KR100645604B1 - 스월혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 공기중에 스월을 발생시키기 위해 회전가능하도록 구비되는 회전축과; 이 회전축의 외주면에 구비되는 복수개의 날개와; 이 회전축과 날개를 둘러싸는 원통형의 프레임과; 이 원통형 프레임의 일측에 회전가능하도록 구비되는 중공의 원통 형태인 스월자극실린더; 및 이 스월자극실린더 일측에 구비되어 스월자극실린더를 회전시키는 구동부를 포함하는 스월혼합장치가 제공된다.

이와 같은 스월혼합장치에 의하면, 공기 중에 형성된 스월을 자극하여 스월자극실린더 전영역에 걸쳐 스월이 고르게 분포되도록 하며 보다 큰 세기의 스월이 되도록 한다. 이러한 공기가 연소실에 도입되면 연료와 공기가 균일하게 혼합되어 연료 소모율을 낮출 수 있다. 이와 동시에 불완전 연소 가스의 발생을 최소화하여 유해가스 발생 절감 효과도 기대할 수 있다. 또한 엔진 배기가스와 외부 대기와의 신속한 혼합은 열 유도 무기로부터의 위협을 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온의 배기가스 노출에 의해 모든 항공기의 날개 및 동체에 발생 가능한 열 피로와 부식 진행을 늦출 수 있다. 항공기 및 발사체 추진시스템에 활용할 수 있을 뿐 아니라 스월 제트를 이용하는 디젤 엔진의 연료 분사 장치에도 적용이 가능하여 상업적으로 큰 의미가 있다. 또한, 사용자가 스월자극실린더의 회전수, 회전 방향, 돌기의 숫자를 동체에 다르게 적용하여 공기의 스월 자극 정도를 조절할 수 있다는 장점을 갖는다.

스월, 혼합

Description

스월혼합장치{Device for swirl mixing}

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 스월혼합장치를 나타낸 단면 사시도,

도 2a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 스월혼합장치의 횡단면도,

도 2b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 스월혼합장치의 횡단면도,

도 2c는 본 발명의 제 4실시예에 따른 스월혼합장치의 횡단면도,

도 2d는 본 발명의 제 5실시예에 따른 스월혼합장치의 횡단면도,

도 3은 본 발명의 제 6실시예에 따른 스월혼합장치의 종단면도,

도 4는 돌기의 수와 측정 위치에 따른 속도를 나타낸 그래프,

도 5은 돌기의 수와 회전 방향에 따른 질유량비를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 회전축 200 : 날개

300 : 프레임

410, 420, 430, 440, 450, 460 : 스월자극실린더

421, 431, 441, 451, 461 : 돌기

412 : 지지부

본 발명은 스월혼합장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기가 유입되는 입구에 구비되어 공기중에 스월을 발생시키고 발생된 스월을 자극시켜 연료와 공기의 혼합을 증진시키는 스월혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로 스월혼합장치는 공기중에 스월을 발생시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하는 장치를 말한다. 이러한 스월혼합장치는 공기가 들어오는 입구에 구비되며 연소실과 연통되어 연소실에 스월이 형성된 공기를 제공한다.

종래의 스월혼합장치에 따르면, 입구에서 유입된 공기에 스월을 발생시키고 스월이 발생된 공기가 실린더를 통과한 후 연소실에 도달하게 된다. 그러나 상기 스월혼합장치에 따르면, 입구에서 스월을 발생시킨 공기가 실린더를 통과하면서 상기 실린더와의 마찰에 의해 공기중의 스월의 세기가 약해지게 된다. 이러한 스월혼합장치는 공기와 연료가 충분히 혼합되지 못하여 연료소모율이 높고 과도한 유해 가스가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 공기를 그 세기가 강하며 고른 분포를 갖는 스월의 형태로 연소실에 공급하여 연료와 공기의 혼합 향상 효과를 낼 수 있는 스월혼합장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한 본 고안의 목적 및 장점들은 등록청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스월혼합장치는 공기중에 스월을 발생시키기 위해 회전가능하도록 구비되는 회전축과; 상기 회전축의 외주면에 구비되는 복수개의 날개와; 상기 회전축과 상기 날개를 둘러싸는 원통형의 프레임과; 상기 원통형 프레임의 일측에 회전가능하도록 구비되는 중공의 원통 형태인 스월자극실린더; 및 상기 스월자극실린더 일측에 구비되어 상기 스월자극실린더를 회전시키는 구동부를 포함한다.

여기서, 상기 스월자극실린더 내측면에 상기 스월자극실린더 축방향으로 돌기가 형성되어있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 돌기의 앞단과 끝단을 라운딩지게 형성한 것이 바람직하다.

