WO2023038306A1 - 튜브의 삽입이 용이한 확관 장치, 및 이를 이용한 복합관 제조방법 - Google Patents

튜브의 삽입이 용이한 확관 장치, 및 이를 이용한 복합관 제조방법 Download PDF

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WO2023038306A1
WO2023038306A1 PCT/KR2022/011960 KR2022011960W WO2023038306A1 WO 2023038306 A1 WO2023038306 A1 WO 2023038306A1 KR 2022011960 W KR2022011960 W KR 2022011960W WO 2023038306 A1 WO2023038306 A1 WO 2023038306A1
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tube
pipe
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water
water supply
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PCT/KR2022/011960
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방만혁
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주식회사 금강
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    • B29C57/00—Shaping of tube ends, e.g. flanging, belling or closing; Apparatus therefor, e.g. collapsible mandrels
    • B29C57/02—Belling or enlarging, e.g. combined with forming a groove
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    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D23/00—Producing tubular articles

Definitions

  • the present invention relates to a pipe expansion device for expanding and coupling an inner pipe and an outer pipe, and more specifically, since the tube is inserted into the inner pipe in a state where the outer diameter of the tube is reduced, the tube is easily inserted and after the tube is inserted into the inner pipe
  • the present invention relates to a tube expansion device in which the tube is easily inserted by inflating the tube and inserting the tube into the exterior while the tube is closely fixed to the tube.
  • the present invention also includes a method for manufacturing a composite pipe using such a pipe expansion device.
  • a steel pipe or a cast iron pipe has been widely used as a large pipe for water supply.
  • Cast iron pipes have a problem in that rust and scale generated therein cause deterioration in water quality.
  • the inner surface of the cast iron pipe may be coated with cement or epoxy resin, but the cement and epoxy resin may be eliminated to contaminate water and block the pipe.
  • the cast iron pipe has such a problem, since there is no pipe that can surpass the excellent physical properties of the cast iron pipe against water pressure or water impact acting on the large pipe, the cast iron pipe has been continuously used as a pipe for constant water.
  • stainless steel pipes have excellent corrosion resistance and good water taste, so they can be used as water supply piping, but their use is extremely limited because of their high price and problems such as soil corrosion (potential corrosion, etc.) in some areas.
  • the large composite pipe 1 is composed of a stainless steel pipe 3, a steel pipe 2, and an anticorrosive layer 4 (resin layer). Inside the steel pipe 2, the stainless steel pipe 3 ) After inserting, it is manufactured by expanding the stainless steel pipe (3) and the steel pipe (2). An adhesive layer (not shown in the drawing) may be formed between the stainless steel pipe 3 and the steel pipe 2 in order to increase the bonding force between the stainless steel pipe 3 and the steel pipe 2.
  • the large composite pipe 1 has a problem that the stainless steel pipe 3 and the steel pipe 2 can be separated from each other at both ends of the pipe.
  • the composite pipe 10 is composed of a body portion 11 and a short pipe portion 12 coupled to one end of the body portion 11.
  • the body portion 11 includes a steel pipe (exterior pipe), a stainless steel pipe (inner pipe) inserted into the steel pipe, and an anticorrosive layer (resin layer, not shown in the drawing) formed on the outer surface of the steel pipe.
  • the steel pipe (outer pipe) and the stainless steel pipe (inner pipe) are joined by pipe expansion.
  • an adhesive layer may be formed between the steel pipe (outer pipe) and the stainless steel pipe (inner pipe) to increase bonding strength.
  • this adhesive layer may be made of plasticized heat-treated polyurea.
  • An expansion tube 14 may be formed at the other end of the main body 11 .
  • the expansion part 14 is a part where the other end of the body part 11 is expanded, and is a part into which the short pipe part 12 of the adjacent composite pipe 10 is inserted when connecting the composite pipes 10 to each other.
  • the short pipe portion 12 is made of a stainless steel pipe having a shorter length than the body portion 11 .
  • the side of one end of the stainless steel pipe is welded to the side of one end of the steel pipe (exterior) so as to be watertight.
  • a groove 13 is formed in the circumferential direction in the short pipe portion 12, and a connecting device (not shown in the drawings) for connecting the composite pipe 10 is installed in the groove 13.
  • the contents are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2264918, which has already been registered by the present applicant. All contents disclosed in the Patent Registration Gazette of Korean Patent Registration No. 10-2264918 are included in this specification.
  • the short pipe portion 12 has substantially the same thickness as the steel pipe (outer pipe) of the body portion 11, the stainless steel pipe (inner pipe) of the body portion 11 is in a substantially straight state without large angle bending or steps. It can be joined by welding to the inner surface of the short pipe portion 12 while maintaining. Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problem, that is, the problem of separation of the steel pipe (outer pipe) and the stainless steel pipe (inner pipe) of the composite pipe.
  • the anticorrosive layer covers the outer surface of the steel pipe (exterior) to prevent corrosion of the steel pipe (exterior).
  • the anticorrosive layer is formed to extend right before the groove 13 . Since the outer part of the groove 13 (the part opposite the main body part) is a part inserted into the expansion part 14, the anticorrosive layer may not be formed.
  • the anticorrosive layer may be made of polyurea.
  • it may be made of two layers, that is, first and second polyurea layers.
  • the first and second polyurea layers and the adhesive layer are all made of polyurea and heated to 180 to 320 ° C., which is a temperature at which plasticization occurs after the polyurea is applied. Accordingly, an interface film is formed at a portion in contact with the outside air and a portion in contact with the exterior of the first and second polyurea layers, respectively.
  • the first and second polyurea layers and the adhesive layer subjected to plasticization and heat treatment as described above have excellent bonding strength, adhesive strength, and water resistance to adherends (steel tubes and stainless steel tubes) compared to conventional ones.
  • the steel pipe (outer pipe) and the stainless steel pipe (inner pipe) are joined by pipe expansion.
  • the pipe expansion may be performed by hydroforming, in which the stainless steel pipe (inner pipe) is inserted into the steel pipe (outer pipe), the tube is inserted into the stainless steel pipe (inner pipe), and then water is poured into the tube. By injecting and expanding, the stainless steel pipe (inner pipe) and the steel pipe (outer pipe) are expanded and combined.
  • the present invention has been proposed to solve this problem, in the expansion process for manufacturing the composite tube 10, the tube can be easily inserted into the stainless steel tube (inner tube), and after the expansion is completed, the tube is The purpose is to provide an expansion device that can be easily pulled out of the inner tube).
  • Another object of the present invention is to insert the tube into the stainless steel tube (inner tube), move the tube in this state, insert the stainless steel tube (inner tube) into the steel tube (exterior tube), and then expand the tube to improve the inner and outer tubes. It is to provide an expansion device that reduces work time and simplifies work by expanding the pipe.
  • Another object of the present invention is to provide a pipe expansion device that reduces the possibility of collision with the steel pipe when inserting the inner pipe into the steel pipe (outer pipe) by fixing the inner pipe by inflating the tube after inserting the tube into the stainless steel pipe (inner pipe). .
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite pipe using such a pipe expansion device.
  • the frame 120 formed elongated along the longitudinal direction; A tube 110 installed to surround the frame 120 and having a sealed inner space 111; Circular panels 117, 118, 119 installed at both ends of the tube 110 in the longitudinal direction to support the tube 110; and a main pipe 130 installed to pass through the tube 110 and the circular panels 117, 118, and 119 along the longitudinal direction of the tube 110.
  • An air supply unit, a vacuum pump, a water supply unit, a drain valve, and an air outlet may be respectively connected to the main pipe 130 .
  • the vacuum pump exhausts the air in the inner space 111 to the outside so that the outer diameter of the tube 110 is reduced.
  • the tube 110 is inserted into the inner tube 11c in a state where the outer diameter of the tube 110 is reduced by the vacuum pump.
