KR101305887B1 - 터빈엔진의 열교환기 가열장치 - Google Patents

터빈엔진의 열교환기 가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈엔진의 열교환기 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시동기에 에너지를 공급하는 가스공급장치로부터 가스를 공급받아 터빈엔진의 열교환기를 가열하여 저온상태에 의해 높아진 윤활오일의 점성을 낮춰 저온, 비정상 상태에서의 터빈엔진 구동시 소모되는 동력을 줄이는 한편, 저온상태의 연료를 가열하여 점화 및 발열효율을 향상시키기 위한 터빈엔진의 열교환기 가열장치에 관한 것이다.

Description

터빈엔진의 열교환기 가열장치{HEAT EXCHANGER HEATING APPARATUS OF TURBINE ENGINE}
본 발명은 터빈엔진의 열교환기 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시동기에 에너지를 공급하는 가스공급장치로부터 가스를 공급받아 터빈엔진의 열교환기를 가열하여 저온상태에 의해 높아진 윤활오일의 점성을 낮춰 저온, 비정상 상태에서의 터빈엔진 구동시 소모되는 동력을 줄이는 한편, 저온상태의 연료를 가열하여 점화 및 발열효율을 향상시키기 위한 터빈엔진의 열교환기 가열장치에 관한 것이다.
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일반적으로 터빈엔진의 회전부를 윤활하기 위한 윤활오일은 저온일 경우 점성이 비선형적으로 증가하는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 윤활오일은 터빈엔진이 정상적으로 작동하고 있을 경우에는 터빈엔진의 자체 온도로 인해 윤활오일의 온도가 높아져 오일 점성이 낮게 유지된다.
그러나, 터빈엔진이 작동하지 않는 상태에서 저온상태에 노출되면 터빈엔진은 물론, 윤활오일의 온도가 주위환경과 같이 낮아지게 된다.
이로 인하여, 윤활오일의 점성이 매우 높아지면서 초기 터빈엔진 시동에 필요한 시동 동력이 매우 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 시동기에 에너지를 공급하는 가스공급장치로부터 가스를 공급받아 터빈엔진의 열교환기를 가열하여 저온상태에 의해 높아진 윤활오일의 점성을 낮춰 저온, 비정상 상태에서의 터빈엔진 구동시 소모되는 동력을 줄이기 위한 터빈엔진의 열교환기 가열장치를 제공하는 것이다.
둘째, 저온상태의 연료를 가열하여 점화 및 발열효율을 향상시키기 위한 터빈엔진의 열교환기 가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시동기의 구동을 위해 가스공급장치로부터 고온/고압의 가스를 공급받고, 윤활오일과 연료가 열교환기에서 열교환이 이루어지며, 엔진배기구를 구비하는 터빈엔진의 열교환기를 가스공급장치로부터 공급되는 고온/고압의 가스를 공급받아 가열하기 위한 가열장치로서, 열교환기를 가열하는 히트재킷부; 공급장치로부터 고온/고압의 가스를 공급받아 히트재킷부에 전달하는 가스공급부; 및 히트재킷부로부터 고온/고압의 가스를 공급받아 외부로 배출하는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치를 제공한다.
본 발명에 따른 히트재킷부는 내측으로 공간부가 형성되고, 그 공간부에는 오일탱크가 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 히트재킷부는 원형코일관 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 히트재킷부는 내측으로 공간이 형성되는 케이싱과, 케이싱의 내측에 위치하며 오일탱크를 감싸는 원형코일관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 히트재킷부는 내측으로 가스공급장치로부터 공급되는 고온/고압의 가스가 통과되는 공간부가 형성되고, 양단부를 관통하는 중공부가 형성되며, 중공부에는 오일탱크가 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스공급부는 압력감지센서와, 압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스공급부는 온도감지센서와, 주차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스배출부는 긴급차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스배출부는 역류방지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압력조절밸브와 주차단밸브 및 긴급차단밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스배출부는 고온/고압의 가스를 엔진배기구를 통해 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 첫째, 터빈엔진이 작동하지 않는 상태에서 저온 상태에 노출된 터빈엔진의 열교환기를 가열함으로써 저온상태에 의해 높아진 윤활오일의 점성을 낮춰 저온, 비정상 상태에서의 터빈엔진 구동시 소모되는 동력을 줄이는 효과가 있다.
