KR101728467B1 - 교체가능 라이너 구조를 갖는 가스터빈 연소기 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스, 상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 제1 라이너, 및 상기 제1 라이너의 외주면을 둘러싸며 연소용 공기를 상기 윈드박스로 유도하는 제1 공기 공급경로를 포함하는 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서, 상기 제1 라이너 내측에 배치된 제2 라이너; 및 상기 제1 라이너와 상기 제2 라이너 사이에 배치된 제2 공기 공급경로;를 더 포함하고, 이 때 상기 제1 공기 공급경로에서 공급되는 공기 중 일부가 상기 제2 공기 공급경로로 유입되고, 상기 제2 공기 공급경로로 유입된 공기가 상기 제2 라이너의 외주면을 따라 흐른 후 상기 윈드박스로 공급되도록 상기 제2 공기 공급경로가 구성된 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치가 제공된다.

Description

교체가능 라이너 구조를 갖는 가스터빈 연소기 실험장치 {Gas turbin combustion experiment apparatus having replaceable liner structure}

본 발명은 가스터빈 연소기 실험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 버너의 크기에 맞게 라이너 등의 실험장치 구조를 용이하게 변경하여 실험할 수 있는 가스터빈 연소기 실험장치에 관한 것이다.

가스터빈 연소기 실험장치는 가스터빈 연소기를 실험하기 위한 장치이며, 예를 들면 도1에 도시한 것과 같은 구조를 가질 수 있다.

도1을 참조하면, 가스터빈 연소기 실험장치는 케이스(10), 버너(20), 및 라이너부(30)를 포함한다. 케이스(10)의 한쪽(도면에서 왼쪽) 영역은 윈드박스(15) 영역으로, 연소용 공기가 윈드박스(15) 영역에서 버너(20)로 주입된다. 버너(20)에서 연료와 연소용 공기가 혼합되어 점화되고 점화에 의한 연소 영역(35)이 케이스(10) 내에 형성된다. 라이너(30)는 연소 영역을 둘러싸도록 구성되고, 라이너(30)와 케이스(10) 사이의 공간(17)으로 연소용 공기가 흐르면서 공기가 라이너(30)를 냉각하도록 구성된다.

그런데 이러한 가스터빈 연소기 실험에서 필요에 따라 라이너(30)의 직경을 변경해야 할 경우가 생긴다. 예컨대, 라이너의 직경에 따라 연소 특성이 달라지므로 라이너 직경을 달리하면서 실험을 해야 할 경우가 있고, 또는 버너(20)의 크기가 달라지게 되면 확장비(expansion ratio: 버너출구직경/라이너직경 비)에 따라 라이너(30)의 직경을 변경해야 할 경우가 있으며, 종래기술에서는 이러한 경우 라이너(30)를 비롯한 케이스(10) 내 전체 구성부품을 교체해야 하므로 교체 비용이 많이 들고 교체 작업도 번거로운 단점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-1477746호 (2014년 12월 31일 공고) 한국 등록특허공보 제10-1593551호 (2016년 2월 17일 공고)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 케이스와 라이너 구조를 그대로 유지하면서도 다양한 실험에 사용되는 버너의 크기에 맞는 확장비(Expansion Ratio: 버너출구직경/라이너직경 비)를 갖도록 실험장치를 용이하게 변경할 수 있는 가스터빈 연소기 실험장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 라이너의 내측에 추가의 내측 라이너를 설치한 경우 내측 라이너의 벽면의 과열을 방지할 수 있는 대류냉각 구조를 갖는 가스터빈 연소기 실험장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 격벽부를 2겹으로 설치하여 내측 라이너를 냉각하는 공기량을 용이하게 조절할 수 있는 가스터빈 연소기 실험장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스, 상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 제1 라이너, 및 상기 제1 라이너의 외주면을 둘러싸며 연소용 공기를 상기 윈드박스로 유도하는 제1 공기 공급경로를 포함하는 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서, 상기 제1 라이너 내측에 배치된 제2 라이너; 및 상기 제1 라이너와 상기 제2 라이너 사이에 배치된 제2 공기 공급경로;를 더 포함하고, 이 때 상기 제1 공기 공급경로에서 공급되는 공기 중 일부가 상기 제2 공기 공급경로로 유입되고, 상기 제2 공기 공급경로로 유입된 공기가 상기 제2 라이너의 외주면을 따라 흐른 후 상기 윈드박스로 공급되도록 상기 제2 공기 공급경로가 구성된 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서, 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스; 상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 통 형상의 내측 라이너; 상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 내측 공기 공급경로; 상기 내측 공기 공급경로를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 외측 라이너; 및 상기 외측 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에 개재된 격벽부;를 포함하고, 이 때 상기 격벽부가 상기 윈드박스로 공급되는 공기와 상기 내측 공기 공급경로로 공급되는 공기의 분배량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서, 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스; 상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 통 형상의 내측 라이너; 상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 내측 공기 공급경로; 상기 내측 공기 공급경로의 외주면을 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 외측 라이너; 상기 외측 라이너의 외주면을 둘러싸는 통 형상의 케이스; 상기 외측 라이너를 상기 케이스 내에서 지지하는 외측 라이너 지지부재; 상기 윈드박스와 상기 연소 영역을 구분하며, 외연이 상기 외측 라이너 지지부재와 결합되고 내연이 상기 내측 공기 공급경로와 결합되는 외측 환형 링; 및 상기 윈드박스와 상기 연소 영역을 구분하며, 외연부가 상기 내측 라이너와 결합되고 내연부가 상기 버너와 결합되는 내측 환형 링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 케이스와 라이너 구조를 그대로 유지하면서도 다양한 실험에 사용되는 버너의 크기에 맞는 확장비를 갖도록 실험장치를 용이하게 변경할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 라이너의 내측에 추가의 내측 라이너를 설치한 경우 내측 라이너의 벽면의 과열을 방지할 수 있는 대류냉각 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 격벽부를 2겹으로 설치하여 내측 라이너를 냉각하는 공기량을 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

