KR20140057777A - Gas generator of high temperature and high pressure - Google Patents

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KR20140057777A KR1020120123951A KR20120123951A KR20140057777A KR 20140057777 A KR20140057777 A KR 20140057777A KR 1020120123951 A KR1020120123951 A KR 1020120123951A KR 20120123951 A KR20120123951 A KR 20120123951A KR 20140057777 A KR20140057777 A KR 20140057777A
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문인상
문일윤
이수용
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한국항공우주연구원
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Abstract

The present invention relates to a high temperature and pressure air generator and, more specifically, to a high temperature and pressure air generator simply and conveniently generating high temperature and pressure air. The high temperature and pressure air generator comprises: a head plate having a path through which liquid oxygen (LOx) and fuel are introduced; an spraying unit which is coupled to the head plate and mixes and sprays the introduced liquid oxygen and fuel; a head unit which is coupled with the spraying unit and the head plate and fixes and supports the spraying unit and the head plate; a chamber unit which is coupled to the head part and which discharges high temperature and pressure air mixed of combustion gas and liquid nitrogen (LN2) after combusting the liquid oxygen and fuel sprayed from the spraying unit; and an introducing hole which is provided on side of the chamber unit and is a passage through which the liquid nitrogen is introduced into the chamber unit. The chamber unit includes: a combustion zone which is a space for generating combustion gas by combusting the liquid oxygen and fuel; and a mixing zone which is a space in which the combustion gas generated in the combustion zone and the liquid nitrogen are mixed.

Description

고온고압의 기체발생기{Gas generator of high temperature and high pressure}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gas generator of high temperature and high pressure,

본 발명은 고온고압의 기체발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 저렴하면서 간편하게 고온고압의 기체를 생성하는 고온고압의 기체발생기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature and high-pressure gas generator, and more particularly, to a gas generator of high-temperature and high-pressure, which generates gas at a high temperature and high pressure inexpensively and easily.

일반적으로 대부분의 로켓은 터보펌프 방식으로 추진제를 공급한다. 터보펌프 방식의 로켓 엔진은 터보펌프를 구동시켜 연료와 산화제를 엔진에 공급한다. 이 때 상기 터보펌프는 터빈에 의해 구동되며 터빈은 추진제의 일부를 사용하여 생성되는 고온, 고압의 기체를 사용하여 구동된다. 여기서, 고온, 고압의 기체를 발생시키는 장치를 기체발생기라고 한다.Generally, most rockets supply propellant by way of a turbo pump. The turbo pump type rocket engine drives the turbo pump and supplies the fuel and oxidizer to the engine. At this time, the turbo pump is driven by a turbine, and the turbine is driven using a high-temperature, high-pressure gas generated by using a part of the propellant. Here, a device for generating gas of high temperature and high pressure is referred to as a gas generator.

상기 기체발생기에서 발생되는 연소가스의 온도가 너무 높으면, 터빈을 손상시키게 되므로, 연소가스 온도는 매우 엄격하게 제어되어야 한다. 따라서, 상기 기체발생기는 이론공연비(Stoichiometric ratio)에서 한참 떨어진 산화제 과잉 혹은 연료 과잉 연소를 함으로써, 연소가스의 온도를 제어할 수 있다.If the temperature of the combustion gas generated in the gas generator is too high, it will damage the turbine, so the combustion gas temperature must be controlled very tightly. Therefore, the gas generator can control the temperature of the combustion gas by performing excessive oxidizing agent or excessive fuel combustion at a stoichiometric ratio.

