KR20230086201A

KR20230086201A - All-in-one mixing head

Info

Publication number: KR20230086201A
Application number: KR1020210174623A
Authority: KR
Inventors: 임하영
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-06-15

Abstract

본 발명은 일체형 혼합기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 프린터로 대량생산이 용이하고, 파이어 플레이트의 열전도 효율 및 인젝터의 미립화 성능을 높여 기능을 개선한 일체형 혼합기에 관한 것이다. 인젝터와 파이어 플레이트, 혼합기 하우징이 서로 하나의 부품으로 적층 제조됨으로써 제작 효율이 극대화 되고, 고온 고압의 가혹환경에서 혼합기의 각 구성 간의 재질 차에 의한 구성간 분리를 최소화 하여 안정성을 높일 수 있으며, 인젝터 내부의 액체가 유동하는 공간에 액체의 흐름을 조정하는 충돌방지수단을 더 포함하여, 액체가 다수의 방향에서 유입되더라도 액체가 서로 충돌하여 유동이 불균일해지는 것을 방지하여 연소효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an integrated mixer, and more particularly, to an integrated mixer that can be easily mass-produced with a 3D printer and has improved functions by increasing heat conduction efficiency of a fire plate and atomization performance of an injector. The injector, fire plate, and mixer housing are laminated together as a single component to maximize manufacturing efficiency, and in a harsh environment of high temperature and high pressure, separation between components due to material differences between components of the mixer can be minimized to increase stability. Injector An effect that can increase combustion efficiency by further including collision prevention means for adjusting the flow of the liquid in the space in which the liquid flows inside, preventing the liquid from colliding with each other and the flow being non-uniform even if the liquid is introduced from multiple directions there is

Description

All-in-one mixing head}

본 발명은 일체형 혼합기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 프린터로 대량생산이 용이하고, 파이어 플레이트의 냉각 효율 및 인젝터의 미립화 성능을 높여 기능을 개선한 일체형 혼합기에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated mixer, and more particularly, to an integrated mixer that can be easily mass-produced with a 3D printer and has improved functions by increasing the cooling efficiency of a fire plate and the atomization performance of an injector.

액체로켓엔진은 기체와 액체 추진제를 혼합하고 이를 연소시켜 추진력을 얻는 원리를 기반으로 하는데, 이 때 사용되는 기체와 액체 추진제를 혼합 및 연소시키는 혼합기를 사용한다. 이 때, 액체추진제의 분사/혼합의 효율을 극대화 하기 위해 특수한 구조의 인젝터를 사용해왔다. 혼합기 내부에는 수십~수백 개의 인젝터를 포함하며 종래의 경우 각각의 인젝터를 별도로 제작하여 결합하였기 때문에 제작에 많은 시간과 비용이 소요된다.The liquid rocket engine is based on the principle of obtaining propulsion by mixing gas and liquid propellant and burning them, using a mixer that mixes and burns gas and liquid propellant. At this time, injectors with a special structure have been used to maximize the efficiency of injection/mixing of liquid propellants. The inside of the mixer includes tens to hundreds of injectors, and in the conventional case, since each injector is separately manufactured and combined, it takes a lot of time and money to manufacture.

또한, 액체로켓엔진의 혼합기는 기체 및 액체 연료를 연소하여 추진력을 발생시키기 위해 내부 온도가 3000 K 이상으로 상승하였으며, 고온 상태에서 인젝터를 포함하는 내부 구조물이 융해되지 않도록 하기 위해 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 파이어 플레이트를 하면에 부착하였다. 이 때, 파이어 플레이트는 열전도율이 매우 높아야 한다는 특수성으로 인해 다공성 리기메쉬와 같은 재질로 제작되었으며, 이에 따라 파이어 플레이트는 혼합기에 용접 등으로 별도로 부착되어왔다.In addition, the mixture of the liquid rocket engine has an internal temperature rise to over 3000 K to generate propulsion by burning gas and liquid fuel, and is made of a material with high thermal conductivity to prevent the internal structure including the injector from melting at high temperatures. A fire plate made of was attached to the lower surface. At this time, the fire plate is made of a material such as a porous back mesh due to the specificity that the thermal conductivity must be very high, and accordingly, the fire plate has been separately attached to the mixer by welding or the like.

이와 같이 종래의 경우, 각각의 구성을 별도 제작하여 결합하는 방식으로 혼합기가 제조되어 왔으며, 자연히 혼합기의 제조 단가가 높아지는 것은 물론이고 고온 고압의 가혹환경에서 혼합기의 각 구성 간의 재질 차에 의해 결합이 약해질 수 있어 안정성이 낮다는 문제점이 있었다. As such, in the conventional case, mixers have been manufactured in a way that each component is separately manufactured and combined, and the manufacturing cost of the mixer is naturally increased, as well as in a high temperature and high pressure harsh environment. There was a problem that stability was low because it could be weak.

더 나아가, 종래의 인젝터의 경우, 인젝터의 옆에서 액체가 공급되는 형태의 인젝터는 액체가 유동하는 공간에서 압력 강하를 발생시키기 위해, 액체 유입홀의 단면적에 비해 액체가 유동하는 공간의 단면적을 좁게 형성해왔다. 그러나 이에 따라 액체 유입홀이 인젝터의 측면에 다수 형성되는 경우, 각 액체 유입홀로부터 유입된 액체가 서로 충돌함에 따라 유동이 불균일해졌고, 이에 따라 액체의 미립화가 균일하게 이루어지지 않아 연소효율이 저하되는 문제점이 있었다.Furthermore, in the case of a conventional injector, in which liquid is supplied from the side of the injector, the cross-sectional area of the space where the liquid flows is narrower than the cross-sectional area of the liquid inlet hole in order to generate a pressure drop in the space where the liquid flows. have been However, when a plurality of liquid inlet holes are formed on the side of the injector, the flow becomes non-uniform as the liquids introduced from each liquid inlet hole collide with each other, and as a result, the liquid is not uniformly atomized, resulting in a decrease in combustion efficiency. There was a problem.