도1은 종래의 가스터빈 연소기 실험장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치를 설명하기 위한 도면,
도3은 도2의 A-A' 선을 따른 단면도,
도4는 도2의 일부 구성요소를 확대하여 도시한 도면,
도5 및 도6은 일 실시예에 따른 격벽부를 설명하기 위한 도면,
도7은 대안적인 실시예에 따른 격벽부를 설명하기 위한 도면,
도8은 내측 라이너의 반경을 변경한 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2 내지 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치를 설명하기 위한 도면으로, 도2는 일 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치의 단면도이고, 도3은 도2의 A-A' 선을 따른 단면도, 그리고 도4는 도2의 일부 구성요소를 확대하여 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치는 케이스(100), 버너(130), 외측 라이너(140), 내측 라이너(150), 및 격벽부(170)를 포함할 수 있다.

케이스(100)는 가스터빈 연소기 실험장치를 둘러싸며 외관을 형성하는 부재이며 고온 및 고압에 견딜 수 있는 강성 및 내부식성이 우수한 금속 재질로 제작될 수 있다. 도시한 실시예에서 케이스(100)는 제1 케이스 부분(110)과 제2 케이스 부분(120)을 포함할 수 있다. 제1 케이스 부분(110)은 윈드박스(windbox)(113) 영역을 포함하는 통 형상의 구조이며, 한쪽(도2에서 왼쪽) 단부에 연료가 분사되는 연료분사부(111)가 결합되고, 다른쪽(도2에서 오른쪽) 단부는 개방되어 있으며 제2 케이스 부분(120)과 결합된다. 윈드박스(113) 영역은 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너(130)가 배치되는 공간으로, 버너(130)로 주입될 연소용 공기를 안정화하여 공기가 균일하게 버너(130)로 주입되도록 한다.

버너(130)는 임의의 지지수단에 의해 결합되어 케이스(100) 내에서 지지된다. 도2에 도시한 실시예에서 버너(130)의 우측 단부는 환형 링 형상의 지지부재(135)에 결합되어 지지될 수 있다. 지지부재(135)는 윈드박스(113)와 연소 영역(137)을 구분하며 외연부가 내측 라이너(150)와 결합되고 내연부가 버너(130)와 결합될 수 있다.

환형 링의 지지부재(135)는 임의의 수단에 의해 케이스(100) 내부에서 고정될 수 있다. 도시한 실시예에서 지지부재(135)가 내측 라이너(150)의 내주면에 결합되고, 이에 따라 버너(130)가 지지부재(135), 내측 라이너(150) 등에 의해 간접적으로 케이스(100)에 연결되어 고정된다. 그러나 구체적 실시 형태에 따라 버너(130)가 직접적으로 케이스(100)에 결합될 수도 있고 지지부재(135) 및/또는 내측 라이너(150)가 아닌 다른 구성요소를 통해 케이스(100)에 연결되어 지지될 수도 있다.

