KR20230091605A - 직교 배열되는 채널을 포함하는 연소 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소 장치에 관한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 하나 이상의 연료 주입구로 유입된 연료를 분배하는 연료 매니폴드, 상기 연료 매니폴드로부터 연료를 공급받으며, 일단부에 하나 이상의 연료 분사공을 구비하는 복수 개의 연료 채널, 상기 복수 개의 연료 채널을 감싸도록 배치되는 공기 유입 덕트, 상기 각각의 연료 채널의 일단부를 지지하고, 상기 공기 유입 덕트로 유입된 공기를 상기 연료 분사공의 연료 분사 방향과 수직으로 가이드하는 복수 개의 공기 채널을 구비하는 연소 플레이트 및 상기 연소 플레이트를 향해 배치되는 연소 챔버를 포함한다.

Description

직교 배열되는 채널을 포함하는 연소 장치{Burner including channel arranged orthogonally}
본 발명은 연소 장치에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 직교 배열되는 채널을 포함하는 연소 장치에 관한 발명이다.
일반적으로 항공용 엔진 또는 산업용 가스 터빈 등은 연료에 저장된 화학에너지를 열에너지 또는 운동에너지로 변환하여 추력 또는 전력을 발생한다. 대부분의 연료는 탄화수소를 포함하며, 이로 인해 연소 과정에서 필연적으로 이산화탄소가 발생한다. 최근에는 온실 가스인 이산화탄소의 발생을 억제하기 위해 수소 가스를 활용한 연소 장치가 주목받고 있다.
다만 종래의 수소 가스 연소 장치는 연료 주입구가 고리 형상(annular)으로 배치되어, 연소 내부 공간의 단면적당 공기 유압 면적이 매우 작고, 압력 손실이 크다. 또한 수소 가스 연소 장치의 경우, 이산화탄소는 발생하지 않으나 고온 영역에서는 여전히 NOx가 발생하는 문제가 있다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
일본등록특허공보 JP 3830596 B2
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 발명으로, 연료 채널과 공기 채널이 직교 배열되어 화염 밀도를 높이고, NOx를 저감할 수 있는 연소 장치를 제공할 수 있다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 하나 이상의 연료 주입구로 유입된 연료를 분배하는 연료 매니폴드, 상기 연료 매니폴드로부터 연료를 공급받으며, 일단부에 하나 이상의 연료 분사공을 구비하는 복수 개의 연료 채널, 상기 복수 개의 연료 채널을 감싸도록 배치되는 공기 유입 덕트, 상기 각각의 연료 채널의 일단부를 지지하고, 상기 공기 유입 덕트로 유입된 공기를 상기 연료 분사공의 연료 분사 방향과 수직으로 가이드하는 복수 개의 공기 채널을 구비하는 연소 플레이트 및 상기 연소 플레이트를 향해 배치되는 연소 챔버를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 연료 분사공은 상기 연료 채널의 일단부의 측면에 하나 이상 배치되고, 상기 복수 개의 공기 채널은 상기 복수 개의 연료 분사공에 대응되도록 연소 플레이트에 형성되는 홀 또는 슬릿일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 연소 플레이트는 상기 연료 분사공보다 상기 연료 주입구 방향으로 내측으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 연료 분사공은 상기 연료 채널의 측면에 등간격으로 복수 개 배치되고, 상기 공기 채널은 상기 복수 개의 연료 분사공에 대응되도록 십자 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 하나 이상의 연료 주입구는 메인 연료를 상기 복수 개의 연료 채널 중 복수 개의 메인 연료 채널로 공급하는 메인 연료 주입구 및 파일럿 연료를 상기 복수 개의 연료 채널 중 복수 개의 파일럿 연료 채널로 공급하는 파일럿 연료 주입구를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 연소 플레이트는 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 복수 개의 세그먼트로 이루어지고, 상기 복수 개의 메인 연료 채널은 상기 복수 개의 세그먼트의 코너가 맞닿는 노드에 각각 배치되고, 상기 복수 개의 파일럿 연료 채널은 상기 세그먼트의 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 메인 연료 채널의 연료 분사공과 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 메인 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공의 연료 분사 각도에 대해 45도 기울어져 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 복수 개의 공기 채널은 상기 메인 연료 채널의 연료 분사공에 대응되는 복수 개의 메인 공기 채널 및 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공에 대응되는 복수 개의 파일럿 공기 채널을 포함하고, 상기 복수 개의 메인 공기 채널을 연장하는 가상선과 상기 복수 개의 파일럿 공기 채널을 연장하는 가상선은 수직이 아닌 다른 각도로 교차할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 복수 개의 메인 연료 채널은 상기 복수 개의 파일럿 공기 채널을 연장하는 가상선 상에 배치되지 않고, 상기 복수 개의 파일럿 연료 채널은 상기 복수 개의 메인 공기 채널을 연장하는 가상선 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 연료 매니폴드는 상기 메인 연료 주입구에서 유입된 메인 연료와 및 상기 파일럿 연료 주입구에서 유입된 파일럿 연료를 각각 서로 다른 경로로 안내하는 하나 이상의 연료 분배 가이드 및 상기 연료 분배 가이드를 따라 분배된 상기 메인 연료 및 상기 파일럿 연료를 상기 복수 개의 메인 연료 채널의 일단부 및 상기 복수 개의 파일럿 연료 채널의 일단부로 공급하는 복수 개의 연료 분배공을 구비하는 하나 이상의 분배 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 하나 이상의 분배 플레이트는 상기 연료의 이동 방향을 따라 순차 배치되는 제1 분배 플레이트 및 제2 분배 플레이트를 포함하고, 상기 하나 이상의 연료 분배 가이드는 상기 제1 분배 플레이트의 전면과 후면에 각각 한 쌍 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 제1 분배 플레이트에 구비된 상기 복수 개의 연료 분배공과 상기 제2 분배 플레이트에 구비된 복수 개의 연료 분배공은 