이에 따라, 상술한 종래 기술의 문제점을 보완할 수 있는 혼합기의 기능 개선 필요성이 대두되었다.Accordingly, the need to improve the function of the mixer that can compensate for the problems of the prior art has emerged.

한국등록특허공보 10-2003-0084366 " 액체 로켓 엔진용 혼합기"Korean Registered Patent Publication No. 10-2003-0084366 "mixer for liquid rocket engine"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 인젝터와 파이어 플레이트, 혼합기 하우징이 서로 하나의 부품으로 적층 제조됨으로써 제작 효율이 극대화 되고, 고온 고압의 가혹환경에서 혼합기의 각 구성 간의 재질 차에 의한 구성간 분리를 최소화 하여 안정성을 높일 수 있는 일체형 혼합기를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to maximize manufacturing efficiency by laminating the injector, the fire plate, and the mixer housing as one component, and to improve the efficiency of the mixer in a high temperature and high pressure harsh environment. It is to provide an integrated mixer that can increase stability by minimizing separation between components due to material differences between each component.

보다 자세히, 파이어 플레이트의 표면에 다수의 홈을 형성함으로써 열전도 되는 표면을 넓게 하여 파이어 플레이트를 열전도율이 높은 특수한 물질로 제작하지 않더라도 요구되는 냉각성능을 가질 수 있는 일체형 혼합기를 제공함에 있다.More specifically, by forming a plurality of grooves on the surface of the fire plate, the heat-conducting surface is widened to provide an integrated mixer that can have the required cooling performance even if the fire plate is not made of a special material with high thermal conductivity.

또한, 인젝터 내부의 액체가 유동하는 공간에 액체의 흐름을 조정하는 충돌방지수단을 더 포함하여, 액체가 다수의 방향에서 유입되더라도 액체가 서로 충돌하여 유동이 불균일해지는 것을 방지하여 연소효율을 증대시킬 수 있는 일체형 혼합기를 제공함에 있다.In addition, a collision prevention means for adjusting the flow of the liquid in the space in which the liquid flows inside the injector is further included, so that even if the liquid flows in from multiple directions, the liquid collides with each other to prevent the flow from becoming uneven, thereby increasing combustion efficiency. It is to provide an integrated mixer that can be.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 혼합기는 기체가 유동하는 기체 유동공간, 일단이 기체 유동공간과 연결되고, 타단이 기체 유동공간의 외측과 접하는 기체 주입구, 액체가 유동하며, 기체 유동공간 보다 하측에 형성되고, 파이어 플레이트가 하면에 결합되는 액체 유동공간, 일단이 액체 유동공간과 연결되고, 타단이 액체 유동공간의 외측과 접하는 액체 주입구를 포함하며, 파이어 플레이트는 오목 형성된 형상의 단위 홈이 다수 서로 일정한 간격 이격되어 형성되되, 각 단위 홈의 표면에 표면적 증대 수단이 형성되며, 기체 주입구, 액체 주입구, 액체 유동공간 및 기체 유동공간은 하나의 부품으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the integrated mixer according to an embodiment of the present invention has a gas flow space in which gas flows, one end connected to the gas flow space, and the other end contacting the outside of the gas flow space A gas inlet, A liquid flow space in which liquid flows, formed below the gas flow space and coupled to the lower surface of the fire plate, a liquid inlet in which one end is connected to the liquid flow space and the other end is in contact with the outside of the liquid flow space, The plate is formed with a plurality of concave unit grooves spaced apart from each other at regular intervals, a surface area increasing means is formed on the surface of each unit groove, and the gas inlet, liquid inlet, liquid flow space and gas flow space are made of one part. characterized by

또한, 단위 홈은, 각뿔 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the unit groove is characterized by having a pyramidal shape.

또한, 표면적 증대 수단은, 단위 홈의 표면에 일정한 간격으로 형성된 돌출 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the surface area increasing means is characterized in that it is a protruding shape formed at regular intervals on the surface of the unit groove.

또한, 표면적 증대 수단은, 단위 홈의 표면에 일정 간격으로 형성된 홈을 포함하는 격자인 것을 특징으로 한다.In addition, the surface area increasing means is characterized in that it is a lattice including grooves formed at regular intervals on the surface of the unit grooves.

또한, 표면적 증대수단은, 파이어 플레이트의 일면에 형성된 연통홀인 것을 특징으로 한다.In addition, the surface area increasing means is characterized in that it is a communication hole formed on one surface of the fire plate.

또한, 기체 유동공간과 액체 유동공간은 소정 두께의 분리벽에 의해 분리되고, 분리벽은 지면에 수직 방향으로 2개 이상의 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the gas flow space and the liquid flow space are separated by a partition wall having a predetermined thickness, and the partition wall is characterized in that two or more communication holes are formed in a direction perpendicular to the ground.

또한, 각각의 연통홀과 연결되며, 액체 유동공간 내에 배치되며 연통홀의 개수와 동일한 개수의 인젝터를 더 포함하고, 인젝터는, 연통홀과 연결되며, 내부에 기체 유동공간의 기체가 유동하는 파이프 형상의 하우징과, 하우징 내부에 내삽되며 내부에 액체 유동공간의 액체가 유동하는 파이프 형상의 포스트와, 하우징과 포스트를 연결하되, 측면에 액체 유동공간과 연통되는 액체 유입홀이 형성되는 파일론을 포함하며, 인젝터는 액체유동공간과 하나의 부품으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, it is connected to each of the communication holes, is disposed in the liquid flow space, and further includes the same number of injectors as the number of the communication holes, and the injectors are connected to the communication holes and have a pipe shape in which gas flows in the gas flow space. A housing, a pipe-shaped post interpolated inside the housing and through which the liquid in the liquid flow space flows, and a pylon connecting the housing and the post and having a liquid inlet hole communicating with the liquid flow space on the side thereof, , The injector is characterized in that it consists of a liquid flow space and one part.