제2 케이스 부분(120)은 통 형상의 부재이며, 한쪽(도2에서 왼쪽) 단부는 제1 케이스 부분(110)과 결합된다. 제1 케이스 부분(110)과 제2 케이스 부분(120)은 대략 원통 구조를 가질 수 있으나, 본 발명이 원통 구조에만 한정되는 것은 아니다.

도시한 실시예에서 제1 케이스 부분과 제2 케이스 부분은 플랜지 구조에 의해 결합된다. 제1 케이스 부분(110)은 (도면상의) 오른쪽 단부에 중심축에서 방사상 외측 방향으로 돌출된 제1 플랜지(115)를 포함하며, 제2 케이스 부분(120)은 (도면상의) 왼쪽 단부에 중심축에서 방사상 외측 방향으로 돌출된 제2 플랜지(125)를 포함한다. 이에 따라 제1 플랜지(115)와 제2 플랜지(125)가 예컨대 볼트 등의 결합수단에 의해 결합됨으로써 제1 케이스 부분(110)과 제2 케이스 부분(120)이 결합될 수 있다.

제2 케이스 부분(120)은 버너(130)의 점화에 의해 형성되는 연소 영역(137)을 둘러싼다. 구체적으로, 제2 케이스 부분(120)의 내측에 연소 영역을 둘러싸는 통 형상의 외측 라이너(140)가 배치되고, 제2 케이스 부분(120)이 외측 라이너(140)를 둘러싸게 된다.

일 실시예에서 통 형상의 외측 라이너(140)와 이를 둘러싸는 제2 케이스 부분(120)은 동축으로 배치된다. 외측 라이너(140)는 제2 케이스 부분(120) 보다 반경이 작으며, 외측 라이너(140)와 제2 케이스 부분(120) 사이의 공간은 외측 공기 공급경로(145)로서 역할을 한다.

외측 공기 공급경로(145)는 외측 라이너(140)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 연소용 공기를 윈드박스(113)로 유도한다. 도시한 실시예에서, 공기유입부(도시 생략)를 통해 가스터빈 연소기 실험장치 내로 유입된 연소용 공기는 외측 공기 공급경로(145)를 따라 도2의 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 흘러서 윈드박스(113)로 공급된다. 연료와 공기의 혼합물이 버너(130)에서 점화되어 분사되는 방향이 도2에서 오른쪽 방향이며, 외측 공기 공급경로(145) 내의 공기의 흐름이 이 분사 방향과 반대이므로, 이하에서는 도2 상에서 왼쪽 방향으로의 공기 흐름을 "리버스 플로우 방향"이라 칭하기로 한다. 즉 도시한 실시예에서, 연료는 연료분사부(111)를 통해 정방향으로 공급되고 연소용 공기는 외측 공기 공급경로(145)를 따라 리버스 플로우 방향으로 공급된다.

외측 라이너(140)는 하나 이상의 외측 라이너 지지부재(143)에 의해 제2 케이스 부분(120)에 결합되고 지지될 수 있다. 도3에 예로서 도시한 것처럼 지지부재(143)는 링 형상의 부재일 수 있고, 링 형상의 내연부는 외측 라이너(140)와 결합되고 링 형상의 외연부는 제2 케이스 부분(120)와 결합될 수 있다.

외측 공기 공급경로(145)를 통해 흐르는 연소용 공기가 윈드박스(113)로 유입되기 위해 지지부재(143)는 공기가 통과할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하며, 도3의 실시예의 경우 지지부재(143)는 복수개의 관통구(144)를 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서는 원형의 관통구(144)가 링 형상의 지지부재(143)의 표면을 따라 형성된 것으로 도시하였지만, 이러한 구조는 일 예시적인 실시예이며, 지지부재(143) 및 관통구(144)의 구조나 배치관계는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

바람직한 일 실시예에서 케이스(100)는 연소 영역(137)을 둘러싸는 내측 라이너(150) 및 내측 라이너(150)를 둘러싸는 내측 공기 공급경로(160)를 더 포함한다.

