KR101506189B1 - 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GRE(Glass Reinforced Epox) 소재의 절연지지판이 양면에 부착된 스테인리스 소재 원판과, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조의 1차 밀봉부재 및 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트인 운모 시트가 부착된 2차 밀봉부재가 구비된 구조인 것을 특징으로 하는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓에 관한 것으로, 1차 밀봉부재에 의해 화재 발생 시 유체 유실로 인한 2차적 피해를 방지하고, 1차 밀봉 부재의 고온에 의한 열적 변형으로 인한 밀봉 파괴의 단점을 보완하기 위하여 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트인 운모 시트를 부착한 2차 밀봉부재에 의해 고온에서 밀봉성능과 절연성능을 갖게되므로 밸브 본닛(Valve Bonnet), 관 플랜지(Flange), 열교환기 또는 압력용기 등에 다양한 분야에 널리 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓{AN INSULATED GASKET FOR HIGH TEMPERATURE AND PRESSURE HAVING SEALING PAD}
본 발명은 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GRE(Glass Reinforced Epox) 소재의 절연지지판이 양면에 부착된 스테인리스 소재 원판과, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조의 1차 밀봉부재 및 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트로서 운모 시트가 부착된 2차 밀봉부재가 구비된 구조로서, 고온에서 뛰어난 밀봉성능과 절연성능을 갖는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓에 관한 것이다.
일반적으로, 가스켓은 주로 정지된 두 관체 사이에 끼워져 그 관체간의 틈새로 유체가 누설되는 것을 차단시키기 위한 부품으로, 밸브 또는 파이프 등의 유체가 이송되는 두 결합부위 사이에 개재되어 유체의 누출을 방지함과 동시에 외부로부터 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 실링기능을 갖도록 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 가스켓은 밸브 또는 파이프 등을 연결하기 위한 플랜지 사이에 조립되어 축방향으로 가해지는 압축력에 의해서 그 부피가 압축되면서 플랜지 사이를 외부로부터 차단시키는 기능을 하며, 이때, 가스켓은 밸브 또는 파이프 등의 유체와 접촉하는 동시에 외부공기와 접촉하게 되고, 유체의 온도와 외부 공기의 상당한 온도차이에 따른 열수축 또는 열팽창 등에 의한 열변형이 수반되며, 가스켓에는 밸브 또는 파이프 등의 유체의 고온과 고압 그리고 플랜지의 과체결압력으로 인해 여러 가지의 변형과 손상이 발생되면서 실링성의 저하를 초래하는 등의 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 방안으로 특허문헌 1에 게재된 바와 같은 구조를 갖는 고온고압용 절연가스켓을 개발하여 특허출원한 바 있으며, 상기 고온고압용 절연가스켓은 도 1에 도시된 바와 같이 가스켓의 형상 및 동심원을 유지시키는 센터링(centering)을 하도록 구성된 금속평면외륜(30)과, 상기 금속평면외륜(30)의 내측에 일체형으로 형성되면서 그 상하면에 각각 동심원을 갖는 산과 골이 각각 둥근 철면(凸面)을 이루도록 형성된 톱니형의 요철이 구비되는 제2금속톱니형본체(21)와, 상기 제2금속톱니형본체(21)의 상하면에 각각 접착되는 운모 재질의 상하부무기질적층시트(10,11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온고압용 절연가스켓에 관한 것이나 높은 온도가 적용될 경우 금속부의 열적 변화로 인한 팽창으로 인한 씰링써클(Sealing Circle)이 파손될 위험성이 있다.
