KR102542909B1

KR102542909B1 - 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리

Info

Publication number: KR102542909B1
Application number: KR1020220155119A
Authority: KR
Inventors: 이상헌
Original assignee: (주)뉴아세아
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-06-14
Also published as: WO2024043585A1

Abstract

본 발명은 파이프 연결용 커플링 어셈블리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리는 축 방향을 따라 연속 배치되는 파이프를 연결하기 위해 둘 이상의 스테인리스 스틸 재질의 커플러가 대향 배치되고, 복수의 상기 커플러가 상기 파이프의 둘레에 배치된 상태에서 상호 체결되는 방식으로 상기 파이프를 연결하는 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리에 있어서, 상기 커플러는, 밀봉 부재가 배치되는 내부 공간이 구비된 바디부와, 상기 바디부의 폭 방향 양단에 반경 방향 내측으로 연장되어 상기 파이프에 형성된 체결홈에 삽입되는 걸림부, 및 상기 바디부의 둘레 방향 양단에 배치되어 체결 부재가 관통 체결되는 체결부를 포함하고, 상기 바디부의 상면에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 제1 리브가 둘레 방향을 따라 연장 형성된다.

Description

파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리{STAINLESS STEEL COUPLING ASSEMBLY FOR CONNECTING PIPES}

본 발명은 파이프 연결용 커플링 어셈블리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 축 방향을 따라 연속 배치되는 파이프를 연결하기 위해 파이프와 파이프를 커플링 어셈블리를 이용해서 연결하게 된다. 이러한 커플링 어셈블리는 파이프의 둘레 방향을 따라 배치되어 상호 연결 가능한 복수의 커플러를 포함하고, 이러한 커플러를 파이프 단부에 배치한 상태에서 별도의 체결 부재를 이용해서 복수의 커플러를 상호 체결함으로써 연속하는 파이프를 연결하게 된다.

한편, 반도체 및 LCD 제조 공정에서는 드라이 에어, 질소, 산소, 수소, 아르곤, 헬륨 등과 같이 비교적 대량으로 소비되는 일반 가스와, 모노 실란, 포스핀, 삼불화질소, 암모니아 등과 같은 특수재료 가스가 가스 공급 설비를 통하여 공급되는데, 이러한 가스 공급 설비는 일반 가스와 특수재료 가스의 고순도를 유지하면서 오염이나 누출을 방지할 수 있도록 충분한 청정도, 내부식성 및 강도를 지닌 특수 배관 설비로 구성된다. 이러한 특수 배관 설비는 품질, 안정성, 유지 보수의 용이성, 경제성 등을 고려하여 선정하게 되는데, 통상적으로 내부식성이 뛰어난 스테인리스 스틸 파이프가 주로 이용되고 있다.

또한, 이러한 스테인리스 스틸 파이프를 연결하기 위한 커플링 어셈블리도 충분한 청정도, 내부식성 및 강도를 확보하기 위해 스테인리스 스틸 재질의 커플링 어셈블리를 사용하는 것이 바람직한데, 커플링 어셈블리를 스테인리스 스틸 재질로 구성할 경우 스테인리스 스틸 재질이 갖고 있는 연성 등의 기계적 성질로 인해 사용 과정에서 스테인리스 스틸 파이프로부터 커플링 어셈블리가 이탈하게 되면서 누설이 발생하는 문제가 있다.

아울러 내부에 물이 흐르는 파이프를 연결하기 위해 스테인리스 스틸 재질의 커플링 어셈블리를 사용할 수 있으나, 이러한 경우에도 파이프 내부를 흐르는 물의 압력으로 인해 파이프로부터 커플링 어셈블리가 이탈하게 되면서 누수가 발생하는 문제가 있다.

