KR102166170B1 - shear injector - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동축 전단형 인젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정성을 보완하고, 효율을 높인 동축 전단형 인젝터에 관한 것이다.The present invention relates to a coaxial shear-type injector, and more particularly, to a coaxial shear-type injector with improved stability and increased efficiency.
본 발명은 액체로켓엔진에서 연소실로 혼합기를 공급하는 인젝터에 관한 것으로서, 일반적으로 액체추진로켓은 액체추진제를 혼합기를 통해 분사/혼합한 후 연소실에서 연소시켜 발생된 연소가스의 압축 팽창으로 추력을 얻게 되는데, 추진제의 분사/혼합의 정도가 엔진의 성능을 좌우한다고 하여도 과며 추진제의 분사/혼합을 위해 인젝터를 사용하게 되는 것이다.The present invention relates to an injector that supplies a mixer from a liquid rocket engine to a combustion chamber.In general, a liquid propulsion rocket injects/mixes a liquid propellant through a mixer and then burns it in a combustion chamber to obtain thrust through compression and expansion of the combustion gas generated. However, even if the degree of injection/mixing of the propellant influences the performance of the engine, it is excessive, and an injector is used for injection/mixing of the propellant.
이에 통상적으로 혼합기는 많은 수의 인젝터가 장착되어 있으며, 이러한 인젝터의 고효율 설계를 통하여 연소능력의 향상 및 엔진 성능을 높일 수 있다. 이러한 인젝터의 설계기술은 수많은 시험과 경험을 통하여 얻을 수 있으며, 우주개발 선진국의 기존 인젝터는 엔진의 규모 및 인젝터 형식이 상이할 뿐 아니라 기술이전의 회피로 인하여 독자기술의 개발이 절실한 상황이다.Thus, a mixer is typically equipped with a large number of injectors, and through a high-efficiency design of such an injector, it is possible to improve combustion capacity and improve engine performance. The design technology of these injectors can be obtained through numerous tests and experiences, and the existing injectors of advanced countries in space development have different engine sizes and injector types, and the development of their own technologies is urgently due to avoidance of technology transfer.
그러나 종래의 동축 전단 인젝터는 액체가 유동하는 포스트와 기체가 유동하는 공간을 형성하는 하우징을 연결하는 파일론의 길이가 전체 포스트와 하우징 길이에 비해 짧기 때문에 강한 압력으로 분사되는 액체 및 기체와 부딪히는 포스트 벽면에 외팔보 진동이 크게 발생하였다. 이에 따라 인젝터의 내구성이 낮았으며 장기간 사용에 문제가 있었다. 또한, 미립화 효율도 떨어지게 되었다.However, in the conventional coaxial shear injector, the length of the pylon that connects the post through which the liquid flows and the housing that forms the space through which the gas flows is shorter than the length of the entire post and the housing, so that the wall surface of the post colliding with liquid and gas injected with strong pressure. The cantilever vibration occurred greatly in Accordingly, the durability of the injector was low, and there was a problem in long-term use. In addition, the atomization efficiency also fell.
그리고 종래의 유체에 회전을 가하는 동축 전단 인젝터의 경우는 액체의 유입 방향을 포스트의 유로 중심에서 일정 간격 이격시킴으로써 액체에만 회전력을 가하였지만, 기체와 액체에 모두 회전을 가하는 경우에 비해 미립화 효율이 다소 낮다는 문제점이 있었다.In the case of the conventional coaxial shear injector, which rotates the fluid, the rotational force is applied only to the liquid by separating the liquid inflow direction from the center of the flow path of the post, but the atomization efficiency is somewhat compared to the case where rotation is applied to both gas and liquid. There was a problem of being low.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 파일론이 포스트의 전면을 차지하도록 길게 설치하여 진동발생을 최소화할 수 있는 동축 전단 인젝터를 제공함에 있다.The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a coaxial shear injector capable of minimizing the occurrence of vibration by installing a long pylon to occupy the front surface of a post.
또한, 액체연료가 공급되는 홀이 포스트의 유로 중심에서 일정 간격 이격되어 배치되도록 하고, 액체연료가 공급되는 홀의 형상이 중심축에서 멀어질수록 면적이 증가하는 다각형으로 하여 액체에 원심력이 크게 작용하도록 함으로써 액체연료에 회전을 보다 효율적으로 줄 수 있는 동축 전단 인젝터를 제공함에 있다.In addition, the holes supplied with the liquid fuel are arranged to be spaced apart from the center of the flow path of the post, and the shape of the hole supplied with the liquid fuel is a polygon whose area increases as the distance from the central axis increases, so that a large centrifugal force acts on the liquid. By doing so, it is to provide a coaxial shear injector that can more efficiently give rotation to liquid fuel.
