KR102503518B1 - Micromixer and combustor having the same - Google Patents

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KR102503518B1 KR1020220133541A KR20220133541A KR102503518B1 KR 102503518 B1 KR102503518 B1 KR 102503518B1 KR 1020220133541 A KR1020220133541 A KR 1020220133541A KR 20220133541 A KR20220133541 A KR 20220133541A KR 102503518 B1 KR102503518 B1 KR 102503518B1
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Abstract

본 발명은 마이크로 믹서 내부에서 발생하는 플래시백(Flash-Back) 현상을 방지할 수 있는 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서는, 일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 그 내벽에는 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함한다.
The present invention relates to a micro mixer capable of preventing a flash-back phenomenon occurring inside the micro mixer and a combustor including the same.
In the micro mixer according to an embodiment of the present invention, an inlet through which a first fluid flows is formed at one end and a supply port through which a second fluid is supplied is formed on an inner wall thereof, and the first fluid introduced through the inlet and the supply port are formed. The mixed fluid formed by mixing the second fluid supplied through the fluid flows, and includes a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side based on any one boundary line of the inner wall.

Description

마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기{MICROMIXER AND COMBUSTOR HAVING THE SAME}Micromixer and combustor including the same {MICROMIXER AND COMBUSTOR HAVING THE SAME}

본 발명은 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기에 관한 것이다. 본 발명은 연소기를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. 연소기에서 사용되는 연료는 수소, 천연가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The present invention relates to a micro mixer and a combustor including the same. The present invention relates to a gas turbine comprising a combustor. The fuel used in the combustor may include at least one of hydrogen and natural gas.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다. A gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air compressed by a compressor with fuel, and rotates the turbine with high-temperature gas generated by combustion. Gas turbines are used to drive generators, aircraft, ships and trains.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.Gas turbines generally include a compressor, a combustor and a turbine. The compressor draws in outside air, compresses it, and delivers it to the combustor. The air compressed in the compressor becomes a high-pressure and high-temperature state. The combustor mixes the compressed air introduced from the compressor with the fuel and combusts it. Combustion gases generated by combustion are discharged to the turbine. Turbine blades inside the turbine are rotated by the combustion gas, and power is generated through this. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.

미국 공개특허 2013-0269351호 (명칭 : Micromixer assembly of a turbine system and method of assembly)US Patent Publication No. 2013-0269351 (Name: Micromixer assembly of a turbine system and method of assembly)

본 발명의 일 측면은, 마이크로 믹서 내부에서 발생하는 플래시백(Flash-Back) 현상을 방지할 수 있는 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a micromixer capable of preventing a flash-back phenomenon occurring inside the micromixer and a combustor including the same.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서는, 일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 그 내벽에는 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함한다.In the micro mixer according to an embodiment of the present invention, an inlet through which a first fluid flows is formed at one end and a supply port through which a second fluid is supplied is formed on an inner wall thereof, and the first fluid introduced through the inlet and the supply port are formed. The mixed fluid formed by mixing the second fluid supplied through the fluid flows, and includes a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side based on any one boundary line of the inner wall.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 경계선은 연소 반응이 일어나기 위한 제1 유체와 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성될 수 있다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the boundary line may be formed in a section where an equivalence ratio, which is a relative ratio between the first fluid and the second fluid for combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 제1 유체는 수소 포함 연료이고 제2 유체는 공기이거나, 또는 제1 유체는 공기이고 제2 유체는 수소 포함 연료일 수 있다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the first fluid may be hydrogen-containing fuel and the second fluid may be air, or the first fluid may be air and the second fluid may be hydrogen-containing fuel.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서는, 일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 내벽에 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함하는 입구 유로; 혼합 유체를 연소실로 분사시키며 입구 유로의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된 출구 유로; 입구 유로와 출구 유로를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성되어 연소실에서 발생한 화염에 의한 복사열이 입구 유로로 전달되는 것을 감소시키는 경사 유로;를 포함한다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, an inlet through which a first fluid flows is formed at one end and a supply port through which a second fluid is supplied is formed on an inner wall, and the first fluid introduced through the inlet and the supply port are formed. an inlet flow passage in which the mixed fluid formed by mixing the supplied second fluid flows and includes a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side with respect to any one boundary line of the inner wall; an outlet passage formed at a position spaced apart from a virtual extension of the inlet passage and injecting the mixed fluid into the combustion chamber; and an inclined passage that connects the inlet passage and the outlet passage and is inclined at a predetermined angle to reduce the transfer of radiant heat from the flame generated in the combustion chamber to the inlet passage.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 경계선은 연소 반응이 일어나기 위한 제1 유체와 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성될 수 있다. In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the boundary line may be formed in a section where an equivalence ratio, which is a relative ratio between the first fluid and the second fluid for combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 입구 유로의 단부는 제1 단면적을 구비하고, 출구 유로는 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 경사 유로는 입구 유로의 단부에서 출구 유로 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비할 수 있다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the end of the inlet passage has a first cross-sectional area, the outlet passage has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage extends from the end of the inlet passage to the outlet passage. It may have a variable cross-sectional area that gradually increases as time goes on.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 경사 유로는, 출구 유로의 가상 연장선과 제1 각도를 이루는 제1 라인과, 출구 유로의 가상 연장선과 제2 각도를 이루는 제2 라인을 포함하며, 제1 각도와 제2 각도는 서로 상이할 수 있다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the inclined passage includes a first line forming a first angle with the virtual extension line of the outlet passage, and a second line forming a second angle with the virtual extension line of the outlet passage, The first angle and the second angle may be different from each other.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서에 있어서, 제1 유체는 수소 포함 연료이고 제2 유체는 공기이거나, 또는 제1 유체는 공기이고 제2 유체일 수 있다.In the micromixer according to an embodiment of the present invention, the first fluid may be hydrogen-containing fuel and the second fluid may be air, or the first fluid may be air and the second fluid.

본 발명의 실시예에 따른 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수의 마이크로 믹서를 포함하는 마이크로 믹서 조립체;를 포함한다. 마이크로 믹서는, 일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 그 내벽에는 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함한다.A combustor according to an embodiment of the present invention includes a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid is combusted; and a micro mixer assembly including a plurality of micro mixers for injecting fuel fluid into the combustion chamber. The micromixer has an inlet through which a first fluid flows into one end and a supply port into which a second fluid is supplied is formed on an inner wall thereof, and the first fluid introduced through the inlet and the second fluid supplied through the supply hole are formed. The mixed fluid formed by mixing flows, and includes a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side based on any one boundary line of the inner wall.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 경계선은 연소 반응이 일어나기 위한 제1 유체와 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성될 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the boundary line may be formed in a section where an equivalence ratio, which is a relative ratio between the first fluid and the second fluid for combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 제1 유체는 수소 포함 연료이고 제2 유체는 공기이거나, 또는 제1 유체는 공기이고 제2 유체는 수소 포함 연료일 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the first fluid may be fuel containing hydrogen and the second fluid may be air, or the first fluid may be air and the second fluid may be fuel containing hydrogen.

본 발명의 실시예에 따른 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수의 마이크로 믹서를 포함하는 마이크로 믹서 조립체;를 포함한다. 마이크로 믹서는, 일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 내벽에 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함하는 입구 유로; 혼합 유체를 연소실로 분사시키며 입구 유로의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된 출구 유로; 입구 유로와 출구 유로를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성되어 연소실에서 발생한 화염에 의한 복사열이 입구 유로로 전달되는 것을 감소시키는 경사 유로;를 포함한다.A combustor according to an embodiment of the present invention includes a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid is combusted; and a micro mixer assembly including a plurality of micro mixers for injecting fuel fluid into the combustion chamber. The micro mixer has an inlet through which the first fluid flows in and a supply port through which the second fluid is supplied is formed on an inner wall, and the first fluid introduced through the inlet and the second fluid supplied through the supply are mixed. an inlet passage through which the formed mixed fluid flows and includes a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side with respect to any boundary line of the inner wall; an outlet passage formed at a position spaced apart from a virtual extension of the inlet passage and injecting the mixed fluid into the combustion chamber; and an inclined passage that connects the inlet passage and the outlet passage and is inclined at a predetermined angle to reduce the transfer of radiant heat from the flame generated in the combustion chamber to the inlet passage.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 경계선은 연소 반응이 일어나기 위한 제1 유체와 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성될 수 있다. In the combustor according to an embodiment of the present invention, the boundary line may be formed in a section where an equivalence ratio, which is a relative ratio between the first fluid and the second fluid for combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 입구 유로의 단부는 제1 단면적을 구비하고, 출구 유로는 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 경사 유로는 입구 유로의 단부에서 출구 유로 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비할 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the end of the inlet passage has a first cross-sectional area, the outlet passage has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage is gradually moving from the end of the inlet passage toward the outlet passage. It may have a variable cross-sectional area that gradually increases.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 경사 유로는, 출구 유로의 가상 연장선과 제1 각도를 이루는 제1 라인과, 출구 유로의 가상 연장선과 제2 각도를 이루는 제2 라인을 포함하며, 제1 각도와 제2 각도는 서로 상이할 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the inclined passage includes a first line forming a first angle with a virtual extension line of the outlet passage and a second line forming a second angle with a virtual extension line of the outlet passage, The first angle and the second angle may be different from each other.