게다가, 상기 돌기는 반타원 형상의 단면을 갖는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 스월자극실린더는 양 방향으로의 회전이 가능하도록 구비하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 가장 바람직한 일실시예에 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.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 스월혼합장치를 나타낸 단면 사시도이다. 본 발명의 제 1실시예에 따른 스월혼합장치는 공기중에 스월을 발생시키기 위해 회전가능하도록 구비되는 회전축(100), 날개(200), 상기 회전축(100)과 날개(200)를 내장하는 프레임(300), 스월자극실린더(410), 상기 스월자극실린더(410)에 회동력을 제공하는 모터(미도시), 상기 스월자극실린더(410)가 회전하도록 지지하는 지지부(412)를 구비한다.

상기 날개(200)는 상기 회전축(100)을 중심으로 회전하여 공기 유입시 공기중에 스월을 형성시킨다. 이러한 날개(200)는 공기 유입 방향과 이루는 각을 다양하게 조종하여 스월의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 날개의 수도 다양하게 구비될 수 있다.

상기 스월자극실린더(410)는 그 일측이 상기 프레임(300)과 맞닿으며 타측은 연소실(미도시)과 연통된다. 이 스월자극실린더(410)는 원통 형상이며 회전가능하도록 형성된다. 본 발명에 따른 스월자극실린더(410)는 입구에서 발생된 스월을 자극하여 스월이 고른 분포를 갖도록 하며 보다 큰 스월이 형성되도록 한다. 상기 스월자극실린더(410)는 양 방향으로의 회전이 가능하도록 구비하는 것이 바람직하다.

도 2a는 본 발명의 제 2실시예에 따라 스월자극실린더(420)의 내측면에 하나의 돌기(421)를 구비하는 스월혼합장치의 횡단면도이며, 도 2b는 본 발명의 제 3실 시예에 따라 스월자극실린더(430)의 내측면에 두개의 돌기(431)를 구비하는 스월혼합장치의 횡단면도이며, 도 2c는 본 발명의 제 4실시예에 따라 스월자극실린더(440)의 내측면에 세개의 돌기(441)를 구비하는 스월혼합장치의 횡단면도이며, 도 2d는 본 발명의 제 5실시예에 따라 스월자극실린더(450)의 내측면에 네개의 돌기(451)를 구비하는 스월혼합장치의 횡단면도이다.

여기서, 제 2 내지 5실시예에 따른 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)는 제 1실시예에 따른 스월자극실린더(410)와 같은 기능을 갖는 동일부재이므로 반복적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 돌기(421, 431, 441, 451)는 공기중에 발생된 스월을 자극하여 보다 큰 스월이 형성되도록 한다. 또한 상기 돌기(421, 431, 441, 451)는 공기중의 스월이 상기 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)의 내부에서 고르게 분포되도록 한다. 이 돌기(421, 431, 441, 451)는 상기 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)의 내측면에 축방향 전 길이에 걸쳐 원통 형태로 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 스월혼합장치에서 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)가 회전할 때 공기가 상기 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)의 표면을 따라 흐르게 된다. 이 때, 공기가 돌기(421, 431, 441, 451)의 표면 형상을 따라 부드럽게 흐를 수 있도록 하기 위하여 상기 돌기(421, 431, 441, 451)는 반타원 형상의 단면을 가지는 것이 바람직하다. 이는 스월자극실린더(420, 430, 440, 450)의 벽을 타고 흐르는 공기가 돌기(421, 431, 441, 451)의 돌출에 의하여 공기중에 불균일한 스월이 형성되는 것을 막기 위함이다. 여기서, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d에서 나타낸 돌기(421, 431, 441, 451)의 위치는 일시적인 예로, 다양한 위치 변동이 가능하다.

도 3은 본 발명의 제 6실시예에 따른 스월혼합장치의 길이 방향의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 스월자극실린더(460)에 형성된 돌기(461)의 유입단 및 유출단을 라운드지도록 형성하여 공기가 스월자극실린더(460)로 유입되거나 유출될 때 공기가 상기 돌기(461)의 표면 형상을 따라 부드럽게 흐를 수 있도록 한다. 이는 스월자극실린더(460)의 벽을 타고 흐르는 공기가 돌기(461)의 돌출에 의하여 공기중에 불균일한 스월이 형성되는 것을 막기 위함이다.

도 4는 도 2에 나타낸 스월혼합장치의 실시예와 측정 위치에 따른 속도의 변화를 나타낸 그래프이다.

여기서, D는 스월자극실린더의 직경, z는 스월자극실린더의 중심으로부터 측정점까지의 상하거리, u는 속도를 나타낸다. m의 부호는 방향을 나타내는데, 스월자극실린더가 스월의 방향과 같은 방향으로 회전하는 것은 +부호로 나타내고, 스월의 방향과 반대 방향으로 회전하는 것은 -부호로 나타내었다. 또한, m의 숫자는 스월자극실린더의 내측면에 형성되는 돌기의 숫자를 나타낸다. 도 2를 참조하여 설명하면, m=1은 도 2a의 제 2실시예에 따른 스월혼합장치, m=2는 도 2b의 제 3실시예에 따른 스월혼합장치, m=3은 도 2c의 제 4실시예에 따른 스월혼합장치, m=4는 도 2d의 제 5실시예에 따른 스월혼합장치를 나타낸다.

