KR20190078290A - 연소기용 혼합기 - Google Patents

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KR20190078290A
KR20190078290A KR1020170180129A KR20170180129A KR20190078290A KR 20190078290 A KR20190078290 A KR 20190078290A KR 1020170180129 A KR1020170180129 A KR 1020170180129A KR 20170180129 A KR20170180129 A KR 20170180129A KR 20190078290 A KR20190078290 A KR 20190078290A
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Abstract

본 발명은 혼합기에 관한 것이다. 본 발명은, 내부에 공기가 유입되는 내부하우징과, 상기 내부하우징의 출구부를 감싸도록 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되어 공기가 유입되는 제1 외부하우징과, 상기 제1 외부하우징의 내부에 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되도록 배치되어 액체 연료를 안내하는 제2 외부하우징과, 상기 제2 외부하우징과 연결되며, 상기 액체 연료를 외부로부터 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이의 공간으로 안내하는 연료안내부와, 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이에 배치되며, 상기 연료안내부에서 공급되는 액체 연료를 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이로 분배하는 제1 배플부를 포함한다.

Description

연소기용 혼합기{Mixer for a combustor}
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소기용 혼합기에 관한 것이다.
일반적으로 혼합기는 연소기에 배치되어 연료와 기체를 혼합하여 연소기로 공급할 수 있다. 이때, 혼합기는 액체 연료를 외부로부터 공급받아 미립자환 후 기체와 혼합할 수 있다. 이러한 혼합기에 액체 연료가 공급되는 경우 액체 연료는 혼합기를 통과하면서 균일하게 분배되어야 액체 연료의 미립자화가 가능하다. 그러나 상기와 같은 경우 혼합기에 공급되는 액체 연료는 특정 부위에서 압력손실이 과다하게 발생하여 혼합기 전체로 균일하게 공급되지 않을 뿐만 아니라 특정 부위에서는 액체 연료가 미립자화되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우 연소기의 성능이 저하될 뿐만 아니라 연소기가 배치된 엔진의 성능을 저하시킬 수 있다.
이러한 연소기와 관련된 연소기는 일본등록특허 제468977호(발명의 명칭: 2종 연료 노즐, 특허권자: GENERAL ELECTRIC CO)에 구체적으로 개시되어 있다.
일본등록특허 제468977호
본 발명의 실시예들은 연소기용 혼합기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 내부에 공기가 유입되는 내부하우징과, 상기 내부하우징의 출구부를 감싸도록 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되어 공기가 유입되는 제1 외부하우징과, 상기 제1 외부하우징의 내부에 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되도록 배치되어 액체 연료를 안내하는 제2 외부하우징과, 상기 제2 외부하우징과 연결되며, 상기 액체 연료를 외부로부터 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이의 공간으로 안내하는 연료안내부와, 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이에 배치되며, 상기 연료안내부에서 공급되는 액체 연료를 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이로 분배하는 제1 배플부를 포함하는 혼합기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징을 연결하며, 상기 제1 배플부가 배치되는 챔버부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 배플부는, 상기 챔버부를 두개의 공간으로 구분하고, 상기 챔버부의 두개의 공간을 연결하도록 상기 챔버부의 내벽으로부터 일부가 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 배플부와 상기 챔버부 내벽 사이의 이격된 거리는 상기 연료안내부와의 거리에 따라 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 배플부와 일정 각도를 형성하도록 배치되며, 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이로 공급되는 액체 연료를 배분시키는 제2 배플부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 배플부는 복수개 구비되며, 서로 인접하는 상기 제2 배플부 사이의 거리는 상기 연료안내부와의 거리에 따라 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 혼합기 전체에 액체 연료가 균일하게 제공됨으로써 혼합기 후단에서 방출되는 입자화된 액체 연료의 균일도가 상승할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 혼합기 후단에서 액체 연료의 압력손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합기를 보여주는 부분단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 혼합기를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합기를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 혼합기를 포함하는 엔진을 보여주는 개념도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합기를 보여주는 부분단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 혼합기를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 혼합기(100)는 제1 외부하우징(110), 제2 외부하우징(120), 내부하우징(130), 챔버부(140), 코어부(150), 연료안내부(160), 제1 배플부(171), 제2 배플부(172), 제1 스월러(181), 제2 스월러(182) 및 제3 스월러(183)를 포함할 수 있다.