상기 로켓 엔진은 터빈을 구동하는 가스를 그대로 방출하는 개방형과 연소실에서 다시 사용하는 폐쇄형으로 구분될 수 있다. 상기 개방형 로켓엔진은 기체발생기에서 발생된 연소가스가 터빈을 구동시킨 뒤 엔진 밖으로 배출되는, 반면 상기 폐쇄형 로켓엔진은 기체발생기에서 발생된 연소가스로 터빈을 구동시킨 뒤 다시 연소기에 집어넣어 재연소를 시킬 수 있다. 따라서, 상기 폐쇄형 로켓엔진은 다단연소사이클 엔진이라 불리우며, 이 때 상기 기체발생기는 예연소기라고 한다. 또한, 상기 기체발생기는 연로로 케로신(등유)을 사용하며, 연료의 특성상 산화제 과잉 연소를 한다. The rocket engine can be divided into an open type that directly discharges the gas that drives the turbine and a closed type that is used again in the combustion chamber. In the open type rocket engine, the combustion gas generated from the gas generator drives the turbine and then is discharged to the outside of the engine, while the closed type rocket engine drives the turbine with the combustion gas generated from the gas generator, Lt; / RTI > Thus, the closed-type rocket engine is referred to as a multi-stage combustion cycle engine, wherein the gas generator is referred to as a pre-combustor. In addition, the gas generator uses kerosene (kerosene) as the fuels, and the oxidizer over-burns due to the characteristics of the fuel.

한편, 터빈, 램젯, 스크램젯 등의 실험에 혹은 개발을 하는데 있어서, 고온, 고압의 공기가 필요하다. 종래에는 일반적으로 고온의 공기를 생성하기 위해서 버너 혹은 축열기를 사용하여 온도를 올리거나 압축시킨 뒤 충격파를 발생시켜 공기의 온도를 증가시켰다. 하지만, 상기의 방법은 설비의 규모가 비대해지며, 고비용의 설치비용이 필요하다.On the other hand, high-temperature, high-pressure air is required for the experiment or development of turbines, ramjet, scramjet, and the like. Conventionally, in order to generate high-temperature air, a temperature is raised or compressed by using a burner or an accumulator, and shock waves are generated to increase the temperature of the air. However, the above method requires a large installation cost and high installation cost.

또한, 터빈을 구동할 때 상기 기체발생기를 이용할 경우 터빈이 견딜 수 있는 온도보다 낮은 온도의 기체를 생성해야 하기 때문에 연소효율이 떨어지고, 불완전 연소로 인해 배기가스에 유해성분이 많이 발생할 수 있다. In addition, when the gas generator is used to drive the turbine, the gas needs to be generated at a temperature lower than the temperature at which the turbine is able to withstand, so that the combustion efficiency is lowered and many harmful components may be generated in the exhaust gas due to incomplete combustion.

따라서, 설비의 소형화, 저렴한 설치비용 및 공해물질을 배출하지 않는 기체발생기를 연구할 필요가 있다.
Therefore, it is necessary to study gas generators that do not discharge pollutants and make the installation compact, inexpensive installation cost.

본 발명의 실시예들에 따르면 간편하면서 저비용으로 고온고압의 기체를 발생시키는 고온고압의 기체발생기를 제공하기 위한 것이다.According to embodiments of the present invention, there is provided a high-temperature, high-pressure gas generator for generating a gas of high temperature and high pressure in a simple and low-cost manner.

또한, 고온고압의 기체를 동력원으로 사용하는 가스터빈에 적용할 경우 설비의 소형화하는 고온고압의 기체발생기를 제공하기 위한 것이다.Further, the present invention is to provide a gas generator of high temperature and high pressure which is miniaturized when a gas turbine using high temperature and high pressure gas is used as a power source.