도 4를 참조하면, Z/D가 0의 값을 갖는 지점에서 그래프가 움푹 파인 형상을 나타내는 것을 볼 수 있다. 또한, 마치 화산 분화구의 단면 형상과 유사한 축방향 속도의 쌍봉 분포의 변화가 관찰된다. 이는 스월자극실린더의 중심부분에서의 속도가 가장 낮고 중심에서 멀어질수록 속도가 높아지다가 다시 낮아지는 것을 의미한다. 여기서, m=-2인 경우, 즉 제 3실시예에서 스월자극실린더의 회전 방향이 스월의 방향과 반대인 경우를 돌기가 형성되지 않은 경우와 비교하였을 때, 최고 속도에 있어서 약 16%의 감소가 이루어지고, 골의 깊이 역시 약 20%정도 줄어드는 현상을 관찰할 수 있었다. 이 그래프에 따르면, 돌기가 있는 경우가 돌기가 없는 경우보다 균일한 스월의 분포를 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 사용자가 사용 환경에 따라 돌기의 수를 조절하여 형성함으로써 스월을 제어 가능하도록 할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 5는 도 2에 나타낸 스월혼합장치의 실시예와 스월자극실린더의 회전 방향에 따른 질유량비를 나타낸 그래프이다.

여기서, Helical mode는 도 5의 m의 값과 같은 뜻을 갖는 것으로 반복적인 설명은 생략하도록 한다. 또한, 점선은 스월자극실린더가 스월의 방향과 같은 방향으로 회전할 때를 나타낸 것으로 도 4에서 설명한 m의 +부호와 동일한 의미를 갖는다. 이와 마찬가지로 실선은 스월자극실린더가 스월의 방향과 반대 방향으로 회전할 때를 나타낸 것으로 도 4에서 m의 -부호와 동일한 의미를 갖는다.

도 5를 참조하면, 스월자극실린더의 회전 방향이 스월의 회전 방향과 같을 때보다 반대일 때 질유량비가 더 증가하는 것으로 나타난다. 이는 공기에 형성된 스월 방향과 반대의 방향으로 스월자극실린더가 회전할 때 외부 공기가 더 많이 흡입되는 것을 의미한다. 또한, m=-2일 때의 질유량비의 값이 가장 높게 나타나는 것 을 알 수 있다. 이는 스월자극실린더의 내측에 두개의 돌기가 형성되어 있을 경우 외부 공기가 가장 많이 흡입되는 것을 의미한다. 이 그래프에 따르면, 스월자극실린더의 회전 방향과 돌기의 수에 따라 외부 공기의 유입량이 달라지는 것을 알 수 있다. 도 5와 마찬가지로, 사용자가 사용 환경에 따라 돌기의 수를 조절하여 형성함으로써 스월을 제어 가능하도록 할 수 있다는 것을 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지시을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 스월혼합장치에 의하면, 공기 중에 형성된 스월을 자극하여 스월자극실린더 전영역에 걸쳐 스월이 고르게 분포되도록 하며 보다 큰 세기의 스월이 되도록 한다. 이러한 공기가 연소실에 도입되면 연료와 공기가 균일하게 혼합되어 연료 소모율을 낮출 수 있다. 이와 동시에 불완전 연소 가스의 발생을 최소화하여 유해가스 발생 절감 효과도 기대할 수 있다. 또한 엔진 배기가스와 외부 대기와의 신속한 혼합은 열 유도 무기로부터의 위협을 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온의 배기가스 노출에 의해 모든 항공기의 날개 및 동체에 발생 가능한 열 피로와 부식 진행을 늦출 수 있다. 항공기 및 발사체 추진시스템에 활용할 수 있을 뿐 아니라 스월 제트를 이용하는 디젤 엔진의 연료 분사 장치에도 적용이 가능하여 상업적으로 큰 의미가 있다. 또한, 사용자가 스월자극실린더의 회전수, 회전 방향, 돌기의 숫자를 동체에 다르게 적용하여 공기의 스월 자극 정도를 조절할 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims (5)

1. 공기중에 스월을 발생시키기 위해 회전가능하도록 구비되는 회전축과;

   상기 회전축의 외주면에 구비되는 복수개의 날개와;

   상기 회전축과 상기 날개를 둘러싸는 원통형의 프레임과;

   상기 원통형 프레임의 일측에 회전가능하도록 구비되는 중공의 원통 형태인 스월자극실린더; 및

   상기 스월자극실린더 일측에 구비되어 상기 스월자극실린더를 회전시키는 구동부를 구비하는 스월혼합장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스월자극실린더 내측면에 상기 스월자극실린더 축방향으로 돌기가 형성되어있는 것을 특징으로 하는 스월혼합장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 돌기의 앞단과 끝단을 라운딩지게 형성한 것을 특징으로 하는 스월혼합장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 돌기는 반타원 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 스월혼합장 치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 스월자극실린더는 양 방향으로의 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 스월혼합장치.

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