KR101925015B1 - Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas - Google Patents
Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas Download PDFInfo
- Publication number
- KR101925015B1 KR101925015B1 KR1020170102084A KR20170102084A KR101925015B1 KR 101925015 B1 KR101925015 B1 KR 101925015B1 KR 1020170102084 A KR1020170102084 A KR 1020170102084A KR 20170102084 A KR20170102084 A KR 20170102084A KR 101925015 B1 KR101925015 B1 KR 101925015B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cooling fluid
- combustion gas
- cooling
- steam generator
- injecting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
- F02K9/62—Combustion or thrust chambers
- F02K9/64—Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
Abstract
Description
본 발명은 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고공환경을 모사하는 로켓엔진 중 초음속 디퓨저 후방에서 이동하는 고온의 연소가스에 냉각유체를 분사하여 연소가스와 냉각유체를 혼합시키고, 이 과정에서 연소가스를 통해 증발시킴으로써 설비 내부의 온도 및 압력 조절뿐만 아니라, 이젝터에서 주유동의 모멘텀을 발생시키는 동시에 이젝터의 유량비, 압축비 및 팽창비에 영향을 주게 되어 성능을 개선시키는 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steam generator having a cooling fluid injection part having excellent mixing performance with a combustion gas, and more particularly, to a steam generator for injecting a cooling fluid into a combustion gas of high temperature moving in the rear of a supersonic diffuser By mixing the combustion gas with the cooling fluid and evaporating it through the combustion gas in this process, not only the temperature and pressure inside the equipment are controlled but also the momentum of the main flow in the ejector is generated and at the same time the flow rate, compression ratio and expansion ratio of the ejector are affected, And a cooling fluid injecting section having an excellent mixing performance with a combustion gas for improving the performance of the steam generator.
우주발사체를 개발하는 과정에서 고고도에서 작동하는 추진기관의 경우에는 요구 신뢰도를 확보하기 위해 지상에서 작동고도 환경과 유사한 환경을 인위적으로 조성하여 점화 및 연소 시험을 수행하게 된다. In the case of propulsion engines operating at high altitude in the course of developing space launch vehicles, ignition and combustion tests are carried out by artificially creating an environment similar to the operational altitude environment on the ground to ensure the required reliability.
우주발사체의 추진기관은 낮은 대기압 환경에서 효율적인 추력 성능을 발휘하기 위하여 고팽창비 노즐 형상을 갖게 설계한다. 이러한 고팽창비 노즐을 그대로 장착하여 지상대기압 환경에서 시험을 수행할 경우, 노즐 확산부에서 유동박리가 발생하여 요구되는 추력 성능을 발휘할 수 없으며, 작동환경에서의 시동특성 및 신뢰도 확인이 불가능하다. The propulsion engine of the space launch vehicle is designed to have a high expansion ratio nozzle shape in order to exhibit efficient thrust performance in a low atmospheric pressure environment. When the test is performed in a super-atmospheric pressure environment with such a high expansion ratio nozzle as it is, flow separation occurs in the nozzle diffusion portion, so that the required thrust performance can not be exhibited, and it is impossible to confirm the startup characteristic and reliability in the operating environment.
따라서 상술한 추진기관의 지상시험 시 이러한 유동박리 발생 문제점을 극복하고 실제 고고도에서의 추력 성능을 검증하기 위하여, 고공환경 모사시험설비를 이용하여 고고도의 저압환경을 인위적으로 조성하여 최종적으로 추진기관 성능 시험을 수행하게 된다.Therefore, in order to overcome the problem of flow separation at the ground test of the propulsion engine described above and verify the thrust performance at the actual high altitude, the high-altitude low-pressure environment is artificially created using the high- The engine performance test is performed.