그리고 특허문헌 2에 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 유체 통로의 기능을 하는 유체 배관의 연결부 사이에 사용되는 밀봉 장치에 있어서, 반대측 표면들을 갖고, 유체가 통과하도록 하는 개구부가 형성되어 있는 평면 금속판과, 상기 반대측 표면들 중 적어도 한 표면 위에 배치된 유전체 재료층과, 상기 반대측 표면들 중 적어도 한 표면 위에 형성된 내측 홈과 외측 홈으로서, 이들 중 적어도 하나는 상기 유전체 재료층을 관통하여 상기 금속판으로 들어가도록 형성되며, 이들은 상기 개구부 주위를 완전히 둘러싸고 있으며, 상기 내측 홈 내에 배치되는 1차 씰 부재와, 상기 외측 홈 내에 배치되는 2차 씰 부재 및 압축 리미터를 포함하는 유체 배관의 연결부 사이에 사용되는 밀봉 장치가 게시되어 있지만, 높은 온도가 적용될 경우 금속부의 열적 변화로 인한 팽창으로 인한 씰링써클(Sealing Circle)이 파손될 위험성이 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0067176호(고온고압용 절연가스켓) 특허문헌 2 : 미국공개특허공보 제2011/0266755호(절연 가스켓, 시스템, 및 제조방법)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로, GRE(Glass Reinforced Epox) 소재의 절연지지판이 양면에 부착된 스테인리스 소재 원판과, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조의 1차 밀봉부재 및 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트인 운모 시트가 부착된 2차 밀봉부재가 구비된 구조로서, 고온에서 뛰어난 밀봉성능과 절연성능을 갖는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 개구부가 형성되어 있는 평면 환형 금속판과; 상기 평면 환형 금속판의 양측 면에 부착된 유·무기 복합소재의 절연지지판;으로 구성되고, 상기 절연지지판이 부착된 평면 환형 금속판의 양측 면에 내측 홈 및 외측 홈이 각각 형성되고, 상기 내측 홈 내에 배치되는 1차 밀봉부재 및; 상기 외측 홈 내에 배치되는 2차 밀봉부재;가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓을 과제의 수단으로 한다.
그리고, 상기 유·무기 복합소재는 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재이고, 상기 1차 밀봉부재는 PTFE 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조이며, 상기 2차 밀봉부재는 외측 홈의 내면에 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재가 배치되고, 상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재의 외면에 무기소재 시트가 부착되는 구조로서, 상기 무기소재 시트는 최대 1000℃의 온도까지 사용 가능한 운모 필러 소재의 운모 시트이다. 또한 상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재는 고온용 금속 소재로서, 구체적으로는 Stainless Steel 347, Inconel 825 등이 있다. 상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재는 무기소재 필러(STARPITE 소재 Filler) 시트와 접촉하는 면에 산과 골이 형성된 톱니형 요철 형상의 면이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 GRE(Glass Reinforced Epox) 소재의 절연지지판이 양면에 부착된 스테인리스 소재 원판과, PTFE 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조의 1차 밀봉부재 및 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트인 운모 시트가 부착된 2차 밀봉부재 구조를 갖는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓으로, 1차 밀봉부재에 의해 화재 발생 시 유체 유실로 인한 2차적 피해를 방지하고, 1차 밀봉 부재의 고온에 의한 열적 변형으로 인한 밀봉 파괴의 단점을 보완하기 위하여 동심원 상으로 가공된 금속 원판에 고온용 무기소재 시트인 운모 시트를 부착한 2차 밀봉부재에 의해 고온에서 밀봉성능과 절연성능을 갖게되므로 밸브 본닛(Valve Bonnet), 관 플랜지(Flange), 열교환기 또는 압력용기 등에 다양한 분야에 널리 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 고온고압용 절연 가스켓의 일부 면을 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 다른 고온고압용 절연 가스켓을 나타내는 사시도,
도 3은 도 2의 고온고압용 절연 가스켓의 전체 면을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 고온고압용 절연 가스켓 홈 내부에 각각 배치된 1차 및 2차 밀봉부재를 확대하여 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 고온고압용 절연 가스켓의 전체 면을 나타낸 단면도,
도 6은 도 5의 A 부분에서 내측 홈 및 외측 홈 내에 밀봉부재가 배치되기 전의 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 도 5의 A 부분에서 내측 홈 및 외측 홈 내에 밀봉부재가 배치된 상태를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 상세한 설명에서 이 기술의 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.