또한, 생성된 고온, 고압의 기체가 공기와 유사한 성분을 가지는 친환경적인 고온고압의 기체발생기를 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides an environmentally friendly high-temperature and high-pressure gas generator in which the generated high-temperature, high-pressure gas has components similar to those of air.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 고온고압의 기체발생기는 액체산소(LOx) 및 연료가 유입되는 경로가 형성된 헤드플레이트, 상기 헤드플레이트와 결합되며, 상기 유입된 액체산소 및 연료가 혼합되어 분사되는 분사부, 상기 헤드플레이트 및 상기 분사부와 결합되어, 상기 헤드플레이트 및 상기 분사부를 고정지지 하는 헤드부, 상기 헤드부와 결합되며, 상기 분사부에서 분사된 상기 액체산소 및 연료가 연소된 후 연소가스와 액체질소(LN2)가 혼합되어 고온고압의 기체를 외부로 배출하는 챔버부 및 상기 챔버부 일측에 구비되며, 상기 챔버부 내부로 상기 액체질소가 유입되는 통로인 유입홀를 포함한다. 여기서, 상기 챔버부는 내부에 상기 액체산소 및 연료가 연소되어 연소가스를 생성하는 공간인 연소존(Combustion zone) 및 상기 연소존에서 생성된 연소가스와 상기 액체질소가 혼합되는 공간인 믹싱존(Mixing zone)을 포함한다.The high-temperature and high-pressure gas generator according to the above-described embodiments of the present invention includes a head plate having a path through which liquid oxygen (LOx) and fuel are introduced, and a head plate coupled to the head plate. A head unit coupled to the head plate and the jetting unit to fix and support the head plate and the jetting unit; a jetting unit coupled to the head unit, wherein the liquid oxygen and fuel jetted from the jetting unit are burned A chamber portion for mixing the combustion gas with the liquid nitrogen (LN2) and discharging the gas of high temperature and high pressure to the outside, and an inlet hole provided at one side of the chamber portion and being a passage through which the liquid nitrogen flows into the chamber portion. Here, the chamber part may include a combustion zone, which is a space in which the liquid oxygen and the fuel are combusted to generate a combustion gas, and a mixing zone, which is a space in which the combustion gas generated in the combustion zone and the liquid nitrogen are mixed, zone.

일 실시에 따른, 상기 챔버부는 상기 연소존을 냉각시키기 위해 상기 챔버부의 일측을 감싸며, 냉매제로 상기 액체질소가 유입되는 유입구를 구비하고 있으며, 상기 액체질소가 순환하는 냉각채널을 더 포함한다.According to one embodiment, the chamber portion further includes a cooling channel surrounding the one side of the chamber portion for cooling the combustion zone and having an inlet through which the liquid nitrogen flows into the refrigerant, and the liquid nitrogen circulates.

일 실시에 따른, 상기 챔버부는 상기 고온고압의 기체발생기는 상기 냉각채널과 연통되며, 상기 챔버부에 위치하여 상기 유입홀로 상기 액체질소가 유입될 수 있게 경로를 형성하는 중앙 매니폴드를 더 포함한다.According to one embodiment, the chamber portion further includes a central manifold communicating with the cooling channel, the central manifold being located in the chamber portion and forming a path for allowing the liquid nitrogen to flow into the inlet hole .

일 실시에 따른, 상기 연료는 케로신(Kerosene)을 사용할 수 있다.According to one embodiment, the fuel may use kerosene.

일 실시에 따른, 상기 유입홀는 상기 챔버부 중앙에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.According to one embodiment, the inlet hole may be provided at least at the center of the chamber part.

이와 같은 구성으로, 상기 고온고압의 기체발생기는 간편하면서 저비용으로 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다. 또한, 고온고압의 기체를 이용하여 동력원으로 사용하는 가스터빈에 적용할 경우 설비의 소형화 할 수 있다. 또한, 생성된 고온고압의 기체가 공기와 유사한 성분을 가지는 친환경적인 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다.With such a construction, the high-temperature and high-pressure gas generator can easily generate gas at high temperature and high pressure at low cost. In addition, when applied to a gas turbine used as a power source using a gas of high temperature and high pressure, the facility can be downsized. Further, the generated high-temperature and high-pressure gas can generate environment-friendly high-temperature and high-pressure gas having components similar to the air.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 간편하면서 저비용으로 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to generate a gas of high temperature and high pressure in a simple and low-cost manner.

또한, 고온고압의 기체를 이용하여 동력원으로 사용하는 가스터빈에 적용할 경우 설비의 소형화를 할 수 있다.In addition, when applied to a gas turbine used as a power source using a high-temperature and high-pressure gas, it is possible to downsize the equipment.