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치에 있어서, 상기 복수 개의 연료 채널을 지지하도록 상기 공기 유입 덕트의 내측에 배치되며, 복수 개의 공기 분배공을 구비하는 하나 이상의 공기 분배 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 일측에 복수 개의 연료 분사공을 구비하는 복수 개의 연료 채널 및 상기 복수 개의 연료 채널의 일단부를 지지하고 상기 연료 분사공의 연료 분사 각도와 수직으로 공기를 가이드하도록 상기 연료 분사공에 대응되게 배치되는 복수 개의 공기 채널을 포함하는 연소 플레이트를 포함하는 연소 장치로서, 상기 복수 개의 연료 채널은 파일럿 연료를 공급하는 복수 개의 파일럿 연료 채널 및 메인 연료를 공급하는 복수 개의 메인 연료 채널을 포함하고, 상기 메인 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공의 연료 분사 각도와 소정의 각도로 기울어져 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 메인 연료와 파일럿 연료를 분리 공급하면서, 동시에 메인 연료 채널과 파일럿 연료 채널을 교차 배치함으로써 화염 안정성을 높이고 NOx 생성량을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 메인 연료 채널과 파일럿 연료 채널을 직교 배열하면서, 동시에 메인 연료 채널의 연료 분사 각도와 파일럿 연료 채널의 연료 분사 각도가 엇갈리도록 배치함으로써 인접하는 화염 간의 간섭을 최소화하고, 동시에 화염 밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치는 연료 채널의 연료 분사 각도와 공기 채널의 공기 유입 각도를 직교 배열함으로써 연소 효율을 높이고, 인접하는 화염 간의 간섭을 최소화하고, 동시에 화염 밀도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 엔진을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면을 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분배 가이드 및 분배 플레이트를 나타낸다.
도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 채널 및 연소 플레이트를 나타낸다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 연료 채널 및 메인 공기 채널을 나타낸다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 연료 채널 및 파일럿 공기 채널을 나타낸다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 채널 및 연소 플레이트를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치를 포함하는 가스 터빈 엔진의 일부를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 엔진(1)을 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)를 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)의 분해 사시도를 나타내고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면을 나타내고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분배 가이드(130) 및 분배 플레이트(140)를 나타내고, 도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 채널(200) 및 연소 플레이트(300)를 나타내고, 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 연료 채널(210) 및 메인 공기 채널(311)을 나타내고, 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 연료 채널(220) 및 파일럿 공기 채널(312)을 나타낸다. 또한 도 12 및 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 채널(200) 및 연소 플레이트(300)를 나타내고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)를 포함하는 가스 터빈 엔진(1)의 일부를 나타낸다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 가스 터빈 엔진(1)에 이용될 수 있다. 가스 터빈 엔진(1)은 항공용 가스 터빈 엔진 또는 발전용 가스 터빈 엔진일 수 있다. 또한 가스 터빈 엔진(1)은 수소 또는 액화천연가스와 수소를 혼용한 연료를 이용하는 수소 가스 터빈 엔진일 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이 가스 터빈 엔진(1)은 압축기(2), 터빈(3), 회전축(4) 및 연소 장치(10)를 포함할 수 있다. 공기는 압축기(2)를 통해 압축된 후 연소 장치(10)로 유입되며, 연소 장치(10)에서 연료(예를 들어 수소)와 함께 연소된다. 연소 가스는 터빈(3)으로 유입되어 터빈(3)을 구동하고, 터빈(3)과 연결된 회전축(4)이 부하(L)를 구동한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 연료 매니폴드(100), 연료 채널(200), 공기 유입 덕트(400), 연소 플레이트(300), 연소 챔버(600)를 포함할 수 있다.
연료 매니폴드(100)는 도시하지 않는 연료 저장 탱크로부터 연료(예를 들어 수소)를 공급받아 이를 연료 채널(200)로 분배한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 연료 매니폴드(100)는 하나 이상의 연료 주입구(110)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 연료 주입구(110)는 메인 연료가 유입되는 메인 연료 주입구(111) 및 파일럿 연료가 유입되는 파일럿 연료 주입구(112)를 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 이중 연료 연소 장치(10)로서, 화염 온도가 낮은 가스 터빈 엔진(1)의 시동 시에는 파일럿 연료 주입구(112)를 통해 파일럿 연료만을 공급하고, 이후 가스 터빈 엔진(1)이 작동하여 화염 온도가 상승하면 메인 연료 주입구(111)를 통해 메인 연료만을 공급한다. 또는 가스 터빈 엔진(1)의 작동 시에는 파일럿 연료와 메인 연료를 함께 공급한다. 메인 연료 주입구(111)에서 유입된 메인 연료는 메인 연료 채널(210)로 공급되고, 파일럿 연료 주입구(112)에서 유입된 파일럿 연료는 파일럿 연료 채널(220)로 공급될 수 있다.