본 발명의 실시예에 따른 연소기에 있어서, 제1 유체는 수소 포함 연료이고 제2 유체는 공기이거나, 또는 제1 유체는 공기이고 제2 유체일 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the first fluid may be fuel including hydrogen and the second fluid may be air, or the first fluid may be air and the second fluid.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of implementations according to various aspects of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 마이크로 믹서 내부에서 발생하는 플래시백 현상을 방지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a flashback phenomenon occurring inside a micromixer can be prevented.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 이루는 어느 하나의 버너 모듈이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서에서 플래시백이 방지되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기를 이루는 어느 하나의 버너 모듈이 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서에서 플래시백이 방지되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.
1 is a view showing the inside of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating one burner module constituting a combustor according to an embodiment of the present invention.
3 is a side cross-sectional view of a micromixer bundle according to a first embodiment of the present invention.
4 is a side cross-sectional view of a micro mixer according to a first embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a phenomenon in which flashback is prevented in the micromixer according to the first embodiment of the present invention.
6 is a side cross-sectional view showing a micro mixer bundle according to a second embodiment of the present invention.
7 and 8 are side cross-sectional views of a micro mixer according to a second embodiment of the present invention.
9 is a view showing one burner module constituting a combustor according to another embodiment of the present invention.
10 is a side cross-sectional view of a micromixer bundle according to a third embodiment of the present invention.
11 is a side cross-sectional view of a micro mixer according to a third embodiment of the present invention.
12 is a diagram for explaining a phenomenon in which flashback is prevented in the micromixer according to the third embodiment of the present invention.
13 is a side cross-sectional view of a micromixer bundle according to a fourth embodiment of the present invention.
14 and 15 are side cross-sectional views of a micromixer according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기를 설명한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'having' are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Hereinafter, a micromixer and a combustor including the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 이루는 어느 하나의 버너 모듈이 도시된 도면이다.1 is a view showing the inside of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing any one burner module constituting a combustor according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 압축기(1100), 압축기로부터 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(1200) 및 연소기에서 발생한 연소 가스로 회전력을 발생시키는 터빈(1300)을 포함한다. 본 명세서에서는 연료 또는 공기 흐름의 선후를 기준으로 상류 및 하류를 규정하도록 한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a gas turbine 1000 according to an embodiment of the present invention includes a compressor 1100 that compresses incoming air at a high pressure, and a combustor that mixes compressed air compressed from the compressor with fuel and combusts ( 1200) and a turbine 1300 generating rotational force with combustion gas generated from the combustor. In this specification, upstream and downstream are defined based on the order of fuel or air flow.

가스 터빈의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성된다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어진다. 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.The thermodynamic cycle of a gas turbine ideally follows a Brayton cycle. The Brayton cycle consists of four processes: isentropic compression (adiabatic compression), constant pressure rapid heating, isentropic expansion (adiabatic expansion), and constant pressure dissipation. That is, after atmospheric air is sucked in and compressed to high pressure, the fuel is burned in a constant pressure environment to release thermal energy, and the high-temperature combustion gas is expanded to convert it into kinetic energy, and then the exhaust gas containing the remaining energy is released into the atmosphere. . In other words, the cycle consists of four processes: compression, heating, expansion, and heat dissipation. The description of the present invention can also be widely applied to a turbine engine having an equivalent configuration to the gas turbine 1000 exemplarily shown in FIG. 1 .

가스 터빈의 압축기(1100)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분으로서, 연소기(1200)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스 터빈에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 역할을 한다. 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.The compressor 1100 of the gas turbine is a part that serves to inhale and compress air, and serves to supply air for combustion to the combustor 1200 while supplying air for cooling to a high-temperature region requiring cooling in the gas turbine. . Since the intake air undergoes an adiabatic compression process in the compressor 1100, the pressure and temperature of the air passing through the compressor 1100 increase.

가스 터빈을 구성하는 압축기(1100)는 보통 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계될 수 있는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 대형 가스 터빈은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이 다단 축류형 압축기가 적용되는 것이 일반적이다.The compressor 1100 constituting the gas turbine can usually be designed as centrifugal compressors or axial compressors. In small gas turbines, centrifugal compressors are applied, whereas in large gas turbines, a large amount of air is compressed. As shown in FIG. 1, it is common to apply a multi-stage axial compressor.

압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결된다.The compressor 1100 is driven using some of the power output from the turbine 1300. To this end, as shown in FIG. 1 , the rotation axis of the compressor 1100 and the rotation axis of the turbine 1300 are directly connected.

연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어낸다. 연소기(1200)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 회전축을 중심으로 환형으로 배치되는 복수개의 버너 모듈(1210)을 포함한다. The combustor 1200 mixes the compressed air supplied from the outlet of the compressor 1100 with fuel and performs constant pressure combustion to produce high-energy combustion gas. The combustor 1200 is disposed downstream of the compressor 1100 and includes a plurality of burner modules 1210 arranged in an annular shape around a rotation axis.

도 2에 도시된 바와 같이, 버너 모듈(1210)은 연료 유체가 연소하는 연소실(1240)을 포함하는 연소실 조립체(1220)와, 연소실(1240)로 연료 유체를 분사하는 복수의 마이크로 믹서(100)를 포함하는 마이크로 믹서 조립체(1230)를 포함할 수 있다. 연료 유체는 연료(예를 들어, 수소)가 저장된 연료 탱크에서 공급될 수 있다.As shown in FIG. 2, the burner module 1210 includes a combustion chamber assembly 1220 including a combustion chamber 1240 in which fuel fluid is combusted, and a plurality of micro mixers 100 for injecting fuel fluid into the combustion chamber 1240. It may include a micro mixer assembly 1230 including a. The fuel fluid may be supplied from a fuel tank in which fuel (eg, hydrogen) is stored.

가스 터빈에는 수소, 천연가스를 포함하는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있는데, 본 발명에서의 연료 유체는 이들을 의미한다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다. The gas turbine may use gas fuel and liquid fuel including hydrogen and natural gas, or a combination fuel in which they are combined, and the fuel fluid in the present invention means these. It is important to create a combustion environment to reduce the amount of exhaust gases such as carbon monoxide and nitrogen oxides, which are subject to legal regulation. Although combustion control is relatively difficult, it has the advantage of reducing exhaust gases by lowering the combustion temperature and creating uniform combustion. Premixed combustion is widely applied.

예혼합 연소의 경우에는 마이크로 믹서 조립체(1230)에서, 압축기(1100)로부터 유입된 압축 공기는 연료와 혼합된 후, 연소실(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다. In the case of pre-mixed combustion, in the micro mixer assembly 1230, compressed air introduced from the compressor 1100 is mixed with fuel and then enters the combustion chamber 1240. Initial ignition of the premixed gas is performed using an igniter, and then, when combustion is stable, combustion is maintained by supplying fuel and air.

마이크로 믹서 조립체(1230)는 혼합된 연료 유체를 분사하는 복수의 마이크로 믹서가 배치된 복수개의 마이크로 믹서 번들(MB)을 포함한다. 마이크로 믹서는 연료를 공기와 적절한 비율로 혼합하여 연소에 적합한 상태가 되도록 한다. 복수개의 마이크로 믹서 번들(MB)은 하나의 내부 마이크로 믹서 번들을 중심으로 복수개의 외부 마이크로 믹서 번들이 방사상으로 배치될 수 있다. 마이크로 믹서에 대한 자세한 설명은 후술한다. The micro mixer assembly 1230 includes a plurality of micro mixer bundles (MB) in which a plurality of micro mixers for injecting mixed fuel fluid are disposed. The micromixer mixes the fuel with air in the proper proportions to make it suitable for combustion. In the plurality of micro mixer bundles MB, a plurality of external micro mixer bundles may be radially arranged around one internal micro mixer bundle. A detailed description of the micromixer will be described later.

연소실 조립체(1220)는 연소가 이루어지는 공간인 연소실(1240)을 구비하는데, 라이너(1250) 및 트랜지션 피스(1260)를 포함한다.The combustion chamber assembly 1220 includes a combustion chamber 1240, which is a space in which combustion takes place, and includes a liner 1250 and a transition piece 1260.

라이너(liner, 1250)는 마이크로 믹서 조립체(1230)의 하류측에 배치되며, 이너 라이너(1251)와 아우터 라이너(1252)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 라이너(1251)를 아우터 라이너(1252)가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 이너 라이너(1251)는 내부가 빈 관형 부재이고, 이너 라이너(1251)의 내부는 연소실(1240)을 이룬다. 압축 공기는 압축공기 유입홀(H)을 통해 아우터 라이너(1252) 안쪽의 환형 공간 내부로 침투하여 이너 라이너(1251)를 냉각시킬 수 있다.The liner 1250 is disposed downstream of the micro mixer assembly 1230 and may have a dual structure of an inner liner 1251 and an outer liner 1252 . That is, it may have a double structure in which the inner liner 1251 is surrounded by the outer liner 1252 . At this time, the inner liner 1251 is a hollow tubular member, and the inside of the inner liner 1251 forms the combustion chamber 1240 . The compressed air may cool the inner liner 1251 by penetrating into the annular space inside the outer liner 1252 through the compressed air introduction hole H.