제1 외부하우징(110)은 연소기(미도시)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 외부하우징(110)은 상기 연소기에 별도로 연결될 수 있으며, 내부에 화염이 발생할 수 있다.
제2 외부하우징(120)은 제1 외부하우징(110) 내부에 배치될 수 있다. 이때, 제1 외부하우징(110)과 제2 외부하우징(120)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 제1 외부하우징(110)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 외부 공기가 유입되어 통과할 수 있다.
내부하우징(130)은 제2 외부하우징(120) 내부에 배치될 수 있다. 이때, 내부하우징(130) 내부로는 외기가 유입되어 유동할 수 있다. 또한, 내부하우징(130)은 제2 외부하우징(120)과 이격되도록 배치될 수 있으며, 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120)의 이격된 공간으로는 액체 연료가 이동할 수 있다. 내부하우징(130)의 일단은 제2 외부하우징(120) 내부에 배치될 수 있다. 이러한 경우 내부하우징(130)은 제2 외부하우징(120) 내부에 완전히 삽입된 상태로 배치될 수 있다.
챔버부(140)는 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120)을 연결할 수 있다. 이때, 챔버부(140)는 연료안내부(160)와 연결되어 연료안내부(160)에서 공급되는 액체 연료를 분배할 수 있다. 이러한 경우 챔버부(140)는 원형의 고리 형태로 형성될 수 있으며, 내부하우징(130) 및 제2 외부하우징(120)의 끝단을 차폐시킬 수 있다. 또한, 챔버부(140)는 내부하우징(130) 및 제2 외부하우징(120)의 외주면을 따라 하나의 공간을 형성할 수 있다. 이러한 경우 챔버부(140)는 외부와 완전히 차단되도록 형성되어 내부하우징(130) 및 제2 외부하우징(120)의 공간과 연결될 수 있다. 또한, 챔버부(140)의 내부 공간은 연료안내부(160)보다 확장되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우 연료안내부(160)의 토출구의 면적은 챔버부(140)의 내부의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 연료안내부(160)와 챔버부(140)가 연결되는 부분은 만곡지게(또는 곡률지게) 형성될 수 있다. 이러한 경우 연료안내부(160)에서 토출되는 액체 연료는 순차적으로 확장되는 토출구를 통하여 챔버부(140)로 이동할 수 있어 압력 소실을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 이러한 경우 연료안내부(160)에서 토출되는 액체 연료는 난류 형성이 억제됨으로써 균일한 흐름이 구현되는 것이 가능하고 다양한 방향으로 균일하게 이동하는 것이 가능하다.
코어부(150)는 내부하우징(130) 내부에 내부하우징(130)의 내면으로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 코어부(150)는 내부하우징(130)의 중앙 부분에 배치될 수 있으며, 내부하우징(130) 내부로 진입하는 공기를 다양한 방향으로 분산시키는 것이 가능하다. 이러한 경우 코어부(150)는 공기의 흐름 방향에 대해서 상류측 코어부(150) 부분에서 코어부(150)의 일정 부분까지 단면적이 일정할 수 있다. 또한, 코어부(150)의 일정 부분으로부터 공기의 흐름 방향에 대해서 하류측 코어부(150) 부분까지 갈수록 코어부(150)의 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 에를 들면, 코어부(150)는 물방울 형태일 수 있다.