일 실시예로 연료 매니폴드(100)는 지지 플레이트(120), 연료 분배 가이드(130) 및 분배 플레이트(140)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 지지 플레이트(120)는 연소 장치(10)의 선단에 배치되며 지지 플레이트(120)의 일측에는 하나 이상의 연료 주입구(110)가 배치될 수 있다. 지지 플레이트(120)는 분배 플레이트(140)와 마주 보도록 배치되며, 지지 플레이트(120)의 일측에는 연료 분배 가이드(130)가 배치되어, 연료 주입구(110)로 유입된 연료가 연료 분배 가이드(130)를 따라 분배될 수 있다. 예를 들어 지지 플레이트(120)는 원형 플레이트 또는 다각형 플레이트일 수 있다.
연료 분배 가이드(130)는 지지 플레이트(120)의 일측, 예를 들어 후면에 배치되고, 또한 분배 플레이트(140)의 일측, 예를 들어 전면에 배치될 수 있다. 지지 플레이트(120)와 분배 플레이트(140)의 사이에 배치되는 연료 분배 가이드(130)는 하나 이상의 연료 주입구(110), 예를 들어 메인 연료 주입구(111) 및 파일럿 연료 주입구(112)에 대응되도록 배치될 수 있다.
일 실시예로 연료 분배 가이드(130)는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 메인 연료 주입구(111)에서 유입된 메인 연료와 파일럿 연료 주입구(112)에서 유입된 파일럿 연료를 각각 서로 다른 경로로 안내하도록 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 연료 분배 가이드(130)는 U자 형상과 역U자 형상이 연속하여 반복 배치되는 형상을 가질 수 있다. 연료 분배 가이드(130)의 높이는 지지 플레이트(120)와 분배 플레이트(140) 사이의 유격에 대응되어, 연료 주입구(110)로 유입된 연료가 연료 분배 가이드(130)를 넘어 다른 영역으로 이동하지 않도록 할 수 있다.
일 실시예로 연료 분배 가이드(130)는 분배 플레이트(140)에 형성된 복수 개의 연료 분배공(143)을 구획할 수 있다. 예를 들어 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 연료 분배 가이드(130)는 복수 개의 연료 분배공(143)을 메인 연료 분배공(143a)과 파일럿 연료 분배공(143b)으로 분리하도록 배치될 수 있다. 즉 메인 연료 주입구(111)로 유입된 메인 연료는 연료 분배 가이드(130)에 의해 메인 연료 분배공(143a)을 통해서만 분배 플레이트(140)를 통과하고, 파일럿 연료 주입구(112)로 유입된 파일럿 연료는 연료 분배 가이드(130)에 의해 파일럿 연료 분배공(143b)을 통해서만 분배 플레이트(140)를 통과하여, 각각 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)로 유입될 수 있다.
일 실시예로 연료 분배 가이드(130)는 서로 동일 또는 상이한 형상을 갖는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 연료 분배 가이드(130)는 분배 플레이트(140), 보다 구체적으로 제1 분배 플레이트(141)의 양면에 각각 배치될 수 있다. 하나의 연료 분배 플레이트(140)는 지지 플레이트(120)와 제1 분배 플레이트(141)의 사이에 배치되고, 나머지 연료 분배 플레이트(140)는 제1 분배 플레이트(141)와 제2 분배 플레이트(142)의 사이에 배치될 수 있다.
분배 플레이트(140)는 연료 주입구(110)를 통해 유입된 연료를 서로 다른 경로로 분배하여, 이를 복수 개의 연료 채널(200)로 공급할 수 있다. 예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 분배 플레이트(140)는 연료 주입구(110)와 연료 채널(200)의 사이에 배치되며, 복수 개의 연료 분배공(143)을 포함할 수 있다.
일 실시예로 분배 플레이트(140)는 메인 연료 분배공(143a)과 파일럿 연료 분배공(143b)을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 메인 연료 분배공(143a)과 파일럿 연료 분배공(143b)은 복수 개의 열로 서로 교대로 배치될 수 있다. 일 실시예로 연료 채널(200)의 배치를 고려하여, 복수 개의 메인 연료 분배공(143a)과 복수 개의 파일럿 연료 분배공(143b)은 좌우 방향과 상하 방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 일 실시예로 메인 연료 분배공(143a)은 파일럿 연료 분배공(143b)보다 큰 단면적을 가질 수 있다.
일 실시예로 분배 플레이트(140)는 제1 분배 플레이트(141) 및 제2 분배 플레이트(142)를 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 연료의 유입 방향을 따라 순서대로 제1 분배 플레이트(141) 및 제2 분배 플레이트(142)가 배치될 수 있다. 제1 분배 플레이트(141)는 지지 플레이트(120)를 마주보고, 제2 분배 플레이트(142)는 연료 채널(200)과 연결될 수 있다. 또한 제1 분배 플레이트(141) 및 제2 분배 플레이트(142) 사이에는 연료 분배 가이드(130)가 배치될 수 있다.
일 실시예로 제1 분배 플레이트(141)와 제2 분배 플레이트(142)의 연료 분배공(143)은 개수, 형상 및 배치 중 적어도 하나 이상이 상이할 수 있다. 예를 들어 제1 분배 플레이트(141)에 형성된 연료 분배공(143)과 제2 분배 플레이트(142)의 연료 분배공(143)은 연료의 이동 방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있으며, 또한 서로 다른 개수로 구비될 수 있다. 보다 구체적으로 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 분배 플레이트(142)의 연료 분배공(143)은 연료 채널(200)의 개수와 배치에 대응되도록 구비될 수 있다. 예를 들어 제2 분배 플레이트(142)의 연료 분배공(143)은 25개의 메인 연료 분배공(143a)을 구비하고, 그 사이에 16개의 파일럿 연료 분배공(143b)을 구비할 수 있다. 또한 제1 분배 플레이트(141)의 연료 분배공(143)은 제2 분배 플레이트(142)의 연료 분배공(143)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 이를 통해 연료 주입구(110)로 유입된 연료를 보다 원활하게 분배하여, 연료 채널(200)로 공급할 수 있다.