한편, 라이너(1250)의 하류 측에는 트랜지션 피스(transition piece, 1260)가 위치하는데, 트랜지션 피스(1260)는 연소실(1240)에서 발생한 연소 가스를 터빈(1300)으로 고속으로 내보낼 수 있다. 트랜지션 피스(1260)는 이너 트랜지션 피스(1261)와 아우터 트랜지션 피스(1262)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 트랜지션 피스(1261)를 아우터 트랜지션 피스(1262)가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이너 트랜지션 피스(1261)도 이너 라이너(1251)와 마찬가지로 내부가 빈 관형 부재로 형성되며, 라이너(1250)에서 터빈(1300) 측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다. 이 때, 이너 라이너(1251)와 이너 트랜지션 피스(1261)는 플레이트 스프링 씰(미도시)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이너 라이너(1251)와 이너 트랜지션 피스(1261)의 각 단부는 연소기(1200)와 터빈(1300) 측에 각각 고정되기 때문에, 플레이트 스프링 씰은 열팽창에 의한 길이 및 직경의 신장을 수용할 수 있는 구조로 이너 라이너(1251)와 이너 트랜지션 피스(1261)를 지지할 수 있다. Meanwhile, a transition piece 1260 is positioned downstream of the liner 1250, and the transition piece 1260 can send combustion gas generated in the combustion chamber 1240 to the turbine 1300 at high speed. The transition piece 1260 may have a dual structure of an inner transition piece 1261 and an outer transition piece 1262 . That is, it may have a double structure in which the outer transition piece 1262 surrounds the inner transition piece 1261 . Like the inner liner 1251, the inner transition piece 1261 is also formed as a hollow tubular member, and may have a shape in which the diameter gradually decreases from the liner 1250 toward the turbine 1300. In this case, the inner liner 1251 and the inner transition piece 1261 may be coupled to each other by a plate spring seal (not shown). Since each end of the inner liner 1251 and the inner transition piece 1261 is fixed to the side of the combustor 1200 and the turbine 1300, respectively, the plate spring seal has a structure capable of accommodating the extension of the length and diameter due to thermal expansion As a result, the inner liner 1251 and the inner transition piece 1261 may be supported.

이너 라이너(1251)와 이너 트랜지션 피스(1261)를 아우터 라이너(1252)와 아우터 트랜지션 피스(1262)가 감싸는 구조로 되어 있고, 압축공기 유입홀(H)을 통해 이너 라이너(1251)와 아우터 라이너(1252) 사이의 환형 공간과 이너 트랜지션 피스(1261)와 아우터 트랜지션 피스(1262) 사이의 환형 공간 안으로 압축 공기가 침투할 수 있다. 이와 같은 환형 공간을 침투한 압축 공기는 이너 라이너(1251)와 이너 트랜지션 피스(1261)를 냉각시킬 수 있다.The outer liner 1252 and the outer transition piece 1262 surround the inner liner 1251 and the inner transition piece 1261, and the inner liner 1251 and the outer liner ( 1252) and into the annular space between the inner transition piece 1261 and the outer transition piece 1262, compressed air may penetrate. Compressed air penetrating the annular space may cool the inner liner 1251 and the inner transition piece 1261 .

한편, 연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소 가스는 라이너(1250) 및 트랜지션 피스(1260)를 통해 터빈(1300)으로 공급된다. 터빈(1300)에서는 연소 가스가 단열 팽창하면서 터빈(1300)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌하여 반동력을 줌으로써 연소 가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(1300)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.Meanwhile, the high-temperature, high-pressure combustion gas produced in the combustor 1200 is supplied to the turbine 1300 through the liner 1250 and the transition piece 1260 . In the turbine 1300, while the combustion gas expands adiabatically, it collides with a plurality of blades arranged radially on the rotation shaft of the turbine 1300 to give a reaction force, so that the thermal energy of the combustion gas is converted into mechanical energy for rotating the rotation shaft. A portion of the mechanical energy obtained from the turbine 1300 is supplied as energy required to compress air in the compressor, and the remainder is used as effective energy such as generating power by driving a generator.

다시 도 2를 참조하면, 케이싱(1270)과 엔드 커버(1231)는 버너 모듈(1210)로 흐르는 압축 공기(A)를 수용하도록 결합된다. 압축 공기(A)는 압축공기 유입홀(H)을 통해 라이너(1250) 또는 트랜지션 피스(1260) 내부의 환형 공간으로 유입되어 흐른 뒤, 엔드 커버(1231)에 의해 유동 방향이 전환되어 마이크로 믹서(100, 200, 도 3 및 도 6 참조)로 유입될 수 있다. 연료(F)는 연료 유로(1232) 및 플레넘 유입구(1234a, 도 3 참조)를 통해 연료 플레넘(1234)으로 유입된 후, 공급구(112, 도 4 참조)를 통해 마이크로 믹서(100)로 유입되어 압축 공기와 혼합될 수 있다. 마이크로 믹서 번들(MB)은 복수개의 마이크로 믹서(100, 200)를 포함한다.Referring back to FIG. 2 , the casing 1270 and the end cover 1231 are coupled to receive the compressed air A flowing into the burner module 1210 . The compressed air (A) is introduced into the annular space inside the liner 1250 or the transition piece 1260 through the compressed air inlet hole (H) and flows, and then the flow direction is changed by the end cover 1231 to form a micro mixer ( 100, 200, see FIGS. 3 and 6). The fuel F is introduced into the fuel plenum 1234 through the fuel passage 1232 and the plenum inlet 1234a (see FIG. 3), and then enters the micro mixer 100 through the supply port 112 (see FIG. 4). and can be mixed with compressed air. The micro mixer bundle (MB) includes a plurality of micro mixers (100, 200).

다음, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서(100)를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.Next, the micro mixer 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 . 3 is a side cross-sectional view of a micromixer bundle according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side cross-sectional view of the micromixer according to the first embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 마이크로 믹서 번들(MB)은 복수개의 마이크로 믹서(100)를 포함하며 연료 유로(1232)를 중심으로 방사 방향으로 연장되어 형성된다. 마이크로 믹서(100)는 유체(연료 또는 공기)의 유동 방향으로 연장 형성된다. Referring to FIGS. 3 and 4 , the micro mixer bundle MB includes a plurality of micro mixers 100 and extends radially around the fuel passage 1232 . The micro mixer 100 extends in the flow direction of fluid (fuel or air).

마이크로 믹서(100)는 일단에 공기(A)가 유입되는 유입구(111)가 형성되고, 그 내벽에는 연료(F)가 공급되는 공급구(112)가 형성된다. 유입구(111)를 통해 유입된 공기(A)와 공급구(112)를 통해 공급된 연료(F)는 마이크로 믹서(100) 내부에서 혼합되어 혼합 유체(FA)를 형성하면서 연소실(1240)로 분사된다.The micro mixer 100 has an inlet 111 through which air A is introduced at one end, and a supply port 112 through which fuel F is supplied is formed on an inner wall thereof. The air (A) introduced through the inlet 111 and the fuel (F) supplied through the supply port 112 are mixed inside the micro mixer 100 to form a mixed fluid (FA) and injected into the combustion chamber 1240. do.

한편, 연료(F)가 수소를 포함하는 경우, 수소는 연소 속도가 빠른 연료이므로, 연소실(1240)에서 발생한 화염이 마이크로 믹서 내부를 역류하여 플래시백 현상이 발생할 우려가 크다. 이를 방지하기 위해 연료의 유동 속도를 높여야 한다. 연료의 유동 속도가 연소 속도 보다 빠르면 플래시백이 방지될 수 있다. 그러나, 연료의 유동 속도를 높이기 위해서는 연료가 유동하는 유로의 단면적을 작게하는 것인데, 이는 필연적으로 많은 압력 손실을 유발하게 된다. 따라서, 유동 속도를 높이면서도 압력 손실을 줄일 수 있는 유로 구조가 필요하다.On the other hand, when the fuel F includes hydrogen, since hydrogen is a fuel with a high combustion rate, there is a high risk of flashback phenomenon as the flame generated in the combustion chamber 1240 flows backward into the micromixer. To prevent this, the flow rate of the fuel must be increased. Flashback can be prevented if the flow rate of the fuel is greater than the combustion rate. However, in order to increase the flow rate of the fuel, the cross-sectional area of the passage through which the fuel flows is reduced, which inevitably causes a large pressure loss. Therefore, there is a need for a flow path structure capable of reducing pressure loss while increasing the flow rate.

