KR101867050B1 - 공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버. - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 터빈 발전기의 연소기 챔버에 있어서, 일정한 간격으로 배열되어 열을 구성하며, 연소기 챔버에 원주방향으로 복수개의 열이 마련되도록 구성되는 복수개의 공기유도부재에 관한 것이다.
공기유도부재의 위치와 방향의 가변성을 갖추기 위해, 터빈 발전기의 연소기 챔버에 있어서, 일정한 간격으로 열을 구성하며 연소기 챔버에 원주방향으로 복수개의 열이 마련되도록 구성되는 복수개의 공기유도부재의 구조가 마련되는 것이 특징이다.
상기의 구조를 통해, 챔버 주변을 흐르는 불규칙한 공기유동에 순간적으로 대응하여 효율적으로 공기를 챔버의 내부로 인입시킬 수 있으며, 손쉽게 상기 공기유도부재의 유지 및 보수가 가능한 효과가 있다.

Description

공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버. {Combustor liner comprising an air guide member.}

본 발명은 착탈 가능한 공기유도부재를 사용하여 연소기 챔버 내측으로 냉각용 공기를 삽입하기 위한 장치로서, 더욱 상세하게는, 돌출부가 마련된 공기유도부재를 챔버의 내측 또는 표면에 마련함으로써, 챔버에서의 설치방향을 고정할 수 있는 착탈 가능한 공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버 장치에 관한 것이다.

가스터빈 발전에서 일반적으로 사용되는 터빈발전기에는 연료를 압축공기를 통해 연소시켜 강력한 에너지를 생성, 이를 이용하여 터빈을 가동시키는 원리로 작동하게 된다.

여기서, 터빈 발전기의 연소가 일어나는 부분인 연소기 및 연소기를 덮고 있는 챔버에서는 상당한 고온이 발생하게 된다.

따라서, 상기의 연소기 및 연소기를 덮고 있는 챔버는 과열을 방지하고 부품의 손상을 막아 경제적인 발전을 도모하기 위해, 순환식 냉각장치가 필요하다 할 것이다.

종래에는, 이러한 상기의 연소기 및 연소기를 덮고 있는 챔버는 과열을 방지하기 위하여 챔버 표면에 부가적인 가공을 통한 냉각방법을 도모하였다.

그러나, 종래의 챔버 표면에 부가적인 가공을 통한 냉각방법에는 그러한 가공부분에 대한 가변이 불가하여, 챔버 주변을 흐르는 공기유동이 달라질 경우, 그러한 변화에 대한 응용력이 현저히 떨어지는 문제점이 발생하였고, 또한, 가공부분에 대한 위치 및 방향 등의 가변성이 전혀 고려되어 있지 않아, 가공부분에 대한 손상이 일어났을 경우, 수리 및 유지보수하는 작업에 인력 및 시간이 지나치게 많이 소모된다는 문제점이 존재하였다.

따라서, 챔버의 온도를 낮출 수 있는 부가적인 장치를 고안하되, 챔버 주변을 흐르는 불규칙한 공기유동에 순간적으로 대응할 수 있으며, 유지 및 보수가 용이하도록 위치 및 방향의 가변성이 부가되는 챔버의 부가 가공장치의 개발이 요구된다.

미국 등록특허 US 7010921

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 주변을 흐르는 불규칙한 공기유동에 순간적으로 대응할 수 있으며, 손쉽게 챔버 가공장치의 유지 및 보수가 가능하도록 위치 및 방향의 가변성이 부가되는 챔버에 마련되는 부가적인 가공장치를 제공하는 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 터빈 발전기의 연소기 챔버에 있어서, 일정한 간격으로 배열되어 열을 구성하며, 연소기 챔버에 원주방향으로 복수개의 열이 마련되도록 구성되는 복수개의 공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버가 제공될 수 있다.

상기 연소기 챔버 상의 공기유도캡은 반드시 열을 지어 구성될 필요는 없으나, 보다 효율적인 공기의 포집 및 전달을 위해, 후류의 영향을 최소화할 필요가 있으므로 상기와 같은 구성이 바람직하다 할 것이다.