제1 배플부(171)는 챔버부(140) 내부에 배치될 수 있다. 이때, 제1 배플부(171)는 챔버부(140)를 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획할 수 있다. 이때, 제1 공간(S1)은 연료안내부(160)과 연결되는 공간일 수 있으며, 제2 공간(S2)는 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간과 연결되는 공간일 수 있다. 제1 배플부(171)는 챔버부(140)의 높이 방향에 대해서 챔버부(140)의 일면으로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 챔버부(140)의 일면은 내부하우징(130)의 외면으로부터 인입된 부분일 수 있다. 제1 배플부(171)는 제2 외부하우징(120)으로부터 챔버부(140) 내부의 공간으로 돌출될 수 있다. 제1 배플부(171)의 일면은 챔버부(140)의 내벽으로부터 이격되도록 배치됨으로써 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 연결할 수 있다. 이때, 제1 공간(S1)은 연료안내부(160)에서 공급된 액체 연료가 일시적으로 수납할 수 있으며, 제2 공간(S2)은 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간과 연결되어 액체 연료를 공급할 수 있다. 상기와 같이 제1 배플부(171)가 챔버부(140)의 내벽 사이에 형성하는 공간의 크기(또는 길이)는 제1 배플부(171) 전체에서 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 배플부(171)의 일면과 챔버부(140) 내벽 사이의 거리는 제1 배플부(171) 전체에서 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로 제1 배플부(171)의 일면과 챔버부(140) 내벽 사이의 거리는 연료안내부(160)의 토출구 부분을 기준으로 연료안내부(160)의 토출구 부분으로부터 멀어질수록 커질 수 있다. 이러한 경우 연료안내부(160)의 토출구 부분에 배치된 제1 배플부(171)의 일면과 챔버부(140) 내벽 사이의 제1 거리(L1)는 연료안내부(160)의 토출구 부분으로부터 가장 먼 챔버부(140) 내부에 배치된 제1 배플부(171)의 일면과 챔버부(140) 내벽 사이의 제2 거리(L2)는 서로 상이할 수 있다. 이때, 제1 거리(L1)는 제2 거리(L2)보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 거리(L1)는 도 1에서 상측 부분이고, 제2 거리(L2)는 도 1의 하측 부분에서 측정된 것일 수 있다. 또한, 제1 거리(L1)로부터 제2 거리(L2)로 갈수록 제1 배플부(171)의 일면과 챔버부(140) 내벽 사이의 거리는 점점 커지도록 형성될 수 있다. 상기와 같이 거리가 가변하는 경우 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 이동하는 액체 연료의 양은 챔버부(140) 전체에서 상이할 수 있다. 예를 들면, 연료안내부(160)가 연결된 챔버부(140)에서는 연료안내부(160)에서 공급되는 액체 연료로 인하여 액체 연료의 압력이 챔버부(140)의 다른 부분보다 상대적으로 높을 수 있다. 반면, 연료안내부(160)에서 가장 먼 챔버부(140) 부분에서는 챔버부(140)의 다른 부분보다 상대적으로 액체 연료의 압력이 낮을 수 있다. 상기와 같은 경우 제1 배플부(171)가 존재하지 않으면, 연료안내부(160)가 연결된 챔버부(140) 부분에서는 액체 연료가 빠른 속도로 챔버부(140)를 통하여 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 이동할 수 있다. 반면, 연료안내부(160)로부터 가장 먼 챔버부(140) 부분에서는 액체 연료의 속도가 낮고, 액체 연료의 압력이 저하됨으로써 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 적은 양의 유체가 유입될 수 있다. 이러한 경우 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간을 따라 이동하는 액체 연료의 양이 내부하우징(130)의 외면 전체에서 균일하지 못할 수 있다. 뿐만 아니라 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간을 따라 액체 연료가 이동하는 경우 액체 연료의 미립자화가 내부하우징(130)의 외면 전체에서 균일하지 못함으로써 혼합기(100)의 성능이 저하될 수 있다. 그러나 상기와 같이 제1 거리(L1) 내지 제2 거리(L2)를 서로 상이하게 형성함으로써 챔버부(140) 내부의 액체 연료가 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 균일하게 공급될 수 있다.
제2 배플부(172)는 챔버부(140) 내부에 배치될 수 있다. 이때, 제2 배플부(172)는 챔버부(140)의 제2 공간(S2)에 배치될 수 있다. 상기와 같은 제2 배플부(172)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 제2 배플부(172)는 챔버부(140) 내부에서 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 복수개의 제2 배플부(172)는 제2 공간(S2)에서 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 유입되는 액체 연료의 양을 제어할 수 있다.