이에, 본 발명의 제1 실시예에서 마이크로 믹서(100)는 수렴 구간(101)과 발산 구간(102)을 포함하여 형성될 수 있다. 수렴 구간(101)과 발산 구간(102)에는 복수개의 공급구(112)가 형성될 수 있다. 수렴 구간(101)과 발산 구간(102)의 경계선(T)을 기준으로 유입구(111) 측에 수렴 구간(101)이 형성되고, 그 반대 측에 발산 구간(102)이 형성된다. 경계선(T)는 마이크로 믹서(100)의 단면 형상을 따라 형성되는 폐곡선일 수 있다.Accordingly, in the first embodiment of the present invention, the micro mixer 100 may include a convergence section 101 and a divergence section 102. A plurality of supply ports 112 may be formed in the convergence section 101 and the divergence section 102 . The convergence section 101 is formed on the side of the inlet 111 based on the boundary line T between the convergence section 101 and the divergence section 102, and the divergence section 102 is formed on the opposite side. The boundary line T may be a closed curve formed along the cross-sectional shape of the micro mixer 100 .

당량비는 연소 반응이 일어나기 위한 공기(A)와 연료(F)의 상대적 비율을 의미하며, 공연비(공기-연료비)와 연공비(연료-공기비)로 표현될 수도 있다. 공연비는 연료의 질량에 대한 공기의 상대적인 양을 나타내고 연공비는 그 역수를 의미한다. 당량비(Φ)는 이론과 실제가 같은, 즉 Φ = 1에 가까울 수록 좋으며, 특히 Φ > 1인 조건(연료 농후, 공기 부족, Rich-Burn)에서는 연료의 불완전 연소가 일어나므로 당량비가 커질 수록 연소 효율은 감소한다.The equivalence ratio means the relative ratio of air (A) and fuel (F) for the combustion reaction to occur, and can also be expressed as an air-fuel ratio (air-fuel ratio) and an air-fuel ratio (fuel-air ratio). The air-fuel ratio indicates the relative amount of air to the mass of fuel, and the air-fuel ratio means the reciprocal. The equivalence ratio (Φ) is the same as theory and practice, that is, the closer to Φ = 1, the better. In particular, in the condition of Φ > 1 (rich fuel, lack of air, rich-burn), incomplete combustion of fuel occurs, so the higher the equivalence ratio, the better the combustion. Efficiency decreases.

당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간은 연소 효율이 높아서 연소 속도가 유체의 유동 속도 보다 크게 되므로, 해당 구간에서 플래시백이 발생할 가능성이 높다. 특히, 당량비가 1인 지점은 연소 효율이 가장 높아서 해당 지점에서 플래시백이 발생할 가능성이 가장 높다.In the section where the equivalence ratio is 1.3 to 0.7, the combustion efficiency is high and the combustion speed is greater than the flow speed of the fluid, so flashback is likely to occur in the section. In particular, the point where the equivalence ratio is 1 has the highest combustion efficiency, so the flashback is most likely to occur at that point.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에서 수렴 구간(101)과 발산 구간(102)을 구획하는 경계선(T)은 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간 중 어느 하나의 지점에 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 경계선(T)은 당량비가 1이 되는 지점에 형성되는 것이 가장 바람직하다. 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간을 벗어나는 경우, 연소 효율이 상대적으로 낮아서 연료의 유동 속도가 연소 속도 보다 빠르게 되어 플래시백의 우려가 적다.Therefore, in the first embodiment of the present invention, the boundary line T dividing the convergence section 101 and the divergence section 102 is preferably formed at any one point among the sections having an equivalence ratio of 1.3 to 0.7. In particular, it is most preferable that the boundary line T is formed at a point where the equivalence ratio becomes 1. When the equivalence ratio is out of the range of 1.3 to 0.7, the combustion efficiency is relatively low, so the fuel flow rate is faster than the combustion rate, so there is little concern about flashback.

당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간은, 설계시에, 플래시백이 발생할 수 있는 터빈의 출력 범위(고출력 또는 저출력)를 설정하고, 반복 실험 또는 시뮬레이션을 통해 설정될 수 있다.The range in which the equivalence ratio is 1.3 to 0.7 sets the power range (high power or low power) of the turbine in which flashback can occur during design, and can be set through repeated experiments or simulations.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서에서 플래시백이 방지되는 현상을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining a phenomenon in which flashback is prevented in the micromixer according to the first embodiment of the present invention.

도 5에서 (a)는 통상의 마이크로 믹서인 경우이고, (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서인 경우이다. 도 5의 (a), (b)에서 가로축 X는 마이크로 믹서 내부에서의 길이 방향 위치이고, Y1은 당량비이며, Y2는 속도를 의미한다. 그 중 V1은 유체의 유동 속도이고, V2는 유체의 연소 속도이다. 유체의 유동 속도는 여러 요인에 의해 결정될 수 있지만, 그 일 요인으로 마이크로 믹서의 내부 구조에 의해 결정될 수 있다.In FIG. 5, (a) is a case of a conventional micro mixer, and (b) is a case of a micro mixer according to the first embodiment of the present invention. In (a) and (b) of FIG. 5, the horizontal axis X is the position in the longitudinal direction inside the micromixer, Y1 is the equivalent ratio, and Y2 is the speed. V1 is the flow velocity of the fluid, and V2 is the combustion velocity of the fluid. The flow rate of the fluid may be determined by several factors, but one factor may be determined by the internal structure of the micromixer.

도 5의 (a)를 참조하면, 통상의 마이크로 믹서는 직관 튜브(Straight Tube) 형태로 형성되므로, 연료(F)와 공기(A)의 혼합 유체(FA)의 유동 속도(V1)는 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 한편, 혼합 유체(FA)의 연소 속도(V2)는 당량비에 의해 결정될 수 있다. 연소 속도(V2)는 당량비가 1인 지점이 최대가 되는 곡선 형태로 형성된다. Referring to (a) of FIG. 5, since a conventional micromixer is formed in the form of a straight tube, the flow rate (V1) of the mixed fluid (FA) of fuel (F) and air (A) is linear. It can be seen that increases with Meanwhile, the combustion rate V2 of the mixed fluid FA may be determined by an equivalence ratio. The burning rate (V2) is formed in the form of a curve where the point where the equivalence ratio is 1 becomes the maximum.

(a)에서 당량비가 1인 지점을 기준으로 좌우 소정 영역(B 영역)에서는 연소 속도(V2)가 유동 속도(V1) 보다 큼을 확인할 수 있다. 따라서, 이 B 영역에서 플래시백이 발생할 가능성이 큰 것을 알 수 있다.In (a), it can be confirmed that the combustion speed V2 is greater than the flow speed V1 in the left and right predetermined regions (region B) based on the point where the equivalence ratio is 1. Therefore, it can be seen that there is a high possibility of flashback occurring in this area B.

도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서(100)는, 경계선(T)을 기준으로 수렴 구간(101)과 발산 구간(102)을 구비하므로, 유체의 유동 속도(V1)는 수렴 구간(101)에서 비선형적으로 증가하고, 발산 구간(102)에서 비선형적으로 감소함을 알 수 있다. 한편, 연료(F)와 공기(A)의 비율은 (a)의 경우와 동일하므로, 연소 속도(V2)는 (a)의 경우와 동일하다. Referring to (b) of FIG. 5, since the micromixer 100 according to the first embodiment of the present invention includes a convergence section 101 and a divergence section 102 based on the boundary line T, It can be seen that the flow velocity V1 increases nonlinearly in the convergence section 101 and decreases nonlinearly in the divergence section 102. On the other hand, since the ratio of fuel (F) to air (A) is the same as in (a), the combustion rate (V2) is the same as in (a).

수렴 구간(101)에서 당량비 1에 이르기까지는 유체의 유동 속도(V1)가 비선형적으로 증가하면서, 항상 유동 속도(V1)는 연소 속도(V2) 보다 큼을 확인할 수 있다. 또한, 발산 구간(102)에서는 유동 속도(V1)가 비선형적으로 감소하지만, 연소 속도(V2)도 감소하므로, 항상 유동 속도(V1)는 연소 속도(V2) 보다 큼을 확인할 수 있다. 결과적으로, 마이크로 믹서(100) 내의 전체 구간에서 유동 속도(V1)가 연소 속도(V2) 보다 항상 큼을 확인할 수 있다.From the convergence section 101 to the equivalence ratio of 1, the flow speed V1 of the fluid increases nonlinearly, and it can be confirmed that the flow speed V1 is always greater than the combustion speed V2. In addition, in the divergence section 102, the flow rate V1 decreases nonlinearly, but the combustion rate V2 also decreases, so it can be confirmed that the flow rate V1 is always greater than the combustion rate V2. As a result, it can be confirmed that the flow rate V1 is always greater than the combustion rate V2 in the entire section in the micro mixer 100.

이는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 믹서(100)가 내부에서 발생하는 플래시백(Flash-Back) 현상을 방지할 수 있음을 시사한다.This suggests that the micro mixer 100 according to the first embodiment of the present invention can prevent a flash-back phenomenon occurring inside.

다음, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서(200)를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.Next, a micro mixer 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 8 . 6 is a side cross-sectional view of a micromixer bundle according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are side cross-sectional views of a micromixer according to a second embodiment of the present invention.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 마이크로 믹서 번들(MB)은 복수개의 마이크로 믹서(200)를 포함하며 연료 유로(1232)를 중심으로 방사 방향으로 연장되어 형성된다. 마이크로 믹서(200)는 유체(연료 또는 공기)의 유동 방향으로 연장 형성된다. Referring to FIGS. 6 to 8 , the micro mixer bundle MB includes a plurality of micro mixers 200 and extends radially around the fuel passage 1232 . The micro mixer 200 extends in the flow direction of fluid (fuel or air).