따라서 커플링 어셈블리를 스테인리스 스틸 재질로 구성하더라도 사용 과정에서 스테인리스 스틸 파이프로부터 이탈하지 않는 안정적인 구조를 갖는 커플링 어셈블리의 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2007-0012723호 (2007.01.26 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 커플링 어셈블리에 구비된 커플러를 스테인리스 스틸 재질로 구성하더라도 사용 과정에서 스테인리스 스틸 파이프로부터 이탈하지 않는 안정적인 구조를 갖는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 축 방향을 따라 연속 배치되는 파이프를 연결하기 위해 둘 이상의 스테인리스 스틸 재질의 커플러가 대향 배치되고, 복수의 상기 커플러가 상기 파이프의 둘레에 배치된 상태에서 상호 체결되는 방식으로 상기 파이프를 연결하는 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리에 있어서, 상기 커플러는, 밀봉 부재가 배치되는 내부 공간이 구비된 바디부와, 상기 바디부의 폭 방향 양단에 반경 방향 내측으로 연장되어 상기 파이프에 형성된 체결홈에 삽입되는 걸림부, 및 상기 바디부의 둘레 방향 양단에 배치되어 체결 부재가 관통 체결되는 체결부를 포함하고, 상기 바디부의 상면에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 제1 리브가 둘레 방향을 따라 연장 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리가 제공된다.

이때, 상기 제1 리브는 폭 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

이때, 상기 바디부의 상면에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 제2 리브가 폭 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

이때, 상기 제2 리브는 둘레 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

이때, 상기 바디부의 측면에는 폭 방향을 따라 돌출되는 제3 리브가 반경 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

이때, 상기 제3 리브는 둘레 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

이때, 상기 제3 리브는 반경 방향 내측으로 갈수록 둘레 방향 연장 길이가 증가할 수 있다.

이때, 상기 제3 리브에는 반경 방향을 따라 배치되는 중심선을 기준으로 일정 리브 경사각이 형성되도록 배치되는 경사면이 구비될 수 있다.

이때, 상기 제3 리브에는 둘레 방향을 따라 상호 대향 배치되는 한 쌍의 상기 경사면이 구비되고, 한 쌍의 상기 경사면의 리브 경사각은 상호 동일하게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제3 리브에는 둘레 방향을 따라 상호 대향 배치되는 한 쌍의 상기 경사면이 구비되고, 한 쌍의 상기 경사면의 리브 경사각은 상호 상이하게 형성될 수 있다.

이때, 한 쌍의 상기 경사면 중 상기 체결부와 인접하게 배치된 어느 하나의 경사면의 리브 경사각은 다른 하나의 경사면의 리브 경사각보다 크게 형성될 수 있다.

이때, 상기 바디부에는 상기 바디부의 측면과 상기 체결부를 연결하는 제4 리브가 구비될 수 있다.

이때, 상기 체결 부재는, 다각형 단면을 갖는 헤드와, 상기 헤드로부터 연장 배치되는 바디를 포함하며, 상기 체결부에는 상기 헤드의 회전을 방지하는 지지면이 구비될 수 있다.

이때, 상기 체결부에는 상기 헤드가 삽입되는 삽입홈이 구비되고, 상기 지지면은 상기 삽입홈의 내면에 배치될 수 있다.

이때, 상기 체결 부재는, 상기 바디가 상기 체결부에 관통 배치된 상태에서 상기 바디에 체결되는 너트와, 상기 너트가 상기 삽입홈에 삽입되는 것을 방지하도록 상기 삽입홈의 외경보다 큰 외경을 갖는 지지 플레이트를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 너트와 상기 지지 플레이트는 일체로 형성될 수 있다.

이때, 상기 걸림부의 반경 방향 돌출 길이는 상기 체결홈의 깊이보다 크게 형성될 수 있다.

이때, 상기 바디부의 하면에는 상기 파이프의 외면과 이격 배치되는 이격면이 구비될 수 있다.

이때, 상기 이격면에는 폭 방향을 따라 상기 이격면과 상기 파이프 외면 사이의 이격 거리가 증가하도록 제1 바디 경사각이 형성될 수 있다.

이때, 상기 이격면에는 폭 방향을 따라 상기 이격면과 상기 파이프 외면 사이의 이격 거리가 감소하도록 제2 바디 경사각이 형성될 수 있다.

