of pin support members 76, 86 have a circular pipe shape.
  • the circular pipe shape corresponds to the shape of the pipe 100 having a circular cross section when the first and second pin assemblies 75 and 85 are coupled to each other.
  • Coupling vanes 78 and 88 are provided at both ends of the pair of pin support members 76 and 86.
  • the coupling vanes 78 and 88 protrude in a radial direction from the center of the pipe 100 and extend in the longitudinal direction of the pipe 100.
  • the first and second pin assemblies 75, 85 are detachably coupled to each other.
  • the coupling blades 78 and 88 may be bolted by contacting each other so that a wide surface is in contact with each other.
  • wide surfaces may be coupled to each other by a connecting cable (not shown).
  • the plurality of heat dissipation fins 81 and 91 promote heat exchange.
  • One end of the plurality of heat dissipation fins 81 and 91 is fixed to the fin support members 76 and 86.
  • the plurality of heat dissipation fins 81 and 91 protrude in the radial direction from the center of the pipe 100 and extend in the longitudinal direction of the pipe 100.
  • the plurality of heat dissipation fins 81 and 91 may be spaced at equal intervals from the fin support members 76 and 86, for example, and may be coupled to each other by, for example, welding. After joining, the inner surfaces 79 and 89 are milled so that one end of the heat dissipation fins 81 and 91 does not protrude toward the inner surfaces 79 and 89 of the pin support members 76 and 86. It can be processed to a smooth surface by the) method.
  • the heat dissipation fin provided in the pipe icing apparatus of the present invention is not limited to the heat dissipation fin of the form shown in Figs.
  • the heat dissipation fin may have a shape of a half disk.
  • the heat dissipation fin of the first fin assembly and the heat dissipation fin of the second fin assembly may be combined in a disk form.
  • a plurality of the heat dissipation fins may be arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the pipe 100.
  • the first and second covers 51 and 65 are detachably coupled to each other.
  • the internal spaces of the first and second covers 51 and 65 coupled to each other are blocked from the outside and sealed.
  • the first and second pin assemblies 75 and 85 coupled to each other are received in the inner space.
  • the first and second covers 51 and 65 have a half pipe shape having the same size, and when the first and second covers 51 and 65 are coupled to each other, the first and second covers 51 and 65 have a circular pipe shape.
  • Semicircular grooves 57 and 71 are formed at both ends of the first and second covers 51 and 65 in the longitudinal direction of the pipe 100. When the first and second covers 51 and 65 are coupled, the pair of semi-circular grooves 57 and 71 are aligned so that the pipe 100 penetrates the first and second covers 51 and 65 coupled to each other. An opening is formed.
  • the first and second covers 51 and 65 are provided with cover inner plates 53 and 67 and cover outer plates 52 and 66, respectively.
  • the cover inner plates 53 and 67 have a half pipe shape.
  • the cover outer plates 52 and 66 are spaced apart from the cover inner plates 53 and 67 on the outside of the cover inner plates 53 and 67.
  • the inner space defined by the combined first and second covers 51 and 65 between the cover outer plate 52, 66 and the cover inner plate 53, 67, and the combined first and second Insulating spaces 59 and 73 which suppress heat exchange between the outside of the covers 51 and 65 are formed.
  • the first and second covers 51 and 65 have flanges 55 and 69 at both ends.
  • the flanges 55 and 69 connect both ends of the cover inner plates 53 and 67 and the cover outer plates 52 and 66 and extend outwardly from the cover outer plates 52 and 66.
  • the cover outer plates 52, 66, the cover inner plates 53, 67, and the flanges 55, 69 define the thermal insulation spaces 59, 73 of the first and second covers 51, 65.
  • the insulation spaces 59 and 73 may be in a vacuum state, filled with air, or filled with insulation.
  • the first and second covers 51 and 65 are detachably coupled to each other.
  • the flanges 55 and 69 may abut each other and be bolted or coupled by a connecting cable (not shown).
  • the first and second fin assemblies 75 and 85 are made of a metal material having excellent heat transfer characteristics and good workability.
  • the first and second fin assemblies 75 and 85 are preferably made of one of aluminum (Al), aluminum alloy, copper (Cu), and copper alloy (Cu).