또한, 생성된 고온고압의 기체가 공기와 유사한 성분을 가지는 친환경적인 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다.Further, the generated high-temperature and high-pressure gas can generate environment-friendly high-temperature and high-pressure gas having components similar to the air.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압의 기체발생기의 단면을 도시한 단면 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압의 기체발생기 내부에 공급되는 액체질소의 유동을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional perspective view illustrating a cross section of a high-temperature and high-pressure gas generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the flow of liquid nitrogen supplied into a gas generator of a high temperature and high pressure according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 1내지 도2을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압의 기체발생기에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, a high-temperature and high-pressure gas generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압의 기체발생기의 단면을 도시한 단면사시도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압의 기체발생기 내부에 공급되는 액체질소의 유동을 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional perspective view illustrating a cross-section of a high-temperature and high-pressure gas generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a flow of liquid nitrogen supplied to a high- Fig.

도1 내지 도2을 참고하면, 고온고압의 기체발생기(100)는 액체산소(LOx) 및 연료가 유입되는 경로가 형성된 헤드플레이트(30), 상기 헤드플레이트(30)와 결합되며, 상기 유입된 액체산소 및 연료가 혼합되어 분사되는 분사부(40), 상기 헤드플레이트(30) 및 상기 분사부(40)와 결합되어, 상기 헤드플레이트(30) 및 상기 분사부(40)를 고정지지 하는 헤드부(50), 상기 헤드부(50)와 결합되며, 상기 분사부(40)에서 분사된 상기 액체산소 및 연료가 연소된 후 연소가스와 액체질소(LN2)가 혼합되어 고온고압의 기체를 외부로 배출하는 챔버부(60) 및 상기 챔버부(60) 일측에 구비되며, 상기 챔버부(60) 내부로 상기 액체질소가 유입되는 통로인 유입홀(70)를 포함한다. 여기서, 상기 챔버부(60)는 내부에 상기 액체산소 및 연료가 연소되어 연소가스를 생성하는 공간인 연소존(61)(Combustion zone) 및 상기 연소존(61)에서 생성된 연소가스와 상기 액체질소가 혼합되는 공간인 믹싱존(62)(Mixing zone)을 포함한다.1 and 2, a gas generator 100 at a high temperature and a high pressure is connected to a head plate 30 having a path through which liquid oxygen (LOx) and fuel are introduced, a head plate 30, A head unit 30 coupled to the head plate 30 and the jetting unit 40 and fixed to the head plate 30 and the jetting unit 40, And the liquid nitrogen (LN2) is mixed with the combustion gas after the liquid oxygen and fuel injected from the jetting section (40) are burned, And an inlet hole 70 which is provided at one side of the chamber portion 60 and is a passage through which the liquid nitrogen flows into the chamber portion 60. The chamber 60 includes a combustion zone 61 in which the liquid oxygen and the fuel are combusted to generate a combustion gas and a combustion zone 61 in which the combustion gas generated in the combustion zone 61 and the liquid And a mixing zone 62 (mixing zone) in which nitrogen is mixed.

상기 헤드플레이트(30)는 상기 액체산소 및 연료가 유입되는 경로를 형성하고 있다. The head plate 30 forms a path through which the liquid oxygen and the fuel flow.

예를 들면, 상기 헤드플레이트(30)는 일측에 상기 액체산소 및 연료가 유입되는 각각의 주입관(10,20)과 연결되며, 타측은 상기 분사부(40)와 결합되어, 상기 각각의 주입관(10,20)을 통해 유입된 액체산소 및 연료가 상기 헤드플레이트(30) 내에 형성된 경로를 따라 상기 분사부(40)로 이동한다. 여기서, 상기 연로는 케로신(Kerosene)이 사용될 수 있다.For example, the head plate 30 is connected to the respective injection pipes 10 and 20 through which the liquid oxygen and the fuel are introduced into one side, and the other side is coupled with the injection part 40, The liquid oxygen and the fuel flowing through the tubes 10 and 20 move to the jetting section 40 along the path formed in the head plate 30. [ Here, kerosene may be used as the starvation.

상기 분사부(40)는 상기 헤드플레이트(30)와 결합되며, 상기 혼합된 액체산소 및 연료를 상기 챔버부(60)의 연소존(61)에 분무 형태로 분사한다.The jetting section 40 is engaged with the head plate 30 and injects the mixed liquid oxygen and fuel into the combustion zone 61 of the chamber section 60 in a spray form.