또한, 인젝터는 포스트의 내측면과 일체로 형성되되, 지면에 수직한 방향으로 형성되는 1개 이상의 액체 전달홀을 포함하는 충돌 방지수단을 포함하며, 충돌 방지수단의 액체 전달홀의 단면적의 총합은 액체 유입홀의 단면적보다 더 좁은 것을 특징으로 한다.In addition, the injector is integrally formed with the inner surface of the post, and includes collision prevention means including one or more liquid delivery holes formed in a direction perpendicular to the ground, and the sum of the cross-sectional areas of the liquid delivery holes of the collision prevention means is liquid It is characterized in that it is narrower than the cross-sectional area of the inlet hole.

또한, 충돌 방지수단은, 포스트의 내부공간의 중심축의 위치로부터 포스트의 내측면과 접하는 모서리로 갈수록 점진적으로 높이가 낮아지는 뿔 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the anti-collision means is characterized in that it is formed in the shape of a horn whose height gradually decreases from the position of the central axis of the inner space of the post to the corner in contact with the inner surface of the post.

또한, 액체 전달홀은 서로 소정 간격 이격된 2개 이상의 홀인 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid delivery hole is characterized in that two or more holes spaced apart from each other by a predetermined distance.

또한, 액체 전달홀은 표면에 소정 간격으로 돌출이 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid delivery hole is characterized in that protrusions are formed on the surface at predetermined intervals.

또한, 액체 주입구는, 일단이 타단보다 더 낮은 위치에 위치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid inlet is characterized in that one end is located at a lower position than the other end.

또한, 액체 주입구의 타단은, 액체 유동공간의 최하단부와 연통되는 것을 특징으로 한다.In addition, the other end of the liquid inlet is characterized in that it communicates with the lowermost end of the liquid flow space.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 일체형 혼합기는 인젝터와 파이어 플레이트, 혼합기 하우징이 서로 하나의 부품으로 적층 제조됨으로써 제작 효율이 극대화 되고, 고온 고압의 가혹환경에서 혼합기의 각 구성 간의 재질 차에 의한 구성간 분리를 최소화 하여 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.The integrated mixer of the present invention according to the above configuration maximizes manufacturing efficiency by laminating the injector, fire plate, and mixer housing as one component, and is configured by material differences between each component of the mixer in a high-temperature and high-pressure harsh environment It has the effect of increasing stability by minimizing liver separation.

보다 자세히, 파이어 플레이트의 표면에 다수의 홈을 형성함으로써 열전도 되는 표면을 넓게 하여 파이어 플레이트를 열전도율이 높은 특수한 물질로 제작하지 않더라도 요구되는 냉각성능을 가질 수 있는 효과가 있다.In more detail, by forming a plurality of grooves on the surface of the fire plate, the heat conduction surface is widened, so that the fire plate can have the required cooling performance even if it is not made of a special material with high thermal conductivity.

또한, 인젝터 내부의 액체가 유동하는 공간에 액체의 흐름을 조정하는 충돌방지수단을 더 포함하여, 액체가 다수의 방향에서 유입되더라도 액체가 서로 충돌하여 유동이 불균일해지는 것을 방지하여 연소효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, a collision prevention means for adjusting the flow of the liquid in the space in which the liquid flows inside the injector is further included, so that even if the liquid flows in from multiple directions, the liquid collides with each other to prevent the flow from becoming uneven, thereby increasing combustion efficiency. There are possible effects.

도 1은 본 발명의 일체형 혼합기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일체형 혼합기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 파이어 플레이트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 파이어 플레이트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 파이어 플레이트의 부분확대도이다.
도 6은 본 발명의 파이어 플레이트의 일 실시 예를 도시한 부분확대도이다.
도 7은 본 발명의 인젝터의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 충돌 방지수단이 적용된 인젝터의 종단면도 및 부분단면도이다.
도 9는 본 발명의 충돌 방지수단의 일 실시 예를 도시한 종단면도이다.1 is a perspective view of an integral mixer of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the integrated mixer of the present invention.
3 is a perspective view of a fire plate of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a fire plate of the present invention.
5 is a partially enlarged view of the fire plate of the present invention.
6 is a partially enlarged view showing an embodiment of the fire plate of the present invention.
7 is a cross-sectional view of the injector of the present invention.
8 is a longitudinal cross-sectional view and a partial cross-sectional view of an injector to which the anti-collision means of the present invention is applied.
9 is a longitudinal cross-sectional view showing an embodiment of the collision avoidance means of the present invention.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the usual or dictionary meaning, and the inventor appropriately uses the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

이하로, 도 1 내지 2를 참조하여 본 발명의 일체형 혼합기(1000)의 기본 구성에 대해 설명한다.Hereinafter, the basic configuration of the integral mixer 1000 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일체형 혼합기(1000)는 기체가 유동하는 기체 유동공간(100)과, 일단이 기체 유동공간(100)과 연결되고, 타단이 기체 유동공간(100)의 외측과 접하는 기체 주입구(110)를 포함할 수 있다. 기체 주입구(110)를 통해 후술할 액체연료를 미립화 시킬 수 있는 기체를 기체 유동공간(100)의 내부로 전달받을 수 있다.As shown in FIG. 1, the integrated mixer 1000 of the present invention has a gas flow space 100 in which gas flows, one end connected to the gas flow space 100, and the other end connected to the gas flow space 100. It may include a gas inlet 110 in contact with the outside. Through the gas inlet 110 , gas capable of atomizing liquid fuel to be described later may be delivered into the gas flow space 100 .

