WO2023191149A1 - 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단 - Google Patents

고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단 Download PDF

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temperature pipe
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pressure
shaft
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김형준
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하이비스 주식회사
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges

Definitions

  • a sheet-type pressure sensing material is surrounded on the outside of a high-temperature pipe to sense the pressure measured therefrom.
  • the sheet-type pressure sensing material is composed of alternating conductive layers at the top and bottom, and an insulating contact layer is provided between the conductive layers.
  • the contact layer has a certain elasticity so that when pressure is applied to the intersection of the conductive layers, the contact layer It is configured to detect pressure by changing the resistance or capacitance at a given location due to elastic compression and a change in the distance between the conductive layers, and detecting the changed physical quantity.
  • Each conductive layer can be formed in various ways, for example, on a flexible substrate.
  • the present invention was made to solve the problems of the prior art described above.
  • the present invention provides compressive force to a sheet-type pressure sensing material surrounding a high temperature pipe, and provides compressive force evenly over the entire surface of the pressure sensing material.
  • the purpose is to provide a means of externally reinforcing the pressure sensing material to detect the risk of internal defects or internal thickness thinning.
  • the present invention provides an external reinforcement means for a pressure-sensing material for detecting the risk of internal defects or internal thickness thinning of high-temperature pipes, which allows a compressive force to be easily applied to the sheet-type pressure-sensing material by simply tightening such external reinforcement means. It is for a different purpose.
  • the present invention provides an external reinforcement means that applies compressive force by wrapping a sheet-shaped pressure sensing material attached to one side of the surface of a high-temperature pipe from the outside, wherein the external reinforcement means has a plurality of perforations on one side.
  • An internal defect in the high-temperature pipe characterized in that the compression force is not released after the external reinforcing means applies compressive force to the sheet-type pressure sensing material by allowing the perforated portion to engage, but not rotating in the opposite direction, or Provides means of externally reinforcing the pressure sensing material to detect the risk of internal thickness thinning.
  • the present invention relates to an external reinforcing means that applies a compressive force by externally wrapping a sheet-shaped pressure sensing material attached to one side of the surface of a high-temperature pipe, wherein the external reinforcing means is in the shape of a plate and is formed on one side of the plate. a binding portion that protrudes upward from the plate to form a tunnel shape and has a plurality of perforations formed on the upper portion; and a ring formed on the plate at a position spaced apart from the binding portion, and coupled to the perforation portion formed in the binding portion, wherein the perforation portion moves in a circumferential direction of the high-temperature pipe when the plate surrounds the high-temperature pipe.
  • the formed plate is formed in the opposite direction to the direction in which it progresses to the binding portion, or is formed to extend vertically from the bottom to the top, and the ring is processed directly on the surface of the shaft or is provided separately and coupled to the outside of the shaft, and is elastic.
  • the material or thickness is determined to have, and the ring is bent in the opposite direction of the direction toward the binding portion, and after being fastened to the perforation portion, it is restricted from proceeding in the direction opposite to the direction toward the binding portion, thereby providing an external reinforcement means.
  • a means for externally reinforcing the pressure sensing material for detecting the risk of internal defects or internal thickness thinning of high-temperature pipes is provided, which prevents the compressive force from being released after applying compressive force to the sheet-type pressure sensing material.
  • compressive force is applied to the sheet-type pressure-sensing material surrounding the high-temperature pipe, and this is applied generally evenly over the entire surface of the pressure-sensing material, thereby preventing the phenomenon of local pressure sensing conditions being different. , the effect of detecting the pressure of high-temperature pipes under uniform conditions is expected.
  • FIG. 2 is a perspective view of a pipe and an external reinforcement means for fastening a shaft-type external reinforcement means with teeth as an example to the high-temperature pipe of FIG. 1, respectively.
  • Figure 3 is an expanded view of an external reinforcement means according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view showing the cross-sectional view of Figure 2 and the shaft on which teeth are formed.
  • Figure 6 is an expanded view of an external reinforcement means according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing the thinning state of high-temperature pipe.
  • the high-temperature piping in the present invention may include heating piping as an example, but may also include piping for power plants.
  • the contact layer can be a metal that is durable even at as high a temperature as possible.
  • the contact layer must have a different dielectric constant from the metal layer so that a signal according to pressure can be detected.
  • the pipe with a thickness of about 20 cm or more reaches its limit at some point, and the risk of cracking or damage increases. Therefore, the high-temperature pipe 11 is completely replaced periodically, and in some cases, cracks or damage may occur before replacement.
  • Signs of cracks or damage may be detected before they occur.
  • a sign is wall-thinning.
  • internal factors include fluid flow and degree of response to temperature, and external factors include corrosion due to moisture penetration, etc. This is a phenomenon in which the surface of (11) becomes thinner.