본 발명은 고압의 유체가 사용되는 라인에서 절연이 필요한 개소에사용 가능한 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓으로 이종 재질의 플랜지가 연결된 구간에 장착되어 전기적 부식을 방지할 수 있고, 절연성이 뛰어난 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재에 보강스프링이 내입된 PTFE 소재 쉘(shell)의 1차 밀봉부재을 부착하여 낮은 체결압력(Low Seating Stress)에서도 씰링이 가능하며, 특히 화재 발생 시 화재 진압 시까지의 단시간 동안의 고온에 노출에 의한 밀봉성을 유지할 수 있는 2차 밀봉부재를 추가적으로 보완한 것이 특징이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 그 일 실시예에 따르면, 도5 및 도6에 도시한 바와 같이 개구부(10)가 형성되어 있는 평면 환형 금속판(20)과 상기 평면 환형 금속판(20)의 양측 면에 부착된 유·무기 복합소재의 절연지지판(30)으로 구성되어 진다.
이때, 평면 환형 금속판(20)은 도5에 도시된 바와 같이 가스켓의 형상 및 동심원을 유지시키는 센터링(centering)을 하도록 구성되어 지며, 높은 압력(Max ASME Class 2500)에서도 사용할 수 있도록 가스켓을 지지하는 역할을 한다.
그리고, 상기 평면 환형 금속판(20)의 양측 면에 부착되는 유·무기 복합소재의 절연지지판(30)은 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재를 사용함으로서, 높은 절연성을 가지며, 과도한 체결압력으로 인한 누설을 방지하며, 외부 유체나 유입물에 의한 간섭 및 변형을 방지하는 작용을 한다.
본 발명에서 사용하는 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재는 NEMA(the National Electrical Manufacturers Association, 전미전기제품제조자협회)의 LI-1 G10, G11 소재를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 상기의 제품에만 한정되는 것이 아니고 필요에 따라 적절한 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재를 선택하여 사용할 수 있다.
또한 상기 절연지지판(30)은 평면 환형 금속판과 플랜지 사이에 위치하면서 플랜지(미도시)의 체결압력(Seating Stress) 시 평면 환형 금속판(20)과 플랜지 간의 불완전한 접촉표면을 완벽하게 보완해주는 작용을 하게 되고, 플랜지의 금속경도가 평면 환형 금속판(20)의 금속경도보다 작을 경우 과체결압력(Over Seating Stress) 시 절연지지판(30)에 의한 플랜지의 접촉손상을 차단하도록 구성되어 있다.
그리고 상기 절연지지판(30)이 부착된 평면 환형 금속판은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 밀봉부재들을 배치하기 위해 양측 면에 내측 홈(40) 및 외측 홈(50)을 각각 형성시킨다.
본 발명에서 도 6은 도 5의 A 부분에서 내측 홈 및 외측 홈 내에 밀봉부재가 배치되기 전의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 5의 A 부분에서 내측 홈 및 외측 홈 내에 밀봉부재가 배치된 상태를 나타낸 단면도이다.
내측 홈(40)은 내측 절연지지판(31)이 위치하는 부분에 형성되며, 내측 홈(40) 내에 배치되는 1차 밀봉부재는 PTFE 소재의 쉘(shell)(61) 내부에 보강스프링(62)이 장착된 구조이다.
상기 1차 밀봉부재는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링링(Stainless Steel)을 장착함으로써 기존 PTFE 제품의 콜드 플로우(Cold Flow) 현상으로 인한 변형을 최소화하며, 사용 시 미세 진동이나 볼트의 이완으로 인한 체결압력(Seating Stress)의 변화에서도 안정적인 밀봉이 가능하다.
그리고 상기 외측 홈(50)은 내측 절연지지판(31)과 외측 절연지지판(32) 사이에 형성되며, 외측 홈(50) 내에 배치되는 2차 밀봉부재는 화재 발생 시 PTFE 소재의 취약점으로 인한 밀봉(Sealing) 성능 파괴를 보완하기 위한 2차적 밀봉수단으로, 그 구조는 외측 홈(50)의 내면에 캠프로파일(cam profile)(71) 밀봉부재가 배치되고, 상기 캠프로파일(cam profile)(71) 밀봉부재의 외면에 고온용 무기소재 시트(72)가 부착되는 구조이다.