연료 채널(200)은 연료 매니폴드(100)로부터 연료를 공급받아, 이를 연소 챔버(600)로 분사한다. 복수 개의 연료 채널(200)은 일단이 연료 매니폴드(100)의 단부, 예를 들어 제2 분배 플레이트(142)와 연결되며, 타단이 연소 챔버(600)의 내부로 돌출될 수 있다.
연료 채널(200)은 원통 형상 또는 각관 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 연료 채널(200)은 연료의 이동 방향으로 길게 연장되는 사각기둥 또는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 또는 연료 채널(200)은 양단이 N각형인 각기둥 또는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
일 실시예로 연료 채널(200)은 측면에 복수 개의 연료 분사공(230)을 포함할 수 있다. 예를 들어 연료 분사공(230)은 연료 채널(200)이 연소 챔버(600)의 내로 돌출된 단부의 측면에 등간격으로 복수 개 배치될 수 있다.
일 실시예로 연료 채널(200)은 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)을 포함할 수 있다.
메인 연료 채널(210)은 일단이 분배 플레이트(140)의 메인 연료 분배공(143a)과 연결되어, 메인 연료를 연소 챔버(600) 내로 분사한다. 메인 연료 채널(210)은 단부에 하나 이상의 메인 연료 분사공(231)을 구비할 수 있다. 예를 들어 도 7 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 메인 연료 채널(210)은 연소 챔버(600)를 향하는 타단부의 측면에 각각 1개씩 배치되어, 총 4개 구비되는 메인 연료 분사공(231)을 포함할 수 있다. 각각의 메인 연료 분사공(231)은 메인 연료 채널(210)의 4개의 측면에 각각 배치되어 메인 연료를 분사할 수 있다. 분사된 메인 연료는 후술하는 연소 플레이트(300)의 공기 채널(320)을 따라 유입되는 공기와 함께 연소될 수 있다.
파일럿 연료 채널(220)은 일단이 분배 플레이트(140)의 파일럿 연료 분배공(143b)과 연결되어, 파일럿 연료를 연소 챔버(600) 내로 분사한다. 파일럿 연료 채널(220)은 단부에 하나 이상의 파일럿 연료 분사공(232)을 구비할 수 있다. 예를 들어 도 7 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 파일럿 연료 채널(220)은 연소 챔버(600)를 향하는 타단부의 측면에 각각 1개씩 배치되어, 총 4개 구비되는 파일럿 연료 분사공(232)을 포함할 수 있다. 각각의 파일럿 연료 분사공(232)은 파일럿 연료 채널(220)의 4개의 측면에 각각 배치되어 파일럿 연료를 분사할 수 있다. 분사된 파일럿 연료는 후술하는 연소 플레이트(300)의 공기 채널(320)을 따라 유입되는 공기와 함께 연소될 수 있다.
일 실시예로 메인 연료 분사공(231)과 파일럿 연료 분사공(232)은 서로 다른 연료 분사 각도를 가질 수 있다. 예를 들어 도 7 및 도 10, 도 11에 나타낸 바와 같이, 메인 연료 채널(210)은 단부의 모서리가 수평 방향 및 수직 방향(예를 들어 도 7의 Y축 방향 및 Z축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 또한 메인 연료 분사공(231)은 메인 연료 채널(210)의 측면에 배치되어, 메인 연료의 분사 각도가 수평 방향 및 수직 방향에 대해 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 예를 들어 메인 연료의 분사 각도는 수평 방향과 수직 방향에 대해 30도 내지 60도, 바람직하게는 45도 기울어져 배치될 수 있다.
또한 파일럿 연료 채널(220)은 단부의 모서리가 수평 방향과 수직 방향에 대해 나란하게 배치될 수 있다. 또한 파일럿 연료 분사공(232)은 파일럿 연료 채널(220)의 측면에 배치되어, 파일럿 연료가 수평 방향과 수직 방향과 나란하게 분사될 수 있다.
이와 같이 메인 연료 채널(210)의 연료 분사 각도와 파일럿 연료 채널(220)의 연료 분사 각도가 서로 소정의 각도를 이루도록 배치함으로써, 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)에서 분사되는 연료로 인한 화염이 서로 중첩되지 않도록 할 수 있다.
또한 메인 연료 채널(210)이 소정의 각도만큼 기울어져, 예를 들어 45도 기울어져 배치됨으로써 인접하는 메인 연료 채널(210) 간의 화염 간섭을 최소화할 수 있다. 즉 메인 연료 채널(210)이 수평 방향과 수직 방향에 대해 나란히 배치되는 경우에 비해, 인접하는 메인 연료 채널(210)에서 분사되는 연료 간의 거리가 멀어져, 화염이 중첩되는 영역을 줄일 수 있다. 이를 통해 다양한 작동 모드에서의 화염 안정성을 높이고, NOx 발생량을 줄일 수 있다.