또한, 본 발명의 일체형 혼합기(1000)는 액체가 유동하며, 기체 유동공간(100) 보다 하측에 형성되고, 파이어 플레이트(220)가 하면에 결합되는 액체 유동공간(200)과, 일단이 액체 유동공간(200)과 연결되고, 타단이 액체 유동공간(200)의 외측과 접하는 액체 주입구(210)를 포함할 수 있다. 액체 주입구(210)를 통해 액체 연료를 액체 유동공간(200)의 내부로 수신할 수 있다. 이 때, 기체 주입구(110), 액체 주입구(210), 액체 유동공간(200) 및 기체 유동공간(100)은 하나의 부품으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the integrated mixer 1000 of the present invention has a liquid flow space 200 in which liquid flows, formed below the gas flow space 100, and a fire plate 220 coupled to the lower surface, and one end of the liquid flow It may include a liquid inlet 210 connected to the space 200 and having the other end in contact with the outside of the liquid flow space 200 . Liquid fuel may be received into the liquid flow space 200 through the liquid inlet 210 . At this time, it is preferable that the gas inlet 110, the liquid inlet 210, the liquid flow space 200, and the gas flow space 100 are made of one component.

도 2에 도시된 바와 같이, 액체 유동공간(200)의 내부에는 액체 연료를 미립화 하기 위한 인젝터(400)가 2개 이상 배치될 수 있으며, 기체 유동공간(100)과 액체 유동공간(200)은 소정 두께의 분리벽(300)에 의해 분리될 수 있다. 분리벽(300)은 지면에 수직 방향으로 2개 이상의 연통홀(310)이 형성될 수 있다. 이 때, 연통홀(310)의 개수와 인젝터(400)의 개수는 서로 동일하며, 인젝터(400)의 상단부 홀과 연통홀(310)은 서로 일치하는 것이 바람직하다. 분리벽(300)의 두께 및 연통홀(310)의 크기는 유입되는 기체의 유속이나 종류에 따라 용이하게 변경가능하다.As shown in FIG. 2, two or more injectors 400 for atomizing liquid fuel may be disposed inside the liquid flow space 200, and the gas flow space 100 and the liquid flow space 200 are They may be separated by a partition wall 300 having a predetermined thickness. The separation wall 300 may have two or more communication holes 310 formed in a direction perpendicular to the ground. At this time, it is preferable that the number of communication holes 310 and the number of injectors 400 are the same, and the upper end hole of the injector 400 and the communication hole 310 coincide with each other. The thickness of the partition wall 300 and the size of the communication hole 310 can be easily changed according to the flow rate or type of the introduced gas.

분리벽(300)에 형성된 연통홀(310)을 통해 기체는 기체 주입구(110)를 통해 기체 유동공간(100)으로 유입된 후, 연통홀(310)을 통해 인젝터(400)의 내부 공간으로 유동할 수 있다. 그리고, 액체 연료는 액체 유입구를 통해 유입되어 인젝터(400)의 측면에 형성된 액체 유입홀(440)을 통해 인젝터(400)의 내부로 유동할 수 있다. 이 때, 액체 유동공간(200)과 연통홀(310)은 인젝터(400)에 의해 서로 분리된 공간에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 액체와 기체가 인젝터(400)의 미립화 구간 외에서 서로 혼재되는 것을 방지할 수 있다. The gas flows into the gas flow space 100 through the gas inlet 110 through the communication hole 310 formed in the partition wall 300, and then flows into the inner space of the injector 400 through the communication hole 310. can do. The liquid fuel may be introduced through the liquid inlet and flow into the injector 400 through the liquid inlet hole 440 formed on the side of the injector 400 . At this time, it is preferable that the liquid flow space 200 and the communication hole 310 are located in a space separated from each other by the injector 400 . Accordingly, it is possible to prevent liquid and gas from being mixed with each other outside the atomization section of the injector 400 .

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 유입구의 타단은 액체 유동공간(200)의 최하단부와 연통되는 것이 바람직하며, 이에 따라 저온의 액체가 액체 유동공간(200)으로 유입되는 동시에 파이어 플레이트(220)와 접촉하여 열이 빠른 시간 내에 분산되도록 할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the other end of the liquid inlet is preferably in communication with the lowermost end of the liquid flow space 200, so that the low-temperature liquid is introduced into the liquid flow space 200 and the fire plate 220 ) to make the heat dissipate quickly.

액체 유동공간(200)의 하단에 형성되는 파이어 플레이트(220)는 기체 유동공간(100), 기체 주입구(110), 액체 유동공간(200) 및 액체 주입구(210)와 동일한 재질로, 그리고 하나의 일체화된 부품으로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 자세히는, 하나의 부품으로 모델링된 후 3차원 프린터에 의해 적층제조될 수 있다. 이에 따라 본원 발명의 일체형 혼합기(1000)의 제작 효율이 극대화 될 수 있고, 고온 고압의 가혹환경에서 혼합기의 각 구성 간의 재질 차에 의한 구성간 분리를 최소화 하여 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.The fire plate 220 formed at the bottom of the liquid flow space 200 is made of the same material as the gas flow space 100, the gas inlet 110, the liquid flow space 200 and the liquid inlet 210, and is made of one It is preferable to be formed as an integral part. More specifically, after being modeled as one part, it can be additively manufactured by a 3D printer. Accordingly, the manufacturing efficiency of the integrated mixer 1000 of the present invention can be maximized, and the separation between components due to the difference in material between each component of the mixer can be minimized in a high-temperature and high-pressure harsh environment, thereby increasing stability.

