KR102227005B1 - 효율적인 트랜지션 피스 냉각을 위한 핀-핀 유동 가이드 - Google Patents

효율적인 트랜지션 피스 냉각을 위한 핀-핀 유동 가이드 Download PDF

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Abstract

트랜지션 피스는 유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부를 유동 통로로 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드; 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제1 하부 핀(fin); 및 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제2 하부 핀을 포함하고, 상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 서로 예각으로 경사지도록 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

효율적인 트랜지션 피스 냉각을 위한 핀-핀 유동 가이드{FIN-PIN FLOW GUIDE FOR EFFICIENT TRANSITION PIECE COOLING}
본 발명은 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각 공기의 흐름을 방향 전환하고 재분배하는 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드를 포함하는 트랜지션 피스에 관한 것이다.
가스 터빈은 일반적으로 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 복수의 압축기 블레이드에 의해 생성된 압축 공기를 연소기에 제공하며, 압축된 공기는 고온 및 고압 공기이다. 연소기는 압축기에서 유입된 압축 공기를 연료와 혼합하여 연료-공기 혼합물을 연소시킨다. 연소기에서 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출되고, 터빈은 연소 가스에 의해 회전되어 동력을 발생시킨다. 발생된 동력은 발전 및 기계 구동과 같은 다양한 분야에서 사용된다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 기관차 등을 구동하는 데 사용된다.
연소기는 연료-공기 혼합물을 연소시키는 연소실과 터빈 사이의 트랜지션 피스(transition piece)를 더 포함한다. 트랜지션 피스는 고온 연소 가스를 연소기에서 터빈으로 안내하므로, 연소기 또는 엔진의 고장을 방지하도록 효과적으로 냉각되어야 한다. 연소 가스의 고온으로 인해 트랜지션 피스를 냉각시키는 것은 도전이다. 트랜지션 피스의 내부 표면은 열 장벽 코팅(Thermal Barrier Coating: TBC) 재료로 코팅될 수 있지만, 온도가 금속 용융 온도를 초과할 수 있기 때문에 열 장벽 코팅은 트랜지션 피스를 고온 가스로부터 적절히 차폐하는 것을 보장하지 않는다. 트랜지션 피스는 냉각을 위한 유동 슬리브를 포함할 수 있지만, 이 구조는 연소기 압력 강하를 증가시켜 엔진 성능을 저하시킨다. 또한, 이 슬리브 트랜지션 피스는 엔진에서 더 많은 공간을 차지한다. 확산 접합 설계(diffusion bonding design) 또는 천이 액상 접합(transient liquid phase bonding)과 같은 다른 냉각 방식은 삼출 냉각(effusion cooling)과 비교하여 트랜지션 피스를 통해 공기가 덜 누출되게 하고 압력 강하에 대한 영향을 감소시킨다. 그러나, 이 시스템의 냉각 성능은 순수한 삼출 냉각보다 크게 낮다. 또한, 이 시스템은 더 많은 유지 보수가 필요하다. 종래의 트랜지션 피스의 경우, 트랜지션 피스의 내부 트랜지션 피스와 외부 트랜지션 피스 사이로 외부 트랜지션 피스의 구멍을 통해 냉각 공기가 공급된다. 그러나, 유출부에서 공급되어 상류로 이동하는 냉각 공기와 중간부에서 공급되고 하류로 이동하는 냉각 공기는 유동 모멘트를 상쇄시킨다. 따라서, 트랜지션 피스의 유출부 주위에서 냉각 공기의 유동 정체가 발생하고, 내부 트랜지션 피스의 상부에 열점(hot spot)이 형성되는 것이 관찰된다.
미국등록특허 제8,453,460호 (2013.06.04 등록)
본 발명은 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각 공기의 흐름을 방향 전환하고 재분배하는 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드를 포함하는 트랜지션 피스를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 트랜지션 피스는: 유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부와 상기 외부 트랜지션 피스부 사이의 유동 통로; 및 상기 유동 통로 내에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드를 포함하고, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구의 입구 중심과 상기 유출구의 출구 중심 사이의 가상선을 나타내는 중심선에 대해 경사진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 트랜지션 피스는: 유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부를 유동 통로로 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드; 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제1 하부 핀(fin); 및 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제2 하부 핀을 포함하고, 상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 서로 예각으로 경사지도록 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 트랜지션 피스는: 유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부; 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드; 및 상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드를 포함하고, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.