상기의 구성에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리는 바디부의 상면에 반경 방향 외측으로 돌출되는 제1 리브가 둘레 방향을 따라 연장 형성되어 커플링 어셈블리가 파이프에 체결된 상태에서 파이프 내부에 가스나 물 등의 고압 유체가 흐르더라도 제1 리브가 커플러의 변형을 방지함으로써 걸림부가 체결홈으로부터 이탈하지 않게 되고, 이를 통해 파이프에 누수가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프가 체결된 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프가 분해된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커플러의 평면도이다.
도 9는 도 4의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 10은 도 4의 B 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 11은 커플링 어셈블리 체결 시 커플러에 형성되는 전체 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과로서, 도 11의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 11의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이다.
도 12는 커플링 어셈블리 체결 시 커플러에 형성되는 항복강도 이상의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과로서, 도 12의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 12의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이다.
도 13은 커플링 어셈블리 체결 시 커플러 변형에 따른 전체 변위의 시뮬레이션 결과로서, 도 13의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 13의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리의 반경 방향 단면도이다.
도 15는 도 14의 C 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 16은 도 14의 D 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 너트를 도시한 도면으로, 도 17의 (a)는 정면도이고, 도 17의 (b)는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 너트를 도시한 도면으로, 도 18의 (a)는 정면도이고, 도 18의 (b)는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프가 체결된 상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프가 분해된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플러의 저면도이다. 여기서 w 방향은 폭 방향을 의미하고, r 방향은 반경 방향을 의미하며, a 방향은 둘레 방향을 의미한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 축 방향을 따라 연속 배치되는 파이프(10)를 연결하기 위해 둘 이상의 스테인리스 스틸 재질의 커플러(20)가 대향 배치되고, 복수의 커플러(20)가 파이프(10)의 둘레에 배치된 상태에서 상호 체결되는 방식으로 파이프(10)를 연결하는 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리가 제공된다.

이때, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 커플러(20)는, 밀봉 부재(30)가 배치되는 내부 공간이 구비된 바디부(100)와, 바디부(100)의 폭 방향(w) 양단에 반경 방향(r) 내측으로 연장되어 파이프(10)에 형성된 체결홈(11)에 삽입되는 걸림부(200), 및 바디부(100)의 둘레 방향(a) 양단에 배치되어 체결 부재(40)가 관통 체결되는 체결부(300)를 포함하고, 바디부(100)의 상면에는 반경 방향(r) 외측으로 돌출되는 제1 리브(110)가 둘레 방향(a)을 따라 연장 형성된다.

이때, 제1 리브(110)는 둘레 방향(a)을 따라 연속적으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 둘레 방향(a)을 따라 동일선 상에 배치된 복수 개의 제1 리브(110)가 일정 간격으로 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

