KR20170052874A

KR20170052874A - 배관 결빙 장치

Info

Publication number: KR20170052874A
Application number: KR1020150154924A
Authority: KR
Inventors: 신익호
Original assignee: 신익호
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-15
Also published as: WO2017078333A1

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, 분리 가능하게 서로 결합되어 배관의 외주면을 감싸는 것으로, 배관의 외주면에 밀착되는 내측면을 갖는 핀 지지 부재(fin supporting member)와, 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, 서로 결합된 제1 및 제2 핀 조립체를 내부 공간에 수용하는 제1 및 제2 커버(cover)를 구비한다. 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.

Description

배관 결빙 장치{Apparatus for freezing pipe rapidly}

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 액상(液狀)의 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.

대한민국 공개특허번호 제10-2008-0107297호

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 도면이고, 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 용어들로서, 이는 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 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2를 SE-SE 에 따라 절개 도시한 단면도로서, 도 3은 부재들이 결합된 형상의 도면이고, 도 4는 부재들이 분리된 형상의 도면이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 결빙 장치(50)는, 예컨대 발전소, 공장, 일반 가정, 학교 등의 상수도와 같이 물을 안내하는 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. 배관(100)과 밸브(미도시)로 구성된 수로 중에서, 밸브에 고장이 발생한 경우, 밸브 양 측 배관(100)에 각각 배관 결빙 장치(50)를 적용하여 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 분리 가능하게 서로 결합되는 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)와, 분리 가능하게 서로 결합되는 제1 및 제2 커버(cover)(51, 65)를 구비한다. 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 각각, 핀 지지 부재(fin supporting member)(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) 형상으로, 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 결합되면 단면이 원형인 배관(100)의 형상에 대응되게 원형 파이프 형상이 된다.

한 쌍의 핀 지지 부재(76, 86)의 양 단부에는 배관(100)의 중심으로부터 방사 방향(radial direction)으로 돌출되고 배관(100)의 길이 방향으로 연장된 결합 날개(78, 88)가 마련된다. 상기 결합 날개(78, 88)가 넓은 면이 접촉되게 서로 맞닿아 볼트(bolt) 체결되거나 연결 케이블(미도시)에 의해 넓은 면이 접촉되게 결합됨으로써 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)가 서로 분리 가능하게 결합된다.

복수의 방열 핀(81, 91)은 열 교환을 촉진하는 것으로, 핀 지지 부재(76, 86)에 일 측 단부가 고정되고 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 결합되고, 방열 핀(81, 91)의 일 측 단부를 핀 지지 부재(76, 86)에 결합한 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)을 밀링(milling) 등의 방법으로 매끄러운 표면이 되도록 가공한다.

다만, 본 발명의 배관 결빙 장치에 구비된 방열 핀은 도 2 내지 도4에 도시된 형태의 방열 핀에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 제1 핀 조립체 및 제2 핀 조립체가 결합되면 상기 제1 핀 조립체의 방열 핀과 상기 제2 핀 조립체의 방열핀이 원판(disk) 형태로 합쳐지도록, 상기 방열 핀은 반원판(half disk) 형태를 가지며, 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 결합되어 외부로부터 차단되고 밀봉된 내부 공간을 형성하며, 서로 결합된 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)를 상기 내부 공간에 수용한다. 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, 하프 파이프 형상의 커버 내측판(53, 67)과, 상기 커버 내측판(53, 67)의 외측에 상기 커버 내측판(53, 67)과 이격된 커버 외측판(52, 66)을 구비한다. 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 상기 커버 내측판(53, 67)과 커버 외측판(52, 66)의 양 단부를 이어주며, 커버 외측판(52, 66)보다 외측으로 확장된 플랜지(flange)(55, 69)를 구비한다. 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.

상기 플랜지(55, 69)가 서로 맞닿아 볼트(bolt) 체결되거나 연결 케이블(미도시)에 의해 결합됨으로써 제1 및 제2 커버(51, 65)가 서로 분리 가능하게 결합된다. 상기 제1 및 제2 핀 조립체(75, 85)는 열 전달 특성이 우수하고 가공성이 좋은 금속 재질로 이루어지며, 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 있으며, 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 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)의 외부로부터 상기 내부 공간으로 유입하는 복수의 냉매 유입구(63)와, 냉매를 상기 내부 공간으로부터 상기 결합된 제1 및 제2 커버(51, 65)의 외부로로 유출하는 냉매 유출구(61)가 마련된다. 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 아니며, 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 배열하고 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.

50: 배관 결빙 장치 51,65: 제1,제2 커버
52,66: 커버 외측판 53,67: 커버 내측판
59,73: 단열 공간 61: 냉매 유출구
63: 냉매 유입구 75,85: 제1,제2 핀 조립체
76,86: 핀 지지 부재 81,91: 방열 핀

Claims

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 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
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.
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.
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.
제1 항에 있어서
상기 냉매는 극저온 냉매인 것을 특징으로 하는 배관 결빙 장치.
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.
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.