마이크로 믹서(200)는, 통상의 직관 튜브(Straight Tube) 형태가 아니라, 중간 부분이 경사지면서 그 단면적이 점점 확대되는 튜브 형태로 형성되어, 연소실(1240)에서 발생한 화염에 의한 복사열이 마이크로 믹서(200) 내부로 전달되는 것을 감소시켜서 마이크로 믹서(200) 내부에서 발생하는 자발화 및 플래시백 현상을 방지한다. 아울러, 마이크로 믹서(200)는 수렴 구간(210a)과 발산 구간(210b)을 구비함으로써, 항상 유체의 유동 속도(V1)가 연소 속도(V2) 보다 크도록 하여 더욱 더 플래시백 현상을 방지할 수 있게 된다.The micromixer 200 is not in the form of a normal straight tube, but is formed in the form of a tube whose cross-sectional area gradually expands as the middle part is inclined, so that the radiant heat generated by the flame generated in the combustion chamber 1240 is a micromixer ( 200) to prevent spontaneous ignition and flashback occurring inside the micro mixer 200 by reducing transmission to the inside. In addition, the micromixer 200 has a convergence section 210a and a divergence section 210b, so that the flow speed V1 of the fluid is always greater than the combustion speed V2, so that the flashback phenomenon can be further prevented do.

구체적으로, 마이크로 믹서(200)는 입구 유로(210), 경사 유로(220), 출구 유로(230)를 포함한다.Specifically, the micromixer 200 includes an inlet passage 210, an inclined passage 220, and an outlet passage 230.

입구 유로(210)는 일단에 공기(A)가 유입되는 유입구(211)가 형성되고, 그 내벽에는 연료(F)가 공급되는 공급구(212)가 형성된다. 유입구(211)를 통해 유입된 공기(A)와 공급구(212)를 통해 공급된 연료(F)는 입구 유로(210)에서 혼합되어 혼합 유체(FA)를 형성하면서 경사 유로(220)로 흐른다.An inlet 211 through which air A is introduced is formed at one end of the inlet passage 210, and a supply port 212 through which fuel F is supplied is formed on an inner wall thereof. The air (A) introduced through the inlet 211 and the fuel (F) supplied through the supply port 212 are mixed in the inlet passage 210 to form a mixed fluid FA and flow into the inclined passage 220. .

또한, 입구 유로(210)는 수렴 구간(210a)과 발산 구간(210b)을 포함하여 형성될 수 있다. 수렴 구간(210a)과 발산 구간(210b)의 경계선(T)을 기준으로 유입구(211) 측에 수렴 구간(210a)이 형성되고, 경사 유로(120) 측에 발산 구간(210b)이 형성된다. Also, the inlet passage 210 may include a converging section 210a and a diverging section 210b. The convergence section 210a is formed on the side of the inlet 211 based on the boundary line T between the convergence section 210a and the divergence section 210b, and the divergence section 210b is formed on the side of the gradient passage 120.

수렴 구간(210a)과 발산 구간(210b)을 구획하는 경계선(T)은 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간 중 어느 하나의 지점에 형성될 수 있다. 특히, 경계선(T)은 당량비가 1이 되는 지점에 형성되는 것이 가장 바람직하다. The boundary line T dividing the convergence section 210a and the divergence section 210b may be formed at any one point among sections having an equivalence ratio of 1.3 to 0.7. In particular, it is most preferable that the boundary line T is formed at a point where the equivalence ratio becomes 1.

입구 유로(210)의 타단과 연결된 경사 유로(220)는 기설정된 각도로 경사지게 형성된다. 혼합 유체(FA)는 경사 유로(220) 및 출구 유로(230)를 따라 유동한 후, 연소실(1240)로 분사된다.The inclined passage 220 connected to the other end of the inlet passage 210 is inclined at a predetermined angle. The mixed fluid FA flows along the inclined passage 220 and the outlet passage 230 and then is injected into the combustion chamber 1240 .

출구 유로(230)는 입구 유로(210)의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된다. 즉, 경사 유로(220)에 의해, 입구 유로(210)를 유동하는 혼합 유체(FA)의 유동축(X1, 혼합 유체 유동 방향의 중심)과 출구 유로(230)를 유동하는 혼합 유체(FA)의 유동축(X2)은 일치하지 않고 소정 거리로 이격되어 평행을 이룬다. 상기의 가상 연장선은 혼합 유체(FA)의 유동축일 수 있다.The outlet passage 230 is formed at a position spaced apart from the imaginary extension of the inlet passage 210 . That is, the flow axis (X1, center of the flow direction of the mixed fluid) of the mixed fluid FA flowing through the inlet passage 210 and the mixed fluid FA flowing through the outlet passage 230 by the inclined passage 220 The flow axes (X2) of the do not coincide and are spaced apart at a predetermined distance to form parallel. The virtual extension line may be a flow axis of the mixed fluid FA.

경사 유로(220)는 입구 유로(210)와 출구 유로(230)를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성된다. 경사 유로(220)는 소정 거리 이격된 입구 유로(210)와 출구 유로(230)를 연결하되, 입구 유로(210)에서 출구 유로(230) 측으로 갈수록 그 단면적이 점점 증가하는 튜브 형태로 형성된다. The inclined passage 220 connects the inlet passage 210 and the outlet passage 230 and is inclined at a predetermined angle. The inclined passage 220 connects the inlet passage 210 and the outlet passage 230 spaced apart by a predetermined distance, but has a tube shape whose cross-sectional area gradually increases from the inlet passage 210 to the outlet passage 230. It is formed.

그 결과, 입구 유로(210)의 단면적이 가장 작게 형성되고, 출구 유로(230)의 단면적이 가장 크게 형성될 수 있다. 즉, 입구 유로(210)의 단부(경사 유로(220) 측 단부)는 제1 단면적을 구비하고, 출구 유로(230)는 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 경사 유로(220)는 입구 유로(210)에서 출구 유로(230) 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비할 수 있다.As a result, the cross-sectional area of the inlet passage 210 may be formed to be the smallest, and the cross-sectional area of the outlet passage 230 may be formed to be the largest. That is, the end of the inlet passage 210 (the end on the side of the inclined passage 220) has a first cross-sectional area, the outlet passage 230 has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage 220 has a It may have a variable cross-sectional area that gradually increases from the inlet passage 210 toward the outlet passage 230.

또한, 경사 유로(220)는 하부의 제1 라인(221)과 상부의 제2 라인(222)을 포함한다. 제1 라인(221)은 출구 유로(230)의 가상 연장선(X2)과 제1 각도(θ1)를 이루고, 제2 라인(222)은 출구 유로(230)의 가상 연장선(X2)과 제2 각도(θ2)를 이룬다. 경사 유로(220)는 가변 단면적을 구비하므로, 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 상이한 각도로 형성될 수 있다. In addition, the inclined passage 220 includes a lower first line 221 and an upper second line 222 . The first line 221 forms a first angle θ1 with the virtual extension line X2 of the outlet passage 230, and the second line 222 forms a second angle with the virtual extension line X2 of the outlet passage 230. (θ2). Since the inclined passage 220 has a variable cross-sectional area, the first angle θ1 and the second angle θ2 may be formed at different angles.

도 7과 같이, 경사 유로(220)가 하방향으로 경사지게 형성된 경우, 제1 각도(θ1)가 제2 각도(θ2) 보다 크게 형성될 수 있다. 또는, 도 6에서 상부 연료 플레넘(1234)에 형성된 마이크로 믹서(200)와 같이, 경사 유로(220)가 상방향으로 경사지게 형성된 경우, 제2 각도(θ2)가 제1 각도(θ1) 보다 크게 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7 , when the inclined passage 220 is inclined downward, the first angle θ1 may be greater than the second angle θ2. Alternatively, as in the micro mixer 200 formed in the upper fuel plenum 1234 in FIG. 6, when the inclined passage 220 is formed to be inclined upward, the second angle θ2 is greater than the first angle θ1. can be formed

입구 유로(210), 경사 유로(220), 및 출구 유로(230)의 단면은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.Cross sections of the inlet passage 210 , the inclined passage 220 , and the outlet passage 230 may be formed in a polygonal shape.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서(100)에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 연소실(1240)에서 발생한 화염에 의한 방사 방향의 복사열 중에서 출구 유로(230)를 통해 마이크로 믹서(200) 내부로 전달되는 복사열(R1)은, 경사 유로(220)의 점점 좁아지는 유로 내벽에 반복적으로 반사되면서, 연료(F)와 공기(A)가 혼합되는 입구 유로(210) 영역에 이르지 못하고, 다시 출구 유로(230)를 통해 연소실(1240)로 방출(R2)된다. 따라서, 연료(F)와 공기(A)가 혼합되는 영역에 복사열(R1)이 전달됨에 따라 발생하는 자발화 및 플래시백 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 마이크로 믹서(200)는 수렴 구간(210a)과 발산 구간(210b)을 구비함으로써, 항상 유체의 유동 속도(V1)가 연소 속도(V2) 보다 크도록 하여 더욱 더 플래시백 현상을 방지할 수 있게 된다.According to the micromixer 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above, as shown in FIG. 8, the micromixer passes through the outlet passage 230 among radial radiant heat from the flame generated in the combustion chamber 1240. The radiant heat R1 transferred to the inside of the 200 is repeatedly reflected on the inner wall of the gradually narrowing passage of the inclined passage 220, and does not reach the region of the inlet passage 210 where the fuel F and air A are mixed. However, it is discharged (R2) to the combustion chamber 1240 through the outlet passage 230 again. Accordingly, spontaneous ignition and flashback phenomena occurring as the radiant heat R1 is transferred to the region where the fuel F and the air A are mixed can be prevented. In addition, the micromixer 200 has a convergence section 210a and a divergence section 210b, so that the flow speed V1 of the fluid is always greater than the combustion speed V2, so that the flashback phenomenon can be further prevented do.