내측 라이너(150)는 연소 영역(137)을 둘러싸며 외측 라이너(140)의 내측에 배치된다. 즉 통 형상의 케이스(100)의 중심축에서 볼 때 내측 라이너(150)의 직경이 외측 라이너(140)의 직경보다 작도록 설정된다. 내측 라이너(150)의 직경은 케이스(100) 내에 설치되는 버너(130)의 크기나 반경 등에 따라 달라질 수 있다. 내측 라이너(150)도 통 형상으로 형성될 수 있고, 외측 라이너(140)와 동축으로 배치될 수 있다.

내측 라이너(150)는 연소 영역(137)을 직접적으로 둘러싸는 부재이므로 고온 고압에 견딜 수 있는 강성 및 내부식성이 우수한 금속 재질로 제작될 수 있다.

내측 라이너(150)의 외주면에는 내측 공기 공급경로(160)가 배치된다. 내측 공기 공급경로(160)는 내측 라이너(150)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 내측 라이너(150)와 동축으로 배치될 수 있다.

내측 공기 공급경로(160)는 내측 라이너(150)를 둘러싸되 내측 라이너(150)와 외측 라이너(140) 사이에 배치된다. 즉 통 형상의 케이스(100)의 중심축에서 볼 때 내측 공기 공급경로(160)의 직경이 내측 라이너(150)의 직경과 외측 라이너(140)의 직경 사이의 값을 갖도록 설정된다.

도시한 일 실시예에 내측 공기 공급경로(160)는 연소용 공기가 흐를 수 있는 내측 유로(도3의 167) 및 외측 유로(도3의 169)로 구성될 수 있다. 내측 유로(167)는 내측 라이너(150)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 공기가 흐르는 경로이다. 외측 유로(169)는 케이스(100)의 중심축에서 볼 때 내측 유로(167)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 내측 유로(167)와 연통하는 경로이다.

일 실시예에서 내측 유로(167)는 내측 라이너(150)와 동축으로 배치되는 통 형상의 내측 유로 형성부재(161)로 구현될 수 있고, 외측 유로(169)는 내측 유로 형성부재(161)의 적어도 일부를 둘러싸며 내측 라이너(150)와 동축으로 배치되는 통 형상의 외측 유로 형성부재(163)로 구현될 수 있다.

도면에서 내측 유로 형성부재(161)와 외측 유로 형성부재(163)의 각각은 통 형상의 부재이며, 연소 영역(137)에서 볼 때 내측 라이너(150), 내측 유로 형성부재(161), 및 외측 유로 형성부재(163)이 차례로 둘러싸고 있다.

내측 라이너(150)와 외측 유로 형성부재(163)의 각각의 한쪽 단부(도2에서 오른쪽 단부)가 예컨대 링 형상의 연결부재(165)에 의해 연결될 수 있고, 내측 라이너(150)와 내측 유로 형성부재(161) 사이의 공간인 내측 유로(167)와 내측 유로 형성부재(161)와 외측 유로 형성부재(163) 사이의 공간인 외측 유로(169)가 서로 연통하도록 구성된다. 내측 라이너(150), 연결부재(165), 및 외측 유로 형성부재(163)은 각기 별도로 제작되어 결합될 수도 있고, 대안적으로 일체로 형성될 수도 있다.

또한 내측 라이너(150)와 내측 유로 형성부재(161)의 각각의 다른쪽 단부(도2에서 왼쪽 단부)는 소정 거리 이격되어 있어서 내측 유로(167)가 윈드박스(113)를 향해 개방되어 연통하고 있고, 내측 유로 형성부재(161)와 외측 유로 형성부재(163)의 각각의 다른쪽 단부(도2에서 왼쪽 단부)는 소정 거리 이격되어 외측 유로(169)가 외측 공기 공급경로(145)와 연통하고 있다.

이러한 구성에 따르면, 케이스(100) 외부에서 외측 공기 공급경로(145)로 유입된 연소용 공기 중 일부는 격벽부(170)를 통과하여 윈드박스(113)로 바로 공급되고(도2 또는 도3의 ① 경로), 나머지 연소용 공기는 내측 공기 공급경로(160)로 유입된다(도2 또는 도3의 ② 경로).

도2 또는 도3의 ②의 경로를 따라 내측 공기 공급경로(160)로 유입된 공기는 외측 유로(169)와 내측 유로(167)를 순차적으로 통과하여 윈드박스(113)로 공급되고, 이 때 리버스 플로우 방향으로 내측 유로(167)를 흐를 때 내측 라이너(150)를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.