또한, 기체가 배출되는 배출구 인근에서 포스트에 날개를 배치하여 액체연료와 반대방향으로 기체에 회전을 줄 수 있는 동축 전단 인젝터를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a coaxial shear injector capable of giving rotation to the gas in the opposite direction to the liquid fuel by arranging a wing on the post near the outlet from which gas is discharged.
또한, 3d 프린터를 이용하여 복잡한 형태(다각형 홀, 길쭉한 형상의 파일론, 날개가 부착된 포스트 등)의 구조물을 하나의 부품으로 제작하여 안정성을 높일 수 있는 동축 전단 인젝터를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a coaxial shear injector capable of enhancing stability by fabricating a structure of a complex shape (polygonal hole, elongated pylon, post with wings, etc.) using a 3D printer as a single component.
본 발명의 동축 전단형 인젝터는 액체연료를 미립화 시키기 위한 것으로 액체연료와 기체가 유동하는 축을 유동축이라 할 때, 내부에 기체가 유동하는 파이프인 하우징(300), 상기 하우징(300)의 내부에 배치되는 내부에 액체가 유동하는 파이프인 포스트(200), 상기 하우징(300)과 포스트(200)를 연결하는 파일론(100), 상기 포스트(200)의 타단부 측면에 형성되는 진동방지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The coaxial shear type injector of the present invention is for atomizing liquid fuel. When the axis in which liquid fuel and gas flow is referred to as a flow axis, the
또한, 상기 하우징(300)은,In addition, the
일단에 기체 유입홀(310)이 형성되며 일정한 내경을 가지는 유입구간(321)과,내경이 감소하는 유속 증가구간(322)과,타단에 기체 배출홀(330)이 형성되며 상기 유입구간(321)보다 작은 일정한 내경을 가지는 배출구간(323)을 포함하며,측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 하우징 액체 유입홀(340)이 한개 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.A
또한, 상기 포스트(200)는,In addition, the
일단이 외부로부터 막혀 있고, 타단에 포스트 액체 배출홀(210)이 형성 되고,타단부가 상기 배출구간(323)의 내에 일정간격 이격되어 끼워지며 측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 포스트 액체 유입홀(210)이 형성되는 것을 특징으로 한다.One end is blocked from the outside, a post
또한, 상기 파일론 액체 유입홀(110)은, In addition, the pylon
상기 포스트 액체 유입홀(210) 및 상기 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하도록 형성되는 파일론 액체 직선 유입홀(110a)인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is a pylon liquid
또한, 상기 진동방지수단은 상기 파일론(100)이 상기 유입구간(321)의 외부로 연장된 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration preventing means is characterized in that the
또한, 상기 파일론 액체 유입홀(110)은, 상기 포스트 액체 유입홀(210) 및 상기 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하도록 형성되며, 상기 파일론 액체 유입 홀(110)의 형상은 중심에서 멀어질수록 면적이 넓어지는 다각형 형태인 파일론 액체 회전 유입홀(110b)인 것을 특징으로 한다.In addition, the pylon
또한, 상기 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 상기 포스트 액체 유입홀(210), 상기 하우징 액체 유입홀(340)은 상기 기체의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 액체연료에 일정한 방향으로 회전을 주도록 상기 유동축으로부터 반경 방향으로 일정 간격 이격된 위치에 상기 유동축과 수직을 이루도록 일직선으로 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the pylon liquid
또한, 상기 진동방지수단은 상기 기체가 일정한 방향으로 회전하도록 하는 기체 회전 수단(220)인 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration preventing means is characterized in that the gas rotating means 220 to rotate the gas in a certain direction.
또한, 상기 기체 회전수단(220)은 날개(221)인 것을 특징으로 한다.In addition, the gas rotating means 220 is characterized in that the blade (221).
또한, 상기 날개(221)는 상기 포스트(200)에 결합되는 면인 날개 포스트 결합면(221b)을 포함하고, 상기 날개 포스트 결합면(221b)과 마주보는 면이자 상기 하우징(300)의 내부 면과 접촉하는 면인 날개 하우징 접촉면(221a)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 날개 하우징 접촉면(221a)은 상기 날개 포스트 결합면(221b)과 동일한 형태를 가지며, 상기 유동축을 기준으로 0도 이상 위상차가 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the wing
또한, 상기 날개(221)는 상기 날개 하우징 접촉면(221a)과 상기 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 상기 날개 너비면(221c)에는 불규칙적인 요철이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 날개(221)는 상기 날개 하우징 접촉면(221a)과 상기 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 상기 날개 너비면(222c)에는 무작위로 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 하우징(300)과, 상기 포스트(200)와, 상기 파일론(100)은 각각 하나의 부품으로 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
도 1은 본 발명의 동축 전단 인젝터의 축 방향 단면도이다.
도 2는 본 발명의 동축 전단 인젝터의 하우징을 도시한 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 동축 전단 인젝터의 포스트와 파일론을 도시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 1 실시 예의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 2 실시 예의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 2 실시 예의 반경방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 2 실시 예의 파일론 액체 회전 유입홀을 도시한 부분사시도이다.
