KR102661014B1 - 덕트 조립체 및 이를 포함하는 연소기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 덕트 조립체는, 내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간을 형성하는 챔버 내벽, 및 상기 챔버 내벽을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브를 포함하고, 상기 유동 슬리브는 하류 튜브와 상기 하류 튜브를 부분적으로 감싸는 상류 튜브를 포함하고, 상기 하류 튜브는 상기 상류 튜브와 상기 하류 튜브 사이의 공간에서 상기 하류 튜브의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사하는 복수의 내측 냉각홀을 포함할 수 있다.

Description

덕트 조립체 및 이를 포함하는 연소기{DUCT ASSEMBLY AND COMBUSTOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연소기용 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
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.
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.
연소기는 버너와 덕트 조립체를 포함하며, 버너에서 연소된 연소 가스는 덕트 조립체를 통해서 터빈으로 공급된다. 덕트 조립체는 압축기에서 공급된 공기에 의하여 냉각되는데, 덕트 조립체의 입구측은 출구측에 비하여 더 높은 온도로 가열되므로 덕트 조립체의 입구측을 효율적으로 냉각할 수 있어야 한다.
또한, 덕트 조립체의 입구측으로 갈수록 내측에서 이동하는 공기의 유량이 증가하므로 외부에서 유입된 공기에 의한 충돌 냉각 효율이 저하되는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 덕트 조립체를 효율적으로 냉각할 수 있는 덕트 조립체 및 연소기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 덕트 조립체는, 내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간을 형성하는 챔버 내벽, 및 상기 챔버 내벽을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브를 포함하고, 상기 유동 슬리브는 하류 튜브와 상기 하류 튜브를 부분적으로 감싸는 상류 튜브를 포함하고, 상기 하류 튜브는 상기 상류 튜브와 상기 하류 튜브 사이의 공간에서 상기 하류 튜브의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사하는 복수의 내측 냉각홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 상류 튜브는 상기 챔버 내벽과 마주하는 냉각부, 상기 냉각부에서 외측으로 확장되며 확장부, 상기 확장부에서 하류측으로 이어지며 상기 하류 튜브를 감싸는 커버부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 냉각부에 상기 상류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이로 냉각 공기를 분사하는 복수의 상류 냉각홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 외측 냉각홀은 상기 내측 냉각홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 확장부는 상기 냉각부에서 외측으로 경사지게 확장되며, 상기 확장부에는 상기 선단 차단부를 향하여 냉각 공기를 분사하는 중간 냉각홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되며, 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이에는 상기 외측 냉각홀과 상기 내측 냉각홀을 연결하는 내부관이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 냉각부와 상기 챔버 내벽 사이의 제1 간격은 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이의 제2 간격보다 더 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 하류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이의 제3 간격은 상기 제2 간격보다 더 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 챔버 내벽은 다공성 재질로 이루어진 다공 튜브를 포함하고, 상기 다공 튜브는 상기 하류 튜브와 마주하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 연소기는 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하고, 상기 덕트 조립체는, 내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간을 형성하는 챔버 내벽, 및 상기 챔버 내벽을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브를 포함하고, 상기 유동 슬리브는 하류 튜브와 상기 하류 튜브를 부분적으로 감싸는 상류 튜브를 포함하고, 상기 하류 튜브는 상기 상류 튜브와 상기 하류 튜브 사이의 공간에서 상기 하류 튜브의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사하는 복수의 내측 냉각홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 상류 튜브는 상기 챔버 내벽과 마주하는 냉각부, 상기 냉각부에서 외측으로 확장되며 확장부, 상기 확장부에서 하류측으로 이어지며 상기 하류 튜브를 감싸는 커버부를 포함하고, 상기 냉각부에는 상기 상류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이로 냉각 공기를 분사하는 복수의 상류 냉각홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되고, 상기 외측 냉각홀은 상기 내측 냉각홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 확장부는 상기 냉각부에서 외측으로 경사지게 확장되며, 상기 확장부에는 상기 선단 차단부를 향하여 냉각 공기를 분사하는 중간 냉각홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되며, 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이에는 상기 외측 냉각홀과 상기 내측 냉각홀을 연결하는 내부관이 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 냉각부와 상기 챔버 내벽 사이의 제1 간격은 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이의 제2 간격보다 더 크게 형성되고, 상기 하류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이의 제3 간격은 상기 제2 간격보다 더 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 챔버 내벽은 다공성 재질로 이루어진 다공 튜브를 포함하고, 상기 다공 튜브는 상기 하류 튜브와 마주하도록 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 덕트 조립체 및 연소기에 의하면, 유동 슬리브가 상류 튜브와 하류 튜브를 포함하고, 하류 튜브에 내측 냉각홀이 형성되면, 상류 튜브에서 전달된 냉각 공기가 내측 냉각홀을 통해서 챔버 내벽을 충격하여 냉각하므로 냉각 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
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.