  • the first and second covers 51 and 65 may be made of plastic or metal. In this case, the first and second covers 51, 65 are made of aluminum (Al), aluminum alloy, copper (Cu), and copper alloy (Cu) such as the first and second fin assemblies 75, 85. It is made of one material.
  • the first cover 51 is provided with a plurality of refrigerant inlets 63 and a refrigerant outlet 61.
  • the refrigerant flows into the internal space from the outside of the first and second covers 51 and 65 through the plurality of refrigerant inlets 63.
  • the refrigerant flows out of the internal space to the outside of the first and second covers 51 and 65 through the refrigerant outlet 61.
  • the refrigerant inlet and the refrigerant outlet need not be provided only in the first cover 51, but may be provided in the second cover 65.
  • one of the refrigerant inlet and the refrigerant outlet may be provided in the first cover 51, and the other of the refrigerant inlet and the refrigerant outlet may be provided in the second cover 65.
  • the coolant is, for example, cryogenic coolant such as liquefied nitrogen, liquefied carbon dioxide, liquefied helium, or liquefied ammonia.
  • a coolant tank in which the cryogenic coolant in a liquid state is stored is connected to the coolant inlet 63 through a coolant supply connection pipe (not shown).
  • the pipe freezing device 50 is installed around the pipe 100, the pipe freezing device 50 is connected to the coolant tank through the coolant supply connecting pipe, and the outlet valve of the coolant tank is opened. Cryogenic refrigerant is introduced into the pipe icing apparatus 50.
  • the cryogenic refrigerant in the liquid state absorbs heat in the interior space to vaporize, and freezes the fluid inside the pipe 100.
  • the vaporized cryogenic refrigerant is discharged to the outside in a gaseous state through the refrigerant outlet 61.
  • the cryogenic refrigerant may be blocked into the internal space for a short time of about 10 seconds with a stopper (not shown).
  • the usage method of the piping icing apparatus 50 of this invention is not limited to using it connected to a refrigerant tank as mentioned above. That is, the refrigerant circulating circuit may be configured to connect the refrigerant cooling unit (not shown) to the flow of the refrigerant, to freeze the fluid in the pipe 100 while circulating the refrigerant, and to release heat from the refrigerant cooling unit. It may be.
  • the plurality of heat dissipation fins 81 and 91 may promote heat exchange between the fluid in the pipe 100 and the refrigerant introduced into the internal space, so that the fluid in the pipe 100 may freeze quickly. Even when water is filled in the pipe 100, high temperature water in the pipe 100 may be quickly frozen.
  • the operator arranges the first and second pin assemblies 75 and 85 so as to face each other while surrounding the pipe 100 and fastens the coupling wings 78 and 88 by using fastening bolts or by tightening a connecting cable.
  • the first and second covers 51 and 65 face each other such that the first and second covers 51 and 65 surround the combined first and second pin assemblies 75 and 85.
  • the pipe freezing device 50 can be installed in the pipe 100 by joining the flanges 55 and 69 of the first and second covers 51 and 65 by using a fastening bolt or by tightening a connecting cable.
  • the pipe freezing device 50 may be disassembled and separated from the pipe 100 in the reverse order of the above-described assembly procedure.
  • the present invention can be used when leakage or damage of piping such as water supply, power plant pipes, and the like occurs.

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Abstract

배관의 누수나 손상이 발생한 경우, 누수가 발생되는 지점의 배관을 보수하거나 교체하기 위해 배관의 일부분을 결빙시켜 액체의 흐름을 차단하는 배관 결빙 장치가 개시된다. 개시된 배관 결빙 장치는, 제1 커버 및 제2 커버 중 적어도 하나에는 냉매를 외부로부터 내부 공간으로 유입하는 냉매 유입구와, 냉매를 내부 공간으로부터 외부로 유출하는 냉매 유출구가 형성된다. 냉매는 액체 상태로 냉매 유입구를 통해 내부 공간으로 유입되어 내부 공간에서 배관 내의 유체와 열 교환하면서 기화하고 냉매 유출구를 통해 내부 공간에서 배출된다. 본 발명에 따르면, 배관 정비 또는 수리의 시간과 비용이 절감된다.