도 8은 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 2 실시 예의 내부사시도이다.
도 9는 본 발명의 동축 전단 인젝터의 제 2 실시 예에서 추진제가 서로 엇갈린 방향으로 회전하면서 미립화되는 것을 보여주는 부분사시도이다.1 is an axial cross-sectional view of a coaxial shear injector of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view showing the housing of the coaxial shear injector of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a post and a pylon of the coaxial shear injector of the present invention.
4 is a perspective view of a first embodiment of the coaxial shear injector of the present invention.
5 is a perspective view of a second embodiment of the coaxial shear injector of the present invention.
6 is a radial cross-sectional view of a second embodiment of the coaxial shear injector of the present invention.
7 is a partial perspective view showing a pylon liquid rotation inlet hole of a second embodiment of the coaxial front end injector of the present invention.
8 is an internal perspective view of a second embodiment of the coaxial shear injector of the present invention.
9 is a partial perspective view showing that the propellant is atomized while rotating in a staggered direction in the second embodiment of the coaxial shear injector of the present invention.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 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 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so that they can be replaced at the time of the present application. It should be understood that there may be various variations.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. The accompanying drawings are only an example shown to describe the technical idea of the present invention in more detail, so the technical idea of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.
이하로, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)의 기본 구성과 각 구성의 형태 및 역할에 대해 설명한다. Hereinafter, the basic configuration of the
도 1에 도시된 액체연료를 미립화 시키기 위한 동축 전단형 인젝터(1000)는 액체연료와 기체가 일정한 축을 기준으로 동일한 방향으로 유동하는데, 이하로, 액체연료와 기체가 유동하는 축을 유동축이라 명명하기로 하며, 액체연료와 기체가 유입되는 쪽을 일측, 액체연료와 기체가 토출되는 쪽을 타측으로 명명하기로 한다. 후술할 동축 전단형 인젝터(1000)의 구성들은 상기 유동축을 기준으로 배치되는 것이 바람직하다. In the coaxial
본 발명의 동축 전단형 인젝터(1000)는 하우징(300)을 포함하는데, 도 2를 참조하여 하우징(300)의 형태 및 구성을 설명하면, 하우징(300)은 내부에 기체가 유동하는 파이프로, 내부면의 형태에 따라 크게 3개의 구간으로 나누어질 수 있다. 이 3개의 구간은 각각 유입구간(321), 유속 증가구간(322), 배출구간(323)이다.The coaxial
각각의 구간에 대해 자세히 설명하면, 유입구간(321)은 일단에 기체 유입홀(310)이 형성되며 일정한 내경을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 유속 증가구간(322)은 일단이 유입구간(321)의 타단과 연결되고, 타단으로 갈수록 내경이 감소하도록 형성되는 것이 바람직하다. 마지막으로 배출구간(323)은 일단이 유속 증가구간(322)의 타단과 연결되고 타단에 기체 배출홀(330)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유입구간(321)보다 작은 일정한 내경을 가지는 것이 바람직하다.In detail for each section, the
상술한 바와 같이 하우징(300)은 내부 면이 그 형태에 따라 나누어진 구간인 유입구간(321), 유속 증가구간(322), 배출구간(323)이 순차적으로 연결되어 이루어질 수 있다. 그리고 하우징(300)은 유입구간(321)의 일측 측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 하우징 액체 유입홀(340)이 한개 이상 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 하우징 액체 유입홀(340)은 상기 유동축을 중심으로 서로 일정한 각도를 이루는 위치에 위치할 수 있다.As described above, the