제1 스월러(181)는 제1 외부하우징(110)과 제2 외부하우징(120) 사이에 배치되어 제1 외부하우징(110)과 제2 외부하우징(120)을 연결할 수 있다. 이때, 제1 스월러(181)는 제1 외부하우징(110)과 제2 외부하우징(120) 사이로 진입하는 기체를 제1 방향으로 회전시킬 수 있다. 이러한 경우 제1 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향 중 하나일 수 있다. 상기와 같은 제1 스월러(181)는 날개 형태로 형성될 수 있다. 특히 제1 스월러(181)는 나선형으로 형성되어 기체를 회전시킬 수 있다. 제1 스월러(181)는 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 제1 스월러(181)는 제2 외부하우징(120)의 외주면에 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
제2 스월러(182)는 제2 외부하우징(120)과 내부하우징(130) 사이에 배치되어 액체 연료를 선회시킬 수 있다. 이때, 제2 스월러(182)는 제1 스월러(181)와 유사하게 형성될 수 있다. 또한, 제2 스월러(182)는 액체 연료를 제3 스월러(183)과 동일한 제2 방향으로 회전시킬 수 있다.
제3 스월러(183)는 내부하우징(130)과 코어부(150) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제3 스월러(183)는 제1 스월러(181)와 유사하게 형성될 수 있다. 이러한 경우 제3 스월러(183)는 외부에서 유입되는 기체를 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 제3 스월러(183)는 시계 방향 또는 반시계 방향 중 다른 하나의 방향으로 기체를 회전시킬 수 있다. 이러한 경우 제1 스월러(181)와 제3 스월러(183)는 기체를 서로 다른 방향으로 회전시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 혼합기(100)의 작동을 살펴보면, 상기 연소기에서 연소가 수행되는 경우 연료안내부(160)를 통하여 액체 연료가 공급될 수 있다. 이때, 액체 연료는 연료안내부(160)에서 챔버부(140)로 공급될 수 있다. 이러한 경우 연료안내부(160)와 챔버부(140)를 연결한 부분이 곡률지게 형성됨으로써 액체 연료는 연료안내부(160)에서 챔버부(140)로 높은 압력에 분사되지 않으며 압력손실을 최소한 상태에서 연료안내부(160)로부터 챔버부(140)로 이동할 수 있다. 액체 연료는 챔버부(140) 내부를 채운 후 제2 외부하우징(120)과 내부하우징(130) 사이의 공간으로 이동할 수 있다.
구체적으로 연료안내부(160)에서 액체 연료가 공급되면, 액체 연료는 챔버부(140)의 제1 공간(S1)에 일시적으로 저장될 수 있다. 이때, 액체 연료는 챔버부(140) 전체에서 제1 배플부(171)를 따라 제1 공간(S1)에 일정량 채워질 수 있다. 제1 공간(S1)을 채운 액체 연료는 제1 배플부(171)와 챔버부(140)의 내벽 사이의 공간을 따라 제2 공간(S2)으로 이동할 수 있다. 이러한 경우 제1 배플부(171)와 챔버부(140) 내벽 사이의 공간의 크기에 따라 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 이동하는 액체 연료의 속도, 압력 및 유량이 제어될 수 있다. 또한, 액체 연료는 제1 공간(S1)을 어느 정도 채운 후 제2 공간(S2)으로 이동함으로써 챔버부(140)의 특정 부위에 액체 연료가 많아지는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 액체 연료가 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 이동한 후 제2 배플부(172) 사이를 통과하여 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 이동할 수 있다. 이러한 경우 제2 배플부(172)는 액체 연료의 공급 시 압력차, 유량차 등으로 인한 액체 연료의 난류를 줄일 수 있다. 특히 제2 배플부(172)는 챔버부(140)에서 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 이동하는 유체의 난류를 제거할 수 있다.
내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간으로 공급된 액체 연료는 외부 배출될 수 있다. 이때, 제2 스월러(182)는 액체 연료를 선회시킴으로써 내부하우징(130)의 끝단에서 액체 연료를 선회시킬 수 있다.
상기와 같은 과정이 진행되는 동안 제1 스월러(181)와 제3 스월러(183)를 통과한 기체는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이러한 회전으로 인하여 내부하우징(130)과 제2 외부하우징(120) 사이의 공간을 통하여 분사되는 액체 연료를 미립자화할 뿐만 아니라 내부하우징(130)의 후단에서 기체와 연료의 혼합율을 증대시킬 수 있다.