Description

배관 결빙 장치
본 발명은 상수도, 발전소 파이프 등과 같은 배관의 누수나 손상이 발생한 경우, 누수가 발생되는 지점의 배관을 보수하거나 교체하기 위해 상기 배관의 일부분을 결빙시켜 액체의 흐름을 차단하는 배관 결빙 장치에 관한 것이다.
발전소 등을 포함하는 공장이나, 상수도 등의 일반 가정 또는 학교 등의 계통설비에는 배관이 연결되어 계통수의 유동을 안내하게 된다. 그리고 계통설비의 누수나 손상이 발생하여 이를 정비하고자 할 때, 또는 계통설비의 점검이 필요한 때, 배관의 전단 및 후단을 결빙시키는 작업이 필요하게 되는데, 이러한 작업은 배관에 채워진 계통수의 배수가 불가능하거나 격리가 불가능한 경우에 행해진다.
도 1에는 대한민국 공개특허번호 제10-2008-0107297호에 개시된 배관을 급속 결빙하는 장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상수도관의 정기 보수 또는 교체 시공을 위해 노출된 상수도관에서 절관하고자 하는 상수도관(30)의 외측 2개소에 냉각코일(23)을 권취하고, 권취된 냉각코일(23)을 코일 재킷(26)에 의해 밀폐시킨다. 이어서 밀폐된 냉각코일(23)은 연결관(22, 24)에 의해 냉매 냉각 장치(미도시)에 연결된다.
이러한 구성으로 냉매 냉각 장치(미도시)에서 냉각되어 토출된 액체 상태의 냉매가 연결관(22)을 통해 냉각코일(23)에 공급되며, 공급된 액상의 냉매는 냉각코일(23)에서 기체 상태로 되면서 연결관(24)을 통해 상기 냉매 냉각 장치로 다시 회수된다. 이와 같은 냉매 순환 시스템의 냉매 순환 과정에 의해 밀폐된 코일 재킷(26) 내부는 급속하게 냉각되므로 냉각코일(23)이 권취된 상수도관(30) 내의 물은 급속히 결빙되게 된다.
그러나, 도 1에 도시된 배관 결빙 장치는 냉각코일(23)을 원통형인 배관(30)의 외주면에 빈틈없이 밀착되게 권취하기 어렵다는 문제점이 있다. 통상적으로 냉각코일(23)은 열전달율이 우수한 동관 등의 금속관일 수 있으며, 현장에서 직접 금속관을 구부려 설치해야 하는 작업 환경에서 금속관을 원통형인 배관(30)의 외주면을 정확하게 추종하며 굽히기 어렵고 시간도 오래 소요되기 때문이다. 따라서, 열 교환 효율이 저하되어 배관 결빙까지 많은 시간과 에너지의 낭비가 발생하며, 작업 시간이 길어져 배관 정비 시간과 비용이 증대된다. 특히, 상수도관(30), 즉 배관 내에 채워진 액체가 60℃ 이상의 고온 액체인 경우에는 배관 결빙에 더욱 오랜 시간이 소요되거나 심지어 배관이 결빙되지 않을 수도 있다.
본 발명은, 결빙이 요구되는 배관 외주면에 설치하기도 용이하고, 배관 내 액체 결빙을 위한 열 교환 효율도 우수하여, 배관 결빙 작업을 쉽고 빠르게 완료할 수 있는 배관 결빙 장치를 제공한다.
본 발명은, 분리 가능하게 서로 결합되어 배관의 외주면을 감싸는 것으로, 상기 배관의 외주면에 밀착되는 내측면을 갖는 핀 지지 부재(fin supporting member)와, 상기 핀 지지 부재에 일 측 단부가 고정된, 열 교환을 촉진하는 방열 핀(fin)을 각각 구비하는 제1 및 제2 핀 조립체, 및 분리 가능하게 서로 결합되어 외부로부터 차단되고 밀봉된 내부 공간을 형성하며, 상기 서로 결합된 제1 및 제2 핀 조립체를 상기 내부 공간에 수용하는 제1 및 제2 커버(cover)를 구비하고, 상기 제1 커버 및 상기 제2 커버 중 적어도 하나에는 냉매를 외부로부터 상기 내부 공간으로 유입하는 냉매 유입구와, 상기 냉매를 상기 내부 공간으로부터 상기 외부로 유출하는 냉매 유출구가 형성되고, 상기 냉매는 액체 상태로 상기 냉매 유입구를 통해 상기 내부 공간으로 유입되어 상기 내부 공간에서 상기 배관 내의 유체와 열 교환하면서 기화하고 상기 냉매 유출구를 통해 상기 내부 공간에서 배출되는 배관 결빙 장치를 제공한다.