한편, 전술한 일 실시예에 의하면, 마이크로 믹서(100, 200) 내부에 공기(A)가 흐르는 상태에서 공급구(112, 212)를 통해 연료(F)가 공급되어 혼합 유체(FA)를 생성하는 데, 이 경우, 공기(A)가 상대적으로 고속으로 흐르는 상태에서 저속의 연료(F)가 투입되므로, 연료와 공기가 충분히 혼합되지 않는 문제가 있다. On the other hand, according to the above-described embodiment, the fuel (F) is supplied through the supply ports 112 and 212 in a state in which air A flows inside the micro mixers 100 and 200 to generate a mixed fluid FA However, in this case, since the low-speed fuel F is injected while the air A flows at a relatively high speed, there is a problem in that the fuel and air are not sufficiently mixed.

이에, 본 발명의 다른 실시예에서는 마이크로 믹서 내부에 상대적으로 저속의 연료(F)가 흐르는 상태에서 고속의 공기(A)가 공급됨으로써, 혼합 효율을 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다. Accordingly, another embodiment of the present invention proposes a way to improve mixing efficiency by supplying high-speed air (A) while relatively low-speed fuel (F) flows inside the micromixer.

도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기를 이루는 어느 하나의 버너 모듈이 도시된 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이다.9 is a view showing one burner module constituting a combustor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a side cross-sectional view showing a micromixer bundle according to a third embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버너 모듈(2210)에서 마이크로 믹서(300) 내부에 연료(F)가 흐르는 상태에서 공기(A)가 혼합될 수 있다. 연료 탱크(FT)로부터 공급된 연료(F)는 엔드 커버(2231) 및 연료 유로(2232)를 경유하여 마이크로 믹서(300)로 유입된다.Referring to FIGS. 9 and 10 , in a burner module 2210 according to another embodiment of the present invention, air A may be mixed while fuel F flows inside the micro mixer 300 . The fuel F supplied from the fuel tank FT flows into the micro mixer 300 via the end cover 2231 and the fuel passage 2232 .

압축 공기(A)는 압축공기 유입홀(H)을 통해 라이너(2250) 또는 트랜지션 피스(2260) 내부의 환형 공간으로 유입되어 흐른 뒤, 엔드 커버(2231)에 의해 유동 방향이 전환되어 에어 유동공간(2233)을 따라 흐른 후, 플레넘 유입구(2234a)를 통해 에어 플레넘(2234, air plenum)으로 유입된 후, 공급구를 통해 마이크로 믹서(300)로 유입되어 연료(F)와 혼합될 수 있다. 미설명 부호 2220은 연소실 조립체이고, 2230은 마이크로 믹서 조립체이며, 2235는 슈라우드이다. The compressed air (A) flows into the annular space inside the liner 2250 or the transition piece 2260 through the compressed air inlet hole H, and then the flow direction is changed by the end cover 2231 to form an air flow space. After flowing along the plenum inlet 2234a, it flows into the air plenum 2234 through the plenum inlet 2234a, and then flows into the micro mixer 300 through the supply port to mix with the fuel F. there is. Reference numeral 2220 is a combustion chamber assembly, 2230 is a micromixer assembly, and 2235 is a shroud.

다음, 도 10 및 도 11은 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서(300)를 설명한다. 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이고, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.Next, a micro mixer 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11 . 10 is a side cross-sectional view showing a micro mixer bundle according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a side cross-sectional view showing a micro mixer according to a third embodiment of the present invention.

도 10 및 도 11을 참조하면, 마이크로 믹서 번들은 복수개의 마이크로 믹서(300)를 포함하며 에어 유동공간(2233)의 가상 중심축을 중심으로 방사 방향으로 연장되어 형성된다. 마이크로 믹서(300)는 유체(연료 또는 공기)의 유동 방향으로 연장 형성된다. Referring to FIGS. 10 and 11 , the micromixer bundle includes a plurality of micromixers 300 and extends in a radial direction around an imaginary central axis of an air flow space 2233 . The micro mixer 300 extends in the flow direction of fluid (fuel or air).

마이크로 믹서(300)는 일단에 연료(F)가 유입되는 유입구(311)가 형성되고, 그 내벽에는 공기(A)가 공급되는 공급구(312)가 형성된다. 유입구(311)를 통해 유입된 연료(F)와 공급구(312)를 통해 공급된 공기(A)는 마이크로 믹서(300) 내부에서 혼합되어 혼합 유체(FA)를 형성하면서 연소실(2240)로 분사된다.The micro mixer 300 has an inlet 311 through which fuel F is introduced at one end, and a supply port 312 through which air A is supplied is formed on an inner wall thereof. The fuel F introduced through the inlet 311 and the air A supplied through the supply port 312 are mixed inside the micro mixer 300 to form a mixed fluid FA and injected into the combustion chamber 2240. do.

마이크로 믹서(300)는 수렴 구간(301)과 발산 구간(302)을 포함하여 형성될 수 있다. 수렴 구간(301)과 발산 구간(302)에는 복수개의 공급구(312)가 형성될 수 있다. 수렴 구간(301)과 발산 구간(302)의 경계선(T)을 기준으로 유입구(311) 측에 수렴 구간(301)이 형성되고, 그 반대 측에 발산 구간(302)이 형성된다.The micro mixer 300 may include a convergence section 301 and a divergence section 302. A plurality of supply ports 312 may be formed in the convergence section 301 and the divergence section 302 . The convergence section 301 is formed on the side of the inlet 311 based on the boundary line T between the convergence section 301 and the divergence section 302, and the divergence section 302 is formed on the opposite side.

수렴 구간(301)과 발산 구간(302)을 구획하는 경계선(T)은 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간 중 어느 하나의 지점에 형성될 수 있다. 특히, 경계선(T)은 당량비가 1이 되는 지점에 형성되는 것이 가장 바람직하다. The boundary line T dividing the convergence section 301 and the divergence section 302 may be formed at any one point among sections having an equivalence ratio of 1.3 to 0.7. In particular, it is most preferable that the boundary line T is formed at a point where the equivalence ratio becomes 1.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서에서 플래시백이 방지되는 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 도 5와 비교할 때, 마이크로 믹서(300) 내부에 연료(F)가 흐르는 상태에서 공기(A)가 공급되는 점이 상이할 뿐, 혼합 유체(FA)의 유동과 관련된 내용을 실질적으로 동일하다. 12 is a diagram for explaining a phenomenon in which flashback is prevented in the micromixer according to the third embodiment of the present invention. 12 is substantially the same in content related to the flow of the mixed fluid FA as compared to FIG. do.

따라서, 도 12에 대한 설명은 도 5에 대한 설명과 유사하며, 이를 정리하면, 수렴 구간(301)에서 당량비 1에 이르기까지는 유체의 유동 속도(V1)가 비선형적으로 증가하면서, 항상 유동 속도(V1)는 연소 속도(V2) 보다 큼을 확인할 수 있다. 또한, 발산 구간(302)에서는 유동 속도(V1)가 비선형적으로 감소하지만, 연소 속도(V2)도 감소하므로, 항상 유동 속도(V1)는 연소 속도(V2) 보다 큼을 확인할 수 있다. 결과적으로, 마이크로 믹서(300) 내의 전체 구간에서 유동 속도(V1)가 연소 속도(V2) 보다 항상 큼을 확인할 수 있다.Therefore, the description of FIG. 12 is similar to the description of FIG. 5, and in summary, the flow speed V1 of the fluid increases nonlinearly from the convergence section 301 to the equivalence ratio 1, and the flow speed ( It can be confirmed that V1) is greater than the combustion rate V2. In addition, in the divergence section 302, the flow rate V1 decreases nonlinearly, but the combustion rate V2 also decreases, so it can be confirmed that the flow rate V1 is always greater than the combustion rate V2. As a result, it can be confirmed that the flow rate (V1) is always greater than the combustion rate (V2) in the entire section in the micro mixer 300.