이하로, 도 3을 참조하여 포스트(200)와 파일론(100) 및 하우징(300)과의 연결관계에 대해 설명한다. 본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)는 포스트(200)를 포함할 수 있는데, 포스트(200)는 하우징(300)의 내부에 배치되고, 내부에 액체가 유동하고 외부에 기체가 유동하는 파이프로, 외경이 일정하게 형성되는 것이 바람직하다. 포스트(200)의 일단은 외부로부터 폐쇄되도록 형성될 수 있고, 타단은 배출구간(323)의 내에 끼워질 수 있는데, 이 때 배출구간(323)의 내경은 포스트(200)의 타단의 외경보다 미세하게 작도록 설계되는 것이 바람직하다.Hereinafter, a connection relationship between the
즉, 유입구간(321)에서는 하우징(300)의 내경과 포스트(200)의 외경 차이가 크므로 기체가 흐르는 유로는 보다 넓어 기체의 유속이 낮고, 유속 증가구간(322)에서는 하우징(300)의 내경과 포스트(200)의 외경 차이가 점차 감소하므로 기체의 유속이 높아지고, 배출구간(323)에서는 하우징(300)의 내경과 포스트(200)의 외경 간 차이가 미세하게 작으므로 기체는 매우 높은 유속으로 동축 전단 인젝터(1000)의 외부로 배출될 수 있게 되는 것이다.That is, in the
그리고 포스트(200)의 일측 측면에는 포스트 액체 배출홀(230)이 형성될 수 있다. 포스트(200)의 내경은 타측으로 갈수록 커질 수 있는데, 이는 포스트 액체 배출홀(230)에서 배출되는 액체 연료의 속도를 낮추어 미립화 효율을 높이기 위한 것이다.In addition, a post
그리고 포스트(200)의 일측 측면에는 외부로부터 액체를 유입 받는 포스트 액체 유입홀(210)이 형성될 수 있으며, 포스트 액체 유입홀(210)은 포스트(200)가 하우징(300)의 내부에 끼워질 때 하우징 액체 유입홀(340)과 대응되는 위치에 위치하는 것이 바람직하다.In addition, a post
또한, 본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)는 파일론(100)을 포함할 수 있는데, 파일론(100)은 하우징(300)과 포스트(200)를 연결하여 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 파일론(100)의 옆면에는 파일론 액체 유입홀(110)이 형성될 수 있는데. 파일론 액체 유입홀(110)은 포스트 액체 유입홀(210) 및 상기 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하여 액체 연료가 하우징(300)의 외부에서 포스트(200)의 내부로 연통되어 유입되도록 할 수 있다.In addition, the coaxial
또한, 파일론(100)의 형태는 유선형 또는 외부 유체의 저항을 최소한으로 받는 형태로 형성될 수 있다. 이는 파일론(100)의 외부에 흐르는 기체가 파일론(100)에 부딪혀 유속이 감소하게 되는 것을 최소화하기 위함이다.In addition, the shape of the
본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)는 포스트(200)의 타단부 측면에 형성되는 진동방지수단을 더 포함할 수 있다. 진동방지수단은 본 발명의 주요한 특징으로써 포스트(200)의 타단과 하우징(300)의 타단 간 격차(유속 증가구간(322)인 것이 바람직하다)를 메꾸는 수단일 수 있다.The
진동방지수단을 포함하는 이유는 동축 전단 인젝터(1000)가 액체연료를 미립화 시키는 것이 목적이니만큼 동축 전단 인젝터(1000)의 외부로 배출되는 액체연료와 기체의 유속이 매우 빠르고, 그에 따라 포스트(200)와 하우징(300)의 타단에 진동이 발생할 수 있기 때문이다. 이에 포스트(200)의 타단부 측면에 진동방지수단을 포함하여 진동으로 인한 포스트(200)와 하우징(300)간에 간섭을 최소화 하는 것이다. 진동이 최소화됨으로써 본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)는 안정성이 높아질 수 있고, 장기적으로 사용하기 용이할 수 있다.The reason for including the vibration preventing means is that the purpose of the
이하로, 진동방지수단의 각 실시 예에 대해 설명한다.Hereinafter, each embodiment of the vibration preventing means will be described.
상술했듯, 진동방지수단을 포함하는 이유는 동축 전단 인젝터(1000)가 액체연료를 미립화 시키는 것이 목적이니만큼 동축 전단 인젝터(1000)의 외부로 배출되는 액체연료와 기체의 유속이 매우 빠르고, 그에 따라 포스트(200)와 하우징(300)의 타단에 진동이 발생할 수 있기 때문이다. 이에 포스트(200)의 타단부 측면에 진동방지수단을 포함하여 진동으로 인한 포스트(200)와 하우징(300)간에 간섭을 최소화 하는 것이다. 진동이 최소화됨으로써 본 발명의 동축 전단 인젝터(1000)는 안정성이 높아질 수 있고, 장기적으로 사용하기 용이할 수 있다.As described above, the reason for including the vibration preventing means is that the purpose of the
이하로, 도 4를 참조하여 진동방지수단의 제 1 실시 예에 대해 설명한다.Hereinafter, a first embodiment of the vibration preventing means will be described with reference to FIG. 4.
