KR20110073681A - 배기가스 포집용 냉각 프루브 - Google Patents

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Abstract

배기관 내에 삽입되어 배기가스의 성분을 분석하기 위하여 연소기로부터 배기가스를 포집하는 냉각 프루브에 있어서, 상기 냉각 프루브의 내부의 중심에는 양측 단부가 개방되어 배기가스 포집 유로가 형성되고, 상기 배기가스 포집 유로의 외주면에는 냉각수 유로가 형성되어, 상기 냉각수 유로의 일측 단부에 형성되는 냉각수 유입구로부터 냉각수가 유입되어 상기 냉각수 유로의 타측 단부에 형성되는 냉각수 배출구로 상기 냉각수가 배출되는 것을 특징으로 하여, 상기 냉각 프루브의 구조를 단순화여 상기 냉각 프루브의 제작이 용이하게 되며, 제작 비용을 절감할 수 있게 되고, 상기 냉각수 배출구로부터 배출되는 냉각수가 배기관 내부의 배기가스를 일정 부분 냉각하게 되어, 상기 배기관 내부의 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수의 사용량을 절감할 수 있게 되는 현저한 효과가 있다.
가스터빈, 연소기, 배기가스, 포집, 프루브

Description

배기가스 포집용 냉각 프루브{Cooled probe for sampling exhaust gas}
본 발명은 배기가스 포집용 냉각 프루브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료를 고온 고압 상태에서 연소시켜 전력이나 동력을 얻는 가스터빈에서 연료가 연소하면서 발생하는 배기가스의 성분을 분석하기 위하여 연소기로부터 배기가스를 포집하여 가스 분석기로 배출하기 위한 배기가스 포집용 냉각 프루브에 관한 것이다.
일반적인 가스터빈의 연소기 성능시험에 있어서 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 조성 분석은 연소 효율 측정과 환경 보호 측면에서 아주 중요한 측정이다.
상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 조성을 분석하기 위해서는 1000°C 이상의 고온의 배기가스 중에 삽입되어 배기가스를 포집하는 프루브(Probe)가 필요하다. 상기의 고온 배기가스 중에 삽입되는 프루브는 일반적으로 냉각수를 이용하여 냉각하게 된다. 이는 포집된 배기가스가 프루브 내에서 반응이 지속되어 조성의 변화가 일어나는 것을 방지하기 위해 배기가스를 냉각하는 것과 고온 배기가스 중에서 프루브의 소손을 방지하기 위하여 프루브 자체를 냉각하는 것이다.
도 1 은 종래의 냉각 프루브의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 일반적인 종래의 수랭 방식의 냉각 프루브(10)는 냉각수가 배기가스의 조성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 폐회로 순환 시스템으로 냉각된다.
상기 폐회로 순환 시스템의 냉각 프루브(10)는 내부의 중심에 연소기로부터 배기가스가 유입되는 배기가스 포집 유로(11)가 형성되고, 상기 배기가스 포집 유로(11)의 외측으로 냉각수 유입로(12) 및 냉각수 배출로(13)가 차례대로 일체적으로 형성된다. 따라서, 상기 냉각 프루브의 기저부(root)의 유입구(14)로부터 유입되는 냉각수는 냉각수 유입로(12)를 따라 흐르게 되고, 상기 냉각 프루브(10)의 팁(tip) 부분에서 상기 냉각수 배출로(13)로 들어가서 다시 상기 기저부의 환수구(15)로 배출된다.
상기와 같은 종래의 폐회로 순환 시스템의 냉각 프루브는 팁 부분에서 절곡되도록 냉각수 유입로 및 냉각수 배출로를 일체적으로 형성하기 위한 냉각 프루브의 용접 또는 브레이징(brazing) 제작이 매우 어려워서 과다한 제작 비용을 필요로 하고, 환수되는 냉각수의 배관 및 냉각을 위한 설비가 필요하게 되어 전체적으로 시스템이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 종래의 폐회로 순환 시스템의 냉각 프루브의 경우, 팁 부분에서 절곡되도록 냉각수 유입로 및 냉각수 배출로를 일체적으로 형성하기 위한 냉각 프루브의 용접 또는 브레이징(brazing) 제작이 매우 어려워서 과다한 제작 비용이 요구되는 문제점을 해결할 수 있는 배기가스 포집용 냉각 프루브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 폐회로 순환 시스템의 냉각 프루브의 경우, 환수되는 냉각수의 배관 및 냉각을 위한 설비가 필요하게 되어 전체적으로 시스템이 복잡해지는 문제점을 해결할 수 있는 배기가스 포집용 냉각 프루브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브는,
배기관(40) 내에 삽입되어 배기가스의 성분을 분석하기 위하여 연소기(30)로부터 배기가스를 포집하는 냉각 프루브(20)에 있어서, 상기 냉각 프루브(20)의 내부의 중심에는 양측 단부가 개방되어 배기가스 포집 유로(21)가 형성되고, 상기 배기가스 포집 유로(21)의 외주면에는 냉각수 유로(22)가 형성되어, 상기 냉각수 유 로(22)의 일측 단부에 형성되는 냉각수 유입구(24)로부터 냉각수가 유입되어 상기 냉각수 유로(22)의 타측 단부에 형성되는 냉각수 배출구(25)로 상기 냉각수가 배출되는 것을 특징으로 하고,