일 실시예로 파일럿 연료 채널(220)은 메인 연료 채널(210)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 파일럿 연료 채널(220)은 인접하는 4개의 메인 연료 채널(210)의 중심에 배치될 수 있다. 여기서 인접하는 4개의 메인 연료 채널(210)은 정방형으로 배치될 수 있다. 마찬가지로 메인 연료 채널(210)은 파일럿 연료 채널(220)의 사이에 배치될 수 있다. 메인 연료 채널(210)은 정방형으로 배치되는 4개의 파일럿 연료 채널(220)의 중심에 배치될 수 있다.
이와 같은 배치를 통해 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)에서 분사되는 화염 간의 간섭을 최소화할 수 있다.
메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)의 개수는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 메인 연료 채널(210)은 25개, 파일럿 연료 채널(220)은 16개 구비될 수 있다. 또한 복수 개의 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)은 각각 정방형으로 배치될 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 연료 채널(200)은 각각 서로 다른 개수의 연료 분사공(230)을 구비할 수 있다. 예를 들어 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 메인 연료 채널(210) 중 외곽에 배치된 메인 연료 채널(210)은 내측에만, 즉 파일럿 연료 채널(220)을 향하는 측면에만 메인 연료 분사공(231)을 구비할 수 있다. 보다 구체적으로 코너부에 배치된 메인 연료 채널(210)은 1개의 메인 연료 분사공(231)을 가지며, 가장자리부에 배치된 나머지 메인 연료 채널(210)은 2개의 메인 연료 분사공(231)을 가질 수 있다. 그 외의 메인 연료 채널(210)은 4개의 메인 연료 분사공(231)을 가질 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 후술하는 연소 플레이트(300)의 공기 채널(310)에 대응되도록 연료 분사공(230)을 배치함으로써, 연소 효율을 높이고, 화염 당량비의 분포를 조정하여 연소 불안정성을 억제할 수 있다.
연소 플레이트(300)는 공기 유입 덕트(400)와 연소 챔버(600)의 사이에 배치되며, 연료 채널(200)을 지지한다. 예를 들어 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 연소 플레이트(300)는 연소 챔버(600)의 내측에 배치되는 연료 채널(200)의 단부를 지지하도록 배치될 수 있다.
일 실시예로 연소 플레이트(300)는 공기 유입 덕트(400)에서 유입된 공기를 연료 채널(200)의 연료 분사공(230)으로 가이드하는 공기 채널(310)을 구비하며, 이를 통해 연료를 연소시킨다. 일 실시예로 공기 채널(310)은 공기 유입 덕트(400)에서 유입된 공기를 연료 분사공(230)의 연료 분사 방향과 수직으로 가이드할 수 있다. 즉 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 공기 채널(310)의 공기 유입 방향은 X축 방향이고, 연료 분사공(230)의 연료 분사 각도는 이에 수직일 수 있다. 이와 같이 연료를 분사하는 채널과 공기를 유입하는 채널이 직교 배열됨으로써, 공기와 연료를 보다 원활하게 혼합할 수 있으며, 단위 면적당 화염의 밀도를 높이면서도 동시에 인접하는 화염 간의 간섭을 최소화할 수 있다.
공기 채널(310)은 연료 채널(200)의 연료 분사공(230)에 대응되도록 연소 플레이트(300)에 형성되는 홀 또는 슬릿일 수 있다. 공기 유입 덕트(400)를 통해 유입된 공기는 공기 채널(310)을 통해 분사되어, 연료 분사공(230)에서 분사되는 연료와 만나 연소할 수 있다.
일 실시예로 연소 플레이트(300)는 연료 분사공(230)보다 연료 주입구(110) 방향으로 내측으로 배치될 수 있다. 즉 도 4에 나타낸 바와 같이, 연료 채널(200)은 연료 분사공(230)이 구비된 일단부가 연소 플레이트(300)를 넘어 연소 챔버(600)의 내측에 배치될 수 있다. 이를 통해 공기가 연소 플레이트(300)의 공기 채널(310)을 지나면서 연료 분사공(230)에서 분사된 연료와 만나, 연소 챔버(600)의 내측에서 연소될 수 있다.
일 실시예로 공기 채널(310)은 복수 개의 연료 분사공(230)을 감싸도록 배치될 수 있다. 도 7, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 공기 채널(310)은 연료 분사공(230)에 일대일 대응되도록 연소 플레이트(300)에 형성될 수 있다. 예를 들어 공기 채널(310)은 연료 분사공(230)을 감싸도록 십자 형태로 배치될 수 있다.
일 실시예로 공기 채널(310)은 메인 공기 채널(311)과 파일럿 공기 채널(312)을 포함할 수 있다.
메인 공기 채널(311)은 메인 연료 채널(210)의 단부를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어 도 7 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 메인 공기 채널(311)은 메인 연료 분사공(231)에 대응되도록 연소 플레이트(300)에 형성된 홀 또는 슬릿일 수 있다. 메인 공기 채널(311)은 메인 연료 분사공(231)과 동일한 개수로 형성될 수 있다. 예를 들어 메인 연료 분사공(231)은 사각기둥의 4개의 측면에 각각 형성된 4개의 메인 연료 분사공(231)에 대응되도록 4개 형성될 수 있다. 메인 공기 채널(311)을 통해 유입된 공기는 메인 연료 분사공(231)에서 분사되는 연료와 수직으로 가이드될 수 있다.
일 실시예로 메인 공기 채널(311)은 수평 방향 및 수직 방향(예를 들어 도 8의 Y축 방향 및 Z축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어져 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 메인 공기 채널(311)은 수평 방향 및 수직 방향에 대해 45도 기울어져 배치될 수 있다.