진동방지수단의 제 1 실시 예는 진동방지수단이 파일론(100)이 연장되어 형성된 것이다. 보다 자세히, 진동방지수단의 제 1 실시 예에서 파일론(100)은 유입구간(321) 외부로 연장될 수 있다. 보다 바람직하게 파일론(100)의 타단은 유속 증가구간(322)에 위치할 수 있다. 즉 파일론(100)이 포스트(200)의 외측 면에 길게 형성되어 포스트(200)의 타단을 단단하게 지지하는 것이다. 이 때의 파일론 액체 유입홀(110)은 홀의 중심에 대칭되는 형상을 지니며 유입되는 액체에 회전을 가하지 않는 파일론 액체 직선 유입홀(110a) 인 것이 바람직하다.In the first embodiment of the vibration preventing means, the vibration preventing means is formed by extending the
추가로, 도면에 도시되지는 않았으나, 진동방지수단의 제 1 실시 예에서의 파일론(100)은 분할되어 포스트(200)의 일단 내지 타단에 존재할 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, the
이하로, 도 5 내지 도 8을 참조하여 진동방지수단의 제 2 실시 예에 대해 설명한다.Hereinafter, a second embodiment of the vibration preventing means will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
그리고 진동방지수단의 제 2 실시 예에서 진동방지수단은 기체가 일정한 방향으로 회전하도록 하는 기체 회전 수단(220)일 수 있다. 기체 회전 수단(220)을 포함하는 동축 전단 인젝터(1000)는 유입되는 기체와 액체 모두에 회전력을 가하여 미립화 효율을 높이는 것이 바람직하다. 즉, 기체 회전 수단(220)은 하우징(300)과 포스트(200) 간의 진동을 최소화 하여 동축 전단 인젝터(1000)의 안정성을 높이는 동시에 유입된 기체에 회전을 주어 미립화 효율도 높이는 것이다.In addition, in the second embodiment of the vibration preventing means, the vibration preventing means may be a gas rotating means 220 that allows the gas to rotate in a certain direction. It is preferable that the
이러한 기체 회전 수단은 도 5에 도시되어 있다. 기체 회전 수단(220)은 하우징(300)과 포스트(200)의 사이에 유동하는 기체에 일정한 방향으로 회전력을 제공하는 것이다. 회전하며 유동하는 기체는 액체 배출홀(230)에서 배출되는 액체 연료를 감싸면서 배출되기 때문에 동일 세기에서 액체 연료의 미립화 효율을 높일 수 있다. 기체 회전 수단(220)은 날개(221)일 수 있다.This gas rotation means is shown in FIG. 5. The gas rotation means 220 provides a rotational force in a predetermined direction to the gas flowing between the
기체 회전수단(220)이 날개(221)인 경우는 도 6 내지 7에 도시되어 있다. 이를 참조하여 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 날개(221)는 포스트(220)에 결합되는 면인 날개 포스트 결합면(221b)을 포함할 수 있으며, 날개 포스트 결합면(221b)과 마주보는 면이자 상기 하우징(300)의 내부 면과 접촉하는 면인 날개 하우징 접촉면(221a)을 포함할 수 있다. 날개 포스트 결합면(221b)과 날개 하우징 결합면(221a)은 길쭉한 형상일 수 있으며, 형상의 중심축이 유동축에 일정한 각도를 가지고 기울어진 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해 기체 유입홀(310)로부터 유입되던 기체는 날개(221)에 떨어져 날개(221)와 유동축 간의 각도 차에 의해 유로가 휘어지게 되고, 회전하면서 나선형으로 유동하여 기체 배출홀(330)로 배출될 수 있다.If the gas rotating means 220 is the
또한, 날개 하우징 접촉면(221a)은 날개 포스트 결합면(221b)과 동일한 형태를 가지는 것이 바람직하며, 서로 유동축을 기준으로 0도 이상 위상차가 있는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 날개 포스트 결합면(221b)의 형상의 중심축과 유동축 간 각도차가 a라 하면, 날개 하우징 결합면(221a)의 형상의 중심축과 유동축 간 각도 차는 a
또한, 날개(221)는 날개 하우징 접촉면(221a)과 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함할 수 있다. 상기 날개 너비면(221c)에는 불규칙적인 요철이 형성되거나 무작위로 돌기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 기체에는 와류가 형성될 수 있으며, 액체 연료의 미립화를 보다 효율적으로 할 수 있다.In addition, the
도 7을 참조하여 액체에 회전을 주기 위한 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)의 구조에 대해 설명하면, 파일론(100)에 형성되는 파일론 액체 회전 유입홀(110b)의 형태는 도 8에 도시된 바와 같이 홀의 중심, 즉 유입 축의 중심에서 멀어질수록 면적이 커지는 다각형 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 액체에 가해지는 원심력을 극대화 하여 액체에 회전이 보다 용이하게 가해지도록 하기 위함이다. Referring to FIG. 7, the structure of the pylon liquid
또한, 파일론(100)에 형성되는 파일론 액체 회전 유입홀(110b)과, 포스트(200)에 형성되는 포스트 액체 유입홀(210)과, 하우징(300)에 형성되는 하우징 액체 유입홀(340)은 기체의 회전 방향과 반대 방향으로 액체 연료에 일정한 방향으로 회전을 주도록, 즉 액체 연료가 기체의 회전방향과 반대로 포스트(200) 내부를 나선 형태로 회전하며 유동하도록 유동축으로부터 반경 방향으로 일정 간격 이격된 위치에 상기 원통의 중심축과 수직을 이루도록 일직선 방향으로 2개 이상 구비될 수 있다.In addition, the
파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)이 이와 같이 설치됨으로써 액체 연료는 포스트(200)의 내부 면과 충돌하면서 원심력이 가해질 수 있으며, 포스트(200)의 내부를 나선형으로 유동하게 된다.As the pylon liquid