상기 제1 및 제2 핀 조립체는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금 중의 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 방열 핀은 상기 배관의 중심으로부터 방사 방향(radial direction)으로 돌출되고 상기 배관의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제1 핀 조립체 및 상기 제2 핀 조립체가 결합되면 상기 제1 핀 조립체의 방열 핀과 상기 제2 핀 조립체의 방열핀이 원판 형태로 합쳐지도록, 상기 방열 핀은 반원판(half disk) 형태를 가지며, 복수 개의 상기 방열 핀이 상기 배관의 길이 방향으로 배열될 수 있다.
상기 냉매는 극저온 냉매일 수 있다.
상기 제1 및 제2 커버는 각각, 커버 내측판과, 상기 커버 내측판 외측에 상기 커버 내측판과 이격된 커버 외측판을 구비하고, 상기 커버 내측판과 상기 커버 외측판 사이에, 상기 내부 공간과 상기 외부 간의 열 교환을 억제하는 단열 공간이 형성되고, 상기 단열 공간은 진공 상태, 공기가 채워진 상태, 및 단열재가 채워진 상태 중의 한 상태일 수 있다.
상기 제1 및 제2 커버, 및 상기 제1 및 제2 핀 조립체의 핀 지지 부재는 각각, 하프 파이프 (half pipe) 형상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 한 쌍의 핀 조립체가 배관 외주면을 감싸도록 결합하고, 한 쌍의 커버를 상기 서로 결합된 한 쌍의 핀 조립체를 감싸도록 결합하고, 액체 상태의 냉매가 저장된 냉매 탱크(tank)를 커버에 연결하는 것으로 배관 결빙 장치의 설치를 빠르고 용이하게 완료할 수 있다. 또한, 작업 후에도 용이하고 빠르게 분해할 수 있다. 결과적으로, 배관 정비 또는 수리의 시간과 비용이 절감된다.
본 발명은 한 쌍의 커버에 의해 형성된 내부 공간에 다수의 방열 핀을 구비하여 냉매와 배관 내부의 유체 사이의 열 교환 효율이 향상된다. 따라서, 배관 결빙 작업을 빠르고 쉽게 완료할 수 있다. 더욱이, 냉매로서 액화 질소와 같은 극저온 냉매를 적용하여 상기 내부 공간에 주입하면 배관 내부에 60℃ 이상 고온의 물이 채워진 경우에도 배관 내부를 신속하게 결빙시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배관 결빙 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 결빙 장치를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2를 SE-SE 에 따라 절개 도시한 단면도로서, 도 3은 부재들이 결합된 형상의 도면이다.
도 4는 부재들이 분리된 형상의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배관 결빙 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들이다. 따라서 상기 용어는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 결빙 장치를 도시한 사시도이다. 도 3 및 도 4는 도 2를 SE-SE 에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 3은 부재들이 결합된 형상의 도면이다. 도 4는 부재들이 분리된 형상의 도면이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 결빙 장치(50)는, 배관(100) 중에 일부가 파손되거나, 밸브(미도시)의 고장으로 인해 교체가 필요한 경우에, 배관(100) 내에서 필요한 부분만 선택적으로 물을 결빙시킴으로써, 설비를 간편하고 저렴하게 정비할 수 있는 장치이다. 상기 배관(100)은, 예컨대 발전소, 공장, 일반 가정, 학교 등의 상수도와 같이 물을 안내하는 통로이다.