상술한 저압환경을 모사하기 위한 효율적인 설비를 구성하기 위해서는 이젝터를 구동하는 엔진의 배기가스가 건식가스인지 습식가스인지에 따라 성능이 크게 달라진다.In order to construct an efficient facility for simulating the above-described low-pressure environment, the performance varies greatly depending on whether the exhaust gas of the engine driving the ejector is a dry gas or a wet gas.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진의 배기가스가 습식가스일 경우에 액체가 작은 방울로 형성되어 가스 또는 증기 중에 비산하여 기류에 의해 운반되는 엔트레인먼트(entrainment)현상의 효과가 커지게 되며, 이러한 이유로 증기발생장치를 이용한다.As shown in FIG. 1, when the exhaust gas of the engine is a wet gas, the liquid is formed into small droplets, and the effect of the entrainment phenomenon, which is scattered in the gas or vapor and is carried by the air stream, For this reason, a steam generator is used.
그러나 기존의 증기발생장치에서 분사되는 냉각유체(물)는 분사헤드로부터 분사되는 고온의 연소가스와 고르게 혼합되지 않아 추진기관의 정해진 유량조건에서 요구되는 온도와 압력을 정확하게 구현하고, 주유동 모멘텀을 발생시키는데에 어려운 문제점이 있다.However, since the cooling fluid (water) injected from the conventional steam generator is not evenly mixed with the high-temperature combustion gas injected from the injection head, it can accurately realize the required temperature and pressure under the predetermined flow condition of the propulsion machinery, There is a difficult problem in generating.
또한, 냉각유체와 연소가스의 혼합 불량은 국부적인 고온영역이 발생하게 되는 동시에 연소가스의 냉각 효율이 저하되어 로켓엔진 장치들이 연소가스의 열에 의하여 손상되는 문제점이 있다.Further, the mixing failure between the cooling fluid and the combustion gas causes a local high-temperature region to be generated, and the cooling efficiency of the combustion gas is lowered, and the rocket engine devices are damaged by the heat of the combustion gas.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고공환경을 모사하는 로켓엔진 중 초음속 디퓨저 후방에서 이동하는 고온의 연소가스에 냉각유체를 분사하여 연소가스와 냉각유체를 혼합시키고, 이 과정에서 연소가스를 통해 증발시킴으로써 설비 내부의 온도 및 압력 조절뿐만 아니라, 이젝터에서 주유동의 모멘텀을 발생시키는 동시에 이젝터의 유량비, 압축비 및 팽창비에 영향을 주게 되어 성능을 개선시키는 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to mix a combustion gas and a cooling fluid by injecting a cooling fluid into a high temperature combustion gas moving behind a supersonic diffuser in a rocket engine simulating a high-temperature environment and evaporating the combustion gas through the combustion gas A steam generator having a cooling fluid jetting portion having an excellent mixing performance with the combustion gas which improves the performance by affecting the flow rate, compression ratio and expansion ratio of the ejector while generating momentum of the main flow in the ejector, .
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고온의 연소가스가 분사되는 분사헤드와, 전단이 상기 분사헤드와 결합되며, 상기 분사헤드로부터 분사되는 상기 연소가스가 이동 및 냉각되는 냉각관과, 상기 냉각관의 내주면을 따라 배치되며, 상기 연소가스와 혼합되어 상기 연소가스를 냉각시키는 냉각유체가 분사되는 냉각유체 분사부와, 상기 냉각관 후단에 배치되어, 상기 냉각관에서 혼합된 상기 연소가스와 상기 냉각유체가 분사되는 노즐부를 포함하며, 상기 냉각유체 분사부는 상기 냉각관의 길이방향과 평행한 분사각도를 가지는 제1 냉각유체 분사부 및 상기 냉각관의 길이방향으로부터 25°내지 35°의 분사각도를 가지는 제2 냉각유체 분사부를 포함하며, 상기 제1 냉각유체 분사부와 상기 제2 냉각유체 분사부는 일정한 배열에 따라 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell, a fuel cell, and a fuel cell system. The fuel cell system includes: a cooling tube having a front end coupled to the injection head, A cooling fluid injecting portion disposed along the inner circumferential surface of the cooling pipe and injected with a cooling fluid to be mixed with the combustion gas to cool the combustion gas; and a cooling fluid injecting portion disposed at a downstream end of the cooling pipe, Wherein the cooling fluid injecting portion includes a first cooling fluid injecting portion having an injection angle parallel to the longitudinal direction of the cooling pipe and a second cooling fluid injecting portion having an injection angle of 25 to 35 degrees from the longitudinal direction of the cooling pipe, Wherein the first cooling fluid ejecting portion and the second cooling fluid ejecting portion are arranged alternately according to a predetermined arrangement The present invention also provides a steam generator having a cooling fluid jetting portion having excellent mixing performance with a combustion gas.