이는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 믹서(300)가 내부에서 발생하는 플래시백(Flash-Back) 현상을 방지할 수 있음을 시사한다. 또한, 마이크로 믹서 내부에 상대적으로 저속의 연료(F)가 흐르는 상태에서 고속의 공기(A)가 공급됨으로써, 혼합 효율을 향상시킬 수 있다. This suggests that the micro mixer 300 according to the third embodiment of the present invention can prevent a flash-back phenomenon occurring inside. In addition, mixing efficiency can be improved by supplying high-speed air (A) while relatively low-speed fuel (F) flows inside the micromixer.

다음, 도 13 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서(400)를 설명한다. 도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서 번들이 도시된 측단면도이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서가 도시된 측단면도이다.Next, a micro mixer 400 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15 . 13 is a side cross-sectional view showing a micromixer bundle according to a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 14 and 15 are side cross-sectional views showing a micromixer according to a fourth embodiment of the present invention.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 마이크로 믹서 번들(MB)은 복수개의 마이크로 믹서(400)를 포함하며, 마이크로 믹서(400)는 유체(연료 또는 공기)의 유동 방향으로 연장 형성된다. 13 to 15, the micro mixer bundle MB includes a plurality of micro mixers 400, and the micro mixers 400 extend in a flow direction of a fluid (fuel or air).

마이크로 믹서(400)는, 통상의 직관 튜브(Straight Tube) 형태가 아니라, 중간 부분이 경사지면서 그 단면적이 점점 확대되는 튜브 형태로 형성되어, 연소실(2240)에서 발생한 화염에 의한 복사열이 마이크로 믹서(400) 내부로 전달되는 것을 감소시켜서 마이크로 믹서(400) 내부에서 발생하는 자발화 및 플래시백 현상을 방지한다.The micromixer 400 is not in the form of a normal straight tube, but is formed in the form of a tube whose cross-sectional area gradually expands as the middle part is inclined, so that the radiant heat generated by the flame generated in the combustion chamber 2240 is a micromixer ( 400) to prevent spontaneous ignition and flashback occurring inside the micro mixer 400 by reducing transmission to the inside.

구체적으로, 마이크로 믹서(400)는 입구 유로(410), 경사 유로(420), 출구 유로(430)를 포함한다.Specifically, the micromixer 400 includes an inlet passage 410, an inclined passage 420, and an outlet passage 430.

입구 유로(410)는 연료 유로(2232)와 연결 형성되며, 일단에 연료(F)가 유입되는 유입구(411)가 형성되고, 그 내벽에는 공기(A)가 공급되는 공급구(412)가 형성된다. 유입구(411)를 통해 유입된 연료(F)와 공급구(412)를 통해 공급된 공기(A)는 입구 유로(410)에서 혼합되어 혼합 유체(FA)를 형성하면서 경사 유로(420)로 흐른다.The inlet passage 410 is connected to the fuel passage 2232, has an inlet 411 through which fuel F is introduced, and a supply port 412 through which air A is supplied is formed on an inner wall thereof. do. The fuel F introduced through the inlet 411 and the air A supplied through the supply port 412 are mixed in the inlet passage 410 to form a mixed fluid FA and flow into the inclined passage 420. .

또한, 입구 유로(410)는 수렴 구간(410a)과 발산 구간(410b)을 포함하여 형성될 수 있다. 수렴 구간(410a)과 발산 구간(410b)의 경계선(T)을 기준으로 유입구(411) 측에 수렴 구간(410a)이 형성되고, 경사 유로(120) 측에 발산 구간(410b)이 형성된다. Also, the inlet passage 410 may include a converging section 410a and a diverging section 410b. A convergence section 410a is formed on the side of the inlet 411 based on the boundary line T between the convergence section 410a and the divergence section 410b, and the divergence section 410b is formed on the side of the gradient passage 120.

수렴 구간(410a)과 발산 구간(410b)을 구획하는 경계선(T)은 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간 중 어느 하나의 지점에 형성될 수 있다. 특히, 경계선(T)은 당량비가 1이 되는 지점에 형성되는 것이 가장 바람직하다. The boundary line T dividing the convergence section 410a and the divergence section 410b may be formed at any one point among sections having an equivalence ratio of 1.3 to 0.7. In particular, it is most preferable that the boundary line T is formed at a point where the equivalence ratio becomes 1.

입구 유로(410)의 타단과 연결된 경사 유로(420)는 기설정된 각도로 경사지게 형성된다. 혼합 유체(FA)는 경사 유로(420) 및 출구 유로(430)를 따라 유동한 후, 연소실(2240)로 분사된다.The inclined passage 420 connected to the other end of the inlet passage 410 is inclined at a predetermined angle. The mixed fluid FA flows along the inclined passage 420 and the outlet passage 430 and then is injected into the combustion chamber 2240 .

출구 유로(430)는 입구 유로(410)의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된다. 즉, 경사 유로(420)에 의해, 입구 유로(410)를 유동하는 혼합 유체(FA)의 유동축(X1, 혼합 유체 유동 방향의 중심)과 출구 유로(430)를 유동하는 혼합 유체(FA)의 유동축(X2)은 일치하지 않고 소정 거리로 이격되어 평행을 이룬다. 상기의 가상 연장선은 혼합 유체(FA)의 유동축일 수 있다.The outlet passage 430 is formed at a position spaced apart from the imaginary extension of the inlet passage 410 . That is, the flow axis (X1, center of the flow direction of the mixed fluid) of the mixed fluid FA flowing through the inlet passage 410 and the mixed fluid FA flowing through the outlet passage 430 by the inclined passage 420 The flow axes (X2) of the do not coincide and are spaced apart at a predetermined distance to form parallel. The virtual extension line may be a flow axis of the mixed fluid FA.

경사 유로(420)는 입구 유로(410)와 출구 유로(430)를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성된다. 경사 유로(420)는 소정 거리 이격된 입구 유로(410)와 출구 유로(430)를 연결하되, 입구 유로(410)에서 출구 유로(430) 측으로 갈수록 그 단면적이 점점 증가하는 튜브 형태로 형성된다. The inclined passage 420 connects the inlet passage 410 and the outlet passage 430 and is inclined at a predetermined angle. The inclined passage 420 connects the inlet passage 410 and the outlet passage 430 spaced apart by a predetermined distance, but is formed in a tube shape whose cross-sectional area gradually increases from the inlet passage 410 to the outlet passage 430.

그 결과, 입구 유로(410)의 단면적이 가장 작게 형성되고, 출구 유로(430)의 단면적이 가장 크게 형성될 수 있다. 즉, 입구 유로(410)의 단부(경사 유로(420) 측 단부)는 제1 단면적을 구비하고, 출구 유로(430)는 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 경사 유로(420)는 입구 유로(410)에서 출구 유로(430) 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비할 수 있다.As a result, the cross-sectional area of the inlet channel 410 is the smallest and the cross-sectional area of the outlet channel 430 is the largest. That is, the end of the inlet passage 410 (the end on the side of the inclined passage 420) has a first cross-sectional area, the outlet passage 430 has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage 420 has a It may have a variable cross-sectional area that gradually increases from the inlet passage 410 toward the outlet passage 430.

또한, 경사 유로(420)는 하부의 제1 라인(421)과 상부의 제2 라인(422)을 포함한다. 제1 라인(421)은 출구 유로(430)의 가상 연장선(X2)과 제1 각도(θ1)를 이루고, 제2 라인(422)은 출구 유로(430)의 가상 연장선(X2)과 제2 각도(θ2)를 이룬다. 경사 유로(420)는 가변 단면적을 구비하므로, 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 상이한 각도로 형성될 수 있다. In addition, the inclined passage 420 includes a lower first line 421 and an upper second line 422 . The first line 421 forms a first angle θ1 with the virtual extension line X2 of the outlet passage 430, and the second line 422 forms a second angle with the virtual extension line X2 of the outlet passage 430. (θ2). Since the inclined passage 420 has a variable cross-sectional area, the first angle θ1 and the second angle θ2 may be formed at different angles.

도 14와 같이, 경사 유로(420)가 하방향으로 경사지게 형성된 경우, 제1 각도(θ1)가 제2 각도(θ2) 보다 크게 형성될 수 있다. 또는, 도 13에서 상부 에어 플레넘(2234)에 형성된 마이크로 믹서(400)와 같이, 경사 유로(420)가 상방향으로 경사지게 형성된 경우, 제2 각도(θ2)가 제1 각도(θ1) 보다 크게 형성될 수 있다.As shown in FIG. 14 , when the inclined passage 420 is inclined downward, the first angle θ1 may be greater than the second angle θ2 . Alternatively, as in the micro mixer 400 formed in the upper air plenum 2234 in FIG. 13, when the inclined passage 420 is formed to be inclined upward, the second angle θ2 is greater than the first angle θ1. can be formed

입구 유로(410), 경사 유로(420), 및 출구 유로(430)의 단면은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.Cross sections of the inlet passage 410 , the inclined passage 420 , and the outlet passage 430 may be formed in a polygonal shape.