상기 배관(100)과 밸브(미도시)로 구성된 수로에서, 밸브에 고장이 발생할 수 있다. 이 경우, 배관 결빙 장치(50)는 각각 밸브 양측 배관(100)에 적용되어 배관(100) 내부의 물을 결빙한다. 이에 따라, 물이 상기 밸브를 경유하여 흐르지 않게 되므로 상기 밸브 교체 작업을 원활하게 진행할 수 있다.
상기 배관 결빙 장치(50)는 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)와, 제1 및 제2 커버(cover)(51, 65)를 구비한다. 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 분리 가능하게 서로 결합된다. 제1 및 제2 커버(cover)(51, 65)는 분리 가능하게 서로 결합된다.
제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 각각, 핀 지지 부재(76, 86)와 복수의 방열 핀(fin)(81, 91)을 구비한다. 핀 지지 부재(76, 86)는 배관(100)의 외주면에 밀착되는 내측면(79, 89)을 갖는다. 한 쌍의 핀 지지 부재(76, 86)는 서로 같은 크기의 하프 파이프(half pipe) 형상이다. 상기 한 쌍의 핀 지지 부재(76, 86)는 원형 파이프 형상이다. 상기 원형 파이프 형상은 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 결합되면 단면이 원형인 배관(100)의 형상에 대응된다.
한 쌍의 핀 지지 부재(76, 86)의 양 단부에는 결합 날개(78, 88)가 마련된다. 상기 결합 날개(78, 88)는 배관(100)의 중심으로부터 방사 방향(radial direction)으로 돌출되고 배관(100)의 길이 방향으로 연장된다.
제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 서로 분리 가능하게 결합된다. 결합 방법으로는 상기 결합 날개(78, 88)가 넓은 면이 접촉되게 서로 맞닿아 볼트(bolt) 체결될 수 있다. 이와 달리, 연결 케이블(미도시)에 의해 넓은 면이 접촉되게 결합될 수 있다.
복수의 방열 핀(81, 91)은 열 교환을 촉진한다. 상기 복수의 방열 핀(81, 91)의 일 측 단부는 핀 지지 부재(76, 86)에 고정된다. 또한, 상기 복수의 방열 핀(81, 91)은 배관(100)의 중심으로부터 방사 방향으로 돌출되고 배관(100)의 길이 방향으로 연장된다.
복수의 방열 핀(81, 91)은 핀 지지 부재(76, 86)에 등 간격으로 이격되어 예컨대 용접(welding) 등의 방법으로 결합될 수 있다. 상기 결합 이후에, 핀 지지 부재(76, 86)의 내측면(79, 89) 측으로 방열 핀(81, 91)의 일 측 단부가 돌출되지 않도록, 상기 내측면(79, 89)이 밀링(milling) 등의 방법으로 매끄러운 표면이 되도록 가공될 수 있다.
다만, 본 발명의 배관 결빙 장치에 구비된 방열 핀은 도 2 내지 도4에 도시된 형태의 방열 핀에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상기 방열핀이 반원판(half disk) 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 핀 조립체 및 제2 핀 조립체가 결합되면 상기 제1 핀 조립체의 방열 핀과 상기 제2 핀 조립체의 방열핀이 원판(disk) 형태로 합쳐질 수 있다. 이와 더불어, 복수 개의 상기 방열 핀이 배관(100)의 길이 방향으로 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
제1 및 제2 커버(51, 65)는 분리 가능하게 서로 결합된다. 서로 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)의 내부 공간은 외부로부터 차단되고 밀봉된다. 상기 내부 공간에 서로 결합된 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 수용된다. 제1 및 제2 커버(51, 65)는 서로 같은 크기의 하프 파이프(half pipe) 형상으로, 제1 및 제2 커버(51, 65)가 결합되면 단면이 원형인 파이프 형상이 된다. 배관(100)의 길이 방향으로 제1 및 제2 커버(51, 65) 양 측 말단에는 반원형의 홈(57, 71)이 형성된다. 제1 및 제2 커버(51, 65)가 결합될 때 상기 한 쌍의 반원형 홈(57, 71)이 정렬되어 배관(100)이 서로 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)를 관통하는 개구(開口)가 형성된다.