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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
본 제1 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 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 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.
위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기에서는, 압축기(1100)의 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.
압축기 베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스 터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적인 영향을 미치게 된다.
한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다.
터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)을 포함한다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)이 삽입된다. 터빈 블레이드(1320)는 도브테일 등의 방식으로 로터 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 터빈 베인(1330)은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드(1320)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드(1320)는 연소가스에 의하여 회전하면서 회전력을 생성한다.
도 2는 가스 터빈(1000)에 적용되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 연소기 케이싱(1210), 버너(1220), 노즐(1230), 덕트 조립체(1250)를 포함할 수 있다.
연소기 케이싱(1210)은 복수의 버너(1220)를 감싸며 대략 원형 형상으로 이루어질 수 있다. 복수의 버너(1220)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 배치될 수 있다. 각 버너(1220)에는 수 개의 노즐(1230)이 구비되며, 이 노즐(1230)에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.
가스 터빈(1000)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다.
예혼합 연소의 경우에는 압축 공기가 노즐(1230)에서 미리 분사되는 연료와 혼합된 후 연소 공간(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.
도 2를 참조하면, 덕트 조립체(1250)는 버너(1220)와 터빈(1300)을 연결하여 연소가스를 터빈(1300)으로 전달한다. 고온의 연소가스가 유동하는 덕트 조립체(1250)의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 노즐(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체(1250)가 적절히 냉각된다.
덕트 조립체(1250)는 내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간(1240)을 형성하는 챔버 내벽(1251)와 챔버 내벽(1251)을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브(1260)를 포함할 수 있다. 또한, 챔버 내벽(1251)은 라이너(1253)와 트랜지션피스(1252)를 포함할 수 있다.
덕트 조립체(1250)는 라이너(1253)와 트랜지션피스(1252)의 바깥을 유동 슬리브(1260)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1260) 안쪽에 형성된 냉각 통로 내부로 침투하여 라이너(1253)와 트랜지션피스(1252)를 냉각시킨다.
라이너(1253)는 연소기(1200)의 버너(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(1253) 내부의 공간이 연소 공간(1240)을 형성하게 된다. 라이너(1253)의 길이방향 일측 단부는 버너(1220)에 결합되고 라이너(1253)의 길이방향 타측 단부는 트랜지션피스(1252)에 결합된다.
그리고, 트랜지션피스(1252)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다. 트랜지션피스(1252)의 길이방향 일측 단부는 라이너(1253)와 결합되고, 트랜지션피스(1252)의 길이방향 타측 단부는 터빈(1300)과 결합된다. 유동 슬리브(1260)는 라이너(1253)와 트랜지션피스(1252)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.
한편, 유동 슬리브(1260)는 하류 튜브(1262)와 하류 튜브(1262)를 부분적으로 감싸는 상류 튜브(1261)를 포함할 수 있다. 상류 튜브(1261)는 하류 튜브(1262)보다 더 상류측에 위치하며, 하류 튜브(1262)는 라이너(1253)를 감싸도록 설치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 하류 튜브(1262)는 트랜지션피스(1252)를 감싸도록 설치될 수도 있다.
상류 튜브(1261)는 챔버 내벽(1251)과 마주하는 냉각부(1261a), 냉각부(1261a)에서 외측으로 확장되며 하류측으로 이어진 확장부(1261b), 확장부(1261b)에서 하류측으로 이어지며 하류 튜브(1262)를 감싸는 커버부(1261c)를 포함할 수 있다. 냉각부(1261a)는 확장부(1261b)보다 더 상류측에 위치하며, 커버부(1261c)는 확장부(1261b)보다 더 하류측에 위치한다.