  • the air supply unit supplies air to the tube 110 so that the tube 110 expands, so that the inner tube 11c is tightly fixed to the tube 110, and in this state the inner tube ( 11c) is inserted into the outer shell 11a.
  • the main pipe ( 130) may include a blocking plate 133 installed inside.
  • the first auxiliary pipe 131 is closer to the water supply part than the second auxiliary pipe 132 .
  • the blocking plate 133 is installed inside the main pipe 130 and blocks the movement of water and air.
  • the main pipe 130 is divided into a first part 136 on the water supply side and a second part 137 on the air outlet side with the blocking plate 133 as the center.
  • the water supplied through the water supply unit and the first part 136 is discharged to the inner space 111 through the first auxiliary pipe 131, and the air in the inner space 111 is discharged to the second auxiliary pipe 132 and the second auxiliary pipe 132. It is discharged to the outside through the second part 137 and the air outlet.
  • a composite pipe manufacturing method (a) reducing the outer diameter of the tube 110 by discharging the air inside the tube 110 to the outside using a vacuum pump; (b) inserting the tube 110 into the inner tube 11c while the outer diameter of the tube 110 is reduced; (c) inserting the inner tube 11c into the outer tube 11a while the tube 110 is inserted into the inner tube 11c; And, (d) after step (c), expanding the tube 110 by supplying water to the inside of the tube 110 to expand and couple the inner tube 11c and the outer tube 11a; can include
  • preparing a pipe so that the side of one end of the short pipe portion 12 is watertight by welding to the side of one end of the exterior 11a; may further include.
  • the inner tube 11c may extend further into the short tube portion 12 than the outer tube 11a.
  • the extended portion of the inner pipe 11c may be welded to the inner surface of the short pipe portion 12 .
  • the inner tube 11c and the end tube portion 12 are made of a material with higher corrosion resistance than the outer tube 11a, and the inner surfaces of the inner tube 11c and the end tube portion 12 are exposed to the liquid flowing therein.
  • the short pipe portion 12 has a shorter length than the inner and outer pipes 11c and 11a, and a groove 13 is formed on the outer surface of the short pipe portion 12 along the circumferential direction, and the groove 12 has a neighboring composite pipe.
  • a connecting device for connecting (10) may be installed.
  • Step (b1) supplying air to the inside of the tube 110 to inflate it, thereby tightly fixing the inner tube 11c to the tube 110; may be included.
  • Step (c) may be performed in a state in which the inner tube 11c is fixed to the tube 110 by the step (b1).
  • step (b1) The air supplier supplies air to the tube 110 in step (b1), and the vacuum pump discharges the air inside the tube 110 to the outside in step (a).
  • step (d) when the water supply tank supplies water to the tube 110, the inside air passes through the second auxiliary pipe 132, the second part 137 of the main pipe 130, and the air outlet 134f to the outside. , and the pressurized water supply device supplies water by applying pressure so that the inner and outer pipes 11c and 11a are expanded.
  • step (d) while filling the tube 110 by supplying water to the inside of the tube 110, the air inside the tube 110 is blown through the air outlet 134f by the filled water. allowing to be discharged; And, (d2) after the step (d1), the air outlet (134f) is locked and water is supplied to the inside of the tube (110) by using a pressurized water supply device so that the inner and outer tubes (11c) and (11a) can be pipe-extended. It may include; supplying while applying pressure.
  • the present invention has the following effects.
  • the tube 110 can be easily inserted into the inner tube 11c and after the tube expansion is completed, the tube 110 can be easily taken out of the inner tube 11c.
  • FIG. 1 is a view showing a cross section of a large complex pipe developed by the present applicant.
  • Figure 2 is a perspective view showing another complex tube developed by the present applicant.
  • Figure 3 is a perspective view showing a pipe expansion device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the expansion device.
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing a state in which the outer diameter of the tube is reduced by discharging the inner air of the tube by the vacuum pump.
  • Figure 6a is a cross-sectional view showing a state in which the exterior and the short pipe constituting the composite pipe are coupled.
  • Figure 6b is a cross-sectional view showing an inner tube inserted into the exterior.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing that the tube is inserted into the inner tube in a state where the outer diameter of the tube is reduced.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing that the tube is inflated by being supplied with air after the tube is inserted into the inner tube;
  • Figure 9 is a cross-sectional view showing that the inner tube is inserted into the outer tube in a state where the tube is inserted into the inner tube.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which water is filled in the tube through a water filling valve and air inside the tube is discharged to the outside after the inner tube is inserted into the exterior;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing that the inner and outer tubes are expanded by supplying water to the tube using a pressurized water supply device after water is filled up to a predetermined water level in the tube by a water filling valve;
  • Figure 12 is a cross-sectional view showing that water is discharged to the outside after the pipe expansion is completed.
  • the structure and operation method of the pipe expansion device will be described by taking the manufacturing process of the composite pipe 10 as an example.
  • the structure and operation method of the expansion device are not limited to the manufacture of the composite pipe 10 and may be applied to the manufacture of other composite pipes, which will be easily understood by those skilled in the art by referring to the specification below.
  • Figure 3 is a perspective view showing a pipe expansion device according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the pipe expansion device
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing a state in which the outer diameter of the tube is reduced.
  • the pipe expansion device 100 includes a cylindrical frame 120, a tube 110 installed to surround the cylindrical frame 120 and having a sealed inner space, along the longitudinal direction of the tube 110. It includes a main pipe 130 installed to pass through the tube 110 and at least two auxiliary pipes 131 and 132 branched upward and downward from the main pipe 130, respectively.
  • the cylindrical frame 120 includes a cylinder 121 and a support 126 .
  • Both ends of the cylinder 121 are open and have a cylindrical shape.
  • the support 126 is installed to pass through the cylinder 121 to support the cylinder 121 .
  • the cylinder 121 is connected to and supported by the support 126 by a plurality of first connecting members (not shown in the drawing).
  • the cylinder 121 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the tube 110. Therefore, when the tube 110 is in an inflated state, the tube 110 maintains a state of being spaced apart from the surface of the cylinder 121 and the air in the inner space 111 is discharged by the vacuum pump, thereby reducing the outer diameter of the tube 110. In this reduced state, the tube 110 and the cylinder 121 may come into contact.
  • Both ends of the cylinder 121 and the support 126 remain spaced apart from the circular panel 117 .
  • the tube 110 is made of a material capable of expansion and contraction, for example, silicone or rubber, and has a sealed inner space 111 .
  • a vacuum pump not shown
  • the tube 110 expands, and when the water or air is discharged to the outside, the original shape is restored, and the air in the inner space 111 is restored by a vacuum pump (not shown). is discharged, and when the pressure in the inner space is lower than atmospheric pressure, it contracts and its outer diameter is reduced.
  • both ends of the tube must be blocked so as to be watertight.
  • both ends of the tube must be blocked so as to be watertight.
  • the inner tube and the outer tube have to be expanded at once in a state where the inner tube is inside the exterior, it is very difficult or impossible to make both ends of the inner tube and the exterior tube watertight.
  • the tube 110 since the tube itself expands and there is water inside the tube, it is possible to expand the inside and outside of the tube at once.
  • Tube 110 has a shape elongated in the longitudinal direction. Both ends of the tube 110 in the longitudinal direction are supported by circular panels 117, 118, and 119.
  • the circular panel 117 is installed inside the tube 110 and the circular panels 118 and 119 are installed outside the tube 110, and the inner and outer circular panels 117, 118 and 119 are They are coupled by bolts 117a. By this structure, the circular panels 117, 118, and 119 maintain and support the shape of both ends of the tube 110.
  • the main pipe 130 is installed to pass through the tube 110, the cylindrical frame 120, and the circular panels 117, 118, and 119 along the longitudinal direction of the tube 110.
  • the main pipe 130 is supported by being connected to the support 126 by a plurality of second connectors (not shown), and its position is fixed.