바람직하게는, 상기 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하고,
바람직하게는, 상기 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 유로(22)의 외주면을 따라 다수 개가 배열하여 형성되는 것을 특징으로 하고,
바람직하게는, 상기 냉각 프루브(20)는 "ㄱ"자 형상으로 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브에 의하면, 냉각수 유로의 일측 단부에 냉각수 유입구를 형성하고, 상기 냉각수 유로의 타측 단부에 냉각수 배출구를 형성하여 구조를 단순화함으로써 상기 냉각 프루브의 제작이 용이하게 되며, 제작 비용을 절감할 수 있게 되는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브에 의하면, 상기 냉각수 배출구로부터 배출되는 냉각수가 배기관 내부의 배기가스를 일정 부분 냉각하게 되어, 상기 배기관 내부의 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수의 사용량을 절감할 수 있게 되는 현저한 효과가 있다.
이하에서 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브는 배기관(40) 내에 삽입되어 배기가스의 성분을 분석하기 위하여 연소기(30)로부터 배기가스를 포집하는 냉각 프루브(20)에 있어서, 상기 냉각 프루브(20)의 내부의 중심에는 양측 단부가 개방되어 배기가스 포집 유로(21)가 형성되고, 상기 배기가스 포집 유로(21)의 외주면에는 냉각수 유로(22)가 형성되어, 상기 냉각수 유로(22)의 일측 단부에 형성되는 냉각수 유입구(24)로부터 냉각수가 유입되어 상기 냉각수 유로(22)의 타측 단부에 형성되는 냉각수 배출구(25)로 상기 냉각수가 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스 포집 유로(21)는 양측 단부가 개방되도록 냉각 프루브(20)의 내부의 중심에 형성된다. 상기 배기가스 포집 유로(21)의 개방된 일측 단부는 배기관(40) 내부에 설치되어 배기가스를 포집하고, 상기 배기가스 포집 유로(21)의 개방된 타측 단부는 상기 포집된 배기가스를 배기가스 분석기(60)로 배출하게 된다.
본 발명에 따른 냉각수 유로(22)는 상기 배기가스 포집 유로(21)의 외주면에 형성되어, 일측 단부에는 냉각수가 유입되기 위한 냉각수 유입구(24)가 형성되고, 타측 단부에는 상기 냉각수가 배출되기 위한 냉각수 배출구(25)가 형성된다. 따라서, 냉각수 유입구(24)로부터 유입되는 냉각수는 상기 냉각수 유로(22)를 따라 흐르면서 배기가스 포집 유로(21) 내부에 흐르는 배기가스를 냉각하게 되고, 배기가스를 냉각하면서 온도가 상승한 냉각수는 냉각수 배출구(25)로 배출되게 된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 배출구(25)로부터 배출되는 냉각수가 배기가스 포집 유로(21)로 유입되어 포집된 배기가스와 혼입되는 것을 방지하기 위하여, 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 형성되도록 한다.
연소기(30)로부터 배기가스가 배기되는 배기관(40) 내의 냉각 프루브(20)의 주위에는 대략 초속 100 m/s 이상의 속도로 배기가스가 흐르게 되어, 냉각수 배출구(25)를 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 형성되도록 함으로써 냉각 프루브(20)의 외측으로 배출된 냉각수가 배기가스 포집 유로(21)로 혼입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도면에서는 상기 냉각수 배출구(25)가 단지 냉각수 유로(22)의 외주면에 개구되는 것으로 도시되었으나, 상기 냉각수 배출구(25)는 일정 간격으로 외측으로 돌출하도록 형성하는 등 본 발명에 따른 냉각 프루브(20)의 외측으로 냉각수를 배출하는 다양한 방법으로 구성될 수 있음은 자명하다.
도 3 은 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브가 배기가스를 포집하 는 모습을 나타내는 사용 상태도이다.
도 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브는 연소기(30)로부터 배출되는 배기가스를 포집하기 위하여 배기관(40) 내에 설치된다. 상기 연소기(30)는 연료를 고온 고압의 상태에서 연소시켜, 상기 연료가 연소하면서 발생하는 고온의 배기가스를 배기관(40)으로 배출한다.
본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브는 배기관(40) 내에 삽입되어 상기 배기관(40)으로 배출되는 배기가스의 일부를 포집하게 된다. 바람직하게는 상기 배기가스 포집용 냉각 프루브는 "ㄱ"자 형상으로 절곡하여 형성하여, 고온의 배기관(40) 내에 상기 배기가스 포집용 냉각 프루브의 일부만을 위치하도록 하여, 냉각 효율을 높일 수 있게 된다.