  • the pressure at that location is better transmitted to the outside and the detected pressure value increases. If this pressure value exceeds a preset threshold, the signs of cracking are considered to increase and appropriate measures for the location are taken in advance. You can.
  • the substrate 110 in FIG. 9 is preferably made of a flexible material, and the type is not particularly limited as long as it is made of a flexible material.
  • the substrate 110 must be flexible so that the pressure sensing material 100 can be easily deformed according to the pressure formed by the thinning of the surface of the high-temperature pipe 11, and the intensity of the pressure can be measured accordingly. That is, if there is no flexibility, the substrate 110 does not bend in response to the pressure, making it difficult to properly measure the pressure.
  • the contact area of the interface may be very different locally, and the measured value may vary depending on whether the interface is in contact when detecting pressure. It may vary.
  • the present invention is to improve the accuracy of measurement by allowing the sheet-type pressure sensing material 100 to adhere better to the surface of the high-temperature pipe 11. While attached to the external reinforcement means 180 is fastened thereon. At this time, two fastening means were used, as shown in Figures 2 to 7.
  • the portion of the plate 182 excluding the portion surrounding the high-temperature pipe 11 is provided with a step in a bent or curved form, and a step is created around this, and the height of the step is determined by the shaft 184.
  • the front surface of the plate 182 must be shaped to surround the high-temperature pipe 11, and in this respect, the characteristics of the present invention are recognized.
  • the ring 186 can be engaged with the perforated portion 183 in the direction in which it progresses with respect to the binding portion 187.
  • the ring 186 is configured to have directionality, and once fastened, it is not easy to move in the direction in which the ring 186 is released from the binding portion 187, thus ensuring the stability of fastening.
  • the binding portion 187 is formed in the shape of a tunnel, and the plate 182 on which the ring 186 is formed moves inside the binding portion 187 so that the ring 186 is fastened to the perforation portion 183 at an appropriate position. .
  • This external reinforcement means 180 may be formed as a single piece to fit the length of the high-temperature pipe 11, but it is divided into several pieces for the length of the pipe, and the divided external reinforcement means 180 are independently used for high-temperature pipe ( 11) It can also be mounted on the surface.
  • the thermal expansion coefficient of this external reinforcement means 180 may be a problem.
  • the difference in the thermal expansion coefficient of the external reinforcement means The effect of pressurization of (180) may be greater. Therefore, the external reinforcement means 180 preferably has a thermal expansion coefficient smaller than that of the high-temperature pipe 11, and may be made of a material such as metal or a metal and ceramic composite. However, if the external reinforcement means 180 is strongly fastened, it is judged that it can be used even when the thermal expansion coefficient is the same.
  • the contact layer is a material that can shrink to some extent when pressure is applied, and an example is a carbon layer manufactured by dispersing carbon in a polymer.
  • the contact layer is not limited to the carbon layer.
  • the conductive layers 120 and 150 are composed of intersecting upper and lower conductive layers 120 and 150 in the form of strips of the same width, and pressure acts on the intersection area or When a change in pressure occurs, it can be detected and the pressure can be measured. This shows a typical pressure sensing material.

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Abstract

본 발명은 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온용 배관 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단에 있어서, 상기 외부 보강 수단은, 일측에 복수의 천공부가 형성된 굴곡 가능한 플레이트; 및 상기 플레이트의 천공부로부터 이격된 위치에 회전가능하게 고정되며, 회전에 따라서 상기 천공부를 관통할 때, 관통한 이후에 움직임이 고정되는 복수의 톱니가 형성된 샤프트;를 포함한다.

Description

고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단
본 발명은 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온용 배관의 내부 결함 또는 고온 유체에 의한 침식에 따른 내부 두께 감육의 위험을 감지하는데 사용되는 압력 감지재가 고온용 배관의 외부에 단단히 결착되도록 함으로써, 고온용 배관의 국부적 압력 변화를 보다 정밀하게 감지할 수 있도록 하기 위한 압력 감지재 외부 보강 수단을 제공한다.
발전회사, 지역난방공사 등은 예를 들어 주택 또는 사무실 등 사람이 주거 또는 활동하는 건축물에 난방을 공급한다. 이와 같이 난방을 공급하기 위해서는 해당 건축물까지 고온용 배관이 가설되어야 한다. 이러한 고온용 배관은 지하에 매설되며, 난방용 유체를 공급하기 위해서는 출발지점에서 유체에 높은 압력을 가하여 공급하고, 그래야만 건축물에 난방용 유체가 정상적으로 도달하여 난방을 원활히 공급할 수 있다. 그러나, 고온용 배관의 사용기간이 길어지면서, 유체 또는 열에 의한 침식 등 배관의 하자가 발생되고, 이러한 하자가 누적된 결과, 어느 시점에서는 고압의 유체에 의하여 배관이 파손되는 문제점이 발생된다.