제1 및 제2 커버(51, 65)는 각각, 커버 내측판(53, 67)과, 커버 외측판(52, 66)을 구비한다. 커버 내측판(53, 67)은 하프 파이프 형상이다. 커버 외측판(52, 66)은 상기 커버 내측판(53, 67)의 외측에 상기 커버 내측판(53, 67)과 이격 배치된다.
커버 외측판(52, 66)과 커버 내측판(53, 67) 사이에, 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)에 의해 한정되는 상기 내부 공간과, 상기 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)의 외부 사이에 열 교환을 억제하는 단열 공간(59, 73)이 형성된다.
제1 및 제2 커버(51, 65)는 양 단부에 플랜지(flange)(55, 69)를 구비한다. 상기 플랜지(flange)(55, 69)는 상기 커버 내측판(53, 67)과 커버 외측판(52, 66)의 양 단부를 이어주며, 커버 외측판(52, 66)보다 외측으로 확장된다. 따라서, 커버 외측판(52, 66), 커버 내측판(53, 67), 및 플랜지(55, 69)가 제1 및 제2 커버(51, 65)의 단열 공간(59, 73)을 한정한다. 단열 공간(59, 73)은 진공 상태이거나, 공기가 채워진 상태이거나, 단열재가 채워진 상태일 수 있다.
제1 및 제2 커버(51, 65)가 서로 분리 가능하게 결합된다. 예를 들어, 상기 플랜지(55, 69)가 서로 맞닿아 볼트(bolt) 체결되거나 연결 케이블(미도시)에 의해 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 열 전달 특성이 우수하고 가공성이 좋은 금속 재질로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 바람직하게는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금(Cu) 중의 하나의 재질로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 커버(51, 65)는 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 커버(51, 65)는 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)와 같은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금(Cu) 중의 하나의 재질로 이루어진다.
제1 커버(51)에는 복수의 냉매 유입구(63)와, 냉매 유출구(61)가 마련된다. 복수의 냉매 유입구(63)를 통하여 냉매가 제1 및 제2 커버(51, 65)의 외부로부터 상기 내부 공간으로 유입된다. 또한, 냉매 유출구(61)를 통하여, 냉매가 상기 내부 공간으로부터 상기 제1 및 제2 커버(51, 65)의 외부로로 유출된다.
본 발명의 배관 결빙 장치에서 상기 냉매 유입구와 냉매 유출구는 제1 커버(51)에만 마련되어야 하는 것은 아니며, 제2 커버(65)에 마련될 수도 있다. 또는, 제1 커버(51)에 냉매 유입구와 냉매 유출구 중 하나가 마련되고, 제2 커버(65)에 냉매 유입구와 냉매 유출구 중 다른 하나가 마련될 수도 있다.
상기 냉매는 예컨대, 액화 질소, 액화 이산화탄소, 액화 헬륨, 액화 암모니아 등의 극저온 냉매이다. 도 2 내지 도 4에 도시되지 않았으나, 액체 상태인 상기 극저온 냉매가 저장된 냉매 탱크(tank)가 냉매 공급 연결관(미도시)을 통하여 상기 냉매 유입구(63)에 연결된다. 배관 결빙 장치(50)를 배관(100) 주변에 설치하고, 상기 냉매 공급 연결관을 통하여 상기 배관 결빙 장치(50)와 상기 냉매 탱크를 연결하고 상기 냉매 탱크의 배출구 밸브를 개방하면, 액체 상태의 극저온 냉매가 상기 배관 결빙 장치(50)의 내부로 유입된다.
상기 액체 상태의 극저온 냉매는 상기 내부 공간에서 열을 흡수하여 기화하고, 배관(100) 내부의 유체를 결빙시킨다. 상기 기화된 극저온 냉매는 냉매 유출구(61)를 통해 기체 상태로 외부로 배출된다.
상기 내부 공간에서 상기 극저온 냉매의 열 교환 효율을 높이기 위하여 상기 극저온 냉매가 상기 내부 공간으로 유입된 후 상기 냉매 유출구(61)를 마개(미도시)로 10초 내외의 짧은 시간 동안 막을 수도 있다.