냉각부(1261a)는 원형 형상으로 이루어지며, 냉각부(1261a)에는 상류 튜브(1261)와 챔버 내벽(1251) 사이로 냉각 공기를 분사하는 복수의 상류 냉각홀(H1)이 형성될 수 있다. 확장부(1261b)는 대략 원뿔대 형상으로 이루어지며, 커버부(1261c)를 향하여 갈수록 내경이 점진적으로 증가하도록 형성된다. 커버부(1261c)는 냉각부(1261a)보다 더 큰 내경을 가지며, 하류 튜브(1262)를 감싸도록 형성된다. 상류 냉각홀(H1)을 통해서 유입된 냉각 공기는 챔버 내벽(1251)을 충격한 이후에 냉각부(1261a)와 확장부(1261b)를 거쳐서 커버부(1261c)로 유입된다.
하류 튜브(1262)는 커버부(1261c)의 내측에 위치하며, 원통 형상으로 이루어진다. 하류 튜브(1262)에는 복수의 내측 냉각홀(H2)이 형성되며, 내측 냉각홀(H2)은 커버부(1261c)와 하류 튜브(1262) 사이의 공간에서 하류 튜브(1262)의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사한다. 하류 튜브(1262)에서 냉각부(1261a)를 향하는 방향에 위치하는 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부(1262a)가 형성되며, 선단 차단부(1262a)는 경사면을 갖는다. 선단 차단부(1262a)가 형성되면 냉각 공기는 내측 냉각홀(H2)을 통해서만 하류 튜브(1262)의 내측으로 유입된다. 내측 냉각홀(H2)을 통해서 분사된 공기는 챔버 내벽(1251)을 충격한 이후에 노즐로 공급될 수 있다.
본 제1 실시예와 같이 상류 튜브(1261)가 하류 튜브(1262)를 감싸도록 설치되고, 하류 튜브(1262)에 내측 냉각홀(H2)이 형성되면, 상류 튜브(1261)에서 유입된 공기가 내측 냉각홀(H2)을 통해서 챔버 내벽(1251)을 충격하여 냉각하므로 냉각 효율이 향상될 수 있다.
종래와 같이 한층으로 이루어진 튜브의 내부로 냉각 공기를 분사하면 하류측으로 이동할수록 내부 유량이 증가하여 충돌 냉각 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 그러나 본 실시예와 같이 복수의 층으로 튜브를 형성하고, 외측에서 내측으로 공기를 분사하면 유량이 증가한 부분에서 내부 공기를 이용하여 충돌 냉각이 수행되므로 냉각 효율이 현저히 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 덕트 조립체에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 유동 슬리브(1260)는 하류 튜브(1262)와 하류 튜브(1262)를 부분적으로 감싸는 상류 튜브(1261)를 포함할 수 있다. 상류 튜브(1261)는 챔버 내벽(1251)과 마주하는 냉각부(1261a), 냉각부(1261a)에서 외측으로 확장된 확장부(1261b), 확장부(1261b)에서 하류측으로 이어지며 하류 튜브(1262)를 감싸는 커버부(1261c)를 포함할 수 있다. 냉각부(1261a)에는 냉각 공기가 유입되는 복수의 상류 냉각홀(H1)이 형성된다.
하류 튜브(1262)는 커버부(1261c)의 내측에 위치하며, 원통 형상으로 이루어진다. 하류 튜브(1262)에는 복수의 내측 냉각홀(H2)이 형성될 수 있다. 또한, 하류 튜브(1262)에서 냉각부(1261a)를 향하는 방향에 위치하는 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부(1262a)가 형성될 수 있다.
한편, 커버부(1261c)에는 냉각 공기가 유입되는 외측 냉각홀(H3)이 형성되는데, 외측 냉각홀(H3)은 내측 냉각홀(H2)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라서 상류 튜브(1261)에서 유입된 공기와 외측 냉각홀(H3)을 통해서 공급된 공기가 내측 냉각홀(H2)을 통해서 챔버 내벽(1251)을 충격하여 냉각할 수 있다.
상류 튜브(1261)에서 유입된 공기는 챔버 내벽(1251)과 접촉한 이후에 가열된 상태로 공급되는데, 외측 냉각홀(H3)이 형성되면 온도가 낮은 공기가 추가로 공급되므로 챔버 내벽(1251)의 하류측의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 덕트 조립체에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 유동 슬리브(1260)는 하류 튜브(1262)와 하류 튜브(1262)를 부분적으로 감싸는 상류 튜브(1261)를 포함할 수 있다. 상류 튜브(1261)는 챔버 내벽(1251)과 마주하는 냉각부(1261a), 냉각부(1261a)에서 외측으로 확장되며 확장부(1261b), 확장부(1261b)에서 하류측으로 이어지며 하류 튜브(1262)를 감싸는 커버부(1261c)를 포함할 수 있다.