배관이 지하에 매설되어 있기 때문에, 배관이 파손되더라도 이를 초기에 발견하기 어렵다는 문제점이 있고, 파손 상태를 방치하는 경우 열에너지의 손실이 발생되며, 주변 시설물에도 피해가 발생되고, 수리 범위가 커짐은 물론 그 전에 균열 또는 손상이 발생된 배관의 위치를 찾기 위하여 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다. 이로써, 많은 시간적, 경제적 낭비가 초래되고, 특히, 매우 추운 날씨에 난방의 공급이 중단되는 경우에는 난방 이용에 제한이 발생되어 거주자들이 많은 불편함을 감수하여야 하는 문제점도 존재한다.
그럼에도 불구하고, 고온용 배관의 균열 등 내부결함, 배관의 두께 감육으로 인한 파손을 예측하기 위한 감지 수단이 존재하지 않아 이에 대한 방안이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명에서는 시트형 압력감지재를 고온용 배관의 외부에 둘러싸서 이로부터 측정되는 압력을 감지하도록 구성하였다. 이는 일 예로서, 도 7에서 나타낸 바와 같다. 시트형 압력감지재는 상부와 하부에 도전층을 교차하게 구성하고, 도전층 사이에는 절연성 접촉층을 마련하며, 접촉층은 소정의 탄성을 가져 도전층의 교차지점에 압력이 작용하였을 때, 접촉층의 탄성압축과 도전층간의 거리변화로 인하여 해당 위치에서 저항 또는 캐패시턴스가 변화되고 변화된 물리양을 감지함으로써 압력을 감지하도록 구성된 것이다. 각 도전층은 예를 들어 플렉시블(flexible) 기판상에 다양하게 형성시킬 수 있다.
한편, 시트형 압력감지재를 고온용 배관에 둘러싸 감육을 측정하는 방법에 있어서는, 초기 밀착력으로 시트형 압력감지재를 사용하여 고온용 배관을 감싼 후 경시적으로 초기 밀착력이 점차 약화되는 문제점이 존재하는 바, 시트형 압력감지재가 고온용 배관을 감싸는 밀착력이 약화되는 경우 압력감지재 설치의 의미가 없어지며, 효과적인 압력감지가 불가능하다는 문제점이 존재한다.
이를 위하여 본 출원인은 등록특허 제10-2334516호 "외부 보강재가 구비된 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지방법"을 통하여 대안을 제시한 바 있다. 예를 들어 위 등록특허의 도 3에서 도시된 바와 같이, 두개의 반원형 단면을 가지는 체결수단을 이용하여 시트형 압력감지재를 감싼 후 반원형 체결수단의 만나는 양 지점을 조임고정하는 경우, 조임부와 파이프, 즉 조임부와 압력감지재간에 미치는 압력은 매우 적은 반면, 조임부와 90도를 이루는 지점에서의 압력은 가장 크게 측정되어 전반적으로 압력이 불균일해지는 문제점이 존재한다.
아울러 위 등록특허의 도 5와 같이 구성하는 경우, 압력 감지재가 고온용 배관에 결착된 후 이를 끼우는 방법이 쉽지 않으며, 만일 압력 감지재 겉면을 실 감듯이 감는 경우에는 시간이 오래 걸리는 문제점도 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 고온용 배관을 감싸는 시트형 압력감지재에 압축력을 부여하되, 이를 압력 감지재 전면에 걸쳐서 대체로 고르게 부여하도록 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이러한 외부 보강 수단을 간편하게 조여서 시트형 압력감지재에 간이하게 압축력을 작용시킬 수 있도록 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 고온용 배관 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단에 있어서, 상기 외부 보강 수단은, 일측에 복수의 천공부가 형성된 굴곡 가능한 플레이트; 및 상기 플레이트의 천공부로부터 이격된 위치에 회전가능하게 고정되며, 회전에 따라서 상기 천공부를 관통할 때, 관통한 이후에 움직임이 고정되는 복수의 톱니가 형성된 샤프트;를 포함하며, 상기 천공부는 상기 플레이트가 고온용 배관을 감쌀 때, 고온용 배관의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성되고, 상기 톱니는 샤프트의 표면에 직접 가공되거나, 별도로 마련되어 상기 샤프트의 외부에 결합되며, 상기 톱니에서 단위 톱니는 회전방향과 마주하는 면의 경사와 그 반대면의 경사가 상이하여, 샤프트가 일방향으로 회전되면서 상기 천공부에 이물림 가능하나, 그 반대방향으로는 회전되지 않도록 함으로써 외부 보강 수단이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단을 제공한다.