예를 들면, 상기 분사부(40)는 상기 헤드플레이트(30)를 통해 유입된 액체산소 및 연료를 혼합한 후 상기 챔버부(60)의 연소존(61)에 분무상태로 분사하며, 분사된 액체산소 및 연료는 상기 연소존(61)에서 연소되어 연소가스를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 액체산소 및 연료의 혼합비는 냉각 및 연소의 안전성을 고려하여 약 14~16 정도로 높은 혼합비로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 연소가스의 온도는 상기 혼합비를 조절하여, 조건에 따라 변동할 수 있다.For example, the jetting unit 40 mixes the liquid oxygen and fuel introduced through the head plate 30, and then injects the jetted oxygen into the combustion zone 61 of the chamber unit 60, Liquid oxygen and fuel can be burned in the combustion zone 61 to produce combustion gases. Here, the mixing ratio of the liquid oxygen and the fuel may be mixed at a mixing ratio as high as about 14 to 16 in consideration of safety of cooling and combustion. In addition, the temperature of the combustion gas may vary depending on the conditions by adjusting the mixing ratio.

이 때, 상기 액체산소 및 연료를 높은 혼합비로 혼합하여 완전 연소함으로써, 생성된 연소가스는 매우 적은 양의 탄소 또는 수소화합물을 함유하고 있으며, 대부분은 고온의 산소를 함유할 수 있다.At this time, by mixing the liquid oxygen and the fuel at a high mixing ratio and completely burning, the generated combustion gas contains a very small amount of carbon or hydrogen compound, and most of them can contain high temperature oxygen.

상기 헤드부(50)는 상기 헤드플레이트(30) 및 분사부(40)와 결합되며, 상기 헤드부(50) 내부에 상기 헤드플레이트(30) 및 분사부(40)가 고정지지될 수 있다. 또한, 상기 헤드부(50)는 상기 챔버부(60)에 구비된 플랜지(Flange)와 직접적으로 체결함으로써, 상기 분사부(40)에서 상기 챔버부(60) 내부의 연소존(61)으로 상기 액체산소 및 연료의 분사가 가능하다.The head portion 50 is coupled to the head plate 30 and the jetting portion 40 and the head plate 30 and the jetting portion 40 can be fixedly supported inside the head portion 50. The head portion 50 is directly coupled to a flange provided in the chamber portion 60 so that the head portion 50 can be directly coupled to the combustion chamber 61 in the chamber portion 60, Liquid oxygen and fuel injection are possible.

상기 챔버부(60)는 상기 헤드부(50)와 결합되며, 상기 분사부(40)에서 상기 액체산소 및 연료를 분무형태로 분사하여 연소한 후 연소가스와 액체질소를 혼합하여 고온고압의 기체를 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 상기 고온고압의 기체는 상기 연소가스 인 고온의 산소와 액체질소가 혼합되어 공기와 유사한 성분의 가질 수 있다.The chamber portion 60 is coupled to the head portion 50. The liquid oxygen and fuel are injected and sprayed in the spray portion 40 to burn the combustion gas and the liquid nitrogen, To the outside. The high-temperature and high-pressure gas may be a mixture of high-temperature oxygen and liquid nitrogen, which are the combustion gases, and have components similar to the air.

또한, 상기 챔버부(60)는 내부에 연소존(61) 및 믹싱존(62)을 형성할 수 있다.In addition, the chamber portion 60 may form a combustion zone 61 and a mixing zone 62 therein.

상기 연소존(61)은 상기 분사부(40) 측에 형성되어, 상기 분사부(40)에서 액체산소 및 연료를 분무형태로 분사하면, 분사된 액체산소 및 연료가 연소되는 공간이다.  The combustion zone 61 is formed on the side of the jetting section 40 and is a space in which jetted liquid oxygen and fuel are burnt when liquid oxygen and fuel are jetted in the form of spray in the jetting section 40.

