KR101438511B1 - 동축형 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 액체와 기체가 혼합 분사될 수 있도록 구비된 동축형 인젝터에 관한 것으로, 액체가 유동 분사되는 액체 분사관; 상기 액체 분사관을 감싸도록 구비된 케이싱; 및, 상기 케이싱의 내부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 케이싱에 구비된 기체 주입구;를 포함하며, 상기 케이싱의 내부에는 상기 액체 분사관으로부터 분사되는 액체가 기체와 혼합되는 혼합실이 구비되고, 상기 혼합실은 상기 액체 분사관의 외주면으로부터 이격된 다공성 재질의 격벽에 의해 구획된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 액체 제트의 유량이 대유량일 경우에도 동축형 인젝터의 분무 중심에서의 혼합 및 미립화 효율이 향상될 수 있다.

Description

동축형 인젝터 {coaxial injector}

본 발명은 동축형 인젝터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체와 액체의 2상(狀) 유체가 미립화를 통해 혼합되어 분사될 수 있는 동축형 인젝터에 관한 것이다.

동축형 인젝터는 기체 포스트에서 축방향으로 분사되는 고속 기체(분사속도: 50~250 m/s)와 내부의 포스트로부터 분사되는 저속 액체(분사속도: 3~20 m/s)의 전단력 차이를 이용하여 액체 제트를 미립화 한다.

이러한 동축형 인젝터의 일 예가 대한민국 등록특허번호 제10-1119918호(2012년02월17일자 등록, 이하 '특허문헌1'이라 함) 등에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 동축형 인젝터는 미립화가 축방향 운동량이 지배적인 기체 제트에 의해서 이루어지기 때문에 액체 제트의 유량이 큰 경우에는 분무 중심에서의 혼합 및 미립화 효율이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.

한편, 이러한 점을 보완코자 중심부의 액체 제트를 얇은 액막 형태로 분사하는 스월(swirl) 타입으로 인젝터를 만들어도 스월 분무를 발생시키기 위한 스월 챔버가 별도로 필요해지기 때문에 구조가 복잡해져 제조비용이 높아지고, 무게가 무거워지며, 장시간 동안 사용할 경우에는 스월 포트의 침식 및 막힘에 의한 유량 변화가 발생 될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1119918호(2012년02월17일자 등록)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 액체 제트의 유량이 대유량일 경우에도 분무 중심에서의 혼합 및 미립화 효율이 향상될 수 있는 동축형 인젝터를 제공하는 것이다.

또한, 구조가 간단해져 제조비용이 절감되고, 경량화가 가능해지며, 장시간 동안 사용할 경우에도 유량 변화가 일정하게 유지될 수 있는 동축형 인젝터를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 액체와 기체가 혼합 분사될 수 있도록 구비된 동축형 인젝터에 있어서, 액체가 유동 분사되는 액체 분사관; 상기 액체 분사관을 감싸도록 구비된 케이싱; 및, 상기 케이싱의 내부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 케이싱에 구비된 기체 주입구;를 포함하며, 상기 케이싱의 내부에는 상기 액체 분사관으로부터 분사되는 액체가 기체와 혼합되는 혼합실이 구비되고, 상기 혼합실은 상기 액체 분사관의 외주면으로부터 이격된 다공성 재질의 격벽에 의해 구획된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 격벽은 소결금속 재질로 마련된 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 액체 제트의 유량이 대유량일 경우에도 동축형 인젝터의 분무 중심에서의 혼합 및 미립화 효율이 향상될 수 있다.

또한, 동축형 인젝터의 구조가 간단해져 제조비용이 절감되고, 경량화가 가능해지며, 장시간 동안 사용할 경우에도 유량 변화가 일정하게 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동축형 인젝터의 절개 사시도,
도 2는 도 1의 동축형 인젝터의 분무 중심에서의 액체 제트와 기체 제트의 혼합 및 미립화를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 동축형 인젝터(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 액체와 기체가 혼합 분사될 수 있도록 구비된 것으로서, 액체가 유동 분사되는 액체 분사관(20)과, 액체 분사관(20)을 감싸도록 구비된 케이싱(30)과, 케이싱(30)의 내부로 기체가 주입될 수 있도록 케이싱(30)에 구비된 기체 주입구(31)를 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(30)의 내부에는 액체 분사관(20)으로부터 분사되는 액체가 기체와 혼합되는 혼합실(33)이 구비되고, 혼합실(33)은 액체 분사관(20)의 외주면으로부터 환형으로 이격된 다공성 재질의 격벽(40)에 의해 구획된다.