하류 튜브(1262)는 커버부(1261c)의 내측에 위치하며, 원통 형상으로 이루어진다. 하류 튜브(1262)에는 복수의 내측 냉각홀(H2)이 형성된다. 하류 튜브(1262)에서 냉각부(1261a)를 향하는 방향에 위치하는 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부(1262a)가 형성될 수 있다.
냉각부(1261a)에는 냉각 공기가 유입되는 복수의 상류 냉각홀(H1)이 형성된다. 또한, 확장부(1261b)는 냉각부(1261a)에서 외측으로 경사지게 확장되며, 확장부(1261b)에는 선단 차단부(1262a)를 향하여 냉각 공기를 분사하는 중간 냉각홀(H4)이 형성될 수 있다. 이와 같이 중간 냉각홀(H4)이 형성되면, 내측 냉각홀(H2)을 향하여 온도가 낮은 냉각 공기를 공급하고, 하류 튜브(1262)를 냉각시킬 수 있다.
한편, 챔버 내벽(1251)은 다공성 재질로 이루어진 다공 튜브(1255)를 포함할 수 있다. 다공 튜브(1255)는 다공성을 갖는 금속으로 이루어지며, 하류 튜브(1262)와 마주하도록 배치될 수 있다. 다공 튜브(1255)는 원통형상으로 이루어지며, 다공 튜브를 통해서 냉각 공기가 연소 공간 내부로 이동할 수 있다. 이와 같이 다공 튜브(1255)가 형성되면, 내측 냉각홀(H2)을 통해서 유입된 공기가 다공 튜브(1255)를 통해서 연소실로 유입되어 냉각 효율이 향상될 수 있다.
냉각부(1261a)와 챔버 내벽(1251) 사이의 제1 간격(G1)은 커버부(1261c)와 하류 튜브(1262) 사이의 제2 간격(G2)보다 더 크게 형성될 수 있다. 제2 간격(G2)이 제1 간격(G1)보다 더 작게 형성되면, 커버부(1261c)와 하류 튜브(1262) 사이에서 압력 및 속도가 증가하여 냉각 효율이 향상될 수 있다.
또한, 하류 튜브(1262)와 챔버 내벽(1251) 사이의 제3 간격(G3)은 제2 간격(G2)보다 더 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 하류 튜브(1262) 내측의 압력이 낮아지므로 충격 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 덕트 조립체에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 덕트 조립체를 도시한 부분 단면도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 유동 슬리브(1260)는 하류 튜브(1262)와 하류 튜브(1262)를 부분적으로 감싸는 상류 튜브(1261)를 포함할 수 있다. 상류 튜브(1261)는 챔버 내벽(1251)과 마주하는 냉각부(1261a), 냉각부(1261a)에서 외측으로 확장된 확장부(1261b), 확장부(1261b)에서 하류측으로 이어지며 하류 튜브(1262)를 감싸는 커버부(1261c)를 포함할 수 있다. 냉각부(1261a)에는 냉각 공기가 유입되는 복수의 상류 냉각홀(H1)이 형성된다.
하류 튜브(1262)는 커버부(1261c)의 내측에 위치하며, 원통 형상으로 이루어진다. 하류 튜브(1262)에는 복수의 내측 냉각홀(H2)이 형성될 수 있다. 또한, 하류 튜브(1262)에서 냉각부(1261a)를 향하는 방향에 위치하는 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부(1262a)가 형성될 수 있다.