여기서, 상기 제2 냉각유체 분사부 사이에 2개의 제1 냉각유체 분사부가 배치될 수 있다.Here, two first cooling fluid ejecting portions may be disposed between the second cooling fluid ejecting portions.
또한, 상기 제2 냉각유체 분사부 사이에 나란히 배치된 상기 제1 냉각유체 분사부로부터 분사되는 냉각유체가 중첩되지 않도록 각각의 상기 제1 냉각유체 분사부를 회전시켜 상기 냉각유체의 분사각도 조절이 가능할 수 있다.In addition, it is possible to rotate each of the first cooling fluid injectors so as not to overlap the cooling fluid injected from the first cooling fluid injecting parts arranged side by side between the second cooling fluid injecting parts to adjust the injection angle of the cooling fluid .
본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기는 다음과 같은 효과가 있다.The steam generator having the cooling fluid injecting section having excellent mixing performance with the combustion gas according to the present invention has the following effects.
첫째, 추진기관의 정해진 유량조건에서 분사헤드로부터 분사되는 고온의 연소가스와 냉각유체 분사부에서 분사되는 냉각유체가 고르게 혼합됨으로써 설비 내부의 온도 및 압력을 정확하게 구현할 수 있고, 주유동 모멘텀을 발생시킬 수 있는 이점이 있다.First, the high-temperature combustion gas injected from the injection head and the cooling fluid injected from the cooling fluid injection part are uniformly mixed in the predetermined flow rate condition of the propulsion engine, so that the temperature and pressure inside the facility can be accurately realized and the main flow momentum There is an advantage to be able to.
둘째, 냉각유체(W)와 연소가스의 혼합이 원활하게 이루어져 증기가 원활하게 생성될 수 있고, 생성된 증기는 이젝터의 작동유체로 사용됨으로써 이젝터의 유량비, 압축비 및 팽창비에 영향을 주게 되어 성능을 개선할 뿐만 아니라 전체적인 설비를 소형화시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.Second, the mixing of the cooling fluid (W) and the combustion gas is smoothly performed, and the steam can be smoothly generated. The generated steam is used as the working fluid of the ejector, thereby affecting the flow rate, compression ratio and expansion ratio of the ejector. There is an advantage that it is possible not only to improve but also to miniaturize the entire facility.
도 1은 이젝터를 구동하는 엔진의 배기가스(습식가스 또는 건식가스)에 따른 엔트레인먼트(entrainment)현상을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기에서 A-A' 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기에서 제1 냉각유체 분사부 및 제2 냉각유체 분사부에서 분사되는 냉각유체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 냉각유체 분사부의 분사각도 변화에 따른 냉각유체의 분사영역을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기가 고공환경을 모사하는 로켓엔진에 구비된 위치를 도시하기 위한 도면이다.1 is a graph showing an entrainment phenomenon caused by an exhaust gas (a wet gas or a dry gas) of an engine driving an ejector.
FIG. 2 is a view schematically showing a steam generator having a cooling fluid jetting portion having excellent mixing performance with a combustion gas according to the present invention. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA 'in a steam generator having a cooling fluid jetting portion having excellent mixing performance with the combustion gas of FIG. 2;
FIG. 4 is a view schematically showing a cooling fluid injected from a first cooling fluid injecting part and a second cooling fluid injecting part in a steam generator having a cooling fluid injecting part having an excellent mixing performance with the combustion gas of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a view showing a jetting region of the cooling fluid according to the change of the jetting angle of the cooling fluid jetting portion of FIG. 3; FIG.