또한, 본 발명은 고온용 배관 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단에 있어서, 상기 외부 보강 수단은, 플레이트의 형상으로서, 상기 플레이트의 일측에 형성되며, 터널의 형상을 이루도록 상기 플레이트로부터 상부로 돌출형성되고, 상부에 복수의 천공부가 형성되는 결속부; 및 상기 플레이트상에서 상기 결속부로부터 이격된 위치에 형성되며, 상기 결속부에 형성된 천공부에 결속되는 고리;를 포함하며, 상기 천공부는 상기 플레이트가 고온용 배관을 감쌀 때, 고온용 배관의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성되고, 상기 천공부는 단면을 기준으로 하부로부터 상부방향으로의 천공방향이 고리가 형성된 플레이트가 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 형성되거나, 하부로부터 상부방향으로 수직으로 연장되도록 형성되며, 상기 고리는 샤프트의 표면에 직접 가공되거나, 별도로 마련되어 상기 샤프트의 외부에 결합되며, 탄성을 갖도록 재질이나 두께가 결정되며, 상기 고리는 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 굴곡되어, 천공부에 체결되고난 이후에는 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 진행에 제한되며, 이로써 외부 보강 수단이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 고온용 배관을 감싸는 시트형 압력감지재에 압축력을 부여하되, 이를 압력 감지재 전면에 걸쳐서 대체로 고르게 부여하도록 함으로써, 국부적으로 압력의 감지 조건이 상이하게 되는 현상을 방지하고, 전체적으로 균일한 조건에서 고온용 배관의 압력을 감지하도록 하는 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 이러한 외부 보강 수단을 간편하게 조여서 시트형 압력감지재에 간이하게 압축력을 작용시킬 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배관에 시트형 압력감지재를 부착한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 고온용 배관에 일 실시예로서 톱니가 구현된 샤프트 방식의 외부 보강 수단을 체결하기 위한 배관 및 외부 보강 수단의 사시도를 각각 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 외부 보강 수단을 펼쳐서 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 단면도 및 톱니가 형성된 샤프트를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 톱니가 샤프트의 회전방향의 전후에서 서로 경사도가 다른 것을 나타내는 도면으로서, 샤프트의 접선에 대한 수직선과 톱니의 첨부가 만나는 지점에서의 각도를 각각 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 외부 보강 수단을 펼쳐서 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 외부 보강 수단을 고온용 배관에 결속한 상태를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 8은 고온용 배관의 감육상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는 압력감지재를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
본 발명에서 배관에 압력을 미치는 매체는 액체 또는 기체이며, 이는 유체 또는 비유체(흐르지 않는 매체)일 수 있다.
본 발명에서의 고온용 배관은 일 실시예로서 난방용 배관을 들 수 있으나, 발전소용 배관도 포함될 수 있다. 이 경우 접촉층으로는 가급적 고온에서도 내구성을 갖는 금속 등이 될 수 있고, 이 때 상기 접촉층은 금속층과 유전율이 상이하여 압력에 따른 신호가 감지될 수 있어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배관에 시트형 압력감지재를 부착한 상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 고온용 배관에 일 실시예로서 톱니가 구현된 샤프트 방식의 외부 보강 수단을 체결하기 위한 배관 및 외부 보강 수단의 사시도를 각각 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 외부 보강 수단을 펼쳐서 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 단면도 및 톱니가 형성된 샤프트를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 5는 도 3의 톱니가 샤프트의 회전방향의 전후에서 서로 경사도가 다른 것을 나타내는 도면으로서, 샤프트의 접선에 대한 수직선과 톱니의 첨부가 만나는 지점에서의 각도를 각각 표현한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 외부 보강 수단을 펼쳐서 나타낸 도면이며, 도 7은 도 6의 외부 보강 수단을 고온용 배관에 결속한 상태를 나타내는 사시도 및 단면도이고, 도 8은 고온용 배관의 감육상태를 나타내는 모식도이며, 도 9는 압력감지재를 나타내는 도면이다.
본 발명에서 제시된 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 시트형 압력감지재는 고온용 배관(11)의 표면에 부착된다. 이를 위해서 본 발명은 고온용 배관(11) 중 표면 어느 일측에 시트형 압력감지재를 부착하는 단계; 시트형 압력감지재로부터 배관 내부를 흐르는 유체에 의하여 형성되는 압력을 표면으로부터 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
발전사에서 출발하는 고온용 배관(11)에는 약 150~450℃의 온도를 갖는 유체가 흐르며, 이 때, 압력은 15bar에 달한다. 15bar는 매우 높은 압력인데, 이와 같은 압력이 유지되어야 가정 또는 건축물 내 난방이 공급될 수 있다.
그러나, 이와 같은 압력이 고온용 배관(11) 내면에 계속하여 작용하게 되면 약 20cm 이상의 두께를 갖는 배관도 어느 순간 한계에 다르게 되며, 균열 또는 손상이 위험이 높아진다. 그러므로, 고온용 배관(11)은 주기적으로 전면 교체하게 되는데, 어떤 경우에는 교체전에 균열이나 파손이 발생되기도 한다.