이에 따라, 액체 분사관(20)의 길이방향(축 방향)을 따라 고속 분사되는 액체에 대하여 기체가 다공성 재질의 격벽(40)을 통해 반경방향으로 분사되어 액체 제트(분무)의 중심부까지 침투됨과 동시에 축 방향으로 발달된 고속의 기체 제트는 분열된 액체 제트에 전단력을 가하여 액적으로 미립화 시키게 됨으로써, 액체 제트의 유량이 대유량일 경우에도 동축형 인젝터의 분무 중심에서의 혼합 및 미립화 효율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 동축형 인젝터(10)를 통해 혼합되어 분사되는 액체 및 기체 중 어느 하나는 연료이고 다른 하나는 산화제일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 격벽(40)에는 기체 주입구(31)를 통해 케이싱(30)의 내부로 주입된 기체가 혼합실(33)로 분사될 수 있도록 복수의 기체 분사공(41)이 관통 형성된다.

이에 따라, 동축형 인젝터(10)의 형상(분사면적)은 그대로 유지한 상태에서 기체 분사공(41)의 공극률(porosity)을 변화시킴으로써 설계 유량에서의 분사 차압(압력 강하)을 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 격벽(40)은 소결금속 재질로 마련된 것이 바람직하다.

이에 따라, 기체 제트를 액체 제트에 대해 반경방향으로 균일한 속도 및 유량 분포로 분사되게 하여 분무의 축 대칭 균일도를 향상시킬 수 있고, 인젝터가 액체 로켓, 산업용 버너 등과 같이 고온 조건에서 사용되는 경우에는 다공성재에서의 우수한 증발 냉각(transpiration cooling)을 통해 인젝터의 열 손상을 방지할 수 있다.

한편, 다공성재로 사용되는 소결금속의 종류를 달리하여 분사되는 기체 제트의 특성을 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 다공성 재질의 격벽(40)을 통해 분사되는 기체 제트(분무)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 낮은 압력 강하에서 급속하게 완전 발달되며(fully developed) 이를 통해 분사되는 기체 제트는 모든 분사면적에서 유동 속도 및 유량 분포가 균일해진다. 즉, 격벽(40)을 통과하기 전의 기체는 무질서하게 유동하다가 격벽(40)의 기체 분사공(41)을 통해 분사되면서 균일한 유동으로 발달하게 된다.

이에 따라, 기체 제트의 반경방향 운동량을 이용하여 분무 중심에서의 미립화 및 혼합 성능이 향상될 수 있으며, 이는 액체 로켓과 같은 대유량의 2상 유체 분무의 연소시 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.

이에, 본 발명에 따르면, 동축형 인젝터의 구조가 간단해져 제조비용이 절감되고, 경량화가 가능해지며, 장시간 동안 사용할 경우에도 유량 변화가 일정하게 유지될 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

20 : 액체 분사관 30 : 케이싱
31 : 기체 주입구 33 : 혼합실
40 : 격벽

Claims (2)

1. 액체가 유동 분사되는 액체 분사관(20); 상기 액체 분사관(20)을 감싸도록 구비된 케이싱(30); 상기 케이싱(30)의 내부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 케이싱(30)에 구비된 기체 주입구(31);를 포함하며,
   상기 케이싱(30)의 내부에 상기 액체 분사관(20)으로부터 분사되는 액체가 기체와 혼합되는 혼합실(33)이 구비되는 동축형 인젝터에 있어서,
   상기 혼합실(33)을 상기 액체 분사관(20)의 외주면으로부터 이격된 다공성 재질의 격벽(40)으로 구획하여 액체 제트를 미립화하기 위한 기체를 분사시키는 동시에 유입되는 기체의 유량을 조절함으로써 격벽(40)을 지나 액체 제트를 미립화하는 기체 제트의 반경방향 운동량을 조절할 수 있도록 하고,
   상기 격벽(40)을 소결금속 재질로 구성하여 소결금속의 종류에 따라 분사되는 기체 제트의 특성이 조절되도록 한 것을 특징으로 하는, 동축형 인젝터.
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