상기 배기관(40)으로 배출되는 배기가스의 일부는 배기가스 포집용 냉각 프루브의 배기가스 포집 유로(21)로 유입되어 배기가스 분석기(60)로 배출된다. 상기 배기가스가 배기가스 포집 유로(21) 내부에서 반응이 지속되어 조성의 변화가 일어나는 것을 방지하고, 고온의 배기가스에 의한 배기가스 포집용 냉각 프루브의 소손을 방지하기 위하여 냉각수 유입구(24)로부터 냉각수가 유입되어 냉각수 유로(22)를 따라 상기 냉각수가 흐르면서 고온의 배기가스를 냉각하게 되고, 냉각 후에 더워진 냉각수는 냉각수 배출구(25)로 배출된다.
일반적으로 종래의 폐회로 순환 시스템을 사용하여 배기가스를 냉각하는 이유는 냉각수 배출구로 배출되는 냉각수가 배기가스 포집 유로로 혼입되는 것을 방지하기 위함이나, 배기관 내의 배기가스는 약 초속 100 m/s의 속도로 배기가스 포 집용 냉각 프루브를 지나가게 되므로, 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 냉각수 배출구(24)를 형성하는 경우, 배출되는 냉각수는 배기가스 포집 유로(21)로 거의 혼입되지 않게 된다.
또한, 소량의 냉각수가 배기가스 포집 유로(21)로 혼입되는 경우에도, 배기가스 포집용 냉각 프루브를 사용하는 배기가스 포집 시스템에는 배기가스 중의 응축수를 제거하기 위한 다중의 장치들을 설치하는 것이 일반적이므로, 배기가스의 조성에 영향을 미치지 않게 된다.
배기관(40) 내의 일부의 배기가스는 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브에 의하여 포집되고, 나머지의 배기가스는 특별히 다른 용도로 사용되지 않으며 상기 배기관(40)을 통하여 대기 중으로 배출된다. 상기 대기 중으로 배출되는 고온의 배기가스는 안전을 위하여 냉각수 노즐(50)을 설치하여 냉각수를 분사하여 냉각시킨 후에 배출된다.
따라서, 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브는 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 냉각수 배출구(25)를 형성하여, 냉각수를 환수하지 않으며 상기 냉각수를 배기관(40) 내로 배출하게 되어, 냉각수 노즐(50)에 의한 냉각수의 분사와 함께 배기가스를 냉각하는 기능을 수행하게 되고, 상기 냉각수 노즐(50)로 배출되는 냉각수의 사용량을 절감할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 유로(22)의 외주면을 따라 다수 개가 배열하여 형성되도록 하여, 상기 배기관(40) 내에 냉각수를 다양한 방향으로 배출되도록 함으로써 냉각수 노즐(50)과 함께 효과적으로 상기 배기 관(40) 내의 배기가스를 냉각할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
도 1 은 종래의 냉각 프루브의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 배기가스 포집용 냉각 프루브가 배기가스를 포집하는 모습을 나타내는 사용 상태도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 설명 ***
20: 냉각 프루브 21: 배기가스 포집 유로
22: 냉각수 유로 24: 냉각수 유입구
25: 냉각수 배출구 30: 연소기
40: 배기관 50: 냉각수 노즐
60: 배기가스 분석기

Claims (4)

  1. 배기관(40) 내에 삽입되어 배기가스의 성분을 분석하기 위하여 연소기(30)로부터 배기가스를 포집하는 냉각 프루브(20)에 있어서,
    상기 냉각 프루브(20)의 내부의 중심에는 양측 단부가 개방되어 배기가스 포집 유로(21)가 형성되고, 상기 배기가스 포집 유로(21)의 외주면에는 냉각수 유로(22)가 형성되어, 상기 냉각수 유로(22)의 일측 단부에 형성되는 냉각수 유입구(24)로부터 냉각수가 유입되어 상기 냉각수 유로(22)의 타측 단부에 형성되는 냉각수 배출구(25)로 상기 냉각수가 배출되는 것을 특징으로 하는 배기가스 포집용 냉각 프루브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 유로(22)의 외측 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 포집용 냉각 프루브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 배출구(25)는 상기 냉각수 유로(22)의 외주면을 따라 다수 개가 배열하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 포집용 냉각 프루브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 프루브(20)는 "ㄱ"자 형상으로 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 포집용 냉각 프루브.
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