  • the main pipe 130 preferably has enough strength and rigidity to support the load of the pipe expansion device 110.
  • branch pipes 134a, 134b, 134c, 134d, and 134e are installed on one side of the main pipe 130, and an air outlet 134f is installed on the other side.
  • a blocking material 133 is installed inside the main pipe 130, and the blocking material 133 will be described below.
  • Each of the branch pipes 134a, 134b, 134c, 134d, and 134e is connected to and communicates with the main pipe 130.
  • an air valve is installed in the first branch pipe 134a to control the supply of air (preferably compressed air)
  • a vacuum valve is installed in the second branch pipe 134b to provide a vacuum pump (not shown in the drawing).
  • a pressure valve is installed in the third branch pipe 134c to control the supply of pressurized water (water with pressure capable of expanding the inside and outside).
  • a water filling valve is installed in the fourth branch pipe 134d to control the supply of water
  • a drain valve is installed in the fifth branch pipe 134e to control the discharge of water inside the tube to the outside.
  • an air discharge valve is installed in the air outlet 134f to control air discharge.
  • the main pipe 130 may be divided into a first part 136 and a second part 137 based on the blocking material 133 .
  • the air supplied through the air valve is moved to the first auxiliary pipe 131 through the first part 136, and the air in the inner space 111 is discharged through the first part 136 by the vacuum pump,
  • the pressurized water supplied by the pressurized water supply device and the pressurized valve moves to the first auxiliary pipe 131 through the first part 136, and the water in the inner space 111 is discharged to the outside through the first part 136.
  • the second part 137 is a part through which air in the inner space 111 is moved when the inner space 111 is filled with water.
  • the blocking material 133 is a member installed in the main pipe 130 between the first and second auxiliary pipes 131 and 132, and may be made of a material that does not allow water and air to pass through, such as rubber, silicone, or plastic. there is. Therefore, the air supplied through the first branch pipe 134a, the water supplied through the fourth branch pipe 134d, and the pressurized water supplied through the third branch pipe 134c are blocked by the blocking material. It cannot move to the second part 137 and is discharged into the inner space 111 through the first part 136 and the first auxiliary pipe 131.
  • the pipe expansion device 100 divides one main pipe 130 into two parts in the longitudinal direction so that each plays its role, thereby simplifying the device and supporting the load of the device.
  • the first and second auxiliary pipes 131 and 132 are branched upward and downward from the main pipe 130 , respectively. Although two auxiliary pipes 131 and 132 are shown in the drawing, the number of auxiliary pipes may be increased as needed.
  • the first auxiliary pipe 131 branches downward, and the second auxiliary pipe 132 branches upward.
  • a blocking material 133 is installed in the main pipe 130 between the first and second auxiliary pipes 131 and 132 .
  • the first auxiliary pipe 131 provides air supplied through the air valve (first branch pipe), water supplied through the supplementary valve (fourth branch pipe), and water supplied through the pressure valve (third branch pipe).
  • the pressurized water is discharged into the inner space (111).
  • the air in the inner space 111 is discharged to the outside using a vacuum pump (installed in the second branch pipe)
  • the first auxiliary pipe 131, the first part 136, and the second branch pipe 134b is emitted through
  • the first auxiliary pipe 131 is installed to pass through the cylinder 121 .
  • the tube 110 is in close contact with the inlet of the first auxiliary pipe 131 so that the inlet is not completely sealed. (not shown in the drawing) is preferred. That is, since the tube 110 is made of silicon or rubber and has a predetermined rigidity, when the inlet of the first auxiliary pipe 131 has irregularities, even if the tube 110 adheres to the inlet, the inlet is not completely sealed. .
  • the second auxiliary pipe 132 branches upward from the main pipe 130 .
  • the second auxiliary pipe 132 having a height close to the tube 110 is preferable for air discharge and can shorten the time of the pipe expansion process, but the inlet of the second auxiliary pipe 132 is formed by the tube 110 Since air cannot be discharged when sealed, it is preferable to determine the length of the second auxiliary pipe 132 in consideration of this.
  • a tube (FIG. 6A) and an inner tube (FIG. 6B, 11C) in which the short tube portion 12 and the outer tube 11a are combined are prepared.
  • Grooves 13 are continuously formed on the outer surface of the short pipe portion 12 along the circumferential direction.
  • the side of one end of the short pipe portion 12 is welded to the side of one end of the exterior 11a so as to be watertight. It is preferable that the short pipe portion 12 and the outer tube 11a have substantially the same thickness.
  • the exterior 11a may be a steel pipe having excellent strength.
  • An adhesive layer 11b is formed on the inner surface of the exterior 11a. Meanwhile, the adhesive layer 11b may be formed on the outer surface of the inner tube 11c or on both the outer surface of the inner tube 11c and the inner surface of the outer tube 11a.
  • the adhesive layer 11b may be made of polyurea, and the adhesive layer 11b couples the inner and outer tubes 11c and 11a together with a tube expansion described later.
  • the polyurea adhesive layer (11b) may be heated to a temperature (180 to 320 ° C.) at which plasticization of polyurea occurs after the tube expansion is completed, and the adhesive layer heated to this temperature has excellent adhesion and adhesion compared to conventional do.
  • the inner tube 11c is combined with the outer tube 11a by a later tube expansion process. Since the inner pipe 11c and the short pipe 12 directly contact the fluid flowing therein, they may be made of a material having excellent corrosion resistance, for example, stainless steel.
  • a vacuum pump (not shown) is connected to the second branch pipe 134b and operated to discharge the air inside the tube 110 to the outside.
  • the air discharge port 134f is in a closed state (the air discharge valve is closed).
  • Internal air is discharged to the outside through the first auxiliary pipe 131, the first part 136, and the second branch pipe 134b. 5 shows a state in which the outer diameter of the tube 110 is shrunk by this process.
  • the tube 110 is inserted into the inner tube 11c while the outer diameter of the tube 110 is contracted. Since the outer diameter of the tube 110 is in a contracted state, the insertion operation can be performed easily and quickly.
  • air is injected into the tube 110 to inflate the tube 110, thereby tightly fixing the inner tube 11c to the tube 110. do.
  • the air injection may be performed by supplying compressed air through the first branch pipe 134a while the air outlet 134f is closed. Compressed air is supplied to the inner space 111 through the first branch pipe 134a, the first part 136, and the first auxiliary pipe 131.
  • water is injected into the tube 110 through the fourth branch pipe 134d (water supply valve) while the air outlet 134f is open.
  • This water is rapidly injected in large quantities with no pressure applied.
  • the water is discharged into the inner space 111 through the fourth branch pipe 134d, the first part 136, and the first auxiliary pipe 131 to fill the inner space 111 and blow the air in the inner space 111. It is discharged to the outside through the second auxiliary pipe 132, the second part 137, and the air outlet 134f.
  • the air outlet 134f When water starts to be discharged through the air outlet 134f, as shown in FIG. 11 , the air outlet 134f is closed and pressurized water is supplied to the tube 110 through the third branch pipe 134c and the pressure valve. .
  • the pressurized water is water supplied by applying pressure, and the pressurized water has a pressure sufficient to expand the inner and outer tubes 11c and 11a. Arrows AR in FIG. 11 indicate the pressure applied by the pressurized water.
  • the inner and outer tubes 11c and 11a are closely coupled by the expansion of the tube.
  • a drainage pump (not shown) may be connected to the fifth branch pipe 134e. When the drainage is completed, the tube 110 is taken out.
  • the expansion unit (14 in FIG. 2) may be formed at the other end of the body unit 11.
  • the expansion pipe 14 is a part into which the short pipe parts 12 of the adjacent composite pipes 10 are inserted when connecting the composite pipes 10 to each other.
  • a polyurea resin layer (anticorrosive layer) may be formed on the outer surface of the exterior 11.