챔버상에 공기유도캡이 무작위로 배치되는 것도 가능하다 할 것이다.

이에 있어서, 상기 복수개의 공기유도부재는 단부가 사선으로 경사진 원통 형상을 가진 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 구비될 수 있다.

상기의 복수개의 공기유도부재는 흡사 주사바늘과 같은 형상을 가질 수 있으며, 상기의 사선으로 가공된 단부를 통해 챔버 주변으로 흐르는 공기를 포집하여 챔버의 내측으로 인입될 수 있도록 유도할 수 있다.

또한, 상기 복수개의 공기유도부재는, 사선으로 경사진 단부상의 최단높이를 가지는 최단부 및 경사진 단부상의 최장높이를 가지는 최장부를 포함하며, 상기 최단부와 최장부의 높이차가, 상기 공기유도부재의 지름의 1~1.7배 인 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련되는 것이 바람직하다.

상기 최장부와 최단부의 높이차 및 공기유도부재의 지름의 비율은 챔버의 냉각에 있어서, 냉각에 필요한 공기의 인입효율에 있어서 상당히 중요한 역할을 수행한다.

상기의 비율이 1배 미만일 경우에는, 챔버의 면을 따라 흐르는 공기에 대한 포집이 어려울 수 있으며, 2배 이상이 될 경우에는 공기의 유도기능이 현저히 감소하게 되며, 상기 경사진 단부에서의 와류현상이 발생할 가능성이 높다.

이에 더불어, 상기 공기유도부재는, 상기 연소기 챔버에 착탈이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련될 수 있다.

상기의 착탈이 가능한 구조에는 나사결합 등이 대표적으로 사용될 수 있으며, 공기유도부재의 구성 전체가 하나의 구조로서 챔버에 착탈이 가능한 것이 특징이다.

추가적으로, 상기 연소기 챔버는, 상기 공기유도부재가 상기 연소기 챔버의 표면에 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버 표면에 접합홈을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련될 수 있다.

상기의 공기유도부재는 챔버의 표면에 착탈될 수 있으며, 이 같은 챔버에는 접합을 용이하게 하기 위해 일정 깊이로 가공된 접합홈이 구비되는 것이 바람직하다.

이뿐만 아니라, 상기 연소기 챔버는, 상기 공기유도부재가 상기 연소기 챔버의 내측에서 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버 내측에 접합홈을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 공기유도부재는 챔버의 표면 뿐만 아니라, 내측에 결합될 수 있으며, 이 같은 챔버 내측에는 접합을 용이하게 하기 위해 일정 깊이로 가공된 접합홀이 구비되는 것이 바람직하다.

이와 더불어, 상기 공기유도부재는 하단부 일측에 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련될 수 있다.

상기의 돌출부의 형상은 사각형으로 한정되지 않으나, 하단부의 일측에 생성되는 것이 일반적이라 할 것이다.

상기의 돌출부는 상기 돌출부에 대응하여 챔버에 마련되는 복수개의 요홈과 맞춰져 결합하는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기 복수개의 요홈 중 하나를 선택하여 돌출부의 위치를 결정하여 결합이 가능하므로, 이를 이용하여 챔버의 표면에 흐르는 공기의 방향을 판단하여 공기유도부재의 설치방향을 정할 수 있는 장점이 존재한다.

이와 관련하여, 상기 연소기 챔버는 상기 공기유도부재의 돌출부와 대응되는 복수개의 요홈이 마련될 것을 특징으로 하는 연소기 챔버가 마련될 수 있다.