도 1a는 가스 터빈의 내부 트랜지션 피스부를 예시한다.
도 1b는 가스 터빈의 외부 트랜지션 피스부를 예시한다.
도 1c는 가스 터빈의 트랜지션 피스에서의 열 분포를 예시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 예시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기의 단면도를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부를 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 트랜지션 피스부를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 피스의 등각 사시도를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 저면도를 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 측면도를 예시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 상면도를 예시한다.
"위(에)" 또는 "상(에)"라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 층, 영역, 패턴 또는 구조를 언급할 때, 해당 층, 영역, 패턴 또는 구조는 다른 층 또는 구조 상에 직접 존재하거나, 층, 영역, 패턴 또는 구조가 사이에 개재될 수도 있는 것으로 이해된다. "아래(에)" 또는 "하부(에)"라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 층, 영역, 패턴 또는 구조를 언급할 때, 해당 층, 영역, 패턴 또는 구조는 나머지 층 또는 구조 아래에 직접 존재하거나, 층, 영역, 패턴 또는 구조가 사이에 개재될 수도 있는 것으로 이해된다. "포함하다(구비하다, 가지다)" 및 "포함하는(구비하는, 가지는)"이라는 용어는 각각 "구성되다(형성되다, 이루어지다)" 및 "구성되는(형성되는, 이루어진)"과 동등하다.
.또한, 본 명세서에서 사용된 "제1", "제2" 등(예를 들어, 제1 부분 및 제2 부분)에 대한 언급은, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 2개 이상일 수 있는 특별한 특징을 식별하도록 의도된다. 이러한 "제1"이라는 언급은 2개 이상이 있어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 이들 언급은, 명시적으로 언급되지 않는 한, 특별한 특징과 관련하여 시간, 구조적 배향 또는 측면성(예를 들어, 좌측 또는 우측)에 임의의 순서를 부여하도록 의도된 것이 아니다. 또한, "제1" 및 "제2"라는 용어는 부재들에 대해 선택적으로 또는 교환 가능하게 사용될 수 있다.
또한, "예시적인"은 최상의 것이라기보다 단지 하나의 예를 의미하는 것으로 의도된다. 또한, 본 명세서에 예시된 특징부, 층 및/또는 요소는 단순성 및 이해의 용이성을 위해 서로에 대해 특정 치수 및/또는 배향으로 예시되며, 실제 치수 및/또는 배향은 예시된 것과는 실질적으로 상이할 수 있음을 알아야 한다. 즉, 예시의 명확성을 위해 각 요소의 치수는 과장될 수 있으며, 각 요소 치수는 각 요소의 실제 치수와 상이할 수 있다. 도면에 예시된 모든 요소가 본 개시 내용에 포함되고 한정되어야 하는 것은 아니지만, 본 개시 내용의 필수 특징부를 제외한 요소는 추가되거나 삭제될 수 있다.
본 발명의 실시예의 도면 및 설명은 명료성을 위해 (일부 경우) 널리 공지될 수 있는 다른 요소를 제거하면서, 본 발명의 명확한 이해에 관련된 요소를 설명하기 위해 단순화된 것으로 이해되어야 한다. 당업자는 본 발명을 구현하기 위해 다른 요소가 바람직하고/바람직하거나 요구될 수 있음을 인식할 것이다. 그러나, 이러한 요소들은 본 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명을 더 잘 이해할 수 있게 하는 것이 아니므로, 이러한 요소들에 대한 논의는 본 명세서에 제공되지 않는다.