또한 본 발명의 상기 구성에 따르면 내측 라이너(150)를 냉각하는데 사용된 공기도 버너(130)로 공급되기 때문에, 실험장치 외부에서 외측 공기 공급경로(145)로 주입된 연소용 공기의 양과 버너(130)에서 사용되는 공기의 양을 동일하게 유지할 수 있다. 즉 연소용 공기의 일부가 ②의 경로를 따라 분기되어 내측 라이너(150)를 냉각시킨 후 윈드박스(113)를 거쳐 결국 버너(130)로 유입되므로, 외측 공기 공급경로(145)로 주입되는 전체 공기가 그대로 모두 버너(130)로 공급되어 연소에 사용될 수 있다.

일반적으로 버너에서의 연소에 사용되는 공기의 양이 연소기의 연소 특성에 중요한 영향을 끼치기 때문에 외부에서 연소기 실험장치로 공급된 공기 양과 연소에 사용된 공기 양이 동일해야 한다. 즉 내측 라이너(150)를 설치하더라도 내측 라이너(150)를 냉각하기 위해 실험장치 내로 공기를 임의로 더 주입할 수 없는 제약조건이 발생하는데, 본 발명에서는 연소용 공기의 일부를 내측 라이너(150)를 냉각시키는데 사용한 후 다시 버너(130)로 주입하도록 내측 공기 공급경로(160)를 구성하였으므로, 외부에서 공기를 추가로 공급받지 않으면서도 기존과 동일한 연소용 공기 양으로 내측 라이너도 냉각할 수 있는 이점을 가진다.

한편 격벽부(170)는 외측 공기 공급경로(145)를 통해서 유입되는 연소용 공기가 윈드박스(113) 영역으로 유입될 때 유입량을 조절하고 균일하게 유입되도록 하기 위한 것으로, 외측 공기 공급경로(145)와 윈드박스(113) 사이에 배치되며 이 두 영역이 서로 연통되도록 하는 복수개의 관통홀을 포함한다. 일 실시예에서, 격벽부(170)의 관통홀의 관통 영역을 조절함으로써, 윈드박스(113)로 공급되는 공기와 내측 공기 공급경로(160)로 공급되는 공기의 분배량을 조절할 수 있다.

이와 관련하여 도5는 일 실시예에 따른 격벽부(170)의 예시적 형상을 개략적으로 도시하였다. 도2 내지 도5를 참조하면, 격벽부(170)는 서로 겹쳐져서 배치되는 두 개의 격벽부(171,173)를 포함할 수 있다. 두 개의 격벽부 중 제1 격벽부(171)는 외측 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에서 위치가 고정되고 링 형상을 가질 수 있다. 링 형상의 제1 격벽부(171)의 외연부는 케이스(100)의 내부 표면과 결합될 수 있고, 제1 격벽부(171)의 내연부는 내측 공기 공급경로(160)의 내측 유로 형성부재(161)와 결합될 수 있다.

제1 격벽부(171)에는 일정 간격으로 형성된 복수개의 관통홀(1711)이 있고, 연소용 공기가 이 관통홀(1711)을 통과하여 윈드박스(113)에 공급될 수 있다.

제2 격벽부(173)는 제1 격벽부(171)와 동축을 갖는 링 형상의 부재로서, 제1 격벽부와 중첩되도록 배치되고 공기가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(1731)을 가진다. 도4에서는 제2 격벽부(173)가 제1 격벽부(171)의 왼쪽, 즉 윈드박스(113) 측에 부착된 것으로 도시하였지만, 대안적 실시예에서 제2 격벽부(173)가 제1 격벽부(171)의 오른쪽, 즉 외측 공기 공급경로(145)측에 부착되어도 무방하다.

제1 격벽부(171)의 관통홀(1711)과 제2 격벽부(173)의 관통홀(1731)의 크기나 형상은 서로 동일하여도 되고 달라도 무방하다.

제2 격벽부(173)은 제1 격벽부(171)에 결합하되, 제1 격벽부(171)에 대해 일정 각도 회전하여 결합될 수 있다. 이와 관련하여 도6은 제1 격벽부(171)에 제2 격벽부(173)의 관통홀(1731)이 겹쳐진 모습을 일부분만 도시하였는데, 도6은 제1 격벽부(171)와 제2 격벽부(173)의 각각의 관통홀(1711,1731)이 부분적으로 겹쳐진 모습을 나타낸다. 이와 같이 두 개의 관통홀(1711,1731)이 부분적으로 중첩되면 이 중첩된 영역으로만 연소용 공기가 통과할 수 있다. 그러므로 구체적 실시 형태에 따라 제1 격벽부(171)에 대해 제2 격벽부(173)를 일정 각도 회전하여 결합함으로써 두개의 관통홀(1711,1731)의 중첩 영역을 조절할 수 있으며 이에 따라 외측 공기 공급경로(145)로부터 윈드박스(113)로 직접 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있게 된다.