  • the resin layer may be formed twice.
  • the resin layer may be heated to 180 to 320° C., which is a temperature at which plasticization of polyurea occurs. The resin layer heat-treated at this temperature has better bonding strength with adherends, adhesive strength, and anticorrosion properties than conventional ones.

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Abstract

본 발명에 따른 확관 장치는 튜브의 외경을 축소시킨 상태에서 튜브를 내관에 삽입하므로 튜브 삽입이 용이하게 이루어지고, 튜브를 내관에 삽입한 후에 튜브를 팽창시켜 내관을 튜브에 밀착 고정한 상태에서 내관을 외관에 삽입하므로 내관 삽입이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징을 갖는다.

Description

튜브의 삽입이 용이한 확관 장치, 및 이를 이용한 복합관 제조방법
본 발명은 내관과 외관을 확관하여 결합시키는 확관장치에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 튜브의 외경을 축소시킨 상태에서 튜브를 내관에 삽입하므로 튜브 삽입이 용이하게 이루어지고 튜브를 내관에 삽입한 후에 튜브를 팽창시켜 내관을 튜브에 밀착 고정한 상태에서 내관을 외관에 삽입하므로 내관 삽입이 용이하게 이루어지는 확관장치에 대한 것이다.
아울러, 본 발명은 이러한 확관 장치를 이용한 복합관 제조방법도 포함한다.
본 출원은 대한민국 특허출원번호 제10-2021-0121540호(발명의 명칭 : 튜브의 삽입이 용이한 확관 장치, 및 이를 이용한 복합관 제조방법. 2021년 9월 13일 출원)를 기초로 우선권을 주장하면서 출원되는 것으로서, 대한민국 특허출원번호 제10-2021-0121540호의 출원 명세서와 도면에 포함된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
일반적으로, 상수용 대형 배관으로 강관이나 주철관이 널리 사용되어 왔다. 주철관은 그 내부에 발생하는 녹과 스케일이 수질 저하의 원인이 된다는 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서, 주철관의 내부면을 시멘트 또는 에폭시 수지 등으로 피복하기도 하지만, 시멘트와 에폭시 수지가 탈락되어 물을 오염시키고 배관을 막는 문제가 생기기도 한다.
이와 같이 주철관이 문제점을 갖고 있지만, 대형관에 작용하는 수압이나 수충격에 대해 주철관이 갖는 우수한 물성을 능가할만한 관이 없었으므로, 부득이 주철관이 상수용 배관으로 지속적으로 사용되어 왔다.
그런데, 정부나 지방자치단체가 정수장에 막대한 예산을 투입하여 맑은 물을 공급하기 위해 노력을 기울여 왔으나, 주철관의 상기 문제점으로 인해서 각 가정에서는 정수기를 이용하지 않고서는 수돗물을 그대로 음용하는 것을 꺼리는 실정이다.
한편, 스테인리스 스틸관은 내식성이 우수하고 물맛이 좋으므로 상수용 배관으로 사용될 수 있지만, 그 가격이 비싸고 일부 지역에서 토양 부식(전위 부식 등) 등의 문제 때문에 사용이 극히 제한적이다.
하지만, 음용수에 대해서는 스테인리스 스틸관이 가장 적합하다는 점은 누구나 인정하므로, 스테인리스 스틸을 이용하되 가격이 저렴하고 강도도 높은 관이 필요한 실정이다.
본 출원인은 이러한 점을 고려하여 대형 복합관을 개발하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 대형 복합관(1)은 스테인리스 스틸관(3)과 강관(2) 및 방식층(4, 수지층)으로 이루어지는데, 강관(2)의 내부에 스테인리스 스틸관(3)을 삽입한 후, 스테인리스 스틸관(3)과 강관(2)을 확관시켜 제조된다. 스테인리스 스틸관(3)과 강관(2) 사이의 결합력을 증가시키기 위해 스테인리스 스틸관(3)과 강관(2) 사이에 접착층(도면에 미도시)을 형성하기도 한다.
그런데, 상기 대형 복합관(1)은 관의 양쪽 끝단에서 스테인리스 스틸관(3)과 강관(2)이 서로 분리될 수 있다는 문제점을 갖고 있다.
본 출원인은 상기 문제점을 해결하기 위해 도 2와 같은 복합관(10)을 개발하였고 이를 대한민국 특허출원 제10-2020-0143991호로 출원하였다. 이 출원의 출원 명세서와 도면에 포함된 내용은 본 명세서에 모두 포함된다.
상기 복합관(10)은 본체부(11)와, 본체부(11)의 한쪽 끝단에 결합된 단관부(12)로 이루어진다.
본체부(11)는 강관(외관)과, 강관에 삽입된 스테인리스 스틸관(내관)과, 강관의 외부면에 형성된 방식층(수지층, 도면에 미도시)을 포함한다.
강관(외관)과 스테인리스 스틸관(내관)은 확관에 의해 결합된다. 그리고, 상기 확관과 함께, 강관(외관)과 스테인리스 스틸관(내관) 사이에 접착층을 형성하여 결합력을 증가시킬 수도 있다. 그리고, 이 접착층은 가소화 열처리된 폴리우레아로 이루어질 수 있다.
본체부(11)의 다른쪽 끝단에는 확관부(14)가 형성될 수 있다. 이 확관부(14)는 본체부(11)의 다른쪽 끝단이 확관된 부분으로서, 복합관(10)을 서로 연결할 때 이웃하는 복합관(10)의 단관부(12)가 삽입되는 부분이다.
단관부(12)는 본체부(11) 보다 짧은 길이를 갖는 스테인리스 스틸관으로 이루어진다. 이 스테인리스 스틸관의 한쪽 끝단의 측면이 강관(외관)의 한쪽 끝단의 측면에 수밀되도록 용접 결합된다. 단관부(12)에는 원주 방향을 따라 홈(13)이 형성되는데, 이 홈(13)에는 복합관(10)을 연결하기 위한 연결장치(도면에 미도시)가 설치된다. 상기 홈(13)과 연결장치에 대해서는 본 출원인이 이미 등록받은 대한민국 특허등록 제10-2264918호 등에 그 내용이 개시되어 있다. 대한민국 특허등록 제10-2264918호의 특허등록공보에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
단관부(12)는 본체부(11)의 강관(외관)과 대략 동일한 두께를 가지므로, 본체부(11)의 스테인리스 스틸관(내관)은, 큰 각도의 벤딩이나 단차없이, 실질적으로 직선 상태를 유지한 상태에서 단관부(12)의 내부면에 용접으로 결합될 수 있다. 따라서, 상술한 문제점 즉, 복합관의 강관(외관)과 스테인리스 스틸관(내관)이 분리되는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 방식층(수지층, 도면에 미도시)은 강관(외관)의 외부면을 피복하여 강관(외관)의 부식을 방지한다. 바람직하게, 상기 방식층(수지층)은 홈(13)의 직전까지 연장되도록 형성된다. 홈(13)의 바깥쪽 부분(본체부의 반대쪽 부분)은 확관부(14)에 삽입되는 부분이므로 방식층이 형성되지 않을 수도 있다.
상기 방식층(수지층)은 폴리우레아로 이루어질 수 있는데, 이 경우 두 개의 층 즉, 제1,2 폴리우레아층으로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 제1,2 폴리우레아층과 접착층(강관과 스테인리스 스틸관 사이에 형성된 접착층)은 모두 폴리우레아로 이루어지고 폴리우레아가 도포된 후 가소화가 발생하는 온도인 180~320℃로 가열된다. 이에 따라 제1,2 폴리우레아층 중에서 외기와 접하는 부분과 외관과 접하는 부분에는 계면막이 각각 형성되며, 상기 계면막은 제1,2 폴리우레아층의 다른 부분보다 공극이 작으므로 내수성과 방수성이 개선될 수 있다. 이와 같이 가소화 열처리된 제1,2 폴리우레아층과 접착층은 피착재(강관과 스테인리스 스틸관)와의 결합력과 부착력 및 내수성이 기존에 비해 매우 우수하다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이, 강관(외관)과 스테인리스 스틸관(내관)은 확관에 의해 결합된다. 상기 확관은 하이드로포밍에 의해 이루어질 수 있는데, 하이드로포밍은 스테인리스 스틸관(내관)을 강관(외관)의 내부에 삽입한 후 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)의 내부에 삽입한 다음, 물을 튜브에 주입하여 팽창시킴으로써 스테인리스 스틸관(내관)과 강관(외관)을 확관하여 결합시킨다.