위 문단에서는 액체 연료를 포스트(200)의 내부에서 회전시키기 위해 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)을 상기 유동축으로부터 반경 방향으로 일정 간격 이격되고 상기 원통의 중심축과 수직을 이루도록 일직선 방향으로 2개 이상 구비되도록 배치하여 액체 연료에 원심력을 가하였다. 이와 동일한 맥락으로, 액체 연료에 가해지는 원심력을 극대화하기 위해 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)의 형태는 원형이 아닐 수 있다. 유로의 중심, 즉 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)의 중심에서 멀수록 유로 단면적이 넓어지도록 홀의 형상을 제한할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)의 형상은 다각형일 수 있다.In the above paragraph, in order to rotate the liquid fuel inside the
본 발명의 동축 전단 인젝터(1000) 진동방지수단의 제 2 실시 예인 기체 회전수단(220)이 적용되고, 상술한 대로 파일론 액체 유입홀(110), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)이 배치되면, 도 9에 도시된 바와 같이 동축 전단 인젝터(1000)에서 토출되는 액체연료와 기체가 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라 액체연료의 미립화 효율이 종래의 것보다 더욱 높아질 수 있다.The gas rotating means 220, which is a second embodiment of the vibration preventing means of the coaxial
이하로, 상술한 동축 전단형 인젝터(1000)를 실제에 적용할 경우에 대해 설명한다.Hereinafter, a case where the above-described coaxial
설명의 용이함을 더하기 위해 상술한 본 발명의 동축 전단형 인젝터(1000)의 형태에 대해 정리하자면, 본 발명의 동축 전단형 인젝터(1000)는 내부에 기체가 유동하는 파이프인 하우징(300), 하우징(300)의 내부에 배치되는 내부에 액체가 유동하는 파이프인 포스트(200), 하우징(300)과 포스트(200)를 연결하는 파일론(100), 포스트(200)의 타단부 측면에 형성되는 진동방지수단을 포함할 수 있다.To sum up the shape of the coaxial
또한, 하우징(300)은 일단에 기체 유입홀(310)이 형성되며 일정한 내경을 가지는 유입구간(321)과, 내경이 감소하는 유속 증가구간(322)과, 타단에 기체 배출홀(330)이 형성되며 유입구간(321)보다 작은 일정한 내경을 가지는 배출구간(323)을 포함하며, 측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 하우징 액체 유입홀(340)이 한개 이상 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 진동방지수단이자 기체 회전수단(220)은 날개(221)이며, 날개(221)는 포스트(220)에 결합되는 면인 날개 포스트 결합면(221b)을 포함하고, 날개 포스트 결합면(221b)과 마주보는 면이자 하우징(300)의 내부 면과 접촉하는 면인 날개 하우징 접촉면(221a)을 포함하며, 날개 하우징 접촉면(221a)은 날개 포스트 결합면(221b)과 동일한 형태를 가지며, 유동축을 기준으로 0도 이상 위상차가 있을 수 있다.In addition, the vibration preventing means and the gas rotating means 220 is a
또한, 날개(221)는 날개 하우징 접촉면(221a)과 상기 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 날개 너비면(221c)에는 불규칙적인 요철이 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 날개(221)는 날개 하우징 접촉면(221a)과 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 날개 너비면(222c)에는 무작위로 돌기가 형성될 수 있다.In addition, the
또한, 포스트(200)는 일단이 외부로부터 막혀 있고, 타단에 포스트 액체 배출홀(210)이 형성되고, 타단부가 배출구간(323)의 내에 일정간격 이격되어 끼워지며 측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 포스트 액체 유입홀(210)이 형성될 수 있다.In addition, one end of the
또한, 파일론(100)은 포스트 액체 유입홀(210) 및 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하도록 형성되는 파일론 액체 유입홀(110)을 포함하며, 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)은 기체의 회전 방향과 반대 방향으로 액체연료에 일정한 방향으로 회전을 주도록 유동축으로부터 반경 방향으로 일정 간격 이격된 위치에 원통의 중심축과 수직을 이루도록 일직선으로 2개 이상 구비되고, 다각형일 수 있다.In addition, the
위와 같은 동축 전단형 인젝터(1000)의 설계는 주조, 단조와 같은 방식으로 제조하기에는 무리가 있다. 진동방지수단의 제 1 실시 예인 파일론(100)이 유입구간(321)의 외부로 연장되어 길게 형성되는 경우에도 이를 기존의 제조방법으로 제조하려면 두 개 이상으로 부품을 나누어 제작하고 이를 용접과 같은 결합방법으로 결합하여야 한다. 그리고 포스트(200)와 하우징(300)사이에 위치하는 날개(221)를 제작하는 경우도 종래의 방법으로는 제작효율이 매우 낮을 수 있기 때문에 날개(221)와 포스트(200)를 별도의 부품으로 제작하여 용접해야 한다. 위와 같이 두 개의 부품을 결합한 경우 전체 기기의 안정성을 떨어뜨리는 큰 요인이 될 수 있다.The design of the coaxial
또한, 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)이 원형이 아닌 다각형으로 형성되는 경우도 제조시간이 증가하고 제작효율이 감소할 수 있다.In addition, even when the pylon liquid
이를 극복하기 위해 본 발명의 동축 전단형 인젝터(1000)는 3d프린터로 제작될 수 있으며, 이에 하우징(300)과, 포스트(200)와, 파일론(100)은 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다. 그리고 설령 복잡한 형상이 포함되어 있더라도(날개(221), 날개 너비면(221c)에 적용되는 요철 및 다각형 형상의 파일론 액체 유입홀(110), 포스트 액체 유입홀(210), 하우징 액체 유입홀(340)) 용이하게 제작이 가능하다.In order to overcome this, the coaxial
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 하나의 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc. and limited embodiments have been described, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above one embodiment. It is not, and a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs can make various modifications and variations from this description.