파일럿 공기 채널(312)은 파일럿 연료 채널(220)의 단부를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어 도 7 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 파일럿 공기 채널(312)은 파일럿 연료 분사공(232)에 대응되도록 연소 플레이트(300)에 형성된 홀 또는 슬릿일 수 있다. 파일럿 공기 채널(312)은 파일럿 연료 분사공(232)과 동일한 개수로 형성될 수 있다. 예를 들어 파일럿 연료 분사공(232)은 사각기둥의 4개의 측면에 각각 형성된 4개의 파일럿 연료 분사공(232)에 대응되도록 4개 형성될 수 있다. 파일럿 공기 채널(312)을 통해 유입된 공기는 파일럿 연료 분사공(232)에서 분사되는 연료와 수직으로 가이드될 수 있다. 일 실시예로 파일럿 공기 채널(321)은 수평 방향 및 수직 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
일 실시예로 연소 플레이트(300)는 복수 개의 세그먼트(330)로 이루어질 수 있다. 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 연소 플레이트(300)는 제1 방향(예를 들어 도 7의 Y축 방향) 및 제1 방향에 수직한 제2 방향(예를 들어 도 7의 Z축 방향)을 따라 복수 개 배치될 수 있다. 일 실시예로 각각의 세그먼트(330)는 직사각형, 정사각형, 마름모, 평행사변형 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 세그먼트(330)가 동일한 크기와 형상의 정사각형인 경우를 중심으로 설명한다.
일 실시예로 복수 개의 메인 연료 채널(210)은 복수 개의 세그먼트(330)의 코너가 맞닿는 노드(N)에 각각 배치될 수 있다. 즉 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 연소 플레이트(300)는 복수 개의 세그먼트(330)가 배치되어 정방형을 이룰 수 있으며, 인접하는 세그먼트(330)의 코너가 서로 맞닿는 노드(N)를 가질 수 있다. 또한 복수 개의 파일럿 연료 채널(220)은 세그먼트(330)의 중심에 배치될 수 있다.
또한 메인 공기 채널(311)은 하나의 메인 연료 채널(210)을 감싸도록 배치되는 복수 개의 세그먼트(330)에 각각 1개씩 형성될 수 있다. 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, 메인 공기 채널(311)은 하나의 노드(N)를 중심으로 인접하는 4개의 세그먼트(330)에 각각 1개씩 형성되어, 각각의 메인 연료 분사공(231)을 감싸도록 배치될 수 있다.
또한 파일럿 공기 채널(321)은 1개의 세그먼트(330)에 복수 개 형성될 수 있다. 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, 파일럿 공기 채널(321)은 하나의 세그먼트(330)의 중심에 형성된 4개의 파일럿 연료 채널(220)을 둘러싸도록 4개 형성될 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 메인 공기 채널(311)을 연장하는 가상선과 복수 개의 파일럿 공기 채널(312)을 연장하는 가상선은 수직이 아닌 다른 각도로 교차할 수 있다. 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 파일럿 공기 채널(312)을 연장하는 가상선은 Y축 방향 및 Z축 방향과 평행하게 배치되는 정방형의 패턴을 가질 수 있다. 또한 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 메인 공기 채널(311)을 연장하는 가상선은 Y축 방향 및 Z축 방향에 대해 소정의 각도, 예를 들어 45도로 기울어져 배치될 수 있다.
즉, 공기 채널(310)은 연료 분사공(230)과 마찬가지로 메인 공기 채널(311)과 파일럿 공기 채널(312)이 서로 소정의 각도, 예를 들어 45도를 이루도록 기울어져 배치될 수 있다. 이를 통해 연료 분사공(230)에서 분사되는 연료와 공기 채널(310)에서 분사되는 공기가 형성하는 화염이 중첩되는 영역을 최소화하면서, 동시에 연소 플레이트(300) 내에 형성될 수 있는 화염 개수의 밀도를 높일 수 있다.
일 실시예로 도 8에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 파일럿 연료 채널(220)은 복수 개의 메인 공기 채널(311)을 연장하는 가상선 상에 배치될 수 있다. 또한 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 메인 연료 채널(210)은 복수 개의 파일럿 공기 채널(312)을 연장하는 가상선 상에 배치되지 않을 수 있다. 이와 같은 배치를 통해 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)을 통해 생성되는 화염이 서로 간섭하지 않도록 하면서, 이들 화염의 밀도를 높일 수 있다.
공기 유입 덕트(400)는 연료 매니폴드(100)와 연소 챔버(600) 사이에 배치되어, 공기를 연소 챔버(600) 내로 유입시킨다. 예를 들어 공기 유입 덕트(400)는 연료 유입 방향으로 선단에서 후단을 향해 단면적이 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 공기 유입 덕트(400)의 내측에는 복수 개의 연료 채널(200)이 배치될 수 있다. 공기는 연료 매니폴드(100)와 공기 유입 덕트(400) 사이의 가장자리 영역을 통해 유입된 후 공기 분배 플레이트(500)를 통해 단면 전체에 걸쳐 균일하게 분배될 수 있다. 이후 공기는 공기 유입 덕트(400)의 단부에서 연소 플레이트(300)의 공기 채널(310)을 통해 분사되어, 연료와 함께 연소될 수 있다.