그런데, 튜브의 외경과 스테인리스 스틸관(내관)의 내경의 차이가 크면 확관시 튜브가 많이 팽창되어야 하므로 튜브의 사용 수명이 짧아지고 작업시간이 오래 걸리며 확관에 필요한 팽창력이 작다는 문제점이 있다. 이에 따라, 이 차이가 작을수록 바람직하다. 그러나, 이 차이가 작으면 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에 삽입하기가 어렵고 확관 공정이 완료된 후 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에서 빼내기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 상기 확관 공정은 스테인리스 스틸관(내관)을 강관(외관)의 내부에 삽입하는 공정과, 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에 삽입하는 공정이 별도로 이루어지므로 공정 시간이 많이 걸리고 작업이 복잡해지는 문제점도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 복합관(10)을 제조하기 위한 확관 공정에서, 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에 쉽게 삽입할 수 있고 확관이 완료된 후에는 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에서 쉽게 빼낼 수 있는 확관장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에 삽입한 후, 이 상태에서 튜브를 이동시켜 스테인리스 스틸관(내관)을 강관(외관)에 삽입하고 이어서 튜브를 팽창시켜 내,외관을 확관함으로써 작업 시간을 줄이고 작업을 단순화하는 확관장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 튜브를 스테인리스 스틸관(내관)에 삽입한 후 튜브를 팽창시켜 내관을 고정함으로써 내관을 강관(외관)에 삽입할 때 강관과의 충돌 가능성을 줄이는 확관장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 확관장치를 이용한 복합관 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 이루기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확관장치(100)는, 길이방향을 따라 길게 형성된 프레임(120); 프레임(120)을 둘러싸도록 설치되고, 밀폐된 내부 공간(111)을 갖는 튜브(110); 튜브(110)의 길이방향의 양쪽 끝단에 설치되어 튜브(110)를 지지하는 원형 패널(117)(118)(119); 및, 튜브(110)의 길이방향을 따라 튜브(110)와 원형 패널(117)(118)(119)을 관통하도록 설치된 메인 파이프(130);를 포함할 수 있다.
메인 파이프(130)에는 공기 공급부와 진공 펌프와 급수부와 배수 밸브 및 공기 배출구가 각각 연결될 수 있다.
진공 펌프는 내부 공간(111)의 공기를 외부로 배출하여 튜브(110)의 외경이 축소되도록 한다. 진공 펌프에 의해 튜브(110)의 외경이 축소된 상태에서 튜브(110)가 내관(11c)에 삽입된다.
튜브(110)가 내관(11c)에 삽입된 후에 공기 공급부가 공기를 튜브(110)에 공급하여 튜브(110)가 팽창됨으로써 내관(11c)이 튜브(110)에 밀착 고정되고 이 상태에서 내관(11c)이 외관(11a)에 삽입된다.
메인 파이프(130)에서 아래쪽으로 분기된 제1 보조 파이프(131)와, 위쪽으로 분기된 제2 보조 파이프(132) 및, 제1,2 보조 파이프(131)(132)의 사이에서 메인 파이프(130)의 내부에 설치된 차단판(133)을 포함할 수 있다. 제1 보조 파이프(131)는 제2 보조 파이프(132) 보다 급수부에 가깝다.
차단판(133)은 메인 파이프(130)의 내부에 설치되고, 물과 공기의 이동을 차단한다. 메인 파이프(130)는 차단판(133)을 중심으로 급수부 쪽의 제1 부분(136)과, 공기 배출구 쪽의 제2 부분(137)로 나누어진다. 급수부와 제1 부분(136)을 통해 공급된 물은 제1 보조 파이프(131)를 통해 내부공간(111)에 배출되고, 내부공간(111)의 공기는 제2 보조 파이프(132)와 제2 부분(137) 및 공기 배출구를 통해 외부로 배출된다.
본 발명의 또 다른 측면인 복합관 제조방법은, (a) 튜브(110)의 내부 공기를 진공펌프를 이용하여 외부로 배출시켜 튜브(110)의 외경을 축소시키는 단계; (b) 튜브(110)의 외경이 축소된 상태에서 튜브(110)를 내관(11c)의 내부에 삽입하는 단계; (c) 튜브(110)가 내관(11c)의 내부에 삽입된 상태에서, 내관(11c)을 외관(11a)의 내부에 삽입하는 단계; 및, (d) 상기 (c) 단계의 이후에, 튜브(110)의 내부에 물을 공급하여 튜브(110)를 팽창시킴으로써 내관(11c)과 외관(11a)을 확관시켜 결합되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계의 이전에, 단관부(12)의 한쪽 끝단의 측면이 외관(11a)의 한쪽 끝단의 측면에 용접으로 수밀되도록 결합된 관을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 내관(11c)은 외관(11a) 보다 단관부(12)의 내부쪽으로 더 연장될 수 있다.
그리고, 상기 (d) 단계 이후에, 내관(11c)의 상기 연장된 부분을 단관부(12)의 내부면에 용접 결합시킬 수 있다. 내관(11c)과 단관부(12)는 외관(11a) 보다 내부식성이 큰 재질로 이루어지며, 내관(11c)과 단관부(12)의 내부면은 그 내부를 흐르는 액체에 노출된다.
단관부(12)는 내,외관(11c)(11a) 보다 짧은 길이를 갖되, 단관부(12)의 외부면에는 원주방향을 따라 홈(13)이 형성되고, 홈(12)에는 이웃하는 복합관(10)을 연결하기 위한 연결장치가 설치될 수 있다.
상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에는, (b1) 튜브(110)의 내부에 공기를 공급하여 팽창시킴으로써 내관(11c)을 튜브(110)에 밀착 고정하는 단계;가 포함될 수 있다. 상기 (b1) 단계에 의해 내관(11c)이 튜브(110)에 고정된 상태에서 (c) 단계가 이루어질 수 있다.
상기 공기 공급부는 (b1) 단계에서 공기를 튜브(110)에 공급하고, 진공 펌프는 (a) 단계에서 튜브(110)의 내부 공기를 외부로 배출한다. 상기 (d) 단계에서 급수탱크가 튜브(110)에 물을 공급하면 내부 공기가 제2 보조 파이프(132)와 메인 파이프(130)의 제2 부분(137) 및 공기 배출구(134f)를 통해 외부로 배출되고, 가압 급수장치는 내,외관(11c)(11a)이 확관되도록 압력을 가하여 물을 공급한다.
상기 (d) 단계는, (d1) 튜브(110) 내부에 물을 공급하여 튜브(110)에 물을 채우면서, 채워지는 물에 의해서 튜브(110)의 내부 공기가 공기 배출구(134f)를 통해 배출되도록 하는 단계; 및, (d2) 상기 (d1) 단계의 이후에, 공기 배출구(134f)를 잠그고 내,외관(11c)(11a)이 확관 결합될 수 있도록 가압 급수장치를 이용하여 물을 튜브(110) 내부에 압력을 인가하면서 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 복합관(10)을 제조하기 위한 확관 공정에서, 튜브(110)를 내관(11c)에 쉽게 삽입할 수 있고 확관이 완료된 후에는 튜브(110)를 내관(11c)에서 쉽게 빼낼 수 있다.