둘째, 저온상태의 연료를 가열함으로써 점화 및 발열효율을 향상되는 효과가 있다.
셋째, 터빈엔진의 시동기에 에너지를 공급하는 가스공급장치로부터 고온/고압의 가스를 공급받아 열교환기를 가열함으로써 별도의 고온/고압의 가스공급장치를 필요로 하지 않는 것은 물론, 이로 인하여 소형 및 경량으로 설계 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부를 도시한 측면도 및 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부의 다른 예를 도시한 종단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부의 또 다른 예를 도시한 사시도 및 종단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치를 개략적으로 도시한 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부를 도시한 측면도 및 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부의 다른 예를 도시한 종단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치에서 히터재킷부의 또 다른 예를 도시한 사시도 및 종단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 터빈엔진 열교환기의 가열장치를 개략적으로 도시한 작동 상태도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 시동기(110)의 구동을 위해 가스공급장치(120)로부터 고온/고압의 가스를 공급받고, 열교환기(130)로부터 윤활오일을 공급받으며, 엔진배기구(140)를 구비하는 터빈엔진(100)의 상기 열교환기(130)를 가열하기 위한 가열장치이다.
상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 열교환기(130)를 가열하는 히트재킷부(10), 상기 가스공급장치(120)로부터 고온/고압의 가스(이하 '가스'라 한다)를 공급받아 상기 히트재킷부(10)에 전달하는 가스공급부(20) 및 상기 히트재킷부(10)로부터 가스를 공급받아 외부로 배출하는 가스배출부(30)를 포함한다.
상기 터빈엔진(100)은 일반적인 형태를 이루며, 상기 시동기(110)는 터빈엔진(100)이 자체 동력으로 운전가능한 회전수까지 가속시키기 위한 것으로 가스를 에너지원으로 한다.
상기 가스공급장치(120)는 도시되지는 않았으나 항공기 연료펌프 등의 연료공급장치로부터 연료를 공급받으며 점화기를 구비하는 연소기 및 연소기에 공기를 공급하는 공기공급부를 포함한다.
상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 시동기(110)에 에너지를 공급하는 상기 가스공급장치(120)로부터 가스를 공급받아 상기 열교환기(130)를 가열함으로써 별도의 가스공급장치를 필요로 하지 않으며 이로 인하여, 소형 및 경량으로 설계 가능하다.
상기 열교환기(130)는 그 열교환기의 내부를 순환하는 윤활오일과 연료와의 열전달을 이용하는 일반적인 형태로 이루어진다.
상기 가스공급부(20)는 양단부가 개구되는 일반적인 형태의 가스공급관(21)으로 이루어지며, 일단부는 상기 가스공급장치(120)에 연결되고, 타단부는 상기 히트재킷부(10)에 연결된다.
상기 가스배출부(30)는 양단부가 개구되는 일반적인 형태의 가스배출관(31)으로 이루어지며, 일단부는 상기 히트재킷부(10)에 연결되고, 타단부는 상기 엔진배기구(140)로 연장 형성되어 그 엔진배기구(140)를 통해 가스가 외부로 배출된다.
이때, 상기 가스공급부(20)는 압력감지센서(22)와, 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(23)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압력조절밸브(23)는 고압 발생시 밸브가 개방되며 압력이 조절되는 일반적인 형태로 이루어지며, 상기 압력감지센서(22)는 상기 열교환기(130)의 가열에 필요한 적정 압력을 점검하고 상기 가스공급장치(120)로부터 가스가 공급되고 있는지를 감지한다.
이때, 상기 가스공급부(20)는 온도감지센서(24)와, 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스가 상기 히트재킷부(10)로 공급되거나, 공급이 차단되도록 하기 위한 주차단밸브(25)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 저온환경에서 작동되며, 이를 위해 상기 온도감지센서(24)는 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)의 작동 환경 조건을 감지한다.
그리고, 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 압력감지센서(22)의 압력감지에 따라 상기 압력조절밸브(23)의 개폐를 제어하고, 상기 온도감지센서(24)의 온도감지에 따라 상기 주차단밸브(31)의 개폐를 제어하는 제어부(40)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(40)는 외부로부터 전원을 공급받아 가동되며, 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스의 적정 압력 및 적정 온도를 설정하여 상기 압력감지센서(22) 및 상기 온도감지센서(24)에서 감지되도록 하고, 그 감지에 따라 상기 압력조절밸브(23) 및 상기 주차단밸브(25)의 개폐를 제어한다.