한편, 본 발명의 배관 결빙 장치(50)의 사용 방법은 상술한 바와 같이 냉매 탱크에 연결하여 사용하는 것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 냉매 냉각 유닛(미도시)과 냉매의 유동이 가능하게 연결하여, 냉매를 순환시키면서 상기 배관(100) 내부의 유체를 동결시키고, 상기 냉매 냉각 유닛에서 열을 방출하도록 냉매 순환 회로를 구성할 수도 있다.
상기 복수의 방열 핀(81, 91)이 배관(100) 내의 유체와 상기 내부 공간에 유입된 냉매 간의 열 교환을 촉진하여 배관(100) 내의 유체가 빠르게 결빙될 수 있으며, 특히 60℃ 이상의 고온의 물이 배관(100) 내에 채워진 경우에도 상기 배관(100) 내의 고온의 물을 빠르게 결빙할 수 있다.
작업자는 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 배관(100)을 감싸면서 서로 마주보도록 배열하고 결합 날개(78, 88)를 체결 볼트를 이용하여 체결하거나 연결 케이블을 조여서 결합한다. 그리고 제1 및 제2 커버(51, 65)가 상기 결합된 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)를 에워싸도록 상기 제1 및 제2 커버(51, 65)를 서로 마주보게 배열한다. 그 후에 제1 및 제2 커버(51, 65)의 플랜지(55, 69)를 체결 볼트를 이용하거나 또는 연결 케이블을 조여서 결합함으로써 배관 결빙 장치(50)를 배관(100)에 설치할 수 있다. 배관 결빙 작업이 종료되면 상술한 조립 순서의 역순으로 배관 결빙 장치(50)를 분해하여 배관(100)에서 분리할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명은 상수도, 발전소 파이프 등과 같은 배관의 누수나 손상이 발생시에 이용 가능하다.

Claims (7)

  1. 분리 가능하게 서로 결합되어 배관의 외주면을 감싸는 것으로, 상기 배관의 외주면에 밀착되는 내측면을 갖는 핀 지지 부재와, 상기 핀 지지 부재에 일 측 단부가 고정된, 열 교환을 촉진하는 방열 핀을 각각 구비하는 제1 및 제2 핀 조립체; 및, 분리 가능하게 서로 결합되어 외부로부터 차단되고 밀봉된 내부 공간을 형성하며, 상기 서로 결합된 제1 및 제2 핀 조립체를 상기 내부 공간에 수용하는 제1 및 제2 커버(cover);를 구비하고,
    상기 제1 커버 및 상기 제2 커버 중 적어도 하나에는 냉매를 외부로부터 상기 내부 공간으로 유입하는 냉매 유입구와, 상기 냉매를 상기 내부 공간으로부터 상기 외부로 유출하는 냉매 유출구가 형성되고,
    상기 냉매는 액체 상태로 상기 냉매 유입구를 통해 상기 내부 공간으로 유입되어 상기 내부 공간에서 상기 배관 내의 유체와 열 교환하면서 기화하고 상기 냉매 유출구를 통해 상기 내부 공간에서 배출되는 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 핀 조립체는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금 중의 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 핀은 상기 배관의 중심으로부터 방사 방향(radial direction)으로 돌출되고 상기 배관의 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 핀 조립체 및 상기 제2 핀 조립체가 결합되면 상기 제1 핀 조립체의 방열 핀과 상기 제2 핀 조립체의 방열핀이 원판 형태로 합쳐지도록, 상기 방열 핀은 반원판(half disk) 형태를 가지며,
    복수 개의 상기 방열 핀이 상기 배관의 길이 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 냉매는 극저온 냉매인 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  6. 제1 항에 있어서
    상기 제1 및 제2 커버는 각각, 커버 내측판과, 상기 커버 내측판 외측에 상기 커버 내측판과 이격된 커버 외측판을 구비하고,
    상기 커버 내측판과 상기 커버 외측판 사이에, 상기 내부 공간과 상기 외부 간의 열 교환을 억제하는 단열 공간이 형성되고,
    상기 단열 공간은 진공 상태, 공기가 채워진 상태, 및 단열재가 채워진 상태 중의 한 상태인 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 커버, 및 상기 제1 및 제2 핀 조립체의 핀 지지 부재는 각각, 하프 파이프 (half pipe) 형상인 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
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