전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타내는 데 동일한 참조 번호가 사용되는 첨부 도면을 참조한다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c는 가스 터빈의 트랜지션 피스에서의 내부 트랜지션 피스부, 외부 트랜지션 피스부 및 열 분포를 각각 보여준다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 내부 트랜지션 피스부(1410)는 연소기의 연소실로부터 유입구(1441)를 통해 고온 연소 가스를 수용하고, 해당 고온 연소 가스를 터빈에 제공한다. 내부 트랜지션 피스부(1410)를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부(1510)는 내부 트랜지션 피스부(1410)에 냉각 공기를 제공하는 복수의 구멍(1550)을 포함한다. 그러나, 냉각 공기가 복수의 구멍(1550)을 통해 제공되더라도, 냉각 공기는 효율적으로 유동되지 않고 정체된다. 따라서, 유출구(1442) 주위에 열점(hot spots)이 발생한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 예시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 예시한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 배열된 복수의 블레이드를 포함한다. 압축기(1100)는 복수의 블레이드를 회전시키므로, 복수의 블레이드의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동된다. 일 실시예에서, 압축기(1100)는 터빈(1300)에 의해 생성된 동력의 일부를 수용하도록 터빈(1300)에 직접적 또는 간접적으로 연결될 수 있으며, 터빈은 다시 복수의 블레이드를 회전시키는 데 사용된다.
압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동된다. 연소기(1200)는 원형 패턴으로 배열된 복수의 케이싱(1210) 및 복수의 버너(1220)를 포함한다.
연소기(1200)는 헤드 엔드 플레이트(1230), 연소 챔버(1240), 내부 라이너(1250), 외부 라이너(1255), 라이너 채널(1257) 및 트랜지션 피스(1400)를 포함한다. 외부 라이너(1255)는 연소 챔버(1240)의 외부 벽을 형성하고, 일방향으로 연장된다. 외부 라이너(1255)는 원통형으로 구성될 수 있다. 내부 라이너(1250)는 연소실(1240)을 형성하고, 내부 라이너(1250)와 외부 라이너(1255) 사이에 라이너 채널(1257)이 형성되도록 외부 라이너(1255)로부터 이격된다. 케이싱(1210) 및 헤드 엔드 플레이트(1230)는 압축기(1100)에 의해 제공되는 압축 공기가 라이너 채널(1257)을 통과한 다음 연소실(1240) 내로 유입되도록 연소실(1240)을 덮는다.
연료는 연료 노즐(1235)을 통해 연소실(1240)에 제공된다. 압축 공기는 연료와 혼합된 다음, 점화 플러그(미도시)에 의해 연소실(1240) 내에서 점화된다. 이어서, 연소 가스가 터빈(1300)으로 배출되어 연소실(1240)과 터빈(1300) 사이에 배치된 트랜지션 피스(1400)를 통해 터빈 블레이드를 회전시킨다.
연소기(1200)는 매우 높은 온도 조건에 노출된다; 따라서, 연소기(1200)는 적절하게 냉각될 필요가 있다. 그러나, 연소기(1200)의 연소 가스는 가스 터빈(1000)의 효율을 증가시키기 위해 터빈(1300)의 입구에서 고온으로 유지되어야 한다. 연소 가스의 온도는 입구에서 터빈 입구 온도(TIT)로서 측정되며, 터빈 입구 온도는 중요한 인자이므로, 가스 터빈은 터빈 입구 온도에 따라 분류된다. 터빈 입구 온도를 증가시키기 위해, 연소 가스의 온도가 증가되어야 하고, 연소 가스의 고온은 연소기(1200), 터빈(1300) 및 연소기(1200)의 트랜지션 피스(1400)의 온도를 증가시킨다.
고온 연소 가스는 연소실(1240)에서 생성된 후 트랜지션 피스(1400)의 가스 채널(1440)을 통과하여 최종적으로 터빈(1300)으로 유입된다. 따라서, 내부 라이너(1250) 및 내부 트랜지션 피스부(1410)는 고온 연소 가스에 직접 노출되어 적절한 냉각이 필요하다. 냉각을 위해, 트랜지션 피스(1400)의 외부 트랜지션 피스부(1510)는 냉각 공기가 공급되는 복수의 구멍(1550)을 포함한다. 복수의 구멍(1550)을 통해 제공된 냉각 공기는 내부 트랜지션 피스부(1410)와 외부 트랜지션 피스부(1510) 사이의 유동 통로(1530)에서 유동하고, 유동 통로(1530)에 배치된 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드는 정체 없이 냉각 공기의 흐름을 돕는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부를 예시하고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 트랜지션 피스부를 예시하고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 피스의 등각 사시도를 예시한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 트랜지션 피스(1400)는 내부 트랜지션 피스부(1410), 내부 트랜지션 피스부(1410)를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부(1510), 내부 트랜지션 피스부(1410)와 외부 트랜지션 피스부(1510) 사이의 유동 통로(1530) 및 유동 통로(1530) 내에 배치된 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드을 포함한다. 핀-핀 유동 가이드는 내부 트랜지션 피스부(1410) 상에 배치되지만, 핀-핀 유동 가이드는 외부 트랜지션 피스부(1510) 상에 배치될 수도 있다.