즉, 바디부(100)의 상면에는 반경 방향(r) 외측으로 돌출되는 제1 리브(110)가 둘레 방향(a)을 따라 연장 형성되므로 커플링 어셈블리가 파이프(10)에 체결된 상태에서 파이프(10) 내부에 가스나 물 등의 고압 유체가 흐르더라도 제1 리브(110)가 커플러(20)의 변형을 방지하게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하지 않게 되고, 이를 통해 파이프(10)에 누수가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커플러의 평면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 리브(110)는 폭 방향(w)을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 즉, 둘레 방향(a)을 따라 연장 형성되는 복수 개의 제1 리브(110)가 폭 방향(w)을 따라 이격 배치되도록 구성하는 것이다. 이때, 전술한 바와 같이, 둘레 방향(a)을 따라 동일선 상에 배치된 복수 개의 제1 리브(110)가 일정 간격으로 배치되도록 구성하는 것도 가능하다. 이를 통해 커플러(20)의 변형을 더욱 효과적으로 방지하게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하지 않고, 파이프(10)에 누수가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 바디부(100)의 상면에는 반경 방향(r) 외측으로 돌출되는 제2 리브(120)가 폭 방향(w)을 따라 연장 형성될 수 있다. 이러한 제2 리브(120)는 커플러(20)가 폭 방향(w)을 따라 변형되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 리브(120)는 둘레 방향(a)을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 이를 통해 커플러(20)가 폭 방향(w)을 따라 변형되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 바디부(100)의 측면에는 폭 방향(w)을 따라 돌출되는 제3 리브(130)가 반경 방향(r)을 따라 연장 형성될 수 있다. 즉, 전술한 제1 리브(110)와 제2 리브(120)는 바디부(100)의 상면에 형성되어 커플러(20)의 변형을 방지하게 되고, 제3 리브(130)는 바디부(100)의 측면에 형성되어 커플러(20)의 변형을 방지하게 된다. 이러한 제3 리브(130)는 반경 방향(r)을 따라 연장 형성됨으로써 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가되더라도 폭 방향(w) 및 반경 방향(r) 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 리브(130)는 둘레 방향(a)을 따라 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 이를 통해 커플러(20)가 폭 방향(w) 및 반경 방향(r)으로 변형되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제3 리브(130)는 반경 방향(r) 내측으로 갈수록 둘레 방향(a) 연장 길이(La)가 증가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가될 경우 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하면서 누수가 발생할 수 있으므로 이러한 걸림부(200)의 변형을 방지할 필요가 있다.

따라서 바디부(100)의 측면에 제3 리브(130)가 구비되되, 이러한 제3 리브(130)가 반경 방향(r) 내측으로 갈수록 둘레 방향(a) 연장 길이(La)가 증가하게 되므로 걸림부(200)의 변형을 집중적으로 방지할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제3 리브(130)에는 반경 방향(r)을 따라 배치되는 중심선(c)을 기준으로 일정 리브 경사각(Θ)이 형성되도록 배치되는 경사면(131)이 구비될 수 있다. 즉, 제3 리브(130)에 경사면(131)이 구비됨에 따라 제3 리브(130)가 반경 방향(r) 내측으로 갈수록 둘레 방향(a) 연장 길이(La)가 증가하게 되며, 이를 통해 걸림부(200)의 변형을 집중적으로 방지할 수 있게 된다.

도 9는 도 4의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제3 리브(130)에는 둘레 방향(a)을 따라 상호 대향 배치되는 한 쌍의 경사면(131)이 구비되고, 한 쌍의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)은 상호 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 커플링 어셈블리 체결 시 커플러(20)에 형성되는 전체 응력 분포를 고려하여 둘레 방향(a)을 따라 균일하게 응력이 형성되는 경우 한 쌍의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)을 동일하게 형성하면 둘레 방향(a)을 따라 걸림부(200)의 변형을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

일 예로, 이러한 한 쌍의 경사면(131)에 형성된 리브 경사각(Θ)은 15°로 동일하게 형성될 수 있으나, 반드시 15°에 한정되지 않고, 커플링 어셈블리가 체결되는 파이프(10)의 직경에 따라 상이하게 구성하는 것도 가능하다.

도 10은 도 4의 B 부분을 확대 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제3 리브(130)에는 둘레 방향(a)을 따라 상호 대향 배치되는 한 쌍의 경사면(131)이 구비되고, 한 쌍의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)은 상호 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 커플링 어셈블리 체결 시 커플러(20)에 형성되는 전체 응력 분포를 고려하여 둘레 방향(a)을 따라 응력이 균일하게 형성되지 않고 어느 일측으로 응력이 집중되는 경우 한 쌍의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)을 상호 상이하게 형성해서 응력이 집중되는 부분과 응력이 집중되지 않는 부분의 변형을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 경사면(131) 중 체결부(300)와 인접하게 배치된 어느 하나의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)은 다른 하나의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 체결 부재(40)를 이용해서 커플링 어셈블리를 체결하는 경우 체결 부재(40)의 체결력이 체결부(300)에 인가되면서 이러한 체결부(300)와 인접한 부분에 응력이 집중된다.