상기의 공기유도부재의 돌출부와 상기 연소기 챔버의 요홈의 구성은, 상기 공기유도부재가 상기 연소기 챔버에 부착된 상태에서 강한 공기흐름의 영향을 받아 회전하는 것을 방지하고, 선택적인 공기유도부재의 방향성을 부여하기 위함이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 '공기유도부재를 포함하는 연소기 챔버'는 위치와 방향의 가변성을 갖추기 위해, 터빈 발전기의 연소기 챔버에 있어서, 일정한 간격으로 배열되어 열을 구성하며, 연소기 챔버에 원주방향으로 복수개의 열이 마련되도록 구성되는 복수개의 공기유도부재를 갖추어, 챔버 주변을 흐르는 불규칙한 공기유동에 순간적으로 대응하여 효율적으로 공기를 챔버의 내부로 인입시킬 수 있으며, 손쉽게 공기유도부재의 유지 및 보수가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재가 열을 이루어 결합된 연소기 챔버의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 1실시예를 나타낸 챔버의 표면 또는 내측에 마련될 수 있는 공기유도부재를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재의 돌출부 및 이와 대응되는 챔버의 요홈을 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재가 열을 이루어 결합된 연소기 챔버의 측면도이다.

이 경우에, 상기 공기유도부재(200)는 반드시 열을 지어 구성될 필요는 없으나, 보다 효율적인 공기의 포집 및 전달을 위해, 후류의 영향을 최소화할 필요가 있으므로 상기와 같은 구성이 바람직하다 할 것이다.

연소기 챔버(100)상에 공기유도부재(200)가 무작위로 배치되는 것도 가능하다 할 것이다.

또한, 상기 공기유도부재(200)는 반드시 챔버(100)에 고정되어 가공되는 것이 아니라, 하나의 독립된 부품과 같이 기능하는 것이 가능한 특징이 있다.

상기 공기유도부재(200)는 챔버(100)의 외부에서 흐르는 공기를 냉각수단으로 활용하기 위하여, 공기를 포집하여 챔버(100) 내측으로 전달할 수 있는 구조를 갖추는 것이 일반적이다.

도 2는 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재의 측면도이다.

전술한 바와 같이 상기의 공기유도부재(200)는 원통형의 상단부와 상단부를 지지하는 하단부로 구성된다.

상기의 원통형의 공기유도부재(200)의 상단부는 단부가 사선방향으로 가공되어 있으며, 상기 사선방향으로 가공된 공기유도부재(200)의 상단부 중 높이가 가장 낮은 지점에 위치하는 부분을 최단부(211), 높이가 가장 높은 지점에 위치하는 부분을 최장부(212)라 한다.

상기의 최장부(212)와 최단부(211)간의 높이차를 h라 하고, 상기 원통형 상단부의 지름을 R이라 하면, 상기 높이차 즉, h는 R의 1배에서 1.7배 사이에 위치하는 것이 냉각용 공기의 인입에 있어서 효율이 높다 할 것이다.

특히, 상기 최장부(212)와 최단부(211)의 높이차(h) 및 공기유도부재(200)의 지름(R)의 비율은 챔버의 냉각에 있어서, 냉각에 필요한 공기의 인입효율에 있어서 상당히 중요한 역할을 수행한다.

또한, 상기의 비율이 1배 미만일 경우에는, 챔버의 면을 따라 흐르는 공기에 대한 포집이 어려울 수 있으며, 2배 이상이 될 경우에는 공기의 유도기능이 현저히 감소하게 되며, 상기 경사진 단부에서의 와류현상이 발생할 가능성이 높다.

도 3은 본 발명의 1실시예를 나타낸 챔버의 표면 또는 내측에 마련될 수 있는 공기유도부재를 나타낸 측면도이다.

상기 공기유도부재(200)는 상기 원통형의 상단부와 상단부를 지지하는 하단부가 결합된 하나의 구조로서 착탈이 가능한 구조를 갖추고 있고, 상기의 착탈이 가능한 구조에는 나사결합 등이 대표적으로 사용 가능하다.

이러한 상기 공기유도부재(200)는 연소기 챔버(100)의 표면 또는 내측 등에 마련되는 것이 가능하며, 이 같은 챔버(100)에는 접합을 용이하게 하기 위해 일정 깊이로 가공된 접합홈(111)이 챔버(100)의 표면 또는 내측에 구비되는 것이 바람직하다.