FIG. 6 is a view showing a position of a steam generator having a cooling fluid injecting unit having an excellent mixing performance with a combustion gas according to the present invention in a rocket engine simulating a high-altitude environment.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-mentioned problems to be solved can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments, the same names and the same symbols are used for the same configurations, and additional description thereof will be omitted in the following.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기를 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 2 to 5, a steam generator having a cooling fluid jetting portion having excellent mixing performance with a combustion gas according to the present invention will be described.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기는, 분사헤드(100), 냉각관(200), 냉각유체 분사부(400), 중간 매니폴드(500) 및 노즐부(300)를 포함한다. 2 to 5, the steam generator having a cooling fluid injection part having excellent mixing performance with the combustion gas according to the present invention includes the
먼저, 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기의 일실시예로서, 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기를 통해 구현해야 하는 압력 환경을 약 0.024bar로 설정한다.As a first embodiment of the present invention, a steam generator having a cooling fluid injection part having excellent mixing performance with a combustion gas according to the present invention may be provided with a pressure environment to be realized through a steam generator having a cooling fluid injection part having excellent mixing performance with a combustion gas Set to about 0.024 bar.
후술하는 연소가스 및 냉각유체(W)의 유량, 연소가스와 냉각유체(W)의 혼합에 따른 온도는 상술한 압력 환경을 구현하기 위한 것으로서, 구현하고자 하는 압력 환경에 따라 연소가스 및 냉각유체(W)의 유량, 연소가스와 냉각유체(W)의 혼합에 따른 온도는 가변될 수 있다.The flow rate of the combustion gas and the cooling fluid W to be described later and the temperature in accordance with the mixing of the combustion gas and the cooling fluid W are intended to realize the pressure environment described above. W), and the temperature due to the mixing of the combustion gas and the cooling fluid W may vary.
상기 분사헤드(100)는 고온의 연소가스를 상기 냉각관(200)으로 분사하는 장치로서, 본 실시예에 따른 상기 분사헤드(100)에는 상기 연소가스의 유량 및 분무패턴이 검증된 7개의 동축스월형 분사기(110)가 장착되어 상기 분사기로부터 상기 연소가스가 분사된다.The
또한, 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기에서 사용하는 연소가스는 액체산소(LOx)와 75%의 에틸알코올 수용액(Ethyl alcohol)이며, 상기 분사헤드(100)로부터 분사되는 상기 연소가스의 온도는 약 2609℃이고, 상기 분사헤드(100)로부터 분사되는 상기 연소가스의 유량은 약 0.676kg/s이다.In addition, the combustion gas used in the steam generator having the cooling fluid injecting portion having excellent mixing performance with the combustion gas according to the present invention is liquid oxygen (LOx) and an ethyl alcohol aqueous solution of 75% The temperature of the combustion gas injected from the
상기 냉각관(200)은 관 형상으로 형성되어 전단이 상기 분사헤드(100)와 결합되며, 상기 냉각관(200)에서 상기 분사헤드(100)로부터 분사되는 상기 연소가스가 이동하고 냉각되고, 본 실시예에서 상기 냉각관(200) 내부의 압력은 20bar로 형성된다.The
상기 냉각유체 분사부(400)는 상기 냉각관(200)의 내주면을 따라 원형으로 배치되고, 상기 분사헤드(100)로부터 분사되는 상기 연소가스와 혼합되어 상기 연소가스를 냉각시키는 냉각유체(W)가 분사되며, 본 실시예에서의 상기 냉각유체(W)는 물로 구성되어 분사되고, 상기 냉각유체 분사부(400)로부터 분사되는 상기 냉각유체(W)의 유량은 약 1.059kg/s이다. The cooling fluid injecting
상기 냉각유체 분사부(400)에서 분사되는 상기 냉각유체(W)는 상기 연소가스와의 혼합율을 위하여 출구유속이 조절되야 한다. The cooling fluid injected from the cooling
이는 상기 냉각유체(W)의 출구유속이 상기 연소가스와 비교하여 과도하게 형성된 경우, 상기 냉각유체(W)의 운동량이 커지게 되고, 이는 상기 냉각유체(W)와 상기 연소가스와의 혼합율 저하의 원인이 되어 상기 연소가스의 냉각효과를 감소시키는 것 뿐만 아니라, 상기 연소가스의 열로 인한 상기 냉각유체(W)의 증발율이 떨어지므로 구현해야 하는 압력 환경에 도달하지 못하기 때문이다.This is because when the outlet flow velocity of the cooling fluid W is excessively formed as compared with the combustion gas, the momentum of the cooling fluid W becomes large, and the mixing rate of the cooling fluid W and the combustion gas The cooling effect of the combustion gas is reduced and the evaporation rate of the cooling fluid W due to the heat of the combustion gas is lowered.