따라서, 2차 밀봉부의 구조에 의해 세레이션(Serration) 가공된 부분은 저체결압력(Low Seating Stress)에서도 빈틈없는 밀봉을 위해 볼트(Bolt) 하중이 좁은 면적에 집중되게 하며, 금속 본체를 사용하여 콜드 플로우(Cold flow), 과체결압력 시, 본체의 파손에 대한 저항이 크며, 또한 본체가 튼튼하여 대형 사이즈(Size) 설치 및 취급 시에도 안정성을 제공하고, 특히 화재 발생 시 고온에서 사용 가능한 무기소재 시트(72)는 최대 1000℃의 온도까지 사용 가능한 운모 필러를 사용하여 제조한 운모 시트를 적용하여 고온에서의 밀봉 안정성 및 절연성을 확보하는 작용을 한다.
또한, 상기 캠프로파일(cam profile)(71) 밀봉부재는 고온용 금속 소재로서, 구체적으로는 Stainless Steel 347 또는 Inconel 825 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 무기소재 시트(72)와 접촉하는 면에 산과 골이 형성된 톱니형 요철 형상의 면이 형성되며, 고온용 무기소재 시트(72)인 운모 시트에 톱니의 산부위에 집중시켜 운모 시트와 직접 접촉하는 밸브 또는 파이프 등을 체결하는 플랜지의 저체결압력(Low Seating Stress)에도 체결볼트의 하중을 톱니의 산부위에 집중시켜 완벽한 실링을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고온고압용 절연가스켓은 상술한 바와 같은 구조에 의해 급격한 열변화에 의한 열수축 또는 열팽창과 같은 급격한 열변형으로 유격이 발생되지 않도록 보완하는 작용을 하며, 특히, 플랜지의 과체결압력(Over Seating Stress) 또는 열변형에 대한 내구성이 현저히 향상되는 장점이 있고, 대형크기로 제작과 설치사용이 가능한 것이 특징이다.
참고로 도 7에서 보강스프링 삽입공(63)은 PTFE 소재의 쉘(shell)(61) 내에 보강스프링(62)을 삽입하기 위하여 형성시킨 삽입공이다.
상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓을 상술한 바와 같이 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 개구부 20 : 평면 환형 금속판
30 : 절연지지판
31 : 내측 절연지지판 32 : 외측 절연지지판
40 : 내측 홈 50 : 외측 홈
61 : PTFE 소재의 쉘(shell) 62 : 보강스프링
63 : 보강스프링 삽입공
71: 캠프로파일(cam profile) 72 : 무기소재 시트

Claims (7)

  1. 개구부가 형성되어 있는 평면 환형 금속판과;
    상기 평면 환형 금속판의 양측 면에 부착된 유무기 복합소재인 GRE(Glass Reinforced Epoxy) 소재의 절연지지판;으로 구성되고,
    상기 절연지지판이 부착된 평면 환형 금속판은 양측 면에 내측 홈 및 외측 홈이 각각 형성되고,
    상기 내측 홈 내에 배치되는 1차 밀봉부재 및;
    상기 외측 홈 내에 배치되는 2차 밀봉부재;가 각각 구비되되,
    상기 1차 밀봉부재는 PTFE 소재의 쉘(shell) 내부에 보강스프링이 장착된 구조이고,
    상기 2차 밀봉부재는 외측 홈의 내면에 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재가 배치되고, 상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재의 외면에 무기소재인 운모 시트가 부착되는 구조인 것을 특징으로 하는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재는 금속 소재로서 Stainless Steel 347 또는 Inconel 825 중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 캠프로파일(cam profile) 밀봉부재는 무기소재 시트인 운모 시트와 접촉하는 면에 산과 골이 형성된 톱니형 요철 형상의 면이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀봉시트 장착 고온고압용 절연가스켓.
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