따라서 한 쌍의 경사면(131) 중에서 체결부(300)에 인접하게 배치된 어느 하나의 경사면(131)에 형성된 리브 경사각(Θ)이 다른 하나의 경사면(131)에 형성된 리브 경사각(Θ)보다 크게 형성함으로써 체결부(300)와 인접한 부분에 응력이 집중되더라도 걸림부(200)의 변형을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

일 예로, 어느 하나의 경사면(131)의 리브 경사각(Θ)은 30°로 형성하고, 다른 하나의 경사면(131)에 형성된 리브 경사각(Θ)은 15°로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 커플링 어셈블리가 체결되는 파이프(10)의 직경에 따라 상이하게 구성하는 것도 가능하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 바디부(100)에는 바디부(100)의 측면과 체결부(300)를 연결하는 제4 리브(140)가 구비될 수 있다. 전술한 바와 같이, 체결 부재(40)를 이용해서 커플링 어셈블리를 체결하는 경우 체결 부재(40)의 체결력이 체결부(300)에 인가되면서 이러한 체결부(300)와 인접한 부분에 응력이 집중되며, 바디부(100)의 측면과 체결부(300)를 연결하는 제4 리브(140)가 구비되면 걸림부(200)의 변형을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 11은 커플링 어셈블리 체결 시 커플러에 형성되는 전체 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과로서, 도 11의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 11의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이고, 도 12는 커플링 어셈블리 체결 시 커플러에 형성되는 항복강도 이상의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과로서, 도 12의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 12의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이며, 도 13은 커플링 어셈블리 체결 시 커플러 변형에 따른 전체 변위의 시뮬레이션 결과로서, 도 13의 (a)는 종래의 커플러에 대한 결과이고, 도 13의 (b)는 본 발명에 따른 커플러에 대한 결과이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 커플링 어셈블리 체결 시 커플러(20)에 형성된 최대 응력은 종래의 커플러와 본 발명에 따른 커플러(20)에 큰 차이가 없다. 그러나 종래의 커플러는 높은 수준의 응력이 커플러(20) 전체적으로 분포되어 있으므로 걸림부(200)의 변형이 쉽게 발생할 수 있으나, 본 발명에 따른 커플러(20)에는 체결부(300)와 인접한 일부 영역에만 높은 수준의 응력이 형성됨에 따라 걸림부(200)의 변형이 효과적으로 방지된다는 것을 확인할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 커플링 어셈블리 체결 시 커플러(20)에 형성된 항복강도 이상의 응력을 비교해 보면, 종래의 커플러는 체결부(300) 뿐만 아니라 커플러(20) 전체에 항복강도 이상의 응력이 분포되므로 걸림부(200)의 변형에 취약한 반면, 본 발명에 따른 커플러(20)는 체결부(300)와 인접한 부분에만 항복강도 이상의 응력이 분포됨에 따라 걸림부(200)의 변형이 더욱 효과적으로 방지된다는 것을 확인할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 커플링 어셈블리 체결 시 커플러(20)의 변형에 따른 전체 변위를 비교해 보면, 종래의 커플러는 약 1.7mm 정도의 변형이 있는 반면, 본 발명에 따른 커플러(20)는 약 0.9mm 정도의 변형만 있으므로 걸림부(200)의 변형이 더욱 효과적으로 방지된다는 것을 확인할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리의 반경 방향 단면도이고, 도 15는 도 14의 C 부분을 확대 도시한 도면이며, 도 16은 도 14의 D 부분을 확대 도시한 도면이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 체결 부재(40)는, 다각형 단면을 갖는 헤드(41)와, 헤드(41)로부터 연장 배치되는 바디(42)를 포함하며, 체결부(300)에는 헤드(41)의 회전을 방지하는 지지면(310)이 구비될 수 있다. 일 예로, 이러한 체결 부재(40)는 커플링 어셈블리 체결 시 체결력을 보강할 수 있는 고장력 육각 볼트일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 설계 사양에 따라 다양하게 변경 가능하다.