상기 믹싱존(62)은 상기 연소존(61) 반대편에 형성되어, 상기 연소존(61)에서 연소된 연소가스와 상기 유입홀(70)을 통해 유입된 액체질소가 혼합되는 공간이다. 또한, 상기 믹싱존(62)에서 상기 액체질소가 상기 연소가스 인 고온의 산소와 만나면, 상기 액체질소가 기화되면서 상기 연소가스와 혼합되어 공기와 유사한 성분을 가진 고온고압의 기체가 되며, 상기 고온고압의 기체는 상기 챔버부(60)를 통해 외부로 배출될 수 있다.The mixing zone 62 is formed on the opposite side of the combustion zone 61 and is a space in which the combustion gas burned in the combustion zone 61 and the liquid nitrogen introduced through the inlet hole 70 are mixed. When the liquid nitrogen meets the high temperature oxygen as the combustion gas in the mixing zone 62, the liquid nitrogen is vaporized and mixed with the combustion gas to become a high-temperature and high-pressure gas having components similar to the air, And a high-pressure gas can be discharged to the outside through the chamber part 60. [

한편, 상기 챔버부(60)는 연소존(61)을 냉각시키기 위해, 상기 연소존(61)의 외부를 감싸는 냉각 채널(63)을 더 포함한다. The chamber part 60 further includes a cooling channel 63 surrounding the outside of the combustion zone 61 to cool the combustion zone 61.

예를 들면, 상기 냉각채널은 냉매제 역할을 하는 액체질소(LN2)가 유입되는 유입구(65)를 형성하고 있으며, 상기 냉매제인 액체질소(LN2)는 상기 유입구(65)를 통해 상기 냉각 채널(63) 내부로 유입되어 순환하면서, 상기 챔버부(60) 내의 연소존(61)을 냉각시킬 수 있다.For example, the cooling channel forms an inlet 65 into which liquid nitrogen (LN2) serving as a refrigerant flows, and liquid nitrogen (LN2) as the refrigerant flows through the cooling channel 63 And the cooling zone 61 in the chamber part 60 can be cooled while circulating.

또한, 상기 챔버부(60)는 상기 챔버부(60) 중앙에 위치하며, 상기 냉각 채널(63)과 연통되어, 상기 냉각 채널(63) 내의 액체질소가 상기 유입홀(70)로 유입될 수 있게 경로를 형성하는 중앙매니폴드(64)를 더 포함한다.The chamber portion 60 is located at the center of the chamber portion 60 and communicates with the cooling channel 63 so that liquid nitrogen in the cooling channel 63 can be introduced into the inlet hole 70 And a central manifold (64) that forms a path through which the fluid flows.

예를 들면, 상기 중앙매니폴드(64)는 상기 냉각 채널(63)에서 냉매제 역할을 마친 액체질소가 유입되고, 상기 유입된 액체질소는 상기 중앙매니폴드(64)를 순환하면서, 상기 유입홀(70)을 통해 상기 챔버부(60) 내부로 유입될 수 있다.For example, the central manifold 64 is filled with liquid nitrogen that has been a refrigerant in the cooling channel 63, and the introduced liquid nitrogen circulates through the central manifold 64, 70 to the inside of the chamber portion 60. As shown in FIG.

상기 유입홀(70)은 상기 챔버부(60)에 구비되며, 상기 챔버부(60) 내부로 상기 액체질소를 유입시키는 통로이다.The inlet hole 70 is provided in the chamber portion 60 and is a passage through which the liquid nitrogen flows into the chamber portion 60.

예를 들면, 상기 유입홀(70)은 상기 중앙매니폴드(64) 순환하는 상기 액체질소가 상기 챔버부(60) 내부로 유입되는 통로 역할을 하며, 상기 유입홀(70)을 통해 유입된 액체질소는 상기 믹싱존(62)에서 상기 연소가스와 만나 기화 및 혼합되어 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다.
For example, the inlet hole 70 serves as a passage through which the liquid nitrogen circulated through the central manifold 64 flows into the chamber portion 60, and the liquid introduced through the inlet hole 70 Nitrogen may be vaporized and mixed with the combustion gas in the mixing zone 62 to generate gas of high temperature and high pressure.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온고압 기체발생기의 작동방법에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of operating the high-temperature high-pressure gas generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 상기 액체산소 및 연료가 각각의 주입관(10,20)를 통해 상기 헤드플레이트(30)에 주입되고, 주입된 액체산소 및 연료는 상기 분사부(40)로 유동하며, 상기 분사부(40)에서 혼합된다. First, the liquid oxygen and the fuel are injected into the head plate 30 through the respective injection pipes 10 and 20, the injected liquid oxygen and fuel flow to the injection part 40, 40).