이와 같이 구성된 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로 믹서(400)에 의하면, 도 15에 도시된 바와 같이, 연소실(2240)에서 발생한 화염에 의한 방사 방향의 복사열 중에서 출구 유로(430)를 통해 마이크로 믹서(400) 내부로 전달되는 복사열(R1)은, 경사 유로(420)의 점점 좁아지는 유로 내벽에 반복적으로 반사되면서, 연료(F)와 공기(A)가 혼합되는 입구 유로(410) 영역에 이르지 못하고, 다시 출구 유로(430)를 통해 연소실(2240)로 방출(R2)된다. 따라서, 연료(F)와 공기(A)가 혼합되는 영역에 복사열(R1)이 전달됨에 따라 발생하는 자발화 및 플래시백 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 마이크로 믹서(400)는 수렴 구간(410a)과 발산 구간(410b)을 구비함으로써, 항상 유체의 유동 속도(V1)가 연소 속도(V2) 보다 크도록 하여 더욱 더 플래시백 현상을 방지할 수 있게 된다.According to the micromixer 400 according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above, as shown in FIG. 15, the radiant heat from the flame generated in the combustion chamber 2240 in the radial direction passes through the outlet passage 430 to the micromixer 400. The radiant heat (R1) transmitted into the mixer 400 is repeatedly reflected on the inner wall of the gradually narrowing passage of the inclined passage 420, and reaches the region of the inlet passage 410 where the fuel F and air A are mixed. It does not reach, and is discharged (R2) to the combustion chamber 2240 through the outlet passage 430 again. Accordingly, spontaneous ignition and flashback phenomena occurring as the radiant heat R1 is transferred to the region where the fuel F and the air A are mixed can be prevented. In addition, the micromixer 400 has a convergence section 410a and a divergence section 410b, so that the flow speed V1 of the fluid is always greater than the combustion speed V2, so that the flashback phenomenon can be further prevented do.

또한, 마이크로 믹서 내부에 상대적으로 저속의 연료(F)가 흐르는 상태에서 고속의 공기(A)가 공급됨으로써, 혼합 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, mixing efficiency can be improved by supplying high-speed air (A) while relatively low-speed fuel (F) flows inside the micromixer.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention can be variously modified and changed by the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

1100 : 압축기 1200 : 연소기
1210, 2210 : 버너 모듈 1220, 2220 : 연소실 조립체
1230, 2230 : 마이크로 믹서 조립체 1300 : 터빈
100, 200, 300, 400 : 마이크로 믹서
101, 210a, 301, 410a : 수렴 구간
102, 210b, 302, 410b : 발산 구간
210, 410 : 입구 유로
220, 420 : 경사 유로
230, 430 : 출구 유로
1100: compressor 1200: combustor
1210, 2210: burner module 1220, 2220: combustion chamber assembly
1230, 2230: micro mixer assembly 1300: turbine
100, 200, 300, 400: Micro mixer
101, 210a, 301, 410a: convergence section
102, 210b, 302, 410b: divergence section
210, 410: inlet passage
220, 420: inclined passage
230, 430: Exit Euro

Claims (10)

일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 내벽에 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 상기 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 상기 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 상기 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함하는 입구 유로;
상기 혼합 유체를 연소실로 분사시키며 상기 입구 유로의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된 출구 유로;
상기 입구 유로와 상기 출구 유로를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성되어 상기 연소실에서 발생한 화염에 의한 복사열이 상기 입구 유로로 전달되는 것을 감소시키는 경사 유로;
를 포함하는 마이크로 믹서.
An inlet through which the first fluid is introduced is formed at one end and a supply port through which the second fluid is supplied is formed on the inner wall, and the first fluid introduced through the inlet and the second fluid supplied through the supply are mixed. an inlet passage through which the mixed fluid flows and including a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side based on any boundary line of an inner wall;
an outlet passage formed at a position spaced apart from a virtual extension of the inlet passage and injecting the mixed fluid into a combustion chamber;
an inclined passage connecting the inlet passage and the outlet passage and being inclined at a predetermined angle to reduce the transfer of radiant heat from the flame generated in the combustion chamber to the inlet passage;
A micro mixer comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 경계선은,
연소 반응이 일어나기 위한 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성되는 마이크로 믹서.
The method according to claim 1, wherein the boundary line,
A micromixer formed in a section where the equivalent ratio, which is the relative ratio of the first fluid and the second fluid for the combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.
청구항 1에 있어서,
상기 입구 유로의 단부는 제1 단면적을 구비하고, 상기 출구 유로는 상기 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 상기 경사 유로는 상기 입구 유로의 단부에서 상기 출구 유로 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비하는 마이크로 믹서.
The method of claim 1,
An end of the inlet passage has a first cross-sectional area, the outlet passage has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage has a variable cross-sectional area gradually increasing from the end of the inlet passage to the outlet passage. A micro mixer comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 경사 유로는,
상기 출구 유로의 가상 연장선과 제1 각도를 이루는 제1 라인과, 상기 출구 유로의 가상 연장선과 제2 각도를 이루는 제2 라인을 포함하며, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 상이한 마이크로 믹서.
The method according to claim 1, wherein the inclined passage,
A micro mixer including a first line forming a first angle with a virtual extension line of the outlet passage and a second line forming a second angle with a virtual extension line of the outlet passage, wherein the first angle and the second angle are different from each other. .
청구항 1에 있어서,
상기 제1 유체는 수소 포함 연료이고 상기 제2 유체는 공기이거나, 또는
상기 제1 유체는 공기이고 상기 제2 유체는 수소 포함 연료인 마이크로 믹서.
The method of claim 1,
the first fluid is a fuel comprising hydrogen and the second fluid is air, or
Wherein the first fluid is air and the second fluid is a fuel containing hydrogen.
연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체;
상기 연소실로 상기 연료 유체를 분사하는 복수의 마이크로 믹서를 포함하는 마이크로 믹서 조립체;를 포함하며,
상기 마이크로 믹서는,
일단에 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 내벽에 제2 유체가 공급되는 공급구가 형성되며, 상기 유입구를 통해 유입된 제1 유체와 상기 공급구를 통해 공급된 제2 유체가 혼합되어 형성된 혼합 유체가 유동하고, 내벽의 어느 한 경계선을 기준으로 상기 유입구 측에 형성된 수렴 구간과 그 반대 측에 형성된 발산 구간을 포함하는 입구 유로;
상기 혼합 유체를 연소실로 분사시키며 상기 입구 유로의 가상 연장선과 이격된 위치에 형성된 출구 유로;
상기 입구 유로와 상기 출구 유로를 연결하며, 기설정된 각도로 경사지게 형성되어 상기 연소실에서 발생한 화염에 의한 복사열이 상기 입구 유로로 전달되는 것을 감소시키는 경사 유로;
를 포함하는 연소기.
a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid is combusted;
A micro mixer assembly including a plurality of micro mixers for injecting the fuel fluid into the combustion chamber; includes,
The micro mixer,
An inlet through which the first fluid is introduced is formed at one end and a supply port through which the second fluid is supplied is formed on the inner wall, and the first fluid introduced through the inlet and the second fluid supplied through the supply are mixed. an inlet passage through which the mixed fluid flows and including a convergence section formed on the inlet side and a divergence section formed on the opposite side based on any boundary line of an inner wall;
an outlet passage formed at a position spaced apart from a virtual extension of the inlet passage and injecting the mixed fluid into a combustion chamber;
an inclined passage connecting the inlet passage and the outlet passage and being inclined at a predetermined angle to reduce the transfer of radiant heat from the flame generated in the combustion chamber to the inlet passage;
Combustor comprising a.
청구항 6에 있어서,상기 경계선은,
연소 반응이 일어나기 위한 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 상대적 비율인 당량비가 1.3 ~ 0.7인 구간에 형성되는 연소기.
The method according to claim 6, The boundary line,
A combustor formed in a section in which an equivalence ratio, which is a relative ratio of the first fluid and the second fluid for a combustion reaction to occur, is 1.3 to 0.7.
청구항 6에 있어서,
상기 입구 유로의 단부는 제1 단면적을 구비하고, 상기 출구 유로는 상기 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 구비하며, 상기 경사 유로는 상기 입구 유로의 단부에서 상기 출구 유로 측으로 갈수록 점점 증가하는 가변 단면적을 구비하는 연소기.
The method of claim 6,
An end of the inlet passage has a first cross-sectional area, the outlet passage has a second cross-sectional area larger than the first cross-sectional area, and the inclined passage has a variable cross-sectional area gradually increasing from the end of the inlet passage to the outlet passage. Combustor having a.
청구항 6에 있어서,상기 경사 유로는,
상기 출구 유로의 가상 연장선과 제1 각도를 이루는 제1 라인과, 상기 출구 유로의 가상 연장선과 제2 각도를 이루는 제2 라인을 포함하며, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 상이한 연소기.
The method according to claim 6, The inclined passage,
A combustor comprising a first line forming a first angle with a virtual extension line of the outlet passage and a second line forming a second angle with a virtual extension line of the outlet passage, wherein the first angle and the second angle are different from each other.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 유체는 수소 포함 연료이고 상기 제2 유체는 공기이거나, 또는
상기 제1 유체는 공기이고 상기 제2 유체는 수소 포함 연료인 연소기.
The method of claim 6,
the first fluid is a fuel comprising hydrogen and the second fluid is air, or
wherein the first fluid is air and the second fluid is a hydrogen-containing fuel.
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