즉, 한 쌍의 커플러(20)가 상호 대향 배치된 상태에서 헤드(41)는 하나의 커플러(20)의 체결부(300)에 구비된 지지면(310)에 지지되도록 배치하고, 바디(42)가 다른 하나의 커플러(20)의 체결부(300)를 관통한 상태에서 후술하는 너트(43)를 결합하는 방식으로 커플링 어셈블리를 체결하게 된다.

도 3 및 도 15에 도시된 바와 같이, 체결부(300)에는 헤드(41)가 삽입되는 삽입홈(320)이 구비되고, 지지면(310)은 삽입홈(320)의 내면에 배치될 수 있다. 이러한 삽입홈(320)은 헤드(41)의 단면 형상에 대응되도록 다각형 단면을 갖게 되며, 삽입홈(320)의 내면에 지지면(310)이 구비됨에 따라 헤드(41)를 삽입홈(320)에 삽입하는 방식으로 간단하게 헤드(41)의 고정이 가능하게 된다.

즉, 한 쌍의 커플러(20)가 상호 대향 배치된 상태에서 헤드(41)는 하나의 커플러(20)의 체결부(300)에 구비된 삽입홈(320)에 삽입되도록 배치하고, 바디(42)가 다른 하나의 커플러(20)의 체결부(300)를 관통한 상태에서 너트(43)를 결합하는 방식으로 커플링 어셈블리를 체결하게 된다.

이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 체결부(300)에 삽입홈(320)을 형성하지 않고, 지지면(310)이 구비된 지지 리브(330)를 형성해서 헤드(41)가 회전하지 않도록 지지하는 것도 가능하다. 지지 리브(330)는 도 8을 기준으로 반경 방향(r) 양측에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 폭 방향(w) 양측에도 함께 배치되거나, 헤드(41)의 단면 형상에 대응되도록 둘레를 따라 복수 개 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

도 16에 도시된 바와 같이, 체결 부재(40)는, 바디(42)가 체결부(300)에 관통 배치된 상태에서 바디(42)에 체결되는 너트(43)와, 너트(43)가 삽입홈(320)에 삽입되는 것을 방지하도록 삽입홈(320)의 외경보다 큰 외경을 갖는 지지 플레이트(44)를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 한 쌍의 커플러(20)가 대향 배치된 상태에서 체결 부재(40)를 이용해서 커플링 어셈블리를 체결하게 되는데, 바디(42)에 너트(43)가 체결될 때 너트(43)가 체결부(300)의 삽입홈(320)에 삽입되지 않은 상태에서 회전 가능하게 구성하는 것이 중요하며, 지지 플레이트(44)의 외경이 삽입홈(320)의 외경(삽입홈(320)의 외접원의 직경)보다 크게 형성되므로 너트(43)가 삽입홈(320)에 삽입되지 않고 회전하면서 원활한 체결이 가능하게 된다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 너트를 도시한 도면으로, 도 17의 (a)는 정면도이고, 도 17의 (b)는 평면도이고, 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 너트를 도시한 도면으로, 도 18의 (a)는 정면도이고, 도 18의 (b)는 평면도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 너트(43)와 지지 플레이트(44)는 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이 구성하면 커플링 어셈블리의 전체 부품수가 감소하게 되어 관리가 용이하며, 작업자가 너트(43)만 이용해서 커플링 어셈블리의 체결이 가능하게 되어 작업성이 향상된다.