따라서 혼합기(100)는 연료를 혼합기(100) 전체에서 균일하게 분배하여 외부로 공급하는 것이 가능하고, 혼합기(100) 후단에서 방출되는 입자화된 액체 연료의 균일도가 상승할 수 있다. 또한, 혼합기(100)는 후단에서 액체 연료의 압력손실을 최소화할 수 있다. 혼합기(100)는 혼합기(100) 후단에서 액체 연료를 분사할 때 액체 연료의 난류를 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합기를 보여주는 단면도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 혼합기(100A)는 제1 외부하우징(110A), 제2 외부하우징(120A), 내부하우징(130A), 챔버부(140A), 코어부(150A), 연료안내부(160A), 제1 배플부(171A), 제2 배플부(172A), 제1 스월러(181A), 제2 스월러(182A) 및 제3 스월러(183A)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 외부하우징(110A), 제2 외부하우징(120A), 챔버부(140A), 코어부(150A), 연료안내부(160A), 제1 스월러(181A), 제1 스월러(181A), 제2 스월러(182A) 및 제3 스월러(183A)는 상기에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 배플부(172A)는 상기에서 설명한 바와 같이 제1 배플부(171A)와 일정 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 제2 배플부(172A)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 제2 배플부(172A)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 인접하는 제2 배플부(172A)는 제1 배플부(171A) 및 챔버부(140A) 등과 함께 연료가 통과하는 통과홀(173A)을 형성할 수 있다. 이러한 경우 통과홀(173A)은 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 통과홀(173A)은 서로 이격되도록 배열될 수 있다. 상기와 같은 복수개의 통과홀(173A)의 크기는 연료안내부(160A)와의 거리에 따라 상이할 수 있다. 이때, 통과홀(173A)을 형성하는 서로 인접하는 제2 배플부(172A)의 거리는 연료안내부(160A)와의 거리에 따라 상이할 수 있다. 예를 들면, 연료안내부(160A)에 인접한 통과홀(173A)의 크기는 연료안내부(160A)로부터 먼 부분의 통과홀(173A)의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우 연료안내부(160A)에서 고압으로 연료를 공급하는 경우에도 다른 부분보다 적은 양의 액체 연료를 통과시킴으로써 내부하우징(130A) 전면에서 균일한 액체 연료의 유동을 구현하는 것이 가능하다. 또한, 제2 배플부(172A)는 액체 연료가 통과홀(173A)의 통과 시 액체 연료의 난류 형태의 흐름을 저감시킴으로써 혼합기(100A) 후면에서 분사되는 액체 연료의 유동을 개선할 수 있다.
따라서 혼합기(100A)는 액체 연료의 유동 시 혼합기(100A) 전체에 액체 연료를 균일하게 공급하는 것이 가능하고, 액체 연료의 유동을 균일하게 할 수 있다.
또한, 혼합기(100A)는 챔버부(140A)와 연료안내부(160A)에서 연결되는 부위가 곡률지게 연결됨으로써 연료안내부(160A)에서 챔버부(140A)로 공급되는 액체 연료의 압력손실을 저감시킬 수 있다. 혼합기(100A)는 제1 배플부(171A)를 통하여 액체 연료가 확산되는 공간을 최소화함으로써 챔버부(140A)로 유입되는 액체 연료의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 혼합기를 포함하는 엔진을 보여주는 개념도이다.
도 5를 참고하면, 엔진(10)은 산업용 발전기, 항공 등에 사용될 수 있다. 이때, 엔진(10)은 압축기(1), 연소기(2) 및 터빈(3)을 포함할 수 있다. 압축기(1)는 외부로부터 유입되는 공기를 압축하여 연소기(2)로 공급할 수 있다.
연소기(2)는 내부에 혼합기(미도시, 예를 들면, 도 1의 100 또는 도 3의 100A)를 구비하고, 상기 혼합기에서 공급된 액체 연료를 연소시킬 수 있다. 이때, 상기 혼합기는 압축기(1)와 연결되어 압축기(1)에서 공급되는 압축 기체(또는 공기)를 공급받아 액체 연료와 혼합할 수 있다. 상기 혼합기는 액체 연료를 압축 기체와 혼합하여 연소기(2) 내부로 공급할 수 있다.
연소기(2)는 상기 혼합기 이외에도 상기 혼합기에서 공급되는 연료에 연소를 위한 에너지를 제공하는 점화기(미도시)를 구비하는 것도 가능하다. 이때, 상기 점화기는 상기 혼합기와 일체로 형성되거나 상기 혼합기와 별도로 배치되는 것이 가능하다.