둘째, 튜브(110)를 내관(11c)에 삽입한 후, 튜브(110)를 공기로 팽창시켜 내관(11c)을 고정한 다음, 튜브(110)를 이동시켜 내관(11c)을 외관(11a)에 삽입하고 이어서 튜브(110)를 물로 팽창시켜 내,외관(11c)(11a)을 확관 결합시킴으로써 작업 시간을 줄이고 작업을 단순화할 수 있다.
셋째, 튜브(110)를 내관(11c)에 삽입한 후 튜브(110)를 공기로 팽창시켜 내관(11c)을 고정함으로써, 내관(11c)을 외관(11a)에 삽입할 때 외관(11a)과의 충돌 가능성을 줄인다.
넷째, 이러한 확관장치를 이용한 복합관 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 출원인이 개발한 대형 복합관의 단면을 보여주는 도면.
도 2는 본 출원인이 개발한 또 다른 복합관을 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확관 장치를 보여주는 사시도.
도 4는 확관 장치를 보여주는 단면도.
도 5는 진공펌프에 의해 튜브의 내부 공기가 배출되어 튜브의 외경이 축소된 상태를 보여주는 단면도.
도 6a는 복합관을 이루는 단관부와 외관이 결합된 상태를 보여주는 단면도.
도 6b는 외관의 내부에 삽입되는 내관을 보여주는 단면도.
도 7은 튜브의 외경이 축소된 상태에서 튜브가 내관에 삽입되는 것을 보여주는 단면도.
도 8은 튜브가 내관에 삽입된 후 튜브에 공기가 공급되어 팽창된 것을 보여주는 단면도.
도 9는 튜브가 내관에 삽입된 상태에서 내관이 외관에 삽입되는 것을 보여주는 단면도.
도 10은 내관이 외관에 삽입된 후 충수밸브를 통해 물이 튜브에 채워지고 튜브의 내부 공기가 외부로 배출되는 상태를 보여주는 단면도.
도 11은 충수밸브에 의해 튜브에 물이 소정 수위까지 채워진 후, 가압 급수장치를 이용하여 물이 튜브에 공급되는 것에 의해 내,외관이 확관되는 것을 보여주는 단면도.
도 12는 확관이 완료된 후 물이 외부로 배출되는 것을 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
아래에서는 확관장치의 구조와 작동방법을 복합관(10) 제조 과정을 예로 들어서 설명하기로 한다. 그러나, 확관장치의 구조와 작동방법은 복합관(10)의 제조에만 한정되지 아니하고 다른 복합관의 제조에도 적용될 수 있는데, 이 점은 아래 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.
[확관 장치]
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확관 장치를 보여주는 사시도이고, 도 4는 상기 확관 장치의 단면도이며, 도 5는 튜브의 외경이 축소된 상태를 보여주는 단면도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 확관 장치(100)는 원통형 프레임(120)과, 원통형 프레임(120)을 둘러싸도록 설치되고 밀폐된 내부 공간을 갖는 튜브(110)와, 튜브(110)의 길이방향을 따라 튜브(110)를 관통하도록 설치된 메인 파이프(130) 및, 메인 파이프(130)에서 상측과 하측으로 각각 분기된 적어도 두 개의 보조 파이프(131)(132)를 포함한다.
원통형 프레임(120)은 원통(121)과 지지대(126)를 포함한다.
원통(121)은 양쪽 단부가 개방되어 있고, 원기둥 형상을 갖는다. 지지대(126)는 원통(121)을 관통하도록 설치되어 원통(121)을 지지한다. 원통(121)은 여러 개의 제1 연결재(도면에 미도시)에 의해서 지지대(126)에 연결되어 지지된다.
원통(121)은 튜브(110)의 내경 보다 약간 작은 외경을 갖는다. 따라서, 튜브(110)가 팽창된 상태일 때에는 튜브(110)가 원통(121)의 표면과 이격된 상태를 유지하고 진공 펌프에 의해 내부 공간(111)의 공기가 배출되어 튜브(110)의 외경이 축소된 상태일 때는 튜브(110)와 원통(121)이 접촉될 수 있다.
그리고, 원통(121)과 지지대(126)의 양쪽 끝단은 원형 패널(117)과 이격된 상태를 유지한다.
튜브(110)는 팽창과 수축이 가능한 재질, 예를 들어 실리콘, 고무 등으로 이루어지고, 밀폐된 내부 공간(111)을 갖는다. 내부 공간(111)에 물이나 공기가 유입되면 튜브(110)가 팽창되고 물이나 공기가 외부로 배출되면 원래 형상으로 복원되며, 진공 펌프(도면에 미도시)에 의해 내부 공간(111)의 공기가 배출되어 내부 공간의 압력이 대기압 보다 낮게 되면 수축하여 그 외경이 줄어든다.
한편, 튜브가 아닌, 확관 금형을 이용하여 확관하는 경우에는 관의 양쪽 끝단을 수밀되도록 막아야 한다. 그런데, 외관의 내부에 내관이 있는 상태에서 내,외관을 한꺼번에 확관해야 할 경우에는 내,외관의 양쪽 끝단을 수밀되도록 하기가 매우 어렵거나 불가능하다. 이에 비해, 튜브(110)를 이용한 확관은 튜브 자체가 팽창하고 튜브 내부에 물이 있으므로 내,외관을 한꺼번에 확관하는 것이 가능하다.
튜브(110)는 길이방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 그리고, 튜브(110)의 길이방향 양쪽 단부는 원형 패널(117)(118)(119)에 의해 지지된다. 원형 패널(117)은 튜브(110)의 내부에 설치되고 원형 패널(118)(119)은 튜브(110)의 외부에 설치되며, 내,외부의 원형 패널(117)(118)(119)이 볼트(117a)에 의해 결합된다. 이러한 구조에 의해, 원형 패널(117)(118)(119)은 튜브(110)의 양쪽 끝단의 형상을 유지하고 지지한다.
메인 파이프(130)는 튜브(110)의 길이방향을 따라 튜브(110)와 원통형 프레임(120) 및 원형 패널(117)(118)(119)을 관통하도록 설치된다. 메인 파이프(130)는 여러 개의 제2 연결재(도면에 미도시)에 의해 지지대(126)에 연결되어 지지되고 그 위치가 고정된다. 메인 파이프(130)는 확관 장치(110)의 하중을 지지할 수 있는 정도의 강도와 강성을 갖는 것이 바람직하다.
메인 파이프(130)의 일측에는 여러 개의 분기관(134a)(134b)(134c)(134d)(134e)이 설치되고 타측에는 공기 배출구(134f)가 설치된다. 그리고, 메인 파이프(130)의 내부에는 차단재(133)가 설치되는데, 차단재(133)에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
각각의 분기관(134a)(134b)(134c)(134d)(134e)은 메인 파이프(130)와 연결되어 통한다. 구체적으로, 제1 분기관(134a)에는 에어밸브가 설치되어 공기(바람직하게는 압축공기)의 공급을 조절하고, 제2 분기관(134b)에는 진공밸브가 설치되어 진공펌프(도면에 미도시)에 의한 공기 배출을 조절하며, 제3 분기관(134c)에는 가압 밸브가 설치되어 가압수(내,외관을 확관시킬 수 있는 압력을 가진 물)의 공급을 조절한다. 그리고, 제4 분기관(134d)에는 충수 밸브가 설치되어 물의 공급을 조절하고, 제5 분기관(134e)에는 배수 밸브가 설치되어 튜브 내부의 물을 외부로 배출하는 것을 조절한다. 그리고, 공기 배출구(134f)에는 공기 배출밸브가 설치되어 공기 배출을 조절한다.
메인 파이프(130)는 차단재(133)를 기준으로 제1 부분(136)과 제2 부분(137)으로 구획될 수 있다.