따라서, 상기 냉각유체 분사부(400)에서는 상기 연소가스의 유속 및 유량에 따라 상기 냉각유체(W)의 출구유속을 조절해야하며, 상기 냉각유체(W)의 출구유속은 상기 냉각유체 분사부(400)의 출구면적 및 상기 냉각유체 분사부(400) 내부의 유로 면적에 따라 결정될 수 있다.Accordingly, the cooling fluid injecting
또한, 상기 냉각유체 분사부(400)는 제1 냉각유체 분사부(410)와 제2 냉각유체 분사부(420)를 포함한다.The cooling fluid injecting
상기 제1 냉각유체 분사부(410)는 상기 냉각관(200)의 길이방향과 평행한 분사각도를 가지도록 형성되어, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)로부터 상기 냉각유체(W)가 상기 냉각관(200)의 길이방향과 평행하게 분사된다.The first cooling fluid injecting
상기 제2 냉각유체 분사부(420)는 상기 냉각관(200)의 길이방향으로부터 25°내지 35°의 분사각도를 가지도록 형성되며, 상기 제2 냉각유체 분사부(420)로부터 상기 냉각유체(W)가 상기 냉각관(200)의 길이방향으로부터 25°내지 35°의 각도를 가지며 분사된다.The second cooling fluid injecting
상기 냉각유체 분사부(400)가 서로 다른 분사각도를 가지는 상기 제1 냉각유체 분사부(410) 및 상기 제2 냉각유체 분사부(420)를 포함함으로써 상기 냉각관(200)에서의 유동면적이 고르게 분포될 수 있게 되며, 상기 냉각유체 분사부(400)의 분사각도는 상기 냉각관(200)의 직경과, 상기 제1 냉각유체 분사부(410) 및 상기 제2 냉각유체 분사부(420)로부터 분사되는 상기 냉각유체(W)의 유속에 따라 가변될 수 있다.The cooling fluid injecting
구체적으로 상기 제1 냉각유체 분사부(410)와 상기 제2 냉각유체 분사부(420)는 일정한 배열에 따라 교대로 배치되며, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2 냉각유체 분사부(420) 사이에 2개의 제1 냉각유체 분사부(410)가 배치되고, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)는 12개가 배치되고, 상기 제2 냉각유체 분사부(420)는 6개가 배치된다.3, the first cooling fluid injecting
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)에서 분사되는 상기 냉각유체(Wa)는 상기 냉각관(200)의 횡단면을 기준으로 가장자리 영역에 분사되며, 상기 제2 냉각유체 분사부(420)에서 분사되는 상기 냉각유체(Wb)는 상기 냉각관(200)의 횡단면을 기준으로 중심 영역에 분사된다.4 to 5, the cooling fluid Wa injected from the first cooling
즉, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)와 상기 제2 냉각유체 분사부(420)에서 분사되는 상기 냉각유체(W)는 상술한 바와 같이, 상기 냉각관(200) 내부에서 균일한 유동면적을 가지며 이동함으로써 상기 냉각관(200) 내부를 이동하는 상기 연소가스와 효과적으로 혼합될 수 있게 된다.That is, the cooling fluid W injected from the first cooling
이때, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)가 도 3의 (a)와 같이 형성되어 있는 경우, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)에서 분사되는 상기 냉각유체(Wa)는 도 5의 (a)와 같이 일부가 중첩되어 분사된다. 3, the cooling fluid Wa injected from the first cooling