이때, 도 18에 도시된 바와 같이, 너트(43)의 하면에 회전 리브(43’)가 형성되도록 구성하는 것도 가능하다. 회전 리브(43’)는 삽입홈(320)의 내경(삽입홈(320)의 내접원의 직경)과 동일하거나, 이보다 작은 외경을 갖도록 형성되되, 회전 리브(43’)의 높이는 삽입홈(320) 높이와 동일하거나, 이보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면 회전 리브(43’)가 삽입홈(320)에 삽입되더라도 삽입홈(320) 내에서 회전이 가능하므로 너트(43)의 원활한 회전을 통한 커플링 어셈블리의 체결이 가능하게 된다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 걸림부(200)의 반경 방향(r) 돌출 길이(Lb)는 체결홈(11)의 깊이보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같이 구성하면 커플링 어셈블리의 체결 이후에도 커플러(20)의 바디부(100) 하면이 파이프(10) 외면으로부터 이격 배치될 수 있다. 만일 바디부(100)의 하면이 파이프(10)의 외면에 접촉한 상태로 체결되면 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가됨에 따라 파이프(10)의 변형이 발생함에 따라 이러한 접촉 부분이 지렛대 역할을 하게 됨에 따라 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 쉽게 이탈할 수 있으나, 커플러(20)의 바디부(100) 하면이 파이프(10) 외면으로부터 이격 배치되면 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가됨에 따라 파이프(10)의 변형이 발생하더라도 이러한 변형이 바디부(100)로 직접 전달되지 않게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 19에 도시된 바와 같이, 바디부(100)의 하면에는 파이프(10)의 외면과 이격 배치되는 이격면(150)이 구비될 수 있다. 즉, 바디부(100)의 하면에 이격면(150)이 구비됨에 따라 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가됨에 따라 파이프(10)의 변형이 발생하더라도 이러한 변형이 바디부(100)로 직접 전달되지 않게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.

도 20에 도시된 바와 같이, 이격면(150)에는 폭 방향(w)을 따라 이격면(150)과 파이프(10) 외면 사이의 이격 거리가 증가하도록 제1 바디 경사각(α1)이 형성될 수 있다. 이와 같이 구성하면 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가됨에 따라 파이프(10)의 변형이 발생하더라도 파이프(10) 외면과 이격면(150)이 점진적으로 접촉하게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리와 파이프의 폭 방향 단면도이다.

도 21에 도시된 바와 같이, 이격면(150)에는 폭 방향(w)을 따라 이격면(150)과 파이프(10) 외면 사이의 이격 거리가 감소하도록 제2 바디 경사각(α2)이 형성될 수 있다. 이와 같이 구성하면 고압 유체의 압력이 파이프(10)에 인가됨에 따라 파이프(10)의 변형이 발생하더라도 파이프(10) 외면과 이격면(150)이 점진적으로 접촉하게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리는 바디부(100)의 상면에는 반경 방향(r) 외측으로 돌출되는 제1 리브(110)가 둘레 방향(a)을 따라 연장 형성되므로 커플링 어셈블리가 파이프(10)에 체결된 상태에서 파이프(10) 내부에 가스나 물 등의 고압 유체가 흐르더라도 제1 리브(110)가 커플러(20)의 변형을 방지하게 되어 걸림부(200)가 체결홈(11)으로부터 이탈하지 않게 되고, 이를 통해 파이프(10)에 누수가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

[과제고유번호] 003170012
[과제번호] 2022003170012
[부처명] 환경부
[과제관리(전문)기관명] 한국환경산업기술원
[연구사업명] 녹색혁신기업 성장지원사업
[연구과제명] 스마트 물 관리를 위한 국내(KS) 및 해외(ANSI) 규격에 맞는 녹색혁신기술 홈조인트 상용화
[기여율] 1/1
[과제수행기관명] (주)뉴아세아
[연구기간] 2022.04.01 ~ 2024.12.31
본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 녹색혁신기업 성장지원사업의 지원을 받아 연구되었습니다.(2022003170012)
This work was supported by Korea Environment Industry & Technology Institute(KEITI) through Prospective green technology innovation project, funded by Korea Ministry of Environment(MOE).(2022003170012)

10 : 파이프 11 : 체결홈
20 : 커플러 30 : 밀봉 부재
40 : 체결 부재 41 : 헤드
42 : 바디 43 : 너트
43' : 회전 리브 44 : 지지 플레이트
100 : 바디부 110 : 제1 리브
120 : 제2 리브 130 : 제3 리브
131 : 경사면 140 : 제4 리브
150 : 이격면 200 : 걸림부
300 : 체결부 310 : 지지면
320 : 삽입홈 330 : 지지 리브
Lb : 돌출 길이 a : 둘레 방향
c : 중심선 D : 깊이
La : 연장 길이 r : 반경 방향
w : 폭 방향 α1 : 제1 바디 경사각
α2 : 제2 바디 경사각 Θ : 리브 경사각