따라서, 예를 들어 두 개의 관통홀(1711,1731)의 중첩 영역을 크게 하면(즉 두 관통홀을 완전히 겹치게 하면) 상대적으로 많은 양의 공기가 격벽부(170)를 통과하여(즉 ①의 경로를 따라) 윈드박스(113)로 공급되고, 이에 따라 적은 양의 공기만 ②의 경로를 따라 내측 공기 공급경로(160)로 유입될 것이고, 내측 공기 공급경로(160)로 유입되는 공기량이 적으면 그만큼 내측 라이너(150)를 냉각하는 냉각 효율이 작아진다.

반대로, 두 개의 관통홀(1711,1731)의 중첩 영역을 작게 하면 상대적으로 적은 양의 공기가 ①의 경로를 따라 윈드박스(113)로 공급되고 많은 양의 공기가 ②의 경로를 따라 내측 공기 공급경로(160)로 유입될 것이다. 따라서 내측 공기 공급경로(160)로 유입되는 공기량이 많아지므로 내측 라이너(150)를 냉각하는 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

그러므로 외측 공기 공급경로(145)로 주입하는 공기 공급량이 동일한 경우에도 제1 격벽부(171)에 대한 제2 격벽부(173)의 회전 각도를 조절함으로써 내측 라이너(150)를 냉각시키는 정도를 조절할 수 있다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따르면 외측 라이너(140)와 이 외측 라이너(140)를 지지하는 지지부재(143)는 케이스(100)에 결합시켜 고정시키되, 나머지 구성요소, 즉 내측 라이너(150), 내측 공기 공급경로(160), 버너 지지부재(135), 및 격벽부(170)는 필요에 따라 케이스(100)로부터 탈착 가능하도록 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 작은 크기의 버너(130)를 사용하게 되어 내측 라이너(150)의 반경을 더 작게하여 실험장치를 구성할 필요성이 있을 때, 케이스(100) 및 외측 라이너(140)는 그대로 유지하되, 각 실험에 요구되는 사양에 맞도록 내측 라이너(150), 내측 공기 공급경로(160), 버너 지지부재(135), 및 격벽부(170)를 교체하여 설치할 수 있으므로, 종래와 비교하여 장치 구성의 교체 비용과 수고를 덜 수 있는 이점이 있다.

도7은 일 실시예에 따른 격벽부를 설명하기 위한 도면으로, 도2 내지 도6의 격벽부(170)의 대안적 구성을 나타낸다. 이 대안적 실시예에 따른 격벽부(270)는 제1 격벽부(271)와 제2 격벽부(273)로 구성되는 점은 격벽부(170)와 동일하고, 다만 대안적 실시예에서 각 격벽부(271,273)에 형성된 복수개의 관통홀(2711,2731)의 형상이 상이하다. 도6을 참조하면, 복수개의 관통홀(2711,2731)의 각각은 원형이 아니라 타원 또는 원주 방향의 폭이 좁은 형상이다.

이러한 구성에 따르면, 두 개의 관통홀(2711,2731)이 완전히 어긋나는 경우 중첩 영역이 없어지게 되고, 외부에서 외측 공기 공급경로(145)로 주입된 연소용 공기는 전부 내측 공기 공급경로(160)로 유입되어 내측 라이너(150)를 냉각시킨 후 윈드박스(113) 영역으로 공급될 수 있다.

도8은 내측 라이너의 반경을 변경한 실시예에 따른 가스터빈 연소기 실험장치를 설명하기 위한 도면이다.

도8은 도2 내지 도6의 실시예에 비해 라이너의 직경을 작게 구성한 경우로서, 예를 들어 다양한 라이너 직경에 따른 연소 특성을 실험하기 위해 라이너 직경을 변경해야 하거나 또는 버너(130)의 크기가 작아짐에 따라 실험에 요구되는 사양에 맞는 확장비(expansion ratio)를 갖도록 라이너 직경을 변경하는 경우를 도시한 것이다.