상기 냉각유체(W)가 중첩되어 분사되는 경우, 상기 냉각관(200) 내부에서 상기 냉각유체(W)의 유동이 변화될 수 있고, 상기 냉각유체(W)의 중첩으로 인하여 상기 냉각유체(W)가 분사되지 않는 영역이 발생할 수 있어 결과적으로 상기 연소가스와 상기 냉각유체(W)의 혼합율일 감소될 수 있다.The flow of the cooling fluid W may be changed inside the
따라서, 도 3의 (b)와 같이 상기 제2 냉각유체 분사부(420) 사이에 나란히 배치된 상기 제1 냉각유체 분사부(410)를 일정한 각도로 회전시킴으로써 상기 제1 냉각유체 분사부(410)로부터 분사되는 상기 냉각유체(Wa)의 분사각도를 조절한다.3 (b), the first cooling fluid injecting
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)를 회전시킴으로써 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 냉각유체 분사부(410)로부터 분사되는 상기 냉각유체(Wa)가 균일한 면적으로 분사된다. As shown in FIG. 3 (b), by rotating the first cooling fluid injecting
이에 따라, 상기 냉각유체(W)와 상기 연소가스의 혼합이 원활하게 이루어져 증기가 원활하게 생성될 수 있고, 생성된 증기는 이젝터의 작동유체로 사용됨으로써 이젝터의 유량비, 압축비 및 팽창비에 영향을 주게 되어 성능을 개선시킬뿐만 아니라 전체적인 설비가 소형화될 수 있게 된다.Accordingly, the cooling fluid (W) and the combustion gas are smoothly mixed to generate steam smoothly, and the generated steam is used as a working fluid of the ejector, thereby influencing the flow rate, compression ratio, and expansion ratio of the ejector So that not only the performance is improved but also the whole equipment can be miniaturized.
뿐만 아니라, 상기 냉각유체(W)에 의하여 상기 연소가스의 냉각이 이루어지는 동시에 상기 연소가스의 열에 의하여 상기 냉각유체(W)가 증발되므로 구현해야 하는 압력 환경에 도달할 수 있게 된다.In addition, since the combustion gas is cooled by the cooling fluid W and the cooling fluid W is evaporated by the heat of the combustion gas, a pressure environment to be realized can be achieved.
상기 중간 매니폴드(500)는 상기 냉각관(200) 외주면을 따라 배치되며, 상기 냉각유체 분사부(400)와 연결되어 상기 냉각유체 분사부(400)로 상기 냉각유체(W)를 공급한다. 상기 냉각 냉각유체(W)가 상기 중간 매니폴드(500)를 거쳐 상기 냉각유체 분사부(400)를 통해 분사됨에 따라 상기 냉각유체 분사부(400)에서 분사되는 상기 냉각유체(W)는 동시에 일정한 압력으로 분사될 수 있다.The
따라서, 동일한 압력으로 분사되는 상기 냉각유체(W)와 상기 연소가스의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있게 된다.Therefore, the mixing of the combustion gas and the cooling fluid W injected at the same pressure can be performed uniformly.