공기 분배 플레이트(500)는 공기 유입 덕트(400)의 내측에 배치되어, 유입된 공기를 균일하게 분배한다. 또한 복수 개의 연료 채널(200)이 공기 분배 플레이트(500)를 관통하여 배치될 수 있다. 예를 들어 공기 분배 플레이트(500)는 공기 유입 방향으로 복수 개 배치되며, 복수 개의 공기 분배홀(540)을 포함할 수 있다. 또한 공기 분배 플레이트(500)는 공기 유입 덕트(400)는 연료 채널(200)의 형상에 대응되는 채널 안착홀(550)을 포함할 수 있다. 이를 통해 공기 분배 플레이트(500)는 공기 유입 덕트(400)로 유입된 공기를 고르게 분산시키면서 동시에 연료 채널(200)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예로 공기 분배 플레이트(500)는 제1 공기 분배 플레이트(510), 제2 공기 분배 플레이트(520), 제3 공기 분배 플레이트(530)를 포함할 수 있다. 공기 유입 방향으로 순서대로 제1 공기 분배 플레이트(510), 제2 공기 분배 플레이트(520) 및 제3 공기 분배 플레이트(530)가 공기 유입 덕트(400)의 내측에 삽입될 수 있다.
공기 유입 덕트(400)의 입구로 유입된 공기는 제1 공기 분배 플레이트(510), 제2 공기 분배 플레이트(520) 및 제3 공기 분배 플레이트(530)의 공기 분배홀(540)을 차례로 통과하면서 균일하게 분산된 후, 연소 플레이트(300)의 공기 채널(310)을 통해 분사될 수 있다.
공기 분배 플레이트(500)의 개수는 3개로 한정하지 않으며, 2개 이하 또는 4개 이상 배치될 수 있다.
연소 챔버(600)는 연소 장치(10)의 후단에 배치되어, 연료 채널(200)에서 분사되는 연료와 공기 유입 덕트(400)를 통해 유입된 공기가 연소된다. 연소 챔버(600)의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 원통 형상 또는 각기둥 형상을 가질 수 있다. 연소 챔버(600)는 입구측 단부가 공기 유입 덕트(400)의 출구측 단부와 연결되며, 내측에는 고정 플레이트(700)가 배치될 수 있다.
고정 플레이트(700)는 연소 챔버(600)의 내측에 배치되어, 연소 플레이트(300)를 지지한다. 예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 고정 플레이트(700)는 연소 챔버(600)의 입구측 단부에 배치되며, 내측에는 복수 개의 연료 채널(200) 및 고정 플레이트(700)가 삽입될 수 있다.
앞서 설명한 실시예에서는 연료 채널(200)이 25개의 메인 연료 채널(210) 및 16개의 파일럿 연료 채널(220)을 포함하고, 연소 플레이트(300)가 16개(4*4)의 세그먼트(330)로 이루어지는 실시예를 설명했으나, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어 도 12에 나타낸 바와 같이, 연소 플레이트(300)는 9개(3*3)의 세그먼트(330)로 이루어지고, 세그먼트(330)의 노드(N)에 16개의 메인 연료 채널(210)이 배치되고, 세그먼트(330)의 중심에 9개의 파일럿 연료 채널(220)이 배치될 수 있다.
또는 도 13에 나타낸 바와 같이, 연소 플레이트(300)는 25개(5*5)의 세그먼트(330)로 이루어지고, 세그먼트(330)의 노드(N)에 36개의 메인 연료 채널(210)이 배치되고, 세그먼트(330)의 중심에 25개의 파일럿 연료 채널(220)이 배치될 수 있다.
또한 도면에는 나타내지 않았으나, 반드시 복수 개의 연료 채널(200)과 연소 플레이트(300)가 정방형으로 배치되는 것으로 한정하지 않는다. 예를 들어 복수 개의 연료 채널(200) 및 복수 개의 세그먼트(330)는 직사각형 또는 어느 하나의 열에 더 많거나 더 적은 개수가 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)를 구비하는 가스 터빈 엔진(1)의 일부를 나타낸다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 연소 장치(10)는 가스 터빈 엔진(1) 내에 배치되며, 그 내측에는 복수 개의 연료 채널(200)과 연소 플레이트(300)가 배치될 수 있다. 또한 복수 개의 연료 채널(200)과 연소 플레이트(300)는 가스 터빈 엔진(1)을 따라 고리 형상으로 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 연소 플레이트(300)를 구성하는 세그먼트(330)와 복수 개의 연료 채널(200)의 개수 및 배치를 다양하게 모듈화할 수 있다. 이를 통해 다양한 크기와 형상 및 성능을 갖는 가스 터빈 엔진(1)에 적용될 수 있으며, 신속하고 용이하게 조립 및 해체할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 메인 연료와 파일럿 연료를 분리 공급하면서, 동시에 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)을 교차 배치함으로써 화염 안정성을 높이고 NOx 생성량을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 메인 연료 채널(210)과 파일럿 연료 채널(220)을 직교 배열하면서, 동시에 메인 연료 채널(210)의 연료 분사 각도와 파일럿 연료 채널(220)의 연료 분사 각도가 엇갈리도록 배치함으로써 인접하는 화염 간의 간섭을 최소화하고, 동시에 화염 밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 장치(10)는 연료 채널(200)의 연료 분사 각도와 공기 채널(310)의 공기 유입 각도를 직교 배열함으로써 연소 효율을 높이고, 인접하는 화염 간의 간섭을 최소화하고, 동시에 화염 밀도를 높일 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
1: 가스 터빈 엔진 10: 연소 장치
100: 연료 매니폴드 200: 연료 채널
300: 연소 플레이트 400: 공기 유입 덕트
500: 공기 분배 플레이트 600: 연소 챔버
700: 고정 플레이트

Claims (15)