따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that have equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the inventive concept.
1000 : 동축 전단형 인젝터
100 : 파일론
110 : 파일론 액체 유입홀
110a: 파일론 액체 직선 유입홀
110b : 파일론 액체 회전 유입홀
200 : 포스트
210 : 포스트 액체 유입홀
220 : 기체 회전 수단
221 : 날개
221a : 날개 하우징 접촉면
221b : 날개 포스트 접촉면
221c : 날개 너비면
230 : 포스트 액체 배출홀
300 : 하우징
310 : 기체 유입홀
321 : 유입구간
322 : 유속 증가구간
323 : 배출구간
330 : 기체 배출홀
340 : 하우징 액체 유입홀1000: coaxial shear type injector
100: pylon
110: pylon liquid inlet hole
110a: Pylon liquid straight inlet hole
110b: Pylon liquid rotation inlet hole
200: post
210: post liquid inlet hole
220: gas rotation means
221: wing
221a: wing housing contact surface
221b: wing post contact surface
221c: wing width side
230: post liquid discharge hole
300: housing
310: gas inlet hole
321: inlet section
322: flow rate increase section
323: discharge section
330: gas discharge hole
340: housing liquid inlet hole
Claims (14)
액체연료와 기체가 유동하는 축을 유동축이라 할 때,
내부에 기체가 유동하는 파이프인 하우징(300);
상기 하우징(300)의 내부에 배치되는 내부에 액체가 유동하는 파이프인 포스트(200);
상기 하우징(300)과 포스트(200)를 연결하며 측면에 파일론 액체 유입홀(110)이 형성되는 파일론(100);
상기 포스트(200)의 타단부 측면에 형성되는 진동방지수단;을 포함하고,
상기 하우징(300)은,
일단에 기체 유입홀(310)이 형성되며 일정한 내경을 가지는 유입구간(321)과,
내경이 감소하는 유속 증가구간(322)과,
타단에 기체 배출홀(330)이 형성되며 상기 유입구간(321)보다 작은 일정한 내경을 가지는 배출구간(323)을 포함하며,
측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 하우징 액체 유입홀(340)이 한개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
In the coaxial shear type injector 1000 for atomizing liquid fuel,
When the axis through which liquid fuel and gas flow is called the flow axis,
A housing 300, which is a pipe through which gas flows;
A post 200, which is a pipe through which a liquid flows inside the housing 300;
A pylon 100 connecting the housing 300 and the post 200 and having a pylon liquid inlet hole 110 formed at a side thereof;
Including; vibration preventing means formed on the side of the other end of the post 200,
The housing 300,
A gas inlet hole 310 is formed at one end and an inlet section 321 having a constant inner diameter,
The flow rate increase section (322) in which the inner diameter decreases, and
A gas discharge hole 330 is formed at the other end and includes a discharge section 323 having a constant inner diameter smaller than the inlet section 321,
Coaxial shear type injector 1000, characterized in that at least one housing liquid inlet hole 340 for receiving liquid from the outside is formed on the side.
일단이 외부로부터 막혀 있고, 타단에 포스트 액체 배출홀(210)이 형성 되고,타단부가 상기 배출구간(323)의 내에 일정간격 이격되어 끼워지며 측면에 외부로부터 액체를 유입 받는 포스트 액체 유입홀(210)이 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 1, wherein the post 200,
One end is blocked from the outside, a post liquid discharge hole 210 is formed at the other end, the other end is fitted in the discharge section 323 at regular intervals, and a post liquid inlet hole ( The coaxial shear type injector 1000, characterized in that 210) is formed.