균열이나 파손이 발생되기 이전에는 징후가 감지될 수 있다. 여기서 이러한 징후란 감육(wall-thinning)인데, 반복되어 가해지는 압력 뿐 아니라, 내부요인으로는 유체의 흐름, 온도에 따른 반응 정도이며, 외부요인으로는 수분 침투에 의한 부식 등으로 인하여 고온용 배관(11)의 표면이 가늘어지는 현상이다. 감육이 발생되면 해당 위치에서의 압력이 외부로 보다 잘 전달되어 감지되는 압력의 수치가 높아지게 되며, 이러한 압력수치가 미리 설정된 임계치를 넘으면 균열의 징후가 커진다고 보고 미리 해당 위치에 대한 적절한 조치를 수행할 수 있다.
이를 위해서 본 발명에서는 시트형 압력감지재를 고온용 배관(11)의 표면에 부착하여 표면에 작용하는 압력을 측정하였다. 상기 시트형 압력감지재가 부착되는 위치는 고온용 배관(11) 본체 또는 배관간 연결부인 것이 바람직하다.
특히 고온용 배관(11)의 연결부는 용접을 수행하는데, 용접된 부위에서의 감육이 두드러지게 일어나는 것을 경험적으로 확인하였기 때문에, 고온용 배관(11)의 연결부에는 반드시 시트형 압력감지재를 부착하여야 한다.
시트형 압력감지재는 압력을 측정할 수 있는 시트를 의미하며, 이는 다음과 같다.
도 9에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 시트형 압력감지재(100)는 두 개의 압력감지층 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지층 단위모듈 중 적어도 하나는, 기판(110); 상기 기판(110)상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(120, 150); 및 상기 도전층(120, 150)상에 형성되어 감지부로 작용하는 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120);을 포함하고, 도전층(120, 150)은 상하 서로 교차되도록 배치된다.
여기서, 도전층(120, 150)은 전극으로 사용되어 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)과 도전층(120, 150)의 접촉에 의하여 발생되는 압력을 감지하되, 압력의 감지는 전극간(도전층(120, 150)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 도전성 분말이 합성수지에 분산된 상태로 마련되는 접촉층(120)은 페녹시, 폴리이미드, 에폭시 등의 합성수지에 금속, 탄소, 그래핀, CNT 등 탄소계 도전성 물질이 분산된 상태로 제조되는 것이다.
도 9에서의 기판(110)은 유연성이 있는 재질이 바람직하며, 유연성을 갖는 재질이라면 그 종류가 특별히 제한되지는 않는다. 기판(110)의 유연성이 있어야 고온용 배관(11) 표면의 감육에 의하여 형성된 압력에 따라 압력감지재(100)의 변형이 잘 일어나며, 그만큼 상기 압력의 세기를 잘 측정할 수 있다. 즉, 유연성이 없으면 상기 압력에 대응하여 기판(110)이 휘지 않으므로 압력을 제대로 측정하기 어렵다.
상기 두 개의 압력감지층 단위모듈은 각각의 도전층(120, 150)이 서로 교차하도록 상하 대향하여 배치되는 것이 바람직하다. 특히 상기 두 개의 도전층(120, 150)은 수직으로 교차하는 것이 바람직하다. 물론, 수직이 아닌 방법도 가능하지만, 수직인 경우가 가장 바람직하다.
본 발명에서 압력감지층 단위모듈 모두에 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 형성되도록 하며, 다른 실시예로서는 단위모듈 중 하나는 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 코팅되어 있고, 또 하나는 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 코팅되지 않도록 할 수도 있는데 이유는 다음과 같다.
도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)은 평활면의 확보가 쉽지 않으므로 압력감지층 단위모듈이 모두 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)에 의하여 코팅되어 있는 경우에는 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)간 접촉면적이 국부적으로 상이하여 측정된 압력값의 신뢰도가 저하될 수 있다.
즉, 접촉하고 있는 두 개의 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 모두 평활하지 않기 때문에 계면의 접촉면적이 국부적으로 매우 달라질 수 있으며, 압력감지시 계면의 접촉여부에 따라서 측정값이 달라질 수 있다.
반면, 압력감지층 단위모듈 중 하나에 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 형성되지 않는 경우에는 해당 단위모듈의 도전층(120, 150)이 대향하는 단위모듈의 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)에 직접 접촉되는데, 도전층(120, 150)의 경우 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)에 비하여 평활면의 확보가 용이하므로 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)과 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 접촉할 때 보다는 도전층(120, 150)과 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)이 접촉할 때, 국부적 접촉면적의 균일성을 상대적으로 더 달성할 수 있으며, 이 경우에는 국부적으로 측정되는 압력값의 차이가 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)간 접촉시 측정된 값보다 작아져 압력값에 대한 신뢰도가 높아질 수 있다.