혼합된 액체산소 및 연료는 상기 분사부(40)를 통해 상기 챔버부(60)의 연소존(61)에서 분무형태로 분사되어 연소반응을 일으켜 연소될 수 있다. 상기 연소로 인해 1700~1800℃의 연소가스가 발생하고, 그로 인해 상기 연소존(61)의 온도가 급상승할 수 있다.The mixed liquid oxygen and the fuel may be injected in the spray zone in the combustion zone 61 of the chamber part 60 through the jet part 40 to cause a combustion reaction and burn. The combustion gas is generated at 1700 to 1800 ° C due to the combustion, so that the temperature of the combustion zone 61 can rise sharply.

이 때, 상기 챔버부(60)의 냉각 채널(63)의 유입구(65)을 통해 상기 액체질소가 유입되며, 상기 액체질소는 상기 냉각 채널(63)의 내부 벽면을 따라 순환하면서, 상기 연소존(61)을 냉각시킬 수 있다.At this time, the liquid nitrogen flows in through the inlet 65 of the cooling channel 63 of the chamber part 60, and the liquid nitrogen circulates along the inner wall surface of the cooling channel 63, (61) can be cooled.

상기 연소존(61)을 냉각시킨 액체질소는 상기 냉각 채널(63)과 상기 중앙매니폴드(64)가 연통된 통로를 통해 상기 중앙매니폴드(64)로 유입되고, 상기 중앙매니폴드(64)에 유입된 액체질소는 상기 중앙매니폴드(64) 내를 순환하면서, 상기 유입홀(70)을 통해 상기 챔버부(60) 내부로 유입될 수 있다.The liquid nitrogen that has cooled the combustion zone 61 flows into the central manifold 64 through the passage where the cooling channel 63 and the central manifold 64 are communicated with each other, May be introduced into the chamber portion 60 through the inlet hole 70 while circulating in the central manifold 64.

상기 챔버부(60) 내부로 유입된 액체질소는 상기 연소존(61)에서 생성된 연소가스와 함께 상기 챔버부(60)의 믹싱존(62)에서 서로 만나게 된다. 상기 고온의 연소가스를 만난 액체질소는 바로 기화되고, 상기 연소가스와 혼합되어 고온고압의 기체가 발생할 수 있다. 상기 고온고압의 기체는 상기 챔버부(60)를 통해 외부로 배출될 수 있다.The liquid nitrogen introduced into the chamber 60 is brought into contact with the combustion gas in the combustion zone 61 and the mixing zone 62 of the chamber 60. The liquid nitrogen which meets the high temperature combustion gas is directly vaporized and mixed with the combustion gas to generate gas of high temperature and high pressure. The high-temperature and high-pressure gas may be discharged to the outside through the chamber portion 60.

이와 같은 구성으로, 상기 고온고압의 기체발생기는 간편하면서 저비용으로 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다. 또한, 고온고압의 기체를 이용하여 동력원으로 사용하는 가스터빈에 적용할 경우 설비의 소형화 할 수 있다. 또한, 생성된 고온고압의 기체가 공기와 유사한 성분을 가지는 친환경적인 고온고압의 기체를 발생시킬 수 있다.
With such a construction, the high-temperature and high-pressure gas generator can easily generate gas at high temperature and high pressure at low cost. In addition, when applied to a gas turbine used as a power source using a gas of high temperature and high pressure, the facility can be downsized. Further, the generated high-temperature and high-pressure gas can generate environment-friendly high-temperature and high-pressure gas having components similar to the air.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention belongs. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, are included in the scope of the present invention.