상기와 같은 연소기(2)는 적어도 한 개 이상의 상기 혼합기를 구비할 수 있다. 이때, 연소기(2)가 복수개의 상기 혼합기를 구비하는 경우 복수개의 상기 혼합기는 일정한 원주에 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
터빈(3)은 연소기(2)의 후단부에 배치되어 연소기(2)에서 공급되는 연소가스를 통하여 동력을 생성할 수 있다. 이때, 터빈(3)은 압축기(1)와 회전축을 공유할 수 있으며, 압축기(1)를 작동시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 엔진(10)의 작동을 살펴보면, 압축기(1)가 작동하여 외부의 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기(2)로 공급할 수 있다. 압축된 공기는 상기 혼합기로 유입될 수 있으며, 외부에서 상기 혼합기로 액체 연료를 공급할 수 있다. 이때, 상기 혼합기는 상기에서 설명한 것과 같이 액체 연료를 상기 혼합기 전체로 균일하게 분배할 수 있다. 또한, 상기 혼합기는 액체 연료의 이동 시 난류 발생을 최소화할 수 있다.
상기와 같이 상기 혼합기로 공기 및 액체 연료가 공급되면, 상기 혼합기는 액체 연료를 미립자화하여 공기와 혼합시킬 수 있다. 이때, 상기 점화기에서 에너지를 공급하여 연료를 연소시킬 수 있다.
연료가 연소되면서 발생되는 연소가는 터빈(3)을 작동시킬 수 있다. 이때, 연소가스는 터빈(3)을 작동시킨 후 터빈(3)의 후면으로 배출될 수 있다. 터빈(3)은 압축기(1)와 연결되어 압축기(1)를 작동시킬 수 있다.
상기와 같이 엔진(10)이 작동하는 동안 상기 혼합기는 연소기(2) 내부로 안정적이면서 균일하게 연료를 공급할 수 있다.
따라서 엔진(10)은 연소기(2)에서 발생되는 화염이 안정화됨으로써 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 엔진(10)은 상기 혼합기에서 액체 연료를 균일하면서 효율적으로 미립자화함으로써 작동 시 안정성이 향상될 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 압축기
2: 연소기
3: 터빈
10: 엔진
100,100A: 혼합기
110,110A: 제1 외부하우징
120,120A: 제2 외부하우징
130,130A: 내부하우징
140,140A: 챔버부
150,150A: 코어부
160,160A: 연료안내부
171,171A: 제1 배플부
172,172A: 제2 배플부
173A: 통과홀
181,181A: 제1 스월러
182,182A: 제2 스월러
183,183A: 제3 스월러

Claims (6)

  1. 내부에 공기가 유입되는 내부하우징;
    상기 내부하우징의 출구부를 감싸도록 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되어 공기가 유입되는 제1 외부하우징;
    상기 제1 외부하우징의 내부에 배치되며, 상기 내부하우징과 이격되도록 배치되어 액체 연료를 안내하는 제2 외부하우징;
    상기 제2 외부하우징과 연결되며, 상기 액체 연료를 외부로부터 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이의 공간으로 안내하는 연료안내부; 및
    상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이에 배치되며, 상기 연료안내부에서 공급되는 액체 연료를 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이로 분배하는 제1 배플부;를 포함하는 혼합기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징을 연결하며, 상기 제1 배플부가 배치되는 챔버부;를 더 포함하는 혼합기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 배플부는,
    상기 챔버부를 두개의 공간으로 구분하고, 상기 챔버부의 두개의 공간을 연결하도록 상기 챔버부의 내벽으로부터 일부가 이격되도록 배치된 혼합기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 배플부와 상기 챔버부 내벽 사이의 이격된 거리는 상기 연료안내부와의 거리에 따라 상이한 혼합기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배플부와 일정 각도를 형성하도록 배치되며, 상기 내부하우징과 상기 제2 외부하우징 사이로 공급되는 액체 연료를 배분시키는 제2 배플부;를 더 포함하는 혼합기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 배플부는 복수개 구비되며,
    서로 인접하는 상기 제2 배플부 사이의 거리는 상기 연료안내부와의 거리에 따라 상이한 혼합기.
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