도2와 도8을 비교하면, 케이스(100) 및 케이스 내부에 고정 설치된 외측 라이너(140)는 그대로 유지되고, 외측 라이너(140) 안쪽의 구성요소들, 즉 내측 라이너(150), 내측 공기 공급경로(160)의 직경이 줄어들었음을 알 수 있다.

또한 버너(130)를 지지하는 지지부재(135)의 직경도 작아졌고, 내측 공기 공급경로(160)와 외측 라이너(140) 사이의 공간이 발생했으므로 이 공간을 연결하는 환형 링 형상의 부재(139)가 추가되었음도 알 수 있다. 이 환형 링 형상의 부재(139)는 윈드박스(113)와 연소 영역(137)을 구분하는 부재로서, 외연부가 외측 라이너(1540) 또는 외측 라이너 지지부재(143)와 결합되고 내연부가 내측 공기 공급경로(160)와 결합된다.

또한 격벽부(170)에 대해서도 제1 격벽부(171)의 내연부가 내측 공기 공급경로(160)의 내측 유로 형성부재(161)와 결합되어야 하므로 제1 격벽부(171)의 내연의 직경이 작아졌다.

이와 같이 본 발명에 따르면 실험장치의 구성 요건에 따라 케이스(100)와 외측 라이너(140)는 그대로 유지하되 각 실험에 요구되는 사양에 맞도록 내측 라이너(150), 내측 공기 공급경로(160), 버너 지지부재(135), 및 격벽부(170)를 교체하여 설치할 수 있으므로, 전체 연소기 실험장치의 전체 외관 및 주요 구성 부재는 그대로 사용하면서도 다양한 크기의 버너에 맞게 내부의 일부 구성요소를 교체하여 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다.

예를 들어 도면에 도시한 실시예에서는 내측 라이너(150), 내측 공기 공급경로(160), 외측 라이너(140), 및 외측 공기 공급경로(145)의 각각이 통 형상을 가지며 케이스(100)의 중심축에 대해 동축으로 정렬되어 배열된 것으로 도시하였다. 그러나 이러한 구조는 본 발명을 설명하기 위한 예시적 구성의 하나일 뿐이며 구체적 실시 형태에 따라 각 구성요소가 동축으로 배치되지 않을 수도 있고 케이스(100)의 중심축에 대해 대칭 형상이 아닐 수도 있음을 당업자는 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 케이스
130: 버너
140: 외측 라이너
145: 외측 공기 공급경로
150: 내측 라이너
160: 내측 공기 공급경로
170, 270: 격벽부

Claims (18)