이 때, 열전도율이 높지 않은 재질로 제작된 파이어 플레이트(220)의 열전도율을 높이기 위해 파이어 플레이트(220)의 일 면에 오목 형성된 형상의 단위 홈(221)이 다수 서로 일정한 간격 이격되어 형성될 수 있다. At this time, in order to increase the thermal conductivity of the fire plate 220 made of a material with low thermal conductivity, a plurality of concave unit grooves 221 may be formed spaced apart from each other at regular intervals on one surface of the fire plate 220. .

이하로, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 파이어 플레이트(220)와 그 실시 예에 대해 설명한다.Hereinafter, the fire plate 220 and its embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6 .

도 3에 도시된 파이어 플레이트(220)는 상술한 바와 같이, 표면에 단위 홈(221)이 다수 형성될 수 있다. 이 때, 단위 홈(221)은, 각뿔 형상인 것이 바람직하며, 보다 자세히, 육각뿔 형태로 형성되고 각 단위 홈(221)의 육각뿔의 밑변 중 하나가 인접한 단위 홈(221)의 육각뿔의 밑변 중 하나와 서로 평행하되 일정 간격 이격되어 배치된 형태인 것이 바람직하다. 즉, 파이어 플레이트(220)를 상측에서 보았을때 허니콤 형상을 형성하도록 함으로써, 동일 플레이트 면적 대비 단위 홈(221)의 형성될 수 있는 개수를 최대화 함과 동시에 파이어 플레이트(220)의 강성을 높게 유지하여 안정성을 꾀할 수 있다.As described above, the fire plate 220 shown in FIG. 3 may have a plurality of unit grooves 221 formed on its surface. At this time, the unit groove 221 is preferably in the shape of a pyramid. More specifically, it is formed in the shape of a hexagonal pyramid, and one of the bases of the hexagonal pyramid of each unit groove 221 is the base of the hexagonal pyramid of the adjacent unit groove 221. It is preferable to be in the form of being parallel to one of the bases but spaced apart from each other at a predetermined interval. That is, by forming the honeycomb shape when the fire plate 220 is viewed from the top, the number of unit grooves 221 that can be formed relative to the same plate area is maximized and at the same time, the rigidity of the fire plate 220 is maintained high. You can achieve stability by doing this.

도 4에 도시된 바와 같이, 단위 홈(221)이 형성되는 깊이 t는 전체 파이어 플레이트(220)의 두께 T의 5% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15% 이상 35%이하 또는 17% 이상 20% 이하인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4 , the depth t at which the unit grooves 221 are formed is preferably 5% or more and 50% or less of the thickness T of the entire fire plate 220 . More preferably, it is 15% or more and 35% or less, or 17% or more and 20% or less.

추가로, 단위 홈(221)은 육각뿔대 형상으로 형성될 수 있으며, 이 때, 최상면의 면적 A는 최하면의 면적 a에 20배 내지 40배인 것이 바람직하다. 단위 홈(221)을 각뿔대 형상으로 형성함으로써, 제작의 편의성을 높일 수 있다. 즉 3차원 프린트의 정밀도가 낮더라도 용이하게 출력 가능하도록 할 수 있다. 또한, 후술할 표면적 증대 수단(222)의 배치를 보다 용이하게 하여 궁극적으로 파이어 플레이트(220)의 열전달 면적을 극대화 시킬 수 있다.In addition, the unit groove 221 may be formed in the shape of a hexagonal truncated pyramid, and in this case, the area A of the uppermost surface is preferably 20 to 40 times the area a of the lowermost surface. By forming the unit groove 221 in the shape of a truncated pyramid, the convenience of manufacturing can be increased. That is, even if the precision of the 3D printing is low, it can be easily output. In addition, the heat transfer area of the fire plate 220 may be ultimately maximized by facilitating the arrangement of the surface area increasing means 222 to be described later.

더 나아가, 파이어 플레이트(220)는 단위 홈(221)의 표면에 표면적을 극대화하기 위한 표면적 증대 수단(222)이 더 형성될 수 있다. 표면적 증대 수단(222)의 제 1 및 2 실시 예는 도 5는 에 도시된 바와 같이, 단위 홈(221)의 표면에 일정한 간격으로 형성된 돌출 및 요홈일 수 있다. 이 때, 액체 유입구로부터 소정 범위 내에 있는 단위 홈(221) 또는 인젝터(400)로부터 소정 범위 내에 있는 단위 홈(221)에 형성된 돌출 및 요홈의 표면적이 더 넓을 수 있다. 이에 따라 열이 집중될 수 있는 부분의 열을 보다 원활하게 분산시킬 수 있다.Furthermore, in the fire plate 220, a surface area increasing means 222 may be further formed on the surface of the unit groove 221 to maximize the surface area. As shown in FIG. 5 , the first and second examples of the surface area increasing means 222 may be protrusions and grooves formed at regular intervals on the surface of the unit groove 221 . In this case, the surface area of the unit groove 221 within a predetermined range from the liquid inlet or the protrusion and recess formed in the unit groove 221 within a predetermined range from the injector 400 may be wider. Accordingly, it is possible to more smoothly dissipate heat in a part where heat can be concentrated.

또한, 표면적 증대 수단(222)은, 파이어 플레이트(220)의 일면에 형성된 플레이트 연통홀(222a)인 것이 바람직하다. 보다 자세히, 플레이트 연통홀(222a)은 파이어 플레이트(220)가 각뿔대 형상으로 형성된 경우, 각뿔대의 최하면에 형성될 수 있다. 플레이트 연통홀(222a)이 형성됨으로써 파이어 플레이트(220) 내부의 액체를 일부분 일체형 혼합기(1000)의 외부로 배출하여, 파이어 플레이트(220)를 고온의 연소가스로부터 보호할 수 있다. In addition, the surface area increasing unit 222 is preferably a plate communication hole 222a formed on one surface of the fire plate 220 . More specifically, the plate communication hole 222a may be formed on the lowermost surface of the truncated pyramid when the fire plate 220 is formed in the truncated pyramid shape. By forming the plate communication hole 222a, the liquid inside the fire plate 220 is partially discharged to the outside of the integrated mixer 1000, thereby protecting the fire plate 220 from high-temperature combustion gas.