상기 히트재킷부(10)는 상기 가스공급부(20) 및 상기 가스배출부(30)와 연통되며, 상기 열교환기(130)를 감싸는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 히트재킷부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 열교환기(130)를 감싸는 원형코일관(11) 형태로 형성된다.
상기 원형코일관(11)은 일단부가 상기 가스공급부(20)에 연결되고, 타단부는 상기 가스배출부(30)에 연결된다.
상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스가 상기 원형코일관(11)을 따라 선회이동되면서 상기 열교환기(130)를 가열한다.
여기서, 상기 히트재킷부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 원형코일관(11)의 외측으로 그 원형코일관(11)을 감싸는 케이싱(12)을 포함하여도 무방하다.
상기 케이싱(12)은 상기 원형코일관(11)으로부터 발생되는 열이 외부로 방열되는 것을 방지하기 위함이다.
또는, 상기 히트재킷부(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 내측으로 공간부(13)가 형성되고, 그 공간부(13)로 상기 열교환기(130)가 수용되며, 외측에는 상기 가스공급부(20) 및 상기 가스배출부(30)가 연결된다.
상기 히트재킷부(10)는 내측으로 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스가 수용되어 상기 열교환기(130)를 가열한다.
또는, 상기 히트재킷부(10)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내측으로 공간부(13a)가 형성되며, 중앙부에는 양단부를 관통하는 중공부(14)가 형성되고, 상기 중공부(14)에는 상기 열교환기(130)가 위치한다.
상기 히트재킷부(10)의 외측에는 상기 가스공급부(20) 및 상기 가스배출부(30)가 연결되고, 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스는 상기 공간부(13a)를 따라 선회이동되면서 상기 열교환기(130)를 가열한다.
상기 히트재킷부(10)는 사각형을 포함하는 다각기둥 형태로 형성되어도 무방하나 원형기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스가 상기 히트재킷부(10)의 내부를 따라 이동되면서 상기 열교환기(130)를 가열한다.
상기 열교환기(130)가 가열됨에 따라 그 열교환기(130)를 순환하는 저온 상태의 윤활오일은 온도가 상승되면서 오일 점성은 낮아지며 이로 인하여, 저온상태 또는 비정상상태 등의 환경 조건에 따라 터빈엔진의 구동시 소모되는 동력을 크게 줄일 수 있다.
또한, 상기 열교환기(130)가 가열됨에 따라 그 열교환기(130)를 순환하는 저온상태의 연료가 가열되면서 점화 및 발열효율이 향상된다.
이때, 상기 히트재킷부(10)는 상기 가스공급장치(120)로부터 가스가 안정적으로 공급되는지를 확인하기 위한 온도센서(15) 및 압력센서(16)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 온도센서(15) 및 상기 압력센서(16)에서 측정되는 상기 히트재킷부(10)의 온도 및 압력은 상기 제어부(40)에 표시되어 모니터링(Monitoring)된다.
한편, 상기 가스배출부(30)는 상기 히트재킷부(10)를 통과한 가스가 역류하지 않도록 하기 위한 역류방지장치(32) 및 긴급차단밸브(33)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 역류방지장치(32)는 일반적인 형태의 역지밸브로 이루어지며, 상기 긴급차단밸브(33)는 위급한 상황이나, 상기 히트재킷부(10)의 누설점검 등을 위해 상기 히트재킷부(10)를 통과한 가스를 긴급차단한다.
여기서, 상기 긴급차단밸브(33)는 상기 제어부(40)의 제어에 의해 개폐될 수 있음은 물론이다.
상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 긴급차단밸브(33)를 차단하여 상기 가스공급부(20) 및 상기 히트재킷부(10)에서의 가스 누설을 점검하며, 비상시에는 상기 히트재킷부(10)를 통과하는 가스가 상기 엔진배기구(140)를 통해 외부로 배출되는 것을 차단한다.
상기 제어부(40)는 터빈엔진(100)이 점화되면 상기 주차단밸브(25) 및 상기 긴급차단밸브(33)가 차단되도록 제어할 수 있다.