10: 액체산소 주입관 61: 연소존(Combustion zone)
20: 연료 주입관 62: 믹싱존(Mixing zone)
30: 헤드플레이트 63: 냉각 채널
40: 분사부 64: 중앙매니폴드
50: 헤드부 65: 유입구
60: 챔버부 70: 유입홀10: Liquid oxygen injection tube 61: Combustion zone
20: Fuel injection pipe 62: Mixing zone
30: head plate 63: cooling channel
40: Dispensing part 64: Central manifold
50: head part 65: inlet
60: chamber part 70: inlet hole

Claims (6)

액체산소(LOx) 및 연료가 유입되는 경로가 형성된 헤드플레이트;
상기 헤드플레이트와 결합되며, 상기 유입된 액체산소 및 연료가 혼합되어 분사되는 분사부;
상기 헤드플레이트 및 상기 분사부와 결합되어, 상기 헤드플레이트 및 상기 분사부를 고정지지 하는 헤드부;
상기 헤드부와 결합되며, 상기 분사부에서 분사된 상기 액체산소 및 연료가 연소된 후 생성된 연소가스와 액체질소(LN2)가 혼합되어 고온고압의 기체를 외부로 배출하는 챔버부; 및
상기 챔버부 일측에 구비되며, 상기 챔버부 내부로 상기 액체질소가 유입되는 유입홀:
를 포함하는 고온고압의 기체발생기.A head plate on which a path through which liquid oxygen (LOx) and fuel flow is formed;
A jetting unit coupled to the head plate, wherein the jetting unit mixes the injected liquid oxygen and fuel and injects the jetted oxygen;
A head unit coupled to the head plate and the jetting unit to fixly support the head plate and the jetting unit;
A chamber part coupled to the head part and discharging the gas of high temperature and high pressure mixed with the liquid nitrogen (LN2) mixed with the combustion gas generated after the liquid oxygen injected from the jet part and the fuel are burned; And
An inlet hole provided at one side of the chamber part for introducing the liquid nitrogen into the chamber part;
Pressure gas generator. 제1항에 있어서,
상기 챔버부는
내부에 상기 액체산소 및 연료가 연소되어 연소가스를 생성하는 공간인 연소존(Combustion zone); 및
상기 연소존에서 생성된 연소가스와 상기 액체질소가 혼합되는 공간인 믹싱존(Mixing zone);
을 포함하는 고온고압의 기체발생기.The method according to claim 1,
The chamber portion
A combustion zone in which the liquid oxygen and the fuel are combusted to generate a combustion gas; And
A mixing zone in which a combustion gas generated in the combustion zone is mixed with the liquid nitrogen;
Pressure gas generator. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 챔버부는 상기 연소존을 냉각시키기 위해 상기 챔버부의 일측을 감싸며, 냉매제로 상기 액체질소가 유입되는 유입구를 구비하고 있으며, 상기 액체질소가 순환하는 냉각채널을 더 포함하는 고온고압의 기체발생기.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the chamber portion further includes a cooling channel surrounding the one side of the chamber portion for cooling the combustion zone and having an inlet through which the liquid nitrogen flows with a refrigerant and through which the liquid nitrogen circulates. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 챔버부는 상기 냉각채널과 연통되며, 상기 챔버부에 위치하여 상기 유입홀로 상기 액체질소가 유입될 수 있게 경로를 형성하는 중앙 매니폴드를 더 포함하는 고온고압의 기체발생기.The method according to claim 1 or 3,
Wherein the chamber portion further comprises a central manifold communicating with the cooling channel and located in the chamber portion to form a path for allowing the liquid nitrogen to flow into the inlet hole. 제1항에 있어서,
상기 연료는 케로신(Kerosene)을 사용하는 것을 특징으로 하는 고온고압의 기체발생기.The method according to claim 1,
Characterized in that the fuel uses kerosene. ≪ Desc / Clms Page number 13 > 제1항에 있어서,
상기 유입홀는 상기 챔버부 중앙에 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 고온고압의 기체발생기.The method according to claim 1,
Wherein at least one inlet hole is provided at the center of the chamber portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104329655A (en) * 2014-11-13 2015-02-04 北京航天试验技术研究所 Fuel gas generator used for providing injection working medium
KR102149359B1 (en) * 2019-11-11 2020-08-28 성균관대학교 산학협력단 Combustor

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