또한, 표면적 증대 수단(222)의 제 3 실시 예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 표면적 증대 수단(222)은, 단위 홈(221)의 표면에 일정 간격으로 형성된 홈을 포함하는 격자인 것이 바람직하다. 이 때, 액체 유입구로부터 소정 범위 내에 있는 단위 홈(221) 또는 인젝터(400)로부터 소정 범위 내에 있는 단위 홈(221)에 형성된 격자의 두께가 더 두껍게 형성되거나 또는 홈의 크기를 줄이되 개수를 늘림으로써 표면적이 더 넓도록 형성될 수 있다. 이에 따라 열이 집중될 수 있는 부분의 열을 보다 원활하게 분산시킬 수 있다.In addition, in the third embodiment of the surface area increasing means 222, as shown in FIG. 6, the surface area increasing means 222 is a lattice including grooves formed on the surface of the unit grooves 221 at regular intervals. desirable. At this time, the thickness of the lattice formed in the unit groove 221 within a predetermined range from the liquid inlet or the unit groove 221 within a predetermined range from the injector 400 is formed thicker, or the size of the groove is reduced but the number is increased. It can be formed to have a larger surface area. Accordingly, it is possible to more smoothly dissipate heat in a part where heat can be concentrated.

이하로, 도 7 내지 9를 참조하여 본 발명의 인젝터(400)에 대해 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the injector 400 of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 7 to 9 .

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일체형 혼합기(1000)는, 상술한 바와 같이, 각각의 연통홀(310)과 연결되며, 액체 유동공간(200) 내에 배치되며 연통홀(310)의 개수와 동일한 개수의 인젝터(400)를 더 포함할 수 있다. 보다 자세히, 인젝터(400)는, 연통홀(310)과 연결되며, 내부에 기체 유동공간(100)의 기체가 유동하는 파이프 형상의 하우징(410)과, 하우징(410) 내부에 내삽되며 내부에 액체 유동공간(200)의 액체가 유동하는 파이프 형상의 포스트(420)와, 하우징(410)과 포스트(420)를 연결하되, 측면에 액체 유동공간(200)과 연통되는 액체 유입홀(440)이 형성되는 파일론(430)을 포함하며, 인젝터(400)는 액체 유동공간(200)과 하나의 부품으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 인젝터(400)와 기체 유동공간(100), 기체 주입구(110), 액체 유동공간(200), 액체 유입구 및 파이어 플레이트(220)는 하나의 부품으로 이루어져 일체형 혼합기(1000)를 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 7, the integrated mixer 1000 of the present invention, as described above, is connected to each communication hole 310, is disposed in the liquid flow space 200, and the number of communication holes 310 The same number of injectors 400 may be further included. In more detail, the injector 400 is connected to the communication hole 310 and has a pipe-shaped housing 410 in which gas in the gas flow space 100 flows, and is interpolated inside the housing 410 to A pipe-shaped post 420 through which the liquid in the liquid flow space 200 flows, and a liquid inlet hole 440 that connects the housing 410 and the post 420, but communicates with the liquid flow space 200 on the side. The formed pylon 430 is included, and the injector 400 is preferably made of a liquid flow space 200 and a single component. In addition, the injector 400, the gas flow space 100, the gas inlet 110, the liquid flow space 200, the liquid inlet and the fire plate 220 are formed as one component to form the integrated mixer 1000. desirable.

인젝터(400)의 하우징(410)은 내부에 기체가 유동하는 파이프 형상으로 형성되며, 내부면의 형태에 따라 크게 3개의 구간으로 나누어질 수 있다. 이 3개의 구간은 기체의 유동방향 순으로 기체가 유입되는 유입구간, 기체의 유속이 증가하는 유속 증가구간, 기체가 배출되는 배출구간인 것이 바람직하다.The housing 410 of the injector 400 is formed in a pipe shape in which gas flows, and may be divided into three sections according to the shape of the inner surface. It is preferable that these three sections are an inflow section through which gas flows in, a flow rate increase section through which gas flow rate increases, and an outlet section through which gas is discharged in the order of flow direction of gas.

각각의 구간에 대해 자세히 설명하면, 유입구간은 일단이 분리벽(300)의 유입홀과 연통되어 기체를 전달받을 수 있으며, 일정한 내경을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 유입구간과 연결된 유속 증가구간은 일단이 유입구간의 타단과 연결되고, 타측으로 갈수록 내경이 감소하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 기체의 유속이 증가할 수 있고, 유속 증가구간의 내경 변경 정도를 조정함으로써 인젝터에서의 압력저하를 조절할 수 있다. 마지막으로 배출구간은 일단이 유속 증가구간의 타단과 연결되고 타단에 기체가 배출되는 홀이 형성되는 것이 바람직하다. In detail about each section, one end of the inlet section communicates with the inlet hole of the partition wall 300 to receive gas, and is preferably formed to have a constant inner diameter. In addition, it is preferable that one end of the flow rate increasing section connected to the inlet section is connected to the other end of the inlet section, and the inner diameter decreases towards the other side. Accordingly, the flow rate of the gas can be increased, and the pressure drop in the injector can be controlled by adjusting the degree of change of the inner diameter of the flow rate increasing section. Finally, it is preferable that one end of the discharge section is connected to the other end of the flow rate increasing section and a hole through which gas is discharged is formed at the other end.