에어 밸브를 통해 공급된 공기가 제1 부분(136)을 통해 제1 보조 파이프(131)로 이동되고, 진공펌프에 의해 내부 공간(111)의 공기가 제1 부분(136)을 통해 배출되며, 가압 급수장치와 가압밸브에 의해 공급된 가압수가 제1 부분(136)을 통해 제1 보조 파이프(131)로 이동하며, 내부 공간(111)의 물이 제1 부분(136)을 통해 외부로 배출된다. 그리고, 제2 부분(137)은 내부 공간(111)이 물로 채워질 때 내부 공간(111)의 공기가 이동되는 부분이다.
차단재(133)는 제1,2 보조 파이프(131)(132) 사이의 메인 파이프(130)에 설치되는 부재로서, 물과 공기가 통과하지 못하는 재질 예를 들어 고무, 실리콘, 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 분기관(134a)을 통해 공급된 공기와, 제4 분기관(134d)을 통해 공급된 물 및, 제3 분기관(134c)을 통해 공급된 가압수는 차단재에 의해 막히게 되므로 제2 부분(137)으로 이동하지 못하고 제1 부분(136)과 제1 보조 파이프(131)를 통해서 내부 공간(111)으로 배출된다. 한편, 제4 분기관(134d)을 통해 물이 공급되면 내부 공간(111)에 물이 채워짐에 따라 내부 공간(111)의 공기는 제2 보조 파이프(132)와 제2 부분(137) 및 공기 배출구(134f)를 통해 외부로 배출되고 제1 부분(136)으로는 이동하지 못한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 확관 장치(100)는 하나의 메인 파이프(130)를 길이 방향으로 두 부분으로 나누어 각각 그 역할을 하게 함으로써, 장치를 단순하게 하고 장치의 하중을 지지할 수 있도록 하였다.
제1,2 보조 파이프(131)(132)는 메인 파이프(130)에서 상측과 하측으로 각각 분기된다. 도면에는 두 개의 보조 파이프(131)(132)가 도시되어 있지만 보조 파이프의 개수는 필요에 따라 증가될 수도 있다.
제1 보조 파이프(131)는 아래쪽으로 분기되고, 제2 보조 파이프(132)는 위쪽으로 분기된다. 그리고, 제1,2 보조 파이프(131)(132) 사이의 메인 파이프(130)에는 차단재(133)가 설치된다.
제1 보조 파이프(131)는 에어 밸브(제1 분기관)를 통해 공급된 공기와, 충수 밸브(제4 분기관)를 통해 공급된 물 및, 가압 밸브(제3 분기관)를 통해 공급된 가압수를 내부 공간(111)으로 배출한다. 그리고, 진공 펌프(제2 분기관에 설치됨)를 이용하여 내부 공간(111)의 공기를 외부로 배출할 때 제1 보조 파이프(131)와 제1 부분(136) 및 제2 분기관(134b)을 통해서 배출된다.
제1 보조 파이프(131)는 원통(121)을 관통하도록 설치된다. 진공펌프를 이용하여 내부 공간(111)의 공기를 외부로 배출할 때 튜브(110)가 제1 보조 파이프(131)의 입구에 밀착되어 입구를 완전히 밀봉하지 않도록 입구가 산과 골이 반복된 구조(도면에 미도시)를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 튜브(110)는 실리콘이나 고무 등으로 만들어진 것으로서 소정의 강성을 가지므로, 제1 보조 파이프(131)의 입구가 요철을 가지면 튜브(110)가 입구에 밀착되더라도 입구를 완전히 밀봉하지는 않게 된다.
제2 보조 파이프(132)는 메인 파이프(130)에서 위쪽으로 분기된다. 제2 보조 파이프(132)는 튜브(110)에 근접하는 높이를 갖는 것이 공기 배출을 위해 바람직하고 확관 공정의 시간을 단축할 수 있지만 제2 보조 파이프(132)의 입구가 튜브(110)에 의해 밀폐되면 공기가 배출될 수 없으므로, 이를 고려하여 제2 보조 파이프(132)의 길이를 정하는 것이 바람직하다.
[확관 장치를 이용한 복합관의 제조방법]
그러면, 아래에서는 도 5~12를 참조하여 복합관(10)의 제조 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 단관부(12)와 외관(11a)이 결합된 관(도 6a)과 내관(도 6b의 11c)을 각각 준비한다. 단관부(12)의 외부면에는 홈(13)이 원주 방향을 따라 연속적으로 형성되어 있다. 그리고, 단관부(12)의 한쪽 끝단의 측면은 외관(11a)의 한쪽 끝단의 측면에 수밀되도록 용접 결합되어 있다. 단관부(12)와 외관(11a)은 그 두께가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
외관(11a)은 강도가 우수한 강관일 수 있다. 외관(11a)의 내부면에는 접착층(11b)이 형성되어 있다. 한편, 접착층(11b)은 내관(11c)의 외부면에 형성되거나 내관(11c)의 외부면과 외관(11a)의 내부면에 모두 형성될 수도 있다. 접착층(11b)은 폴리우레아로 이루어질 수 있는데, 이 접착층(11b)은 후술하는 확관과 함께 내,외관(11c)(11a)을 결합시킨다. 바람직하게, 폴리우레아 접착층(11b)은 확관이 완료된 후에 폴리우레아의 가소화가 발생되는 온도(180~320℃)로 가열될 수 있는데, 이 온도로 가열된 접착층은 기존에 비해 접착력과 부착력이 매우 우수하다.
내관(11c)은 추후의 확관 공정에 의해 외관(11a)과 결합된다. 내관(11c)과 단관부(12)는 그 내부를 흐르는 유체와 직접 접촉하므로 내부식성이 우수한 소재, 예를 들어 스테인리스 스틸로 만들어질 수 있다.
이어서, 진공펌프(도면에 미도시)를 제2 분기관(134b)에 연결한 후 작동시켜서 튜브(110)의 내부 공기를 외부로 배출한다. 이 때, 공기배출구(134f)는 밀폐된 상태(공기 배출밸브가 닫힌 상태)이다. 내부 공기는 제1 보조 파이프(131)와 제1 부분(136) 및 제2 분기관(134b)을 통해서 외부로 배출된다. 도 5는 이 공정에 의해 튜브(110)의 외경이 수축된 상태를 보여준다.
다음으로, 도 7에 나타난 바와 같이, 튜브(110)의 외경이 수축된 상태에서 튜브(110)를 내관(11c)에 삽입한다. 튜브(110)의 외경이 수축된 상태이므로, 삽입 작업이 수월하고 신속하게 이루어질 수 있다.
튜브(110)를 내관(11c)에 삽입한 후에는, 도 8에 나타난 바와 같이, 튜브(110)에 공기를 주입하여 튜브(110)를 팽창시킴으로써 내관(11c)을 튜브(110)에 밀착 고정한다. 상기 공기 주입은, 공기 배출구(134f)를 닫은 상태에서, 제1 분기관(134a)을 통해 압축공기를 공급하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 압축공기는 제1 분기관(134a)과 제1 부분(136) 및 제1 보조 파이프(131)를 통해서 내부 공간(111)에 공급된다.
이와 같이, 내관(11c)을 튜브(110)에 고정한 상태에서 내관(11c)을 외관(11a)에 삽입하면 내관(11c)의 위치 조절이 용이하므로 내관(11c)과 외관(11a)의 충돌 가능성이 줄어들고 삽입 작업이 쉬워진다. 도 9는 이러한 삽입 과정을 보여준다.
다음으로, 도 10에 나타난 바와 같이, 공기 배출구(134f)를 개방한 상태에서 제4 분기관(134d, 충수밸브)를 통해 튜브(110)에 물을 주입한다. 이 물은 압력이 인가되지 않은 상태로 빠르게 대량으로 주입된다. 물은 제4 분기관(134d)과 제1 부분(136) 및 제1 보조 파이프(131)를 통해 내부공간(111)으로 배출되어 내부 공간(111)을 채우면서 내부 공간(111)의 공기를 제2 보조 파이프(132)와 제2 부분(137) 및 공기 배출구(134f)를 통해 외부로 배출시킨다.