도시되지는 않았으나, 도전층(120, 150)의 폭 또는 도전층(120, 150)간의 간격은 자유롭게 조절할 수 있다.
본 발명에서 도전층(120, 150)의 형성방법, 도전성 분말이 합성수지 기지에 분산된 접촉층(120)의 형성방법, 플렉시블한 기판(110)의 종류 등은 특별히 제한되는 것은 아니므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8에서는 고온용 배관(11)의 감육상태를 나타낸 것이다. 즉, 감육된 부분은 내부의 압력에 의하여 가장 먼저 파손될 수 있다.
본 발명은 시트형 압력감지재(100)가 고온용 배관(11)의 표면에 보다 더 잘 밀착하도록 함으로써 측정의 정확성을 제고하기 위하여, 시트형 압력감지재(100)가 고온용 배관(11)의 표면에 부착된 상태에서 그 위에 외부 보강 수단(180)을 체결한 것이다. 이 때, 체결수단으로서 두가지를 사용하였는데, 이는 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같다.
도 2내지 도 5에 따르면, 고온용 배관(11) 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단(180)에 있어서, 상기 외부 보강 수단(180)은, 일측에 복수의 천공부(183)가 형성된 굴곡 가능한 플레이트(182); 및 상기 플레이트(182)의 천공부(183)로부터 이격된 위치에 회전가능하게 고정되며, 회전에 따라서 상기 천공부(183)를 관통할 때, 관통한 이후에 움직임이 고정되는 복수의 톱니(185)가 형성된 샤프트(184);를 포함하며, 상기 천공부(183)는 상기 플레이트(182)가 고온용 배관(11)을 감쌀 때, 고온용 배관(11)의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성되고, 상기 톱니(185)는 샤프트(184)의 표면에 직접 가공되거나, 별도로 마련되어 상기 샤프트(184)의 외부에 결합되며, 상기 톱니(185)에서 단위 톱니(185)는 회전방향과 마주하는 면의 경사와 그 반대면의 경사가 상이하여, 샤프트(184)가 일방향으로 회전되면서 상기 천공부(183)에 이물림 가능하나, 그 반대방향으로는 회전되지 않도록 함으로써 외부 보강 수단(180)이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 고온용 배관(11)의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단(180)을 제공한다.
여기서, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 플레이트(182) 중 고온용 배관(11)을 감싸는 부분을 제외한 부분은 절곡 또는 만곡되는 형태로 단턱이 마련되어 이를 경계로 단차가 생성되며, 단차의 높이는 샤프트(184)의 구경과 유사하다. 즉, 플레이트(182)의 전면이 고온용 배관(11)을 감쌀 수 있도록 형상화되어야 하며, 이러한 점에 본 발명의 특징이 인정된다.
이와 같은 플레이트(182)의 예를 들어 일단부에는 샤프트(184)가 설치되며, 회전가능하게 고정되어 있다. 고정수단은 특별히 제한되지는 않으며, 샤프트(184)가 플레이트(182)로부터 이탈하지 않을 정도로만 고정되면 된다. 샤프트(184)의 표면에는 톱니(185)가 형성되며, 톱니(185)는 샤프트(184)의 표면에 직접 가공되어 형성되거나 톱지형태의 시트를 샤프트(184)의 표면에 결합함으로써 구성할 수도 있다. 이와 같은 톱니(185)는 플레이트(182)에서 샤프트(184)가 결합된 부분과 이격된 위치에 형성되는 복수의 천공부(183)에 이물림된다. 상기 천공부(183)는 상기 플레이트(182)가 고온용 배관(11)을 감쌀 때, 고온용 배관(11)의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성된다. 즉, 각 열은 서로 단속적으로 이루어질 수도 있고, 1열이 길게 형성된 단일의 천공홀일 수도 있다(미도시).
상기 톱니(185)에서 단위 톱니(185)는 회전방향과 마주하는 면의 경사와 그 반대면의 경사가 상이하여, 샤프트(184)가 일방향으로 회전되면서 상기 천공부(183)에 이물림 가능하나, 그 반대방향으로는 회전되지 않도록 함으로써 외부 보강 수단(180)이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 할 수 있다. 본 발명에서는 일 실시예로서, 회전하는 방향과 마주하는 면의 경사는, 샤프트(184)로부터 수직의 방사방향으로 연장되는 축을 기준으로 회전하는 방향과 마주하는 면의 반대면의 경사에 비하여 완만하게 형성될 수 있다. 즉, 도 5에서 나타낸 바와 같이, 회전하는 방향과 마주하는 면과 위 축이 이루는 각도(θ1)은 는 그 반대면과 위 축이 이루는 각도(θ2)에 비하여 크게 구성될 수 있다. 예를 들어 위 θ2는 0도가 되도록 하거나 오히려 음의 각도를 이루도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 샤프트(184)가 도면을 기준으로 반시계 방향으로는 진행할 수 있으나 시계방향으로는 진행할 수 없어 톱니(185)가 천공부(183)에 결합된 후 해당 천공부(183)의 위치에서 안정적인 결합을 유지할 수 있다.