상기 포스트 액체 유입홀(210) 및 상기 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하도록 형성되는 파일론 액체 직선 유입홀(110a)인 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 3, wherein the pylon liquid inlet hole 110,
A coaxial shear type injector (1000), characterized in that it is a pylon liquid straight inlet hole (110a) formed to connect the post liquid inlet hole (210) and the housing liquid inlet hole (340).
상기 진동방지수단은 상기 파일론(100)이 상기 유입구간(321)의 외부로 연장된 것인 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 4,
The vibration preventing means is a coaxial shear type injector (1000) that the pylon (100) extends to the outside of the inlet section (321).
상기 포스트 액체 유입홀(210) 및 상기 하우징 액체 유입홀(340)을 연결하도록 형성되며, 상기 파일론 액체 유입 홀(110)의 형상은 중심에서 멀어질수록 면적이 넓어지는 다각형 형태인 파일론 액체 회전 유입홀(110b)인 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 3, wherein the pylon liquid inlet hole 110,
It is formed to connect the post liquid inlet hole 210 and the housing liquid inlet hole 340, and the shape of the pylon liquid inlet hole 110 is a polygonal shape in which the area increases as the distance from the center increases. Coaxial shear type injector 1000, characterized in that the hole (110b).
상기 파일론 액체 회전 유입홀(110b), 상기 포스트 액체 유입홀(210), 상기 하우징 액체 유입홀(340)은 상기 기체의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 액체연료에 일정한 방향으로 회전을 주도록 상기 유동축으로부터 반경 방향으로 일정 간격 이격된 위치에 상기 유동축과 수직을 이루도록 일직선으로 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 6,
The pylon liquid rotation inlet hole 110b, the post liquid inlet hole 210, and the housing liquid inlet hole 340 are provided with the flow shaft so as to rotate the liquid fuel in a predetermined direction in a direction opposite to the rotation direction of the gas. Coaxial shear type injector (1000), characterized in that two or more are provided in a straight line so as to be perpendicular to the flow axis at a position spaced apart from the radial direction by a predetermined interval.
상기 진동방지수단은 상기 기체가 일정한 방향으로 회전하도록 하는 기체 회전 수단(220)인 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 6,
The vibration preventing means is a coaxial shear type injector (1000), characterized in that the gas rotation means (220) to rotate the gas in a certain direction.
상기 기체 회전수단(220)은 날개(221)인 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 8,
The gas rotating means 220 is a coaxial shear type injector 1000, characterized in that the blade 221.
상기 날개(221)는 상기 포스트(200)에 결합되는 면인 날개 포스트 결합면(221b)을 포함하고, 상기 날개 포스트 결합면(221b)과 마주보는 면이자 상기 하우징(300)의 내부 면과 접촉하는 면인 날개 하우징 접촉면(221a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 9,
The wing 221 includes a wing post coupling surface 221b, which is a surface coupled to the post 200, and a surface facing the wing post coupling surface 221b and in contact with the inner surface of the housing 300. Coaxial shear type injector 1000, characterized in that it comprises a wing housing contact surface (221a) which is a surface.
상기 날개 하우징 접촉면(221a)은 상기 날개 포스트 결합면(221b)과 동일한 형태를 가지며, 상기 유동축을 기준으로 0도 이상 위상차가 있는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 10,
The wing housing contact surface (221a) has the same shape as the wing post coupling surface (221b), the coaxial shear type injector (1000), characterized in that there is a phase difference of 0 degrees or more with respect to the flow axis.
상기 날개(221)는 상기 날개 하우징 접촉면(221a)과 상기 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 상기 날개 너비면(221c)에는 불규칙적인 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 10,
The wing 221 includes a wing width surface 221c that is a surface connecting the wing housing contact surface 221a and the wing post coupling surface 221b, and irregular irregularities are formed on the wing width surface 221c. Coaxial shear type injector 1000 characterized by.
상기 날개(221)는 상기 날개 하우징 접촉면(221a)과 상기 날개 포스트 결합면(221b)을 잇는 면인 날개 너비면(221c)을 포함하며, 상기 날개 너비면(221c)에는 무작위로 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).
The method of claim 10,
The wing 221 includes a wing width surface 221c, which is a surface connecting the wing housing contact surface 221a and the wing post coupling surface 221b, and a protrusion is formed at random on the wing width surface 221c. Coaxial shear type injector 1000 characterized by.
상기 하우징(300)과, 상기 포스트(200)와, 상기 파일론(100)은 각각 하나의 부품으로 제작되는 것을 특징으로 하는 동축 전단형 인젝터(1000).The method of claim 1,
The housing (300), the post (200), and the pylon (100) is a coaxial shear type injector (1000), characterized in that each is manufactured as one component.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190100917A KR102166170B1 (en) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | shear injector |
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| KR (1) | KR102166170B1 (en) |
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