상기 노즐부(300)는 상기 냉각관(200) 후단과 결합되어, 상기 냉각관(200)에서 혼합된 상기 연소가스와 상기 냉각유체(W)가 분사된다. 상기 분사헤드(100)로부터 분사된 고온의 연소가스는 상기 냉각유체(W)와 혼합됨으로써 약 62℃로 냉각되고, 이에 따라 상기 연소가스의 열에 의한 상기 노즐부(300)의 손상을 방지할 수 있게 된다.The
일 예로, 본 발명에 따른 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기(1000)는 도 6에 도시한 고공환경을 모사하는 로켓엔진에 구비된다.For example, the
먼저, 도 6의 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기(이하, 증기발생기(1000))가 구비된 고공환경을 모사하는 로켓엔진은 시험 대상체가 되는 엔진(2000), 고공환경을 조성하는 초음속 디퓨저(3000), 초음속 디퓨저(3000)로부터 전달되는 배기가스를 냉각하는 열교환기(4000), 열교환기(4000)와 연결되어 본 발명에 따른 증기발생기(1000)가 장착되는 이젝터 챔버(5000) 및 이젝터 챔버(5000)와 연결되어 본 발명에 따른 증기발생기(1000)로부터 생성되는 증기를 통해 초음속 디퓨저(3000) 및 초음속 디퓨저(3000) 후단의 저압환경을 구현하고, 초음속 디퓨저(3000)의 시동압력에 영향을 미치는 이젝터(6000)를 포함한다.First, a rocket engine that simulates a high-altitude environment equipped with a steam generator (hereinafter, referred to as a steam generator 1000) having a cooling fluid injection portion having an excellent mixing performance with the combustion gas of FIG. 6 includes an
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 증기발생기(1000)는 열교환기 후단에 위치하여 열교환기(4000)와 연결되는 이젝터 챔버(5000)와 결합되고, 본 발명의 증기발생기(1000)가 증기를 원활히 생성함으로써 이젝터(6000)에서 주유동의 모멘텀을 원활하게 발생시킬 수 있도록 한다.6, the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such variations are within the scope of the present invention.
100: 분사헤드
110: 분사기
200: 냉각관
300: 노즐부
400: 냉각유체 분사부
410: 제1 냉각유체 분사부
420: 제2 냉각유체 분사부
500: 중간 매니폴드
1000: 증기발생기
2000: 엔진
3000: 초음속 디퓨저
4000: 열교환기
5000: 이젝터 챔버
6000: 이젝터100: injection head
110: Injector
200: cooling pipe
300:
400: cooling fluid jetting part
410: first cooling fluid ejecting part
420: second cooling fluid injection part
500: intermediate manifold
1000: Steam generator
2000: Engine
3000: Supersonic diffuser
4000: heat exchanger
5000: ejector chamber
6000: Ejector
Claims (3)
전단이 상기 분사헤드와 결합되며, 상기 분사헤드로부터 분사되는 상기 연소가스가 이동 및 냉각되는 냉각관;
상기 냉각관의 내주면을 따라 배치되며, 상기 연소가스와 혼합되어 상기 연소가스를 냉각시키는 냉각유체가 분사되는 냉각유체 분사부;
상기 냉각관 후단에 배치되어, 상기 냉각관에서 혼합된 상기 연소가스와 상기 냉각유체가 분사되는 노즐부;를 포함하며,
상기 냉각유체 분사부는,
상기 냉각관의 길이방향과 평행한 분사각도를 가지는 제1 냉각유체 분사부; 및
상기 냉각관의 길이방향으로부터 25°내지 35°의 분사각도를 가지는 제2 냉각유체 분사부;를 포함하며,
상기 제1 냉각유체 분사부와 상기 제2 냉각유체 분사부는 일정한 배열에 따라 교대로 배치되고,
상기 제2 냉각유체 분사부 사이에 2개의 제1 냉각유체 분사부가 배치되는 것을 특징으로 하는 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기.An injection head for injecting a high temperature combustion gas;
A cooling tube in which a front end is coupled to the injection head and in which the combustion gas injected from the injection head is moved and cooled;
A cooling fluid injecting portion disposed along an inner circumferential surface of the cooling pipe and being mixed with the combustion gas to inject a cooling fluid for cooling the combustion gas;
And a nozzle portion disposed at a downstream end of the cooling pipe and through which the combustion gas mixed in the cooling pipe and the cooling fluid are injected,
Wherein the cooling fluid injector comprises:
A first cooling fluid ejecting part having an ejecting angle parallel to the longitudinal direction of the cooling tube; And
And a second cooling fluid ejecting part having an ejecting angle of 25 to 35 degrees from the longitudinal direction of the cooling tube,
Wherein the first cooling fluid ejecting portion and the second cooling fluid ejecting portion are alternately arranged according to a predetermined arrangement,
And two first cooling fluid injection portions are disposed between the second cooling fluid injection portions, wherein the first cooling fluid injection portion is disposed between the first cooling fluid injection portion and the second cooling fluid injection portion.