내부 트랜지션 피스부(1410)는 연소 가스를 수용하는 유입구(1441) 및 연소 가스를 방출하는 유출구(1442)를 포함한다. 내부 트랜지션 피스부(1410)는 유출구(1442) 주위에 위치된 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)를 포함한다. 즉, 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)는 유입구(1441)보다 유출구(1442)에 더 근접하게 배치되고, 냉각 공기가 유출구(1442) 주위에서 원활하게 유동하도록 유출구(1442) 주위에 냉각 공기를 재분배한다. 또한, 내부 트랜지션 피스부(1410)는 하부에 배치된 하부 핀-핀 유동 가이드(2200), 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드(2300) 및 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드(2400)를 포함한다.
트랜지션 피스(1400)는 유입구(1441)의 입구 중심과 유출구(1442)의 출구 중심(1444) 사이의 가상선을 나타내는 중심선(C)을 가지고, 내부 트랜지션 피스부(1410)는 중심선(C)에 대응하는 내부 중심선(1445)을 가진다.
상부 핀-핀 유동 가이드(2400)에 대응하는 영역에서의 복수의 구멍(1550)의 밀도는 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)에 대응하는 영역에서의 복수의 구멍(1550)의 밀도보다 낮을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 저면도를 예시한다. 도 4 내지 도 7을 참조하면, 하부 핀-핀 유동 가이드(2200)는 제1 하부 핀(2211) 및 제2 하부 핀(2212)을 구비한 복수의 하부 핀을 포함한다. 제1 하부 핀(2211) 및 제2 하부 핀(2212)은 내부 트랜지션 피스부(1410)의 하부에 배치되며, 제1 하부 핀(2211) 및 제2 하부 핀(2212) 각각은 중심선(C)에 대해 경사지게 배열된다. 특히, 제1 하부 핀(2211)과 제2 하부 핀(2212)은 제1 하부 핀(2211)의 제1 단부(2213)와 제2 하부 핀(2212)의 제1 단부(2215) 사이의 제1 거리가 제1 하부 핀(2211)의 제2 단부(2214)와 제2 하부 핀(2212)의 제2 단부(2214) 사이의 제2 거리보다 길도록 배치된다. 즉, 제1 하부 핀(2211) 및 제2 하부 핀(2212)은 서로 예각으로 경사지게 배치된다. 제1 단부(2213, 2215)는 제2 단부(2214, 2216)보다 유입구(1441)에 더 가깝고, 제2 단부(2214, 2216)는 제1 단부(2213, 2215)보다 유출구(1442)에 더 가깝다. 따라서, 냉각 공기는 화살표(A1)가 나타내는 바와 같이 내부 트랜지션 피스부(1410)의 하부에서 유입구(1441)로부터 유출구(1442)로 하향 유동한다. 제1 하부 핀(2211)과 제2 하부 핀(2212)은 중심선(C)에 대하여 내부 트랜지션 피스부(1410)의 대향 측면에 배치되고, 제1 하부 핀(2211)과 제2 하부 핀(2212)은 중심선(C)에 대해 서로 대칭이다. 하부 핀-핀 유동 가이드(2200)는 제1 하부 핀(2211) 다음의 제3 하부 핀(2221) 및 제2 하부 핀(2212) 다음의 제4 하부 핀(2218)을 더 포함하며, 여기서 제3 하부 핀(2221)은 제1 하부 핀(2211)에 평행하고, 제4 하부 핀(2218)은 제2 하부 핀(2212)에 평행하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 측면도를 예시한다. 도 4 내지 도 8을 참조하면, 측면 핀-핀 유동 가이드(2300)는 내부 트랜지션 피스부(1410)의 측면부에 배치된 복수의 측면 핀(2310)을 포함한다. 복수의 측면 핀(2310)은 각각 하부 핀-핀 유동 가이드(2220)로부터 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)로의 방향으로 배열됨으로써 냉각 공기가 화살표(A2)로 지시된 바와 같이 하부 핀-핀 유동 가이드(2220)로부터 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)로 유동되게 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 트랜지션 피스부의 평면도를 예시한다. 도 4 내지 도 9를 참조하면, 유출 핀-핀 유동 가이드(2100) 및 상부 핀-핀 유동 가이드(2400)는 내부 트랜지션 피스부(1410)의 상부에 배치된다. 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)는 유입구(1441)의 입구 중심(1443)과 유출구(1442)의 출구 중심(1444)을 연결하는 중심선(C)에 대하여 서로 다른 측면에 배치되는 제1 유출 핀(2111) 및 제2 유출 핀(2112)을 포함한다. 제1 유출 핀(2111) 및 제2 유출 핀(2112) 각각은 제1 유출 핀(2111)과 제2 유출 핀(2112)이 중심선(C)에 평행하지 않고 예각으로 경사지도록 중심선(C)에 대해 경사져 있다. 또한, 제1 유출 핀(2111)과 제2 유출 핀(2112)도 역시 예각으로 경사져 있다.