이로써, 외부 보강 수단(180)에 의하여 시트형 압력감지재는 고온용 배관(11)의 표면에 밀착되며, 보다 더 민감한 방법으로 감육을 보다 균일하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 도 6 및 도 7에서는 다른 실시예에 의한 외부 보강 수단(180)이 다음과 같이 체결될 수 있다.
외부 보강 수단(180)에서 플레이트(182)의 일측에 결속부(187)를 플레이트(182)로부터 돌출되도록 형성하며, 결속부(187)는 복수의 천공부(183)가 형성되어 있다. 천공부(183)의 형성 규칙은 전술한 실시예와 동일하다. 또한, 결속부(187)의 천공부(183)에는 플레이트(182)의 다른 일측 단부에 마련되는 고리(186)와 결합된다. 고리(186)는 플레이트(182)와 일체로 형성되도록 가공되거나 별도로 형성되어 용접 등에 의하여 결합될 수도 있다. 상기 고리(186)는 예를 들어 금속제이며 소정의 탄성을 갖는다. 그러므로, 고리(186)의 결속부(187)에 대한 진행방향으로 천공부(183)에 이물림될 수 있다. 그러나, 고리(186)는 방향성을 갖도록 구성되며, 한번 체결된 고리(186)는 결속부(187)로부터 해제되는 방향으로 이동하는 것은 쉽지 않고, 따라서 체결의 안정성이 확보된다. 상기 결속부(187)는 터널의 형상으로 형성되어 결속부(187) 내부를 고리(186)부가 형성된 플레이트(182)가 이동하면서 적절한 위치의 천공부(183)에 고리(186)가 체결되도록 한다.
천공부(183)의 형성방향은 방향성이 없을 수도 있으나, 방향성을 갖도록 형성될 수도 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 천공부(183)의 상부가 하부에 대하여 고리(186)의 진행방향의 역방향으로 형성됨으로써, 고리(186)의 체결이 용이하도록 구성될 수도 있다.
이러한 고리(186)는 탄성을 갖도록 재질이나 두께가 결정될 수 있다. 아울러, 고리(186)는 고리(186)의 상부는 고리(186)가 결속부(187)를 향해 진행하는 방향의 반대방향으로 굴곡되어 있으며, 이로써, 고리(186)가 일단 천공부(183)에 체결되면 고리(186)가 결속부(187)의 반대방향으로 진행되는 것을 방지하고, 결국 플레이트(182)가 초기에 고온용 배관(11)에 가한 압축력을 오랜 기간동안 유지할 수 있다. 즉, 고리(186)가 천공부(183)에 안정적으로 결속될 수 있다.
고리(186)가 탄성을 갖도록 구성되므로 결속부(187)내의 상하 공간에 비하여 고리(186)의 높이가 더 높은 경우라도 고리(186)와 함께 고리(186)가 형성된 플레이트(182)는 결속부(187) 내부를 통과할 수 있다. 이로써, 고리(186)는 고온용 배관(11)을 적절하게 압축할 수 있는 천공부(183)의 위치에 결속되도록 할 수 있다.
이러한 외부 보강 수단(180)은 고온용 배관(11)의 길이에 맞게 단일체로 형성될 수 있으나, 배관의 길이에 대하여 여러개로 분할하고, 분할된 외부 보강 수단(180)들을 독립적으로 고온용 배관(11)의 표면에 장착할 수도 있다.
이러한 외부 보강 수단(180)은 열팽창계수가 문제가 될 수 있는데, 고온용 배관(11)의 열팽창이 크고 외부 보강 수단(180)의 열팽창이 이보다 다소간 작을 때, 열팽창계수의 차이에 의하여 외부 보강 수단(180)의 가압의 효과가 더 커질 수 있다. 그러므로, 외부 보강 수단(180)은 고온용 배관(11)의 열팽창계수보다 작은 것이 좋으며, 금속, 또는 금속과 세라믹 복합체 등의 재질로 형성될 수 있다. 다만, 외부 보강 수단(180)이 강하게 체결되어 있는 경우라면 열팽창계수가 동일한 경우에도 사용이 가능할 것으로 판단된다.
한편, 본 발명의 압력감지재는 두 개의 압력감지층 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지층 단위모듈 중 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(120, 150); 및 상기 도전층(120, 150)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층(130);을 포함하고, 상기 압력감지층 단위모듈 중 다른 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(120, 150);을 포함하며, 상기 도전층(120, 150)은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층(120, 150)은 상하 교차하도록 구성되되, 상기 도전층(120, 150)이 교차하는 영역의 두 도전층(120, 150) 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되며, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않는 것을 특징으로 한다.