또한, 커버부(1261c)에는 냉각 공기가 유입되는 외측 냉각홀(H3)이 형성되는데, 외측 냉각홀(H3)은 내측 냉각홀(H2)과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 커버부(1261c)와 하류 튜브(1262) 사이에는 외측 냉각홀(H3)과 내측 냉각홀(H2)을 연결하는 내부관(1263)이 설치될 수 있다. 일부의 내측 냉각홀(H2)은 내부관(1263)과 연결되어 신선한 냉각 공기를 챔버 내벽(1251)으로 분사하고, 일부의 내측 냉각홀(H2)은 커버부(1261c)의 내측으로 유입된 냉각 공기를 챔버 내벽(1251)으로 분사할 수 있다. 본 실시예와 같이 외측 냉각홀(H3)과 내부관(1263)이 형성되면 온도가 낮은 공기가 공급되므로 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1000: 가스 터빈 1100: 압축기
1130: 압축기 블레이드 1140: 베인
1150: 하우징 1200: 연소기
1210: 연소기 케이싱 1220: 버너
1230: 노즐 1240: 연소 공간
1250: 덕트 조립체 1251: 챔버 내벽
1252: 트랜지션피스 1253: 라이너
1255: 다공 튜브 1260: 유동 슬리브
1261: 상류 튜브 1261a: 냉각부
1261b: 확장부 1261c: 커버부
1262: 하류 튜브 1262a: 선단 차단부
1263: 내부관

Claims (19)

  1. 내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간을 형성하는 챔버 내벽; 및
    상기 챔버 내벽을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브;
    를 포함하고,
    상기 유동 슬리브는 하류 튜브와 상기 하류 튜브를 부분적으로 감싸는 상류 튜브를 포함하고,
    상기 하류 튜브는 상기 상류 튜브와 상기 하류 튜브 사이의 공간에서 상기 하류 튜브의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사하는 복수의 내측 냉각홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상류 튜브는 상기 챔버 내벽과 마주하는 냉각부, 상기 냉각부에서 외측으로 확장되며 확장부, 상기 확장부에서 하류측으로 이어지며 상기 하류 튜브를 감싸는 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각부에 상기 상류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이로 냉각 공기를 분사하는 복수의 상류 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 외측 냉각홀은 상기 내측 냉각홀과 대응되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성되며,
    상기 확장부는 상기 냉각부에서 외측으로 경사지게 확장되며,
    상기 확장부에는 상기 선단 차단부를 향하여 냉각 공기를 분사하는 중간 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되며,
    상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이에는 상기 외측 냉각홀과 상기 내측 냉각홀을 연결하는 내부관이 설치된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 챔버 내벽 사이의 제1 간격은 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이의 제2 간격보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 하류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이의 제3 간격은 상기 제2 간격보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 내벽은 다공성 재질로 이루어진 다공 튜브를 포함하고, 상기 다공 튜브는 상기 하류 튜브와 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 덕트 조립체.
  12. 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하고,
    상기 덕트 조립체는,
    내측에 연료와 공기가 연소되는 연소 공간을 형성하는 챔버 내벽, 및 상기 챔버 내벽을 감싸며 냉각 공기가 이동하는 통로를 형성하는 유동 슬리브를 포함하고,
    상기 유동 슬리브는 하류 튜브와 상기 하류 튜브를 부분적으로 감싸는 상류 튜브를 포함하고,
    상기 하류 튜브는 상기 상류 튜브와 상기 하류 튜브 사이의 공간에서 상기 하류 튜브의 내측 공간으로 냉각 공기를 분사하는 복수의 내측 냉각홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 상류 튜브는 상기 챔버 내벽과 마주하는 냉각부, 상기 냉각부에서 외측으로 확장되며 확장부, 상기 확장부에서 하류측으로 이어지며 상기 하류 튜브를 감싸는 커버부를 포함하고,
    상기 냉각부에는 상기 상류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이로 냉각 공기를 분사하는 복수의 상류 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되고,
    상기 외측 냉각홀은 상기 내측 냉각홀과 대응되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연소기.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 하류 튜브의 선단에는 공기의 유입을 차단하는 선단 차단부가 형성되며,
    상기 확장부는 상기 냉각부에서 외측으로 경사지게 확장되며,
    상기 확장부에는 상기 선단 차단부를 향하여 냉각 공기를 분사하는 중간 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 커버부에는 공기가 유입되는 복수의 외측 냉각홀이 형성되며,
    상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이에는 상기 외측 냉각홀과 상기 내측 냉각홀을 연결하는 내부관이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 챔버 내벽 사이의 제1 간격은 상기 커버부와 상기 하류 튜브 사이의 제2 간격보다 더 크게 형성되고,
    상기 하류 튜브와 상기 챔버 내벽 사이의 제3 간격은 상기 제2 간격보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  19. 제12 항에 있어서,
    상기 챔버 내벽은 다공성 재질로 이루어진 다공 튜브를 포함하고, 상기 다공 튜브는 상기 하류 튜브와 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 연소기.
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