유출 핀-핀 유동 가이드(2100)는 중심선(C)에 대해 다른 측면에 배치되는 제3 유출 핀(2113) 및 제4 유출 핀(2114)을 더 포함한다. 제3 유출 핀(2113)은 제1 유출 핀(2111)의 동일한 측면에 배치되고, 제4 유출 핀(2114)은 제2 유출 핀(2112)의 동일한 측면에 배치된다. 즉, 제3 유출 핀(2113)은 제1 유출 핀(2111) 다음에 배치되고, 제4 유출 핀(2114)은 제2 유출 핀(2112) 다음에 배치된다. 제3 출구 핀(2113)은 제1 유출 핀(2111)에 평행하지 않고 제1 유출 핀(2111)에 수직하지도 않지만, 제3 유출 핀(2113)은 제1 유출 핀(2111)에 대해 경사져 있다.
유출 핀-핀 유동 가이드(2100)는 제3 유출 핀(2113) 다음의 제5 유출 핀(2115) 및 제4 유출 핀(2114) 다음의 제6 유출 핀(2116)을 더 포함한다. 제5 유출 핀(2115) 및 제6 유출 핀(2116)은 중심선(C)에 수직이 되도록 배열된다. 제1 내지 제6 유출 핀(2111∼2116)은 냉각 공기가 유출구(1442)로부터 유입구(1441)로 상향 유동하도록 화살표(A3)로 지시된 바와 같이 냉각 공기의 유동 방향을 변경시킨다.
상부 핀-핀 유동 가이드(2400)는 유입구(1431)와 우출 핀-핀 유동 가이드(2100) 사이에 위치된다. 상부 핀-핀 유동 가이드(2400)는 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)을 포함하는 복수의 상부 핀을 포함한다. 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 내부 트랜지션 피스부(1410)의 상부에 배치되고, 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 각각 중심선(C)에 대해 경사지도록 배치된다. 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 각각 중심선(C)에 평행하지 않고 중심선(C)에 수직하지도 않다. 하부 핀과 유사하게, 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 제1 상부 핀(2411)의 제1 단부(2413)와 제2 상부 핀(2412)의 제1 단부(2415) 사이의 제1 거리가 제1 상부 핀(2411)의 제2 단부(2414)와 제2 상부 핀(2412)의 제2 단부(2416) 사이의 제2 거리보다 더 길도록 배치된다. 즉, 제1 상부 핀(2412)과 제2 상부 핀(2412)은 예각으로 서로 경사지도록 배열된다. 제1 단부(2413, 2415)는 제2 단부(2414, 2416)보다 유입구(1441)에 더 가깝고, 제2 단부(2414, 2416)는 제1 단부(2413, 2415)보다 유출구(1442)에 더 가깝다. 따라서, 유출 핀-핀 유동 가이드(2100)로부터 공급된 냉각 공기는 화살표(A4)로 표시된 바와 같이 분산된다. 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 중심선(C)에 대하여 내부 트랜지션 피스부(1410)의 대향 측면 상에 배치되고, 제1 상부 핀(2411) 및 제2 상부 핀(2412)은 서로에 대해 대칭이다. 상부 핀-핀 유동 가이드(2400)는 제1 상부 핀(2411) 다음의 제3 상부 핀(2417) 및 제2 상부 핀(2412) 다음의 제4 상부 핀(2418)을 더 포함한다. 제3 상부 핀(2417)은 제1 상부 핀(2411)에 평행할 수 있고, 제4 상부 핀(2418)은 제2 상부 핀(2412)에 평행할 수 있다.
본 발명은 한정되는 것은 아니지만 다음의 예시적인 실시예를 포함한다.
실시예 1. 트랜지션 피스로서:
유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부와 상기 외부 트랜지션 피스부 사이의 유동 통로; 및
상기 유동 통로 내에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드;
를 포함하고,
상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구의 입구 중심과 상기 유출구의 출구 중심 사이의 가상선을 나타내는 중심선에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부와 직접 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 3. 실시예 1∼2 중 어느 실시예에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 중심선에 대해 상이한 측면 상에 배치된 제1 유출 핀 및 제2 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 4. 실시예 1-3 중 어느 실시예에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 중심선에 대해 상이한 측면 상에 배치된 제3 유출 핀 및 제4 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 5. 실시예 1∼4 중 어느 실시예에 있어서, 상기 제1 유출 핀과 상기 제2 유출 핀은 서로 대칭이고, 상기 제3 유출 핀과 상기 제4 유출 핀은 서로 대칭이며, 상기 제3 유출 핀은 상기 제1 유출 핀에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 6. 실시예 1∼5 중 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 7. 실시예 6에 있어서, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 제1 상부 핀 및 제2 상부 핀을 포함하고, 상기 제1 상부 핀 및 상기 제2 상부 핀은 상기 제1 상부 핀의 제1 단부와 상기 제2 상부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리가 상기 제1 상부 핀의 제2 단부와 상기 제2 상부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 길도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 8. 실시예 1∼7 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 하부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 9. 실시예 8에 있어서, 상기 하부 핀-핀 유동 가이드는 제1 하부 핀 및 제2 하부 핀을 포함하고, 상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 상기 제1 하부 핀의 제1 단부와 상기 제2 하부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리가 상기 제1 하부 핀의 제2 단부와 상기 제2 하부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 길도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 10. 실시예 8∼9 중 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 측면 핀-핀 유동 가이드는 복수의 측면 핀을 포함하고, 상기 복수의 측면 핀은 각각 상기 하부 핀-핀 유동 가이드로부터 상기 유출 핀-핀 유동 가이드로의 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 11. 실시예 1∼10 중 어느 실시예에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 중심선(C)에 수직하게 되도록 배열된 제5 유출 핀 및 제6 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 12. 실시예 7∼11 중 어느 실시예에 있어서, 상기 제1 상부 핀에 평행한 제3 상부 핀 및 상기 제2 상부 핀에 평행한 제4 상부 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 13. 실시예 9∼12 중 어느 실시예에 있어서, 상기 제1 하부 핀에 평행한 제3 하부 핀 및 상기 제2 하부 핀에 평행한 제4 하부 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 14. 실시예 1∼13 중 어느 실시예에 있어서, 상기 외부 트랜지션 피스부는 복수의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 15. 실시예 14에 있어서, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드에 대응하는 영역에서의 상기 복수의 구멍의 제1 밀도는 상기 유출 핀-핀 유동 가이드에 대응하는 영역에서의 상기 복수의 구멍의 제2 밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 16. 가스 터빈으로서:
압축 공기를 제공하는 압축기;
상기 압축 공기를 수용하고 연소 가스를 생성하는 연소기; 및
상기 연소기로부터 연소된 가스를 수용하는 터빈;
을 포함하고,
상기 연소기는 실시예 1∼15 중 어느 실시예에 따른 트랜지션 피스를 포함하며,
상기 트랜지션 피스는 상기 연소기의 연소실과 상기 터빈 사이에 배치되고,
상기 트랜지션 피스의 유입구는 상기 연소실로부터 연소 가스를 수용하고, 상기 트랜지션 피스의 유출구는 상기 연소 가스를 상기 터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
실시예 101. 트랜지션 피스로서:
유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부를 유동 통로로 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드;
상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제1 하부 핀(fin); 및
상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제2 하부 핀;
을 포함하고,
상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 서로 예각으로 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 102. 실시예 101에 있어서, 상기 제1 하부 핀의 제1 단부와 상기 제2 하부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리는 상기 제1 하부 핀의 제2 단부와 상기 제2 하부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 103. 실시예 101∼102 중 어느 실시예에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 서로 예각으로 경사지도록 배열된 제1 유출 핀 및 제2 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 104. 실시예 103에 있어서, 상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 제1 유출 핀 다음에 배치된 제3 유출 핀 및 상기 제2 유출 핀 다음에 배치된 제4 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 105. 실시예 104에 있어서, 상기 제1 및 제2 하부 핀 중 적어도 하나와 상기 제1 유출 핀 내지 상기 제4 유출 핀 중 적어도 하나의 유출 핀 사이에서 상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 106. 실시예 101∼105 중 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 107. 실시예 106에 있어서, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 제1 상부 핀 및 제2 상부 핀을 포함하고, 상기 제1 상부 핀 및 상기 제2 상부 핀은 서로 예각으로 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 108. 실시예 107에 있어서, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 제1 상부 핀에 평행한 제3 상부 핀 및 상기 제2 상부 핀에 평행한 제4 상부 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 109. 가스 터빈으로서:
압축 공기를 제공하는 압축기;
상기 압축 공기를 수용하고 연소 가스를 생성하는 연소기; 및
상기 연소기로부터 연소된 가스를 수용하는 터빈;
을 포함하고,
상기 연소기는 실시예 101∼108 중 어느 실시예에 따른 트랜지션 피스를 포함하고,
상기 트랜지션 피스는 상기 연소기의 연소실과 상기 터빈 사이에 배치되고,
상기 트랜지션 피스의 유입구는 상기 연소실로부터 연소 가스를 수용하고, 상기 트랜지션 피스의 유출구는 상기 연소 가스를 상기 터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
실시예 201. 트랜지션 피스로서:
유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드; 및
상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드;
를 포함하고,
상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 202. 실시예 201에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 하부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 203. 실시예 202에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부스의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 측면 핀-핀 유동 가이드는 상기 하부 핀-핀 유동 가이드로부터 상기 유출 핀-핀 유동 가이드로의 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 204. 가스 터빈으로서:
압축 공기를 제공하는 압축기;
상기 압축 공기를 수용하고 연소 가스를 생성하는 연소기; 및
상기 연소기로부터 연소된 가스를 수용하는 터빈;
을 포함하고,
상기 연소기는 실시예 201∼203 중 어느 실시예에 따른 트랜지션 피스를 포함하고,
상기 트랜지션 피스는 상기 연소기의 연소실과 상기 터빈 사이에 배치되고,
상기 트랜지션 피스의 유입구는 상기 연소실로부터 연소 가스를 수용하고, 상기 트랜지션 피스의 유출구는 상기 연소 가스를 상기 터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
실시예 301. 트랜지션 피스로서:
유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부; 및
상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치된 복수의 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드;
를 포함하고,
상기 복수의 핀-핀 유동 가이드는 서로 예각으로 경사지도록 배열된 트랜지션 피스.
실시예 302. 실시예 301에 있어서, 상기 복수의 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 303. 실시예 301에 있어서, 상기 복수의 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 304. 실시예 301에 있어서, 상기 복수의 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
실시예 305. 실시예 301∼304 중 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
본 명세서에 기술된 예와 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 해당 예와 실시예에 대한 다양한 수정 또는 변경이 당업자에게 제안될 것이며, 본 출원의 범위와 사상 및 첨부된 청구범위 내에 포함된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 임의의 발명 또는 그 실시예의 임의의 요소 또는 제한은 본 명세서에 개시된 임의의 다른 발명 또는 그 실시예의 임의의 또는 모든 다른 요소 또는 제한과 조합될 수 있으며(개별적으로 또는 임의의 조합으로), 모든 이러한 조합은 그것에 한정되지 않고 본 발명의 범위에서 고려된다.