1. 연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스, 상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 제1 라이너, 및 상기 제1 라이너의 외주면을 둘러싸며 연소용 공기를 상기 윈드박스로 유도하는 제1 공기 공급경로를 포함하는 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서,
   상기 제1 라이너의 내측에 배치된 제2 라이너;
   상기 제1 라이너와 상기 제2 라이너 사이에 배치된 제2 공기 공급경로; 및
   상기 제1 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에 개재되어 상기 윈드박스로 공급되는 연소용 공기의 양을 조절할 수 있는 격벽부;를 포함하고,
   외부에서 상기 제1 공기 공급경로로 유입된 공기 중 일부가 상기 격벽부를 통과하여 상기 윈드박스로 공급되고 나머지 공기는 상기 제2 공기 공급경로로 유입되며, 상기 제2 공기 공급경로로 유입된 공기가 상기 제2 라이너의 외주면을 따라 흐른 후 상기 윈드박스로 공급되도록 상기 제2 공기 공급경로가 구성된 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 공기 공급경로와 제2 공기 공급경로가 리버스 플로우 방향을 따라 상기 연소용 공기를 상기 윈드박스로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 공기 공급경로는,
   상기 제2 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 내측 유로; 및
   상기 내측 유로의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 유로와 연통하는 외측 유로;를 포함하고,
   상기 제1 공기 공급경로로부터 상기 제2 공기 공급경로로 유입된 공기는 상기 제2 공기 공급경로의 외측 유로와 내측 유로를 순차적으로 통과하여 상기 윈드박스로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2 공기 공급경로의 상기 내측 유로는 리버스 플로우 방향을 따라 상기 연소용 공기를 상기 윈드박스로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 격벽부를 통해 상기 윈드박스로 공급되는 공기의 양을 조절함으로써 상기 제1 공기 공급경로로부터 상기 제2 공기 공급경로로 유입되는 공기의 양을 조절하여 상기 제2 라이너를 냉각하는 정도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
7. 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서,
   연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스;
   상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 통 형상의 내측 라이너;
   상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 내측 공기 공급경로;
   상기 내측 공기 공급경로를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 외측 라이너;
   상기 외측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 외측 공기 공급경로; 및
   상기 외측 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에 개재된 격벽부;를 포함하고,
   상기 격벽부가 상기 윈드박스로 공급되는 공기와 상기 내측 공기 공급경로로 공급되는 공기의 분배량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 외측 공기 공급경로에서 공급되는 연소용 공기 중 일부가 상기 격벽부를 통과하여 상기 윈드박스로 공급되고,
   상기 연소용 공기 중 나머지 일부는 상기 내측 공기 공급경로로 유입되어 상기 내측 라이너의 외주면을 따라 흐르며 상기 내측 라이너를 냉각시킨 후 상기 윈드박스로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 내측 공기 공급경로는,
   상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 유로; 및
   상기 제1 유로의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 제1 유로와 연통하는 제2 유로;를 포함하고,
   상기 연소용 공기 중 상기 나머지 일부는 상기 제2 유로와 제1 유로를 순차적으로 통과하여 상기 윈드박스로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 격벽부가,
    상기 외측 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에서 위치가 고정되고 공기가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀을 갖는 링 형상의 제1 격벽부; 및
    상기 제1 격벽부와 동축을 가지며 상기 제1 격벽부와 중첩되도록 배치되고 공기가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀을 갖는 링 형상의 제2 격벽부;를 포함하고,
    상기 제2 격벽부가 상기 제1 격벽부에 대해 소정 각도 회전함에 따라 상기 제1 격벽부의 관통홀과 상기 제2 격벽부의 관통홀이 겹치는 영역이 가변하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 격벽부가 상기 제1 격벽부에 대해 회전하는 각도를 조절함으로써 상기 내측 공기 공급경로로 공급되는 공기의 양을 조절하여 상기 내측 라이너를 냉각하는 정도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
12. 가스터빈 연소기 실험장치에 있어서,
    연료와 연소용 공기를 점화하는 버너가 배치되는 윈드박스;
    상기 점화에 의해 형성되는 연소 영역을 둘러싸는 통 형상의 내측 라이너;
    상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 내측 공기 공급경로;
    상기 내측 공기 공급경로의 외주면을 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 외측 라이너;
    상기 외측 라이너의 외주면을 둘러싸는 통 형상의 케이스;
    상기 외측 라이너를 상기 케이스 내에서 지지하는 외측 라이너 지지부재;
    상기 윈드박스와 상기 연소 영역을 구분하며, 외연이 상기 외측 라이너 지지부재와 결합되고 내연이 상기 내측 공기 공급경로와 결합되는 외측 환형 링; 및
    상기 윈드박스와 상기 연소 영역을 구분하며, 외연부가 상기 내측 라이너와 결합되고 내연부가 상기 버너와 결합되는 내측 환형 링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측 라이너, 내측 공기 공급경로, 외측 환형 링, 및 내측 환형 링이 상기 외측 라이너로부터 탈착가능도록 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 외측 라이너 사이의 공간을 통해 연소용 공기가 리버스 플로우 방향을 따라 상기 윈드박스로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외측 공기 공급경로와 상기 윈드박스 사이에 개재되고, 외연이 상기 케이스의 내연과 결합되고 내연이 상기 내측 공기 공급경로와 결합되는 링 형상이며 공기가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀을 갖는 제1 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 내측 공기 공급경로는,
    상기 내측 라이너의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 통 형상의 제1 유로 형성부재; 및
    상기 제1 유로 형성부재의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 내측 라이너와 동축으로 배치되는 통 형상의 제2 유로 형성부재;를 포함하고,
    상기 제1 유로와 제2 유로가 서로 연통하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 격벽부가 상기 제1 유로 형성부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 격벽부와 동축을 가지며 상기 제1 격벽부와 중첩되도록 배치되고 공기가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀을 갖는 링 형상의 제2 격벽부;를 포함하고,
    상기 제2 격벽부가 상기 제1 격벽부에 대해 소정 각도 회전함에 따라 상기 제1 격벽부의 관통홀과 상기 제2 격벽부의 관통홀이 겹치는 영역이 가변하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 실험장치.

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