상술한 바와 같이 하우징(410)은 내부 면이 그 형태에 따라 나누어진 구간인 유입구간 유속 증가구간, 배출구간이 순차적으로 연결되어 이루어질 수 있다. 그리고 하우징(410)은 유입구간의 일측 측면에 액체 유동공간(200)과 연통되는 적어도 하나 이상의 액체 유입홀(440)이 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 액체 유입홀(440)이 2개 이상 형성될 경우, 각각의 액체 유입홀(440)은 지면에 수직인 축을 중심으로 서로 일정한 각도를 이루는 위치에 위치할 수 있다.As described above, the housing 410 may be formed by sequentially connecting an inlet section, a flow rate increasing section, and an outlet section, which are sections divided according to the shape of the inner surface. Also, the housing 410 may have at least one liquid inlet hole 440 communicating with the liquid flow space 200 formed at one side of the inlet section. More preferably, when two or more liquid inlet holes 440 are formed, each liquid inlet hole 440 may be positioned at a predetermined angle with respect to an axis perpendicular to the ground.

포스트(420)는 하우징(410)의 내부 유동공간에 배치되고, 포스트(420)는 내부에 액체가 유동하고 외부에 기체가 유동하는 파이프 형상이 바람직하며, 포스트(420)의 외경은 일정하게 형성되는 것이 바람직하다. 포스트(420)의 일단, 즉 최상단은 외부로부터 폐쇄되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 기체가 유동하는 유로와 액체가 유동하는 유로가 분리될 수 있고, 기체와 액체연료가 서로 혼재되는 것을 방지할 수 있다. 포스트(420)의 타단은 상술한 하우징(410)의 배출구간의 내에 끼워질 수 있으며, 이 때 배출구간의 내경은 포스트(420)의 타단의 외경보다 소정 수치만큼 미세하게 크도록 설계되는 것이 바람직하다.The post 420 is disposed in the internal flow space of the housing 410, and the post 420 preferably has a pipe shape in which liquid flows inside and gas flows outside, and the outer diameter of the post 420 is uniformly formed. it is desirable to be One end of the post 420, that is, the uppermost end may be formed to be closed from the outside. Accordingly, the flow path through which the gas flows and the flow path through which the liquid flows can be separated, and it is possible to prevent gas and liquid fuel from being mixed with each other. The other end of the post 420 may be fitted within the outlet section of the housing 410 described above, and at this time, the inner diameter of the outlet section is preferably designed to be slightly larger than the outer diameter of the other end of the post 420 by a predetermined value. do.

즉, 유입구간에서는 하우징(410)의 내경과 포스트(420)의 외경 차이가 크므로 기체가 흐르는 유로는 보다 넓어 기체의 유속이 낮고, 유속 증가구간에서는 하우징(410)의 내경과 포스트(420)의 외경 차이가 점차 감소하므로 기체의 유속이 높아지고, 배출구간에서는 하우징(410)의 내경과 포스트(420)의 외경 간 차이가 미세하게 작으므로 기체는 매우 높은 유속으로 인젝터(400) 외부로 배출될 수 있다.That is, since the difference between the inner diameter of the housing 410 and the outer diameter of the post 420 is large in the inlet section, the flow path through which the gas flows is wider and the flow rate of the gas is low. Since the difference between the outer diameter of the gas gradually decreases, the flow rate of the gas increases, and since the difference between the inner diameter of the housing 410 and the outer diameter of the post 420 is minutely small in the discharge section, the gas is discharged to the outside of the injector 400 at a very high flow rate. can

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상술한 구성을 갖는 인젝터(400)는 포스트(420)의 내측면과 일체로 형성되어, 포스트(420)의 내부 유동공간을 차단한 형상으로 형성되되, 액체가 유동가능하도록 지면에 수직한 방향으로 형성되는 1개 이상의 액체 전달홀(421a)을 포함하는 충돌 방지수단(421)을 포함할 수 있다. 충돌 방지수단(421)의 액체 전달홀(421a)의 단면적의 총합은 액체 유입홀(440)의 단면적보다 더 좁은 것이 바람직하며, 이는 충돌 방지수단(421)을 거치면서 액체의 압력 저하를 도모하기 위함이다. 일 예로, 충돌 방지수단(421)은 오리피스일 수 있다.As shown in (a) of FIG. 8, the injector 400 having the above configuration is integrally formed with the inner surface of the post 420 and is formed in a shape blocking the internal flow space of the post 420. , It may include a collision prevention means 421 including one or more liquid transfer holes 421a formed in a direction perpendicular to the ground so that the liquid can flow. It is preferable that the sum of the cross-sectional areas of the liquid delivery holes 421a of the collision preventing means 421 is narrower than the cross-sectional area of the liquid inlet hole 440, which is to reduce the pressure of the liquid passing through the collision preventing means 421. It is for For example, the collision avoidance means 421 may be an orifice.

충돌 방지수단(421)을 포함함으로써, 액체 유입홀(440)이 상술한 바와 같이 다수 형성되어 액체가 다수의 방향에서 유입되더라도 다른 방향에서 진행하는 액체가 서로 충돌하여 유동이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 액체가 균일한 크기로 미립화 될 수 있다.By including the collision prevention means 421, even if a plurality of liquid inlet holes 440 are formed as described above and liquid flows in from multiple directions, it is possible to prevent liquids traveling from different directions from colliding with each other to prevent non-uniform flow. there is. Accordingly, the liquid may be atomized to a uniform size.