Claims (20)

  1. 트랜지션 피스로서,
    유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부와 상기 외부 트랜지션 피스부 사이의 유동 통로; 및
    상기 유동 통로 내에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드;를 포함하고,
    상기 유출 핀-핀 유동 가이드는,
    상기 유입구의 입구 중심과 상기 유출구의 출구 중심 사이의 가상선을 나타내는 중심선에 대해 경사지고, 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 중심선에 대해 상이한 측면 상에 배치된 제1 유출 핀 및 제2 유출 핀, 그리고 상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 중심선에 대해 상이한 측면 상에 배치된 제3 유출 핀 및 제4 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유출 핀-핀 유동 가이드는 상기 내부 트랜지션 피스부와 직접 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유출 핀과 상기 제2 유출 핀은 서로 대칭이고, 상기 제3 유출 핀과 상기 제4 유출 핀은 서로 대칭이며, 상기 제3 유출 핀은 상기 제1 유출 핀에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 제1 상부 핀 및 제2 상부 핀을 포함하고, 상기 제1 상부 핀 및 상기 제2 상부 핀은 상기 제1 상부 핀의 제1 단부와 상기 제2 상부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리가 상기 제1 상부 핀의 제2 단부와 상기 제2 상부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 길도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 하부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 핀-핀 유동 가이드는 제1 하부 핀 및 제2 하부 핀을 포함하고, 상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 상기 제1 하부 핀의 제1 단부와 상기 제2 하부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리가 상기 제1 하부 핀의 제2 단부와 상기 제2 하부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 길도록 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 측면 핀-핀 유동 가이드는 복수의 측면 핀을 포함하고, 상기 복수의 측면 핀은 각각 상기 하부 핀-핀 유동 가이드로부터 상기 유출 핀-핀 유동 가이드로의 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  11. 트랜지션 피스로서,
    유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부를 유동 통로로 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드;
    상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제1 하부 핀(fin); 및
    상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 제2 하부 핀;을 포함하고,
    상기 제1 하부 핀과 상기 제2 하부 핀은 서로 예각으로 경사지도록 배치되며,
    상기 유출 핀-핀 유동 가이드는, 서로 예각으로 경사지도록 배열된 제1 유출 핀 및 제2 유출 핀과, 상기 제1 유출 핀 다음에 배치된 제3 유출 핀 및 상기 제2 유출 핀 다음에 배치된 제4 유출 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 하부 핀의 제1 단부와 상기 제2 하부 핀의 제1 단부 사이의 제1 거리는 상기 제1 하부 핀의 제2 단부와 상기 제2 하부 핀의 제2 단부 사이의 제2 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하부 핀 중 적어도 하나와 상기 제1 유출 핀 내지 상기 제4 유출 핀 중 적어도 하나의 유출 핀 사이에서 상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드를 더 포함하고, 상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.
  17. 가스 터빈으로서,
    압축 공기를 제공하는 압축기;
    상기 압축 공기를 수용하고 연소 가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 연소된 가스를 수용하는 터빈;
    을 포함하고,
    상기 연소기는 제11항에 따른 트랜지션 피스를 포함하고,
    상기 트랜지션 피스는 상기 연소기의 연소실과 상기 터빈 사이에 배치되고,
    상기 트랜지션 피스의 유입구는 상기 연소실로부터 연소 가스를 수용하고, 상기 트랜지션 피스의 유출구는 상기 연소 가스를 상기 터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  18. 트랜지션 피스로서,
    유입구 및 유출구를 포함하는 내부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부를 둘러싸는 외부 트랜지션 피스부;
    상기 내부 트랜지션 피스부 상에 배치되고 상기 유입구보다 상기 유출구에 더 근접하게 위치된 유출 핀-핀(fin-pin) 유동 가이드; 및
    상기 내부 트랜지션 피스부의 상부에 배치된 상부 핀-핀 유동 가이드;를 포함하고,
    상기 상부 핀-핀 유동 가이드는 상기 유입구와 상기 유출 핀-핀 유동 가이드 사이에 배치되며,
    상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에 배치된 하부 핀-핀 유동 가이드 및 상기 내부 트랜지션 피스부의 측면부에 배치된 측면 핀-핀 유동 가이드를 포함하고,
    상기 측면 핀-핀 유동 가이드는, 상기 하부 핀-핀 유동 가이드로부터 상기 유출 핀-핀 유동 가이드로의 방향으로 배치되어, 상기 내부 트랜지션 피스부의 하부에서 상기 유입구로부터 하향 유동한 냉각 공기를 상기 유출 핀-핀 유동 가이드로 유동시키는 것을 특징으로 하는 트랜지션 피스.

  19. 삭제
  20. 삭제
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