  1. 하나 이상의 연료 주입구로 유입된 연료를 분배하는 연료 매니폴드;
    상기 연료 매니폴드로부터 연료를 공급받으며, 일단부에 하나 이상의 연료 분사공을 구비하는 복수 개의 연료 채널;
    상기 복수 개의 연료 채널을 감싸도록 배치되는 공기 유입 덕트;
    상기 각각의 연료 채널의 일단부를 지지하고, 상기 공기 유입 덕트로 유입된 공기를 상기 연료 분사공의 연료 분사 방향과 수직으로 가이드하는 복수 개의 공기 채널을 구비하는 연소 플레이트; 및
    상기 연소 플레이트를 향해 배치되는 연소 챔버;를 포함하는, 연소 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료 분사공은 상기 연료 채널의 일단부의 측면에 하나 이상 배치되고,
    상기 복수 개의 공기 채널은 상기 복수 개의 연료 분사공에 대응되도록 연소 플레이트에 형성되는 홀 또는 슬릿인, 연소 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 연소 플레이트는 상기 연료 분사공보다 상기 연료 주입구 방향으로 내측으로 배치되는, 연소 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 연료 분사공은 상기 연료 채널의 측면에 등간격으로 복수 개 배치되고,
    상기 공기 채널은 상기 복수 개의 연료 분사공에 대응되도록 십자 형태로 배치되는, 연소 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 연료 주입구는
    메인 연료를 상기 복수 개의 연료 채널 중 복수 개의 메인 연료 채널로 공급하는 메인 연료 주입구; 및
    파일럿 연료를 상기 복수 개의 연료 채널 중 복수 개의 파일럿 연료 채널로 공급하는 파일럿 연료 주입구;를 포함하는, 연소 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연소 플레이트는 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 복수 개의 세그먼트로 이루어지고,
    상기 복수 개의 메인 연료 채널은 상기 복수 개의 세그먼트의 코너가 맞닿는 노드에 각각 배치되고,
    상기 복수 개의 파일럿 연료 채널은 상기 세그먼트의 중심에 배치되는, 연소 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 메인 연료 채널의 연료 분사공과 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 서로 다른, 연소 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 메인 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공의 연료 분사 각도에 대해 45도 기울어져 배치되는, 연소 장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 복수 개의 공기 채널은
    상기 메인 연료 채널의 연료 분사공에 대응되는 복수 개의 메인 공기 채널; 및
    상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공에 대응되는 복수 개의 파일럿 공기 채널;을 포함하고,
    상기 복수 개의 메인 공기 채널을 연장하는 가상선과 상기 복수 개의 파일럿 공기 채널을 연장하는 가상선은 수직이 아닌 다른 각도로 교차하는, 연소 장치.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 복수 개의 메인 연료 채널은 상기 복수 개의 파일럿 공기 채널을 연장하는 가상선 상에 배치되지 않고,
    상기 복수 개의 파일럿 연료 채널은 상기 복수 개의 메인 공기 채널을 연장하는 가상선 상에 배치되는, 연소 장치.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 연료 매니폴드는
    상기 메인 연료 주입구에서 유입된 메인 연료와 및 상기 파일럿 연료 주입구에서 유입된 파일럿 연료를 각각 서로 다른 경로로 안내하는 하나 이상의 연료 분배 가이드; 및
    상기 연료 분배 가이드를 따라 분배된 상기 메인 연료 및 상기 파일럿 연료를 상기 복수 개의 메인 연료 채널의 일단부 및 상기 복수 개의 파일럿 연료 채널의 일단부로 공급하는 복수 개의 연료 분배공을 구비하는 하나 이상의 분배 플레이트;를 포함하는, 연소 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 분배 플레이트는 상기 연료의 이동 방향을
    따라 순차 배치되는 제1 분배 플레이트 및 제2 분배 플레이트를 포함하고,
    상기 하나 이상의 연료 분배 가이드는 상기 제1 분배 플레이트의 전면과 후면에 각각 한 쌍 배치되는, 연소 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 분배 플레이트에 구비된 상기 복수 개의 연료 분배공과 상기 제2 분배 플레이트에 구비된 복수 개의 연료 분배공은 서로 중첩되지 않도록 배치되는, 연소 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 연료 채널을 지지하도록 상기 공기 유입 덕트의 내측에 배치되며, 복수 개의 공기 분배공을 구비하는 하나 이상의 공기 분배 플레이트를 포함하는, 연소 장치.
  15. 일측에 복수 개의 연료 분사공을 구비하는 복수 개의 연료 채널 및 상기 복수 개의 연료 채널의 일단부를 지지하고 상기 연료 분사공의 연료 분사 각도와 수직으로 공기를 가이드하도록 상기 연료 분사공에 대응되게 배치되는 복수 개의 공기 채널을 포함하는 연소 플레이트를 포함하는 연소 장치로서,
    상기 복수 개의 연료 채널은 파일럿 연료를 공급하는 복수 개의 파일럿 연료 채널 및 메인 연료를 공급하는 복수 개의 메인 연료 채널을 포함하고, 상기 메인 연료 채널의 연료 분사공은 연료 분사 각도가 상기 파일럿 연료 채널의 연료 분사공의 연료 분사 각도와 소정의 각도로 기울어져 배치되는, 연소 장치.
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