상기의 챔버(100)상에 마련되는 접합홈(111)은 복수개가 챔버(100)에 기 가공되어 나올 수 있으며, 추후 공기유도부재(200)를 설치하거나 보수 후 재설치할 경우에는 기 설정 및 가공되어 있는 복수개의 접합홈(111) 중 챔버(100)의 냉각효율을 높일 수 있다고 판단되는 부위에 설치가 가능한 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 1실시예를 나타낸 공기유도부재의 돌출부 및 이와 대응되는 챔버의 요홈을 나타낸 개략도이다.

상기의 돌출부(220)의 형상은 사각형으로 한정되지 않으나, 상기 하단부의 일측에 생성되는 것이 일반적이라 할 것이다.

또한, 상기의 공기유도부재(200)의 돌출부(220)와 상기 연소기 챔버(100)의 요홈(110)의 구성은, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)에 부착된 상태에서 강한 공기흐름의 영향을 받아 회전하는 것을 방지하고, 획일적인 공기유도부재(200)의 방향성을 부여하기 위함이다.

상기의 챔버의 요홈(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 상기의 돌출부(220)는 복수개의 요홈(110) 중 어느 하나에 결합하여 고정될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 연소기 챔버
110 : 요홈
111 : 접합홈
200 : 공기유도부재
210 : 단부
211 : 최단부
212 : 최장부
220 : 돌출부
h : 높이차
d1 : 최단길이
d2 : 최장길이
R : 지름

Claims (19)

1. 가스 터빈의 연소기 챔버(100)에 있어서,
   상기 챔버의 표면에 형성된 관통홀에 마련되는 복수개의 공기유도부재(200)를 포함하고,
   상기 복수개의 공기유도부재(200)는 돌출된 단부가 사선으로 경사진 원통형상의 직관인 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 공기유도부재(100)는, 사선으로 경사진 단부상의 최단높이를 가지는 최단부(211) 및 경사진 단부상의 최장높이를 가지는 최장부(212) 사이의 높이차(h)가 상기 공기유도부재(200)의 지름(R)의 1~1.7 배인 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 공기유도부재(200)는, 상기 연소기 챔버(100)에 대해 착탈이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
5. 제4항에 있어서,
   상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 표면에 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 표면에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 내측에서 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 내측에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 공기유도부재(200)는 하단부 일측에 돌기 구조인 돌출부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
8. 제7항에 있어서,
   상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)의 돌출부(220)와 대응되는 적어도 하나 이상의 요홈(110)이 마련된 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
9. 제8항에 있어서,
   상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 표면에 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 표면에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
10. 제8항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 내측에서 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 내측에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 연소기 챔버(100).
11. 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기 챔버(100); 및 상기 연소기 챔버(100)에서 만들어진 상기 연소 가스를 터빈으로 전달하여 동력을 생성하는 가스터빈에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)의 표면에 형성된 관통홀에 마련되는 복수개의 공기유도부재(200)를 포함하고,
    상기 복수개의 공기유도부재(200)는 돌출된 단부가 사선으로 경사진 원통형상의 직관인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수개의 공기유도부재(100)는, 사선으로 경사진 단부상의 최단높이를 가지는 최단부(211) 및 경사진 단부상의 최장높이를 가지는 최장부(212) 사이의 높이차(h)가 상기 공기유도부재(200)의 지름(R)의 1~1.7 배인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 공기유도부재(200)는, 상기 연소기 챔버(100)에 대해 착탈이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스터빈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 표면에 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 표면에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
15. 제13항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 내측에서 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 내측에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
16. 제13항에 있어서,
    상기 공기유도부재(200)는 하단부 일측에 돌기 구조인 돌출부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
17. 제16항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)의 돌출부(220)와 대응되는 적어도 하나 이상의 요홈(110)이 마련된 것을 특징으로 하는 가스터빈.
18. 제17항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 표면에 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 표면에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
19. 제17항에 있어서,
    상기 연소기 챔버(100)는, 상기 공기유도부재(200)가 상기 연소기 챔버(100)의 내측에서 착탈될 수 있도록, 상기 연소기 챔버(100) 내측에 접합홈(111)을 가지는 것을 특징으로 하는 가스터빈.

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