이러한 이유는, 상기 열교환기(130)는 내부에 가연성 윤활오일이 순환되므로, 터빈엔진의 점화 이전에 가스의 누설이 없는지 확인해야 하기 때문이다.
또한, 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 터빈엔진이 점화되면 안전성 확보를 위해 상기 히트재킷부(10)를 통과하는 가스가 상기 엔진배기구(140)로 배출되지 않도록 하기 위함이다.
이를 자세히 설명하면, 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 상기 온도감지센서(24)의 온도감지에 따라 저온 상태에서는 상기 가스공급장치(120)로부터 가스를 공급받는다.
상기 가스공급장치(120)로부터 공급되는 가스는 상기 가스공급부(20)를 통해 상기 히트재킷부(10)로 공급된다.
상기 가스공급부(20)는 상기 압력감지센서(22)의 압력 감지에 따라 상기 압력조절밸브(23)에 의해 압력이 조절된다.
상기 히트재킷부(10)로 공급되는 가스는 상기 히트재킷부(10)의 내부를 따라 이동되며 상기 열교환기(130)를 가열한다.
상기 열교환기(130)가 가열됨에 따라 상기 열교환기(130)를 순환하는 저온상태의 윤활오일은 온도가 상승되면서 오일 점성은 낮아진다.
또한, 상기 열교환기(130)가 가열됨에 따라 상기 열교환기(130)를 순환하는 저온상태의 연료는 온도가 상승되면서 점화 및 발열효율이 향상된다.
상기 히트재킷부(10)를 통과하는 가스는 상기 가스배출부(30)를 통과하여 상기 터빈엔진배기구(140)를 통해 외부로 배출된다.
그리고, 터빈엔진(100)이 점화되면 상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 주차단밸브(25) 및 상기 긴급차단밸브(33)가 차단된다.
이로 인하여, 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 저온상태 또는 비정상상태 등의 환경 조건에 따라 가스공급장치(120)로부터 가스를 공급받아 저온 상태의 열교환기(130)를 가열함으로써 윤활오일이 가지는 오일 점성을 낮춰 터빈엔진의 구동시 소모되는 동력을 크게 줄일 수 있다.
또한, 상기 터빈엔진의 열교환기 가열장치(1)는 저온 상태의 연료가 가열되어 온도가 상승됨으로써 점화 및 발열효율이 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 터빈엔진의 열교환기 가열장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 가열장치 10 : 히트재킷부
11 : 원형코일관 12 : 케이싱
13, 13a : 공간부 14 : 중공부
15 : 온도센서 16 : 압력센서
20 : 가스공급부 21 : 가스공급관
22 : 압력감지센서 23 : 압력조절밸브
24 : 온도감지센서 25 : 주차단밸브
30 : 가스배출부 31 : 가스배출관
32 : 역류방지장치 33 : 긴급차단밸브
40 : 제어부 100 : 터빈엔진
110 : 시동기 120 : 가스공급장치
130 : 열교환기 140 : 엔진배기구

Claims (11)

  1. 시동기의 구동을 위해 가스공급장치로부터 고온/고압의 가스를 공급받고, 윤활오일과 연료가 열교환기에서 열교환이 이루어지며, 엔진배기구를 구비하는 터빈엔진의 상기 열교환기를 상기 가스공급장치로부터 공급되는 고온/고압의 가스를 공급받아 가열하기 위한 가열장치로서,
    상기 열교환기를 가열하는 히트재킷부;
    상기 가스공급장치로부터 고온/고압의 가스를 공급받아 상기 히트재킷부에 전달하는 가스공급부; 및
    상기 히트재킷부로부터 고온/고압의 가스를 공급받아 외부로 배출하는 가스배출부를 포함하며,
    상기 히트재킷부는,
    내측으로 상기 가스공급장치로부터 공급되는 고온/고압의 가스가 통과되는 공간부가 형성되고, 중앙부에는 양단부를 관통하는 중공부가 형성되며, 상기 중공부에는 상기 열교환기가 수용되는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
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  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가스공급부는 압력감지센서와, 압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가스공급부는 온도감지센서와, 주차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 가스배출부는 긴급차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가스배출부는 역류방지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 압력조절밸브와 상기 주차단밸브 및 상기 긴급차단밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 가스배출부는 고온/고압의 가스를 상기 엔진배기구를 통해 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 터빈엔진의 열교환기 가열장치.
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