공기 배출구(134f)를 통해 물이 배출되기 시작하면 도 11에 나타난 바와 같이, 공기 배출구(134f)를 닫은 후 제3 분기관(134c)와 가압밸브를 통해 가압수를 튜브(110)에 공급한다. 가압수는 압력을 가하여 공급되는 물로서, 가압수는 내,외관(11c)(11a)을 확관시킬 수 있을 정도의 압력을 갖는다. 도 11의 화살표(AR)는 가압수가 인가하는 압력을 나타낸다. 상기 확관에 의해서 내,외관(11c)(11a)이 밀착 결합된다.
확관이 완료되면 가압밸브를 닫고 배수 밸브를 개방하여 물을 외부로 배출한다. 신속한 배출을 위해, 제5 분기관(134e)에 배수용 펌프(도면에 미도시)를 연결할 수도 있다. 배수가 완료되면 튜브(110)를 외부로 꺼낸다.
한편, 상기 확관이 완료되면 본체부(11)의 다른쪽 끝단에 확관부(도 2의 14)를 형성할 수도 있다. 확관부(14)는 복합관(10)을 서로 연결할 때 이웃하는 복합관(10)의 단관부(12)가 삽입되는 부분이다.
확관부(14)를 형성한 후에는 외관(11)의 외부면에 폴리우레아 수지층(방식층)을 형성할 수 있다. 바람직하게, 수지층은 두 번에 걸쳐서 형성될 수 있다. 아울러, 상기 수지층은 폴리우레아의 가소화가 발생하는 온도인 180~320℃로 가열될 수 있다. 이 온도로 가열처리된 수지층은 기존에 비해 피착재와의 결합력과 부착력 및 방식성이 더 우수하다.

Claims (7)

  1. (a) 확관장치(100)의 튜브(110)의 내부 공기를 진공펌프를 이용하여 외부로 배출시켜 튜브(110)의 외경을 축소시키는 단계;
    (b) 튜브(110)의 외경이 축소된 상태에서 튜브(110)가 내관(11c)의 내부에 삽입되도록 하는 단계;
    (c) 튜브(110)가 내관(11c)의 내부에 삽입된 상태에서, 내관(11c)이 외관(11a)의 내부에 삽입되도록 하는 단계; 및,
    (d) 상기 (c) 단계의 이후에, 튜브(110)의 내부에 물을 공급하여 튜브(110)를 팽창시킴으로써 내관(11c)과 외관(11a)을 확관시켜 결합되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합관의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 이전에, 단관부(12)의 한쪽 끝단의 측면이 외관(11a)의 한쪽 끝단의 측면에 용접으로 수밀되도록 결합된 관을 준비하는 단계;를 더 포함하고,
    내관(11c)은 외관(11a) 보다 단관부(12)의 내부쪽으로 더 연장되며,
    상기 (d) 단계의 이후에, 내관(11c)의 상기 연장된 부분을 단관부(12)의 내부면에 용접 결합시키고,
    내관(11c)과 단관부(12)는 외관(11a) 보다 내부식성이 큰 재질로 이루어지며, 내관(11c)과 단관부(12)의 내부면은 그 내부를 흐르는 액체에 직접 노출되며,
    단관부(12)는 내,외관(11c)(11a) 보다 짧은 길이를 갖되, 단관부(12)의 외부면에는 원주방향을 따라 홈(13)이 형성되고, 홈(12)에는 이웃하는 복합관(10)을 연결하기 위한 연결장치가 설치되는 것을 특징으로 하는, 복합관의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에는,
    (b1) 튜브(110)의 내부에 공기를 공급하여 팽창시킴으로써 내관(11c)을 튜브(110)에 밀착 고정하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b1) 단계에 의해 내관(11c)이 튜브(110)에 고정된 상태에서 (c) 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는, 복합관의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확관장치(100)는,
    프레임(120);
    프레임(120)을 둘러싸도록 설치되고, 밀폐된 내부 공간(111)을 갖는 튜브(110);
    튜브(110)의 길이방향을 따라 튜브(110)를 관통하도록 설치된 메인 파이프(130); 및,
    메인 파이프(130)에서 상측과 하측으로 각각 분기된 제1,2 보조 파이프(131)(132);를 포함하고,
    메인 파이프(130)에는 공기 공급부와 진공 펌프와 가압 급수장치와 급수탱크와 배수 밸브 및 공기배출구가 각각 연결되며,
    공기 공급부는 (b1) 단계에서 공기를 공급하고, 진공 펌프는 (a) 단계에서 튜브(110)의 내부 공기를 외부로 배출하며,
    상기 (d) 단계에서 급수탱크가 튜브(110)에 물을 공급하면 내부 공기가 제2 보조 파이프(132)와 메인 파이프(130)의 제2 부분(137) 및 공기 배출구(134f)를 통해 외부로 배출되고, 가압 급수장치는 내,외관(11c)(11a)이 확관되도록 압력을 가하여 물을 공급하는 것을 특징으로 하는, 복합관의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 튜브(110) 내부에 물을 공급하여 튜브(110)에 물을 채우면서, 채워지는 물에 의해서 튜브(110)의 내부 공기가 공기 배출구(134f)를 통해 배출되도록 하는 단계; 및,
    (d2) 상기 (d1) 단계 이후에, 공기 배출구(134f)를 잠그고 내,외관(11c)(11a)이 확관 결합될 수 있도록 가압 급수장치를 이용하여 물을 튜브(110) 내부에 압력을 주면서 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합관의 제조방법.
  6. 내관(11c)과 외관(11a)을 확관하여 결합시키는 확관장치에 있어서,
    길이방향을 따라 길게 형성된 프레임(120);
    프레임(120)을 둘러싸도록 설치되고, 밀폐된 내부 공간(111)을 갖는 튜브(110);
    튜브(110)의 길이방향의 양쪽 끝단에 설치되어 튜브(110)를 지지하는 원형 패널(117)(118)(119); 및,
    튜브(110)의 길이방향을 따라 튜브(110)와 원형 패널(117)(118)(119)을 관통하도록 설치된 메인 파이프(130);를 포함하고,
    메인 파이프(130)에는 공기 공급부와 진공 펌프와 급수부와 배수 밸브 및 공기 배출구가 각각 연결되며,
    진공 펌프는 내부 공간(111)의 공기를 외부로 배출하여 튜브(110)의 외경이 축소되도록 하며 튜브(110)의 외경이 축소된 상태에서 튜브(110)가 내관(11c)에 삽입되고, 튜브(110)가 내관(11c)에 삽입된 후에 공기 공급부가 공기를 튜브(110)에 공급하여 튜브(110)가 팽창됨으로써 내관(11c)이 튜브(110)에 밀착 고정되고 이 상태에서 내관(11c)이 외관(11a)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    메인 파이프(130)에서 아래쪽으로 분기된 제1 보조 파이프(131)와, 위쪽으로 분기된 제2 보조 파이프(132) 및, 제1,2 보조 파이프(131)(132)의 사이에서 메인 파이프(130)의 내부에 설치된 차단판(133)을 포함하고, 제1 보조 파이프(131)는 제2 보조 파이프(132) 보다 급수부에 가까우며,
    메인 파이프(130)는 차단판(133)을 중심으로 급수부 쪽의 제1 부분(136)과, 공기 배출구 쪽의 제2 부분(137)로 나누어지며,
    급수부와 제1 부분(136)을 통해 공급된 물은 제1 보조 파이프(131)를 통해 내부공간(111)에 배출되고 내부공간(111)의 공기는 제2 보조 파이프(132)와 제2 부분(137) 및 공기 배출구를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
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