상기 제2 냉각유체 분사부 사이에 나란히 배치된 상기 제1 냉각유체 분사부로부터 분사되는 냉각유체가 중첩되지 않도록 각각의 상기 제1 냉각유체 분사부를 회전시켜 상기 냉각유체의 분사각도 조절이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기.
The method according to claim 1,
So that the cooling fluid injected from the first cooling fluid injecting portion arranged side by side between the second cooling fluid injecting portions is not overlapped with each other so that the injection angle of the cooling fluid can be adjusted by rotating each of the first cooling fluid injecting portions And a cooling fluid injecting section for mixing the combustion gas with the combustion gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170102084A KR101925015B1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170102084A KR101925015B1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101925015B1 true KR101925015B1 (en) | 2018-12-05 |
Family
ID=64744041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170102084A KR101925015B1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101925015B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220118604A (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-26 | 국방과학연구소 | Steam generator and calculating method of moving distance of weight using the same |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101411533B1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-06-25 | 삼성중공업 주식회사 | Pipe structure and liquefied natural gas storage tank having the same |
-
2017
- 2017-08-11 KR KR1020170102084A patent/KR101925015B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101411533B1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-06-25 | 삼성중공업 주식회사 | Pipe structure and liquefied natural gas storage tank having the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220118604A (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-26 | 국방과학연구소 | Steam generator and calculating method of moving distance of weight using the same |
KR102466529B1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-11-11 | 국방과학연구소 | Calculating method of moving distance of weight using steam generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6679048B1 (en) | Apparatus and method for controlling primary fluid flow using secondary fluid flow injection | |
US20140196460A1 (en) | Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet | |
US7703274B2 (en) | Pintle injector | |
CZ20013525A3 (en) | Combined system for cooling by water injection and washing of a gas turbine compressor | |
JP2005517862A (en) | Ejector base engine | |
US20180347470A1 (en) | Cavity swirl fuel injector for an augmentor section of a gas turbine engine | |
US10876478B2 (en) | Fuel injection apparatus for gas turbine | |
US11543130B1 (en) | Passive secondary air assist nozzles | |
RU2572261C2 (en) | Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber | |
KR101925015B1 (en) | Steam generator with excellent mixing ability with combustion gas | |
KR101631891B1 (en) | Pintle-Swirl hybrid injection device | |
EP3098515B1 (en) | Jet engine, flying body, and method for operating a jet engine | |
CN111594346A (en) | Mesoscale rocket-based combined cycle engine | |
US6351939B1 (en) | Swirling, impinging sheet injector | |
US20210148321A1 (en) | Liquid atomizing nozzle insert with colliding jets | |
US5202525A (en) | Scramjet engine having improved fuel/air mixing | |
US5680765A (en) | Lean direct wall fuel injection method and devices | |
US6067790A (en) | Lean direct wall fuel injection method and devices | |
CN108999726B (en) | Ramjet engine with liquid aviation kerosene atomized at high speed in advance | |
CN206771335U (en) | For improving the liquid fuel injection device of jet penetration | |
US20210190012A1 (en) | Propulsion device for liquid propellant rocket engine | |
CN111577485B (en) | Liquid engine noise reduction device and liquid engine test device | |
RU2680781C1 (en) | Turbojet engine afterburner combustion chamber combustion zone stabilization method and the turbojet engine afterburner combustion chamber | |
US2754655A (en) | Thrust cylinder with integrated turbine | |
RU2618986C1 (en) | Stand for high-rise test of solid fuel rocket engines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |