KR101986499B1 - 고온 가스 유량 조절용 가스 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고체 추진제의 연소에 의하여 가스를 발생하는 가스발생부, 상기 가스발생부에 연결된 가스배출관으로 배출되는 상기 가스를 연소실로 분사하는 분사부 및 상기 가스배출관에 설치되며, 상기 연소실로 배출되는 상기 가스의 배출양이가변되게 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 고온가스밸브부를 포함하는 유량 조절용 가스 발생기를 제공한다.

Description

고온 가스 유량 조절용 가스 발생기{Gas Generator for Adjusting Gas Flow-Rate}
본 발명은 가스 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고체 추진제의 점화에 의해 발생된 연료용 연소 가스의 배출양을 가변시켜 연소실로 공급하기 용이한 유량 조절용 가스 발생기에 관한 것이다.
일반적으로 고온/고압 가스 조절을 수행하는 장치는 가스의 흐름을 온 또는 오프할 수 있는 탭형식 또는 핀틀형식의 마개를 적용한다.
여기서, 온-오프형 개폐 밸브는 가스 유량 조절이 어렵다. 예를 들어, 핀틀형 밸브는 가스 유량 조절이 가능하지만, 핀틀 등 작동부의 대부분은 미세 입자 등이 포함된 고온/고압 가스에 노출되어 열 구조적으로 고가의 소재를 사용하고 입자의 침적으로 인한 작동에 장애가 될 가능성 있다.
램제트의 일종인 덕티드로켓은 가스발생기로부터 고체 추진제를 불완전 연소시켜 램제트 연소실로 분사시켜 공기흡입구로 들어오는 고온/고압 공기와 혼합 연소되어 추력을 생성한다. 이에 덕티드 로켓 작동을 위한 연료공급장치로 가스발생기와 연소실로 유입되는 미연소 가스의 질량유량이 성능에 중요한 영향을 미친다.
가스발생기로부터 생성되는 미연소 가스의 유량조절은 고온/고압의 열적/구조적 특성을 갖는 연소가스를 일반 유량 조절용 밸브로 조절하기에 감당하기가 어렵고 별도의 조절 밸브장치 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 고체 추진제의 점화에 의해 발생된 가스의 배출양을 가변시켜 연소실로 공급하기 용이한 가스 발생기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 고온/고압의 가스 배출양을 가변시키며 장시간 사용할 수 있는 유량 조절용 가스 발생기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유량 조절용 가스 발생기는, 고체 추진제의 연소에 의하여 가스를 발생하는 가스발생부, 상기 가스발생부에 연결된 가스배출관으로 배출되는 상기 가스를 연소실로 분사하는 분사부 및 상기 가스배출관에 설치되며, 상기 연소실로 배출되는 상기 가스의 배출양이 가변되게 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 고온가스밸브부를 포함할 수 있다.
상기 가스발생부는, 상기 고체 추진제의 점화를 위해 착화열을 제공하는 착화기 및 상기 착화열에 의해 점화팰랫이 점화하여 화염을 발생시켜 상기 고체 추진제를 점화하는 점화기를 포함할 수 있다.
상기 점화기는, 상기 가스발생부의 내부에 배치되며 원주환 형상을 가질 수 있다.
상기 착화기는, 전기 에너지 공급을 위하여 상기 가스발생부의 외부에 노출되며, 상기 점화기로 상기 착화열을 발생시킬 수 있다.
상기 고온가스밸브부는, 상기 가스배출관에 설치된 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체 내에서 상하로 이동하여 상기 가스의 배출양이 가변되게 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 밸브용 플런저 및 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 조절용 기어를 포함할 수 있다.
상기 밸브용 플런저는, 상기 조절용 기어의 회전 시 상기 밸브 몸체 내에서 상하로 이동되게 래크 형식으로 형성될 수 있다.
상기 밸브용 플런저는, 고온 내열소재인 TZM(Titanium Zirconium Molybdenum)소재로 형성될 수 있다.
상기 조절용 기어는, 상기 밸브용 플런저의 이탈을 방지하는 스토퍼가 형성될 수 있다.
상기 고온가스밸브부는, 상기 조절용 기어를 회전시키는 BLDC(Brushless Direct Current)형 조절 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 발생기는, 가스발생부에서 발생된 고온/고압의 미연소 가스에 따른 열구조적 하중이 많이 부여되는 부분을 최소화하여 고온가스밸브부의 작동 신뢰성 및 구조적 강건성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 유량 조절용 가스 발생기는, 가스배출관의 개도량을 조절하여 연소실로 공급되는 미연소 가스의 배출량을 가변시킬 수 있는 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 실시 예에 따른 덕티드 로켓을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 가스 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 가스 발생기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 연소관 케이스를 나타낸 단면 사시도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 착화기 및 점화기를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 3에 나타낸 고온가스밸브부를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 3에 나타낸 고온가스밸브부와 가스개폐기를 나타낸 결합 사시도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절용 가스발생기에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 실시 예에 따른 덕티드 로켓을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 덕티드 로켓(1)은 공기흡입구(10), 연소실(20), 노즐(30) 및 가스발생기(100)를 포함할 수 있다.
먼저, 덕티드 로켓(1)은 마하 2~3 이상의 고속을 발휘하도록 개발된 램제트(Ramjet) 기관의 일종으로 일반적인 공기 흡입식 엔진과 같이 공기흡입구(10)를 통해 공기를 흡입하여 압축한 이후, 연료와 혼합하여 연소시킨 가스를 노즐(30)을 통해 고속으로 배출하면서 추력을 얻는 로켓이다.
덕티드 로켓(1)은 공기흡입구(10)를 통해 흡입한 공기를 터빈엔진의 압축기와 같은 회전부품을 사용하지 않고, 공기흡입구의 기하학적인 형상만을 사용하여 공기를 압축하므로 구조가 단순하고 경량화가 가능한 특징이 있다.
가스발생기(100)에 대한 자세한 설명은 도 2 및 도 3에서 후술하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 발생기(100)는 가스발생부(110), 고온가스밸브부(130) 및 분사부(150)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 가스 발생기(100)는 고체 추진제의 연소에 의해 고온고압의 연소가능 미연가스를 연소실로 공급하여 비행체 외부로부터 공기 흡입구로 유입되는 공기와 혼합 재 연소시켜 추진기관의 추력을 생성하기 위한 연료 공급장치로 그 기능을 갖는다.
먼저, 가스발생부(110)는 고체 추진체(112), 점화기(114), 착화기(116) 및 연소관 케이스(118)를 포함할 수 있다.
고체 추진제(112)는 충전율을 높이기 위해 주로 엔드 버닝(end burning) 형태로 단순한 추진제 형상을 가질 수 있다.
점화기(114)는 연소관 케이스(118) 내부에 배치되며 추진제의 점화 연소를 용이하게 하기 위해 원주환 형상을 가지고 형성될 수 있다. 또한, 점화기(114)는 내부에 포함된 점화팰랫이 점화하여 화염을 발생시켜 고체 추진제(112)를 점화할 수 있다.
여기서, 점화기(114)는 고체 추진제(112)의 장기간 연소를 견기기 위하여 내열성이 좋은 카보-페놀 소재로 형성될 수 있다.
착화기(116)는 고체 추진제(112)의 점화를 위해 점화기(114)로 전기적 에너지로부터 착화열을 발생시킬 수 있다. 또한, 착화기(116)는 외부 전원과 연결을 위해 연소관 케이스(118)의 외부로 노출될 수 있다.
연소관 케이스(118)는 고체 추진체(112), 점화기(114) 및 착화기(116) 중 적어도 하나를 수용할 수 있다. 또한, 연소관 케이스(118)는 고체 추진제(112)의 연소시 발생되는 고온을 견디기 위하여 내열고무 및 라이너가 설치될 수 있다.
고온가스밸브부(130)는 가스발생부(110)에서 발생된 미연소 가스(이하, '가스'로 칭함)를 배출하는 가스배출관(120)과 분사부(150) 사이에 연결될 수 있다.
이때, 고온가스밸브부(130)는 밸브 몸체(132), 밸브용 플런저(134), 조절용 기어(136) 및 조절 모터(138)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 고온가스밸브부(130)는 가스배출관(120)의 상부 및 하부 각각에 밸브 몸체(132), 밸브용 플런저(134), 조절용 기어(136) 및 조절 모터(138)를 포함할 수 있다.
먼저, 밸브 몸체(132)는 가스배출관(120)에 형성되어 가스를 통과시키는 관의 상부 및 하부 각각에 고정되며, 밸브용 플런저(134)가 상, 하 방향으로 이동되게 서포터 역할을 할 수 있다.
밸브용 플런저(134)는 밸브 몸체(132) 내에서 상, 하 방향으로 이동하여 가스배출관(120)의 개도량을 조절하여, 가스발생부(110)에서 발생된 가스의 배출량을 가변시킬 수 있다.
즉, 가스배출관(120)의 상, 하부에 설치된 밸브용 플런저(134)는 서로 반대되는 상, 하 방향으로 이동하여 가스배출관(120)을 개폐하거나, 또는 개도량을 조절할 수 있다.
밸브용 플런저(134)는 고온 내열소재인 TZM소재로 래크 형식으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
조절용 기어(136)는 조절 모터(138)의 회전에 대응되게 회전하여, 결합된 밸브용 플런저(134)를 상, 하 방향으로 이동시킬 수 있다.
조절용 기어(136)는 밸브용 플런저(134)의 이탈을 방지하는 스토퍼(미도시)가 형성될 수 있다.
조절 모터(138)는 외부에서 입력된 신호에 따라 회전하는 스텝 모터일 수 있으며, 조절용 기어(136)를 회전시킬 수 있다.
분사부(150)는 가스배출관(120)에 연결되고 가스배출관(120)에서 배출되는 가스를 연소실(20)로 분사할 수 있다. 즉, 분사부(150)는 가스배출관(120)에서 배출되는 가스를 소정의 공간에 모은 후 분사하는 방식으로 여러 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 4는 도 3에 나타낸 연소관 케이스를 나타낸 단면 사시도, 도 5는 도 3에 나타낸 착화기 및 점화기를 나타낸 사시도, 도 6은 도 3에 나타낸 고온가스밸브부를 나타낸 사시도, 및 도 7은 도 3에 나타낸 고온가스밸브부, 가스배출관 및 분사부를 나타낸 결합 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가스발생부(110)에 포함된 연소관 케이스(118)는 고체 추진제(112), 점화기(114) 및 착화기(116)가 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.
여기서, 연소관 케이스(118)는 점화기(114)와 착화기(116)가 외부에서 삽입되어 점화기(114)와 연결되도록 연결공(h1)이 형성될 수 있다.
또한, 연소관 케이스(118)는 상술한 가스배출관(120)과 연결되는 배출공(h2)이 형성될 수 있다.
점화기(114)에는 점화팰렛이 삽입되며, 외부 전원 공급에 의한 착화기(116)에서 발생된 착화열에 의해 점화팰렛이 점화되도록 할 수 있다.
먼저, 도 6은 고온가스밸브부(130)의 결합을 나타낸다.
즉, 고온가스밸브부(130)는 가스배출관(120)의 서로 대칭되는 상부 및 하부에 설치되는 밸브 몸체(132), 밸브용 플런저(134), 조절용 기어(136) 및 조절 모터(138)를 포함할 수 있다.
밸브 몸체(132), 밸브용 플런저(134), 조절용 기어(136) 및 조절 모터(138)는 도 3에서 상술한 바 설명을 생략한다.
도 7은 고온가스밸브부(130), 가스배출관(120) 및 분사부(150)가 서로 결합된 형태를 나타낸다.
여기서, 분사부(150)는 고온가스밸브부(130)의 동작에 의해 가스배출관(120)에서 공급되는 가스를 분사홀(h3)을 통하여 분사할 수 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 가스발생기
110: 가스발생부
130: 고온가스밸브부
150: 분사부

Claims (9)

  1. 고체 추진제의 연소에 의하여 가스를 발생하는 가스발생부;
    상기 가스발생부에 연결된 가스배출관으로 배출되는 상기 가스를 연소실로 분사하는 분사부; 및
    상기 가스배출관에 설치되며, 상기 연소실로 배출되는 상기 가스의 배출양이 가변되게 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 고온가스밸브부를 포함하며,
    상기 가스발생부는,
    상기 고체 추진제의 점화를 위해 착화열을 제공하는 착화기;
    상기 착화열에 의해 점화팰랫이 점화하여 화염을 발생시켜 상기 고체 추진제를 점화하는 점화기를 포함하고,
    상기 착화기는, 상기 가스발생부의 외부에 노출되며, 상기 점화기로 상기 착화열을 발생시키는 유량 조절용 가스 발생기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화기는,
    상기 가스발생부의 내부에 배치되며 원주환 형상을 가지는,
    유량 조절용 가스 발생기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온가스밸브부는,
    상기 가스배출관에 설치된 밸브 몸체;
    상기 밸브 몸체 내에서 상하로 이동하여 상기 가스의 배출양이 가변되게 상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 밸브용 플런저; 및
    상기 가스배출관의 개도량을 조절하는 조절용 기어를 포함하는,
    유량 조절용 가스 발생기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브용 플런저는,
    상기 조절용 기어의 회전 시 상기 밸브 몸체 내에서 상하로 이동되게 래크 형식으로 형성된,
    유량 조절용 가스 발생기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브용 플런저는,
    고온 내열소재인 TZM(Titanium Zirconium Molybdenum)소재로 형성된,
    유량 조절용 가스 발생기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 조절용 기어는,
    상기 밸브용 플런저의 이탈을 방지하는 스토퍼가 형성된,
    유량 조절용 가스 발생기.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 고온가스밸브부는,
    상기 조절용 기어를 회전시키는 BLDC(Brushless Direct Current)형 조절 모터를 더 포함하는,
    유량 조절용 가스 발생기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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