더 나아가, 충돌 방지수단(421)은, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 포스트(420)의 내부공간의 중심축의 위치로부터 포스트(420)의 내측면과 접하는 모서리로 갈수록 점진적으로 높이가 낮아지는 뿔 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 유입되는 액체가 돌출된 부분에 충돌하고, 충돌 방지수단(421)과 포스트(420)의 내측면의 사이에 고이도록 유도될 수 있고, 유속을 효율적으로 감소시킴과 동시에 액체 전달홀(421a)로 전달되는 액체의 유속 및 유동분포가 균일해질 수 있으며, 액체의 압력강하가 발생할 수 있다. 이 때, 액체 전달홀(421a)은 서로 소정 간격 이격된 2개 이상의 홀인 것이 바람직하다.Furthermore, as shown in (b) of FIG. 8, the collision prevention means 421 gradually increases in height from the position of the central axis of the inner space of the post 420 to the corner in contact with the inner surface of the post 420. It is preferable to be formed in the form of a horn that is lowered. Accordingly, the inflowing liquid collides with the protruding part, can be induced to pool between the collision avoidance means 421 and the inner surface of the post 420, and efficiently reduce the flow rate while simultaneously liquid delivery hole 421a ), the flow velocity and flow distribution of the liquid delivered can be uniform, and the pressure drop of the liquid can occur. At this time, the liquid delivery hole 421a is preferably two or more holes spaced apart from each other by a predetermined distance.

더 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 충돌 방지수단(421)의 일 실시 예에서, 액체 전달홀(421a)은 표면에 소정 간격으로 돌출이 형성된 것이 바람직하다. 액체 전달홀(421a)은 도 9와 같이 별 모양으로도, 액체 전달홀(421a)의 표면에 형성된 돌출의 개수는 용례에 따라 임의지정될 수 있다. 보다 자세히, 액체 유입홀(440)의 개수 및 위상의 위치에 따라 액체 전달홀(421a)의 표면에 형성된 돌출의 개수 및 위상이 조절될 수 있다.Furthermore, as shown in FIG. 9, in one embodiment of the collision avoidance means 421, it is preferable that the liquid delivery hole 421a has protrusions formed on the surface at predetermined intervals. The liquid delivery hole 421a may have a star shape as shown in FIG. 9 , and the number of protrusions formed on the surface of the liquid delivery hole 421a may be arbitrarily designated according to the application. More specifically, the number and phase of protrusions formed on the surface of the liquid delivery hole 421a may be adjusted according to the number of liquid introduction holes 440 and the position of the phase.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.Technical ideas should not be interpreted as being limited to the above-described embodiments of the present invention. Not only the scope of application is diverse, but also various modifications and implementations are possible at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Therefore, such improvements and changes fall within the protection scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

1000 : 일체형 혼합기
100 : 기체 유동공간
110 : 기체 주입구
200 : 액체 유동공간
210 : 액체 주입구
220 : 파이어 플레이트
221 : 단위 홈
222 : 표면적 증대 수단
222a : 플레이트 연통홀
300 : 분리벽
310 : 연통홀
400 : 인젝터
410 : 하우징
420 : 포스트
421 : 충돌 방지수단
421a : 액체 전달홀
430 : 파일론
440 : 액체 유입홀1000: integrated mixer
100: gas flow space
110: gas inlet
200: liquid flow space
210: liquid inlet
220: Fire Plate
221: unit home
222 surface area increasing means
222a: plate communication hole
300: dividing wall
310: communication hole
400: injector
410: housing
420: post
421: collision prevention means
421a: liquid delivery hole
430: Pylon
440: liquid inlet hole

Claims

a gas flow space in which gas flows;
a gas inlet having one end connected to the gas flow space and the other end in contact with the outside of the gas flow space;
a liquid flow space in which liquid flows, formed below the gas flow space, and coupled to a lower surface of the fire plate;
A liquid inlet having one end connected to the liquid flow space and the other end in contact with the outside of the liquid flow space;
The fire plate is formed with a plurality of concave unit grooves spaced apart from each other at regular intervals, and a surface area increasing means is formed on the surface of each unit groove,
The gas inlet, the liquid inlet, the liquid flow space and the gas flow space are all-in-one mixer, characterized in that composed of one part.

According to claim 1,
The unit home,
An integral mixer, characterized in that it has a pyramidal shape.

According to claim 2,
The surface area increasing means,
An integral mixer, characterized in that the protruding shape formed on the surface of the unit groove at regular intervals.

According to claim 2,
The surface area increasing means,
An integrated mixer, characterized in that the grid includes grooves formed at regular intervals on the surface of the unit grooves.

According to claim 2,
The surface area increasing means,
Integrated mixer, characterized in that the communication hole formed on one side of the fire plate.

According to claim 1,
The gas flow space and the liquid flow space are separated by a partition wall having a predetermined thickness,
The separating wall is an integral mixer, characterized in that two or more communication holes are formed in the vertical direction on the ground.

According to claim 6,
Injectors connected to each of the communication holes, disposed in the liquid flow space, and having the same number of injectors as the number of the communication holes,
The injector is
A pipe-shaped housing connected to the communication hole and in which the gas in the gas flow space flows;
A pipe-shaped post inserted into the housing and through which the liquid in the liquid flow space flows;
A pylon connecting the housing and the post and having a liquid inlet hole communicating with the liquid flow space on a side surface thereof;
The injector is an integral mixer, characterized in that consisting of the liquid flow space and one part.

According to claim 7,
the injector
A collision preventing means formed integrally with the inner surface of the post and including one or more liquid delivery holes formed in a direction perpendicular to the ground,
The integrated mixer, characterized in that the total cross-sectional area of the liquid delivery hole of the collision preventing means is narrower than the cross-sectional area of the liquid inlet hole.

According to claim 8,
The anti-collision means,
The integral mixer, characterized in that formed in the shape of a horn gradually lowered in height from the position of the central axis of the inner space of the post to the corner in contact with the inner surface of the post.

According to claim 9,
The liquid delivery hole is
An integral mixer, characterized in that two or more holes spaced apart from each other by a predetermined distance.

According to claim 10,
The liquid delivery hole is
An integral mixer, characterized in that protrusions are formed on the surface at predetermined intervals.

According to claim 1,
The liquid inlet,
An integral mixer, characterized in that one end is located at a lower position than the other end.

According to claim 1,
The other end of the liquid inlet,
An integrated mixer, characterized in that in communication with the lowermost end of the liquid flow space.