여기서 접촉층은 압력이 가해질 때 다소간의 수축이 가능해지는 재질로서, 폴리머에 탄소가 분산되어 제조되는 탄소층을 예로 들 수 있다. 그러나, 접촉층이 탄소층으로 제한되는 것은 아니다.
여기서, 상층과 하층은 각각 기판, 도전층(120, 150), 접촉층으로 구성될 수 있으나, 접촉층은 상층과 하층 중 어느 하나에만 형성될 수도 있고, 이 경우 상층과 하층이 접촉층을 공유하고 있는 것과 같은 형태가 된다.
도전층(120, 150)은 예를 들어 금속층으로 구성할 수 있으며, 접촉층은 절연층의 성격이 더 강하다. 접촉층은 압력이 가해질 때의 저항 또는 캐패시턴스의 변화가 감지되도록 하는 역할의 비중이 크다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 도전층(120, 150)은 일 실시예로서, 각각 폭이 동일한 띠 형태의 상하 도전층(120, 150)이 교차하여 구성되며, 교차된 면적에서 압력이 작용하거나 압력의 변화가 일어나면 이를 감지하여 압력을 측정할 수 있다. 이는 통상의 압력감지재를 나타낸 것이다.
도전층(120, 150)은 전극으로 사용되어 접촉층과 도전층(120, 150)의 접촉에 의하여 발생되는 압력을 감지하되, 압력의 감지는 전극간(도전층(120, 150)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 이는 전술한 바와 같이 압력 발생시 접촉층이 탄성에 의하여 변형됨으로써 가능해진다.
다만, 교차지점의 크기 또는 교차지점의 총 면적이 작은 경우에는 압력을 감지할 수 있는 영역이 작아짐을 의미하며, 정밀하게 압력을 측정하기 어렵다. 교차지점의 총 면적을 늘리기 위하여 보다 얇은 폭을 갖는 더 많은 수의 도전층(120, 150)을 설치할 수 있는데, 이 경우에는 각 도전층(120, 150)마다 필요한 결선이 더 많아져야 한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (2)

  1. 고온용 배관 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단에 있어서,
    상기 외부 보강 수단은,
    일측에 복수의 천공부가 형성된 굴곡 가능한 플레이트; 및
    및 상기 플레이트의 천공부로부터 이격된 위치에 회전가능하게 고정되며, 회전에 따라서 상기 천공부를 관통할 때, 관통한 이후에 움직임이 고정되는 복수의 톱니가 형성된 샤프트;
    를 포함하며,
    상기 천공부는 상기 플레이트가 고온용 배관을 감쌀 때, 고온용 배관의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성되고,
    상기 톱니는 샤프트의 표면에 직접 가공되거나, 별도로 마련되어 상기 샤프트의 외부에 결합되며,
    상기 톱니에서 단위 톱니는 회전방향과 마주하는 면의 경사와 그 반대면의 경사가 상이하여, 샤프트가 일방향으로 회전되면서 상기 천공부에 이물림 가능하나, 그 반대방향으로는 회전되지 않도록 함으로써 외부 보강 수단이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단.
  2. 고온용 배관 중 표면 어느 일측에 부착된 시트형 압력감지재를 외부에서 감싸서 압축력을 작용시키는 외부 보강 수단에 있어서,
    상기 외부 보강 수단은, 플레이트의 형상으로서,
    상기 플레이트의 일측에 형성되며, 터널의 형상을 이루도록 상기 플레이트로부터 상부로 돌출형성되고, 상부에 복수의 천공부가 형성되는 결속부; 및
    상기 플레이트상에서 상기 결속부로부터 이격된 위치에 형성되며, 상기 결속부에 형성된 천공부에 결속되는 고리;
    를 포함하며,
    상기 천공부는 상기 플레이트가 고온용 배관을 감쌀 때, 고온용 배관의 원주방향에 수직한 방향으로 단속적으로 또는 연속적으로 배열되어 1열을 형성하며, 이와 같은 열이 원주 방향으로 일정 간격으로 복수열 형성되고,
    상기 천공부는 단면을 기준으로 하부로부터 상부방향으로의 천공방향이 고리가 형성된 플레이트가 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 형성되거나, 하부로부터 상부방향으로 수직으로 연장되도록 형성되며,
    상기 고리는 샤프트의 표면에 직접 가공되거나, 별도로 마련되어 상기 샤프트의 외부에 결합되며, 탄성을 갖도록 재질이나 두께가 결정되며,
    상기 고리는 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 굴곡되어, 천공부에 체결되고난 이후에는 결속부로 진행하는 방향의 반대방향으로 진행에 제한되며, 이로써 외부 보강 수단이 시트형 압력 감지재에 압축력을 부여한 이후에 그 압축력이 해제되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 고온용 배관의 내부 결함 또는 내부 두께 감육 위험 감지를 위한 압력 감지재 외부 보강 수단.
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