Claims

축 방향을 따라 연속 배치되는 파이프를 연결하기 위해 둘 이상의 스테인리스 스틸 재질의 커플러가 대향 배치되고, 복수의 상기 커플러가 상기 파이프의 둘레에 배치된 상태에서 상호 체결되는 방식으로 상기 파이프를 연결하는 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리에 있어서,
상기 커플러는,
밀봉 부재가 배치되는 내부 공간이 구비된 바디부;
상기 바디부의 폭 방향 양단에 반경 방향 내측으로 연장되어 상기 파이프에 형성된 체결홈에 삽입되는 걸림부; 및
상기 바디부의 둘레 방향 양단에 배치되어 체결 부재가 관통 체결되는 체결부;
를 포함하고,
상기 바디부의 상면에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 제1 리브가 둘레 방향을 따라 연장 형성되고,
상기 바디부의 측면에는 폭 방향을 따라 돌출되는 제3 리브가 반경 방향을 따라 연장 형성되고,
상기 제3 리브는 둘레 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비되고,
상기 제3 리브에는 반경 방향을 따라 배치되는 중심선을 기준으로 일정 리브 경사각이 형성되도록 둘레 방향을 따라 상호 대향 배치되는 한 쌍의 경사면이 구비되고,
상기 바디부의 최상측에 위치한 상기 제3 리브는 한 쌍의 상기 경사면의 리브 경사각이 상호 동일하게 형성되고,
상기 바디부의 최하측에 위치한 상기 제3 리브는 한 쌍의 상기 경사면 중 상기 체결부와 인접하게 배치된 어느 하나의 경사면의 리브 경사각이 다른 하나의 경사면의 리브 경사각보다 크게 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제1 리브는 폭 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 바디부의 상면에는 반경 방향 외측으로 돌출되는 제2 리브가 폭 방향을 따라 연장 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 제2 리브는 둘레 방향을 따라 적어도 하나 이상 구비되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3 리브는 반경 방향 내측으로 갈수록 둘레 방향 연장 길이가 증가하는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 바디부에는 상기 바디부의 측면과 상기 체결부를 연결하는 제4 리브가 구비되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 체결 부재는, 다각형 단면을 갖는 헤드와, 상기 헤드로부터 연장 배치되는 바디를 포함하며,
상기 체결부에는 상기 헤드의 회전을 방지하는 지지면이 구비되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제13항에 있어서,
상기 체결부에는 상기 헤드가 삽입되는 삽입홈이 구비되고,
상기 지지면은 상기 삽입홈의 내면에 배치되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 체결 부재는, 상기 바디가 상기 체결부에 관통 배치된 상태에서 상기 바디에 체결되는 너트와, 상기 너트가 상기 삽입홈에 삽입되는 것을 방지하도록 상기 삽입홈의 외경보다 큰 외경을 갖는 지지 플레이트를 더 포함하는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제15항에 있어서,
상기 너트와 상기 지지 플레이트는 일체로 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 걸림부의 반경 방향 돌출 길이는 상기 체결홈의 깊이보다 크게 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제17항에 있어서,
상기 바디부의 하면에는 상기 파이프의 외면과 이격 배치되는 이격면이 구비되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제18항에 있어서,
상기 이격면에는 폭 방향을 따라 상기 이격면과 상기 파이프 외면 사이의 이격 거리가 증가하도록 제1 바디 경사각이 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.
제18항에 있어서,
상기 이격면에는 폭 방향을 따라 상기 이격면과 상기 파이프 외면 사이의 이격 거리가 감소하도록 제2 바디 경사각이 형성되는 파이프 연결용 스테인리스 스틸 커플링 어셈블리.