KR20230116384A - 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 노즐모듈을 포함하는 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 각각의 노즐모듈이 혼합기몸체 및 공기유입포트를 포함하는 연료혼합기를 복수 개 포함하여, 연료와 공기의 혼합 특성을 향상시켜 질소산화물 발생을 최소화하고 화염안정성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Description

연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈{Nozzle for combustor, combustor, and gas turbine including the same}
본 발명은 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 노즐모듈을 포함하는 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
가스터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
일반적으로 가스터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.
연료는 각 연소기 내에 설치된 노즐을 통해서 분사되며 노즐은 기체 연료 및 액체 연료를 분사할 수 있다. 근래에는 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해서 수소 연료 또는 수소를 포함하는 연료의 사용이 권장되고 있다.
그러나 수소는 연소 속도가 빠르기 때문에, 가스터빈 연소기로 이들의 연료를 연소시켰을 경우에, 가스터빈 연소기내에서 형성되는 화염이 가스터빈 연소기의 구조물로 접근해 가열하고, 가스터빈 연소기의 신뢰성으로 문제를 일으킬 가능성이 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 연료와 공기의 혼합 특성을 향상시켜 질소산화물 발생을 최소화하고 화염안정성을 높일 수 있는 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 연소기용 노즐은 복수 개의 노즐모듈을 포함한다. 노즐모듈은 연료공급관, 매니폴드, 복수 개의 연료혼합기를 포함한다. 연료공급관은 전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된다. 매니폴드는 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치된다. 연료혼합기는 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사한다. 연료혼합기는 혼합기몸체, 공기유입포트, 연료포트, 확장부를 포함한다. 혼합기몸체는 일단이 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된다. 공기유입포트는 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 혼합유로의 상류로 유입된다. 연료포트는 혼합기몸체의 내측에 형성되고 매니폴드로부터 공급된 연료를 혼합유로에 토출한다. 확장부는 혼합기몸체의 타단에 위치하고, 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커지는 확장부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 공기유입포트는 혼합기몸체의 내외부를 관통하고 혼합기몸체의 길이방향으로 연장된 복수 개의 공기유입슬릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 공기유입포트에는 유입되는 공기를 안내하는 복수 개의 가이드가 배치되고, 복수 개의 가이드 사이에 공기유입슬릿이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 가이드에는 유입되는 공기를 선회시키도록 중심방향을 기준으로 경사진 베인부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 가이드에는, 매니폴드와 연통하고, 혼합유로의 상류에 연료를 분사하는 제1연료포트가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 혼합기몸체의 측벽부 내부에 매니폴드와 연통하는 제1연료플리넘이 형성되고, 혼합기몸체의 내측에는, 제1연료플리넘과와 연통하고, 혼합유로의 상류에 연료를 분사하는 제1연료포트가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 제1연료포트는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 제1연료포트들은 혼합기몸체의 내측에서, 원주방향 및/또는 축방향을 따라 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 혼합기몸체의 측벽부 내부에 매니폴드와 연통하는 제2연료플리넘이 형성되고, 혼합기몸체의 내측에는, 제2연료플리넘과 연통하고, 공기유입포트 및 확장부 사이에 배치되며, 혼합유로에 연료를 분사하는 제2연료포트가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 제2연료플리넘은 혼합기몸체의 측벽부에서 환형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 제2연료포트는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 제2연료포트들은 혼합기몸체의 내측에서, 원주방향 및/또는 축방향을 따라 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐은 혼합기몸체 전단부의 중앙을 관통하고, 매니폴드 및 혼합유로를 연통시키도록 형성된 제3연료포트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 노즐모듈은 연료공급관 및 매니폴드와 각각 연통하는 가지관을 더 포함하고, 가지관에는, 공기가 유입되고 공기유입유로와 연통하는 개구부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 노즐모듈은 복수 개가 서로 원주방향을 따라 배치되어 전체적으로 원형을 이루도록 배치되고, 공기유입유로는 복수 개가 모여 전체적으로 동심원의 환형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 노즐모듈은 복수 개가 서로 원주방향을 따라 배치되어 전체적으로 환형을 이루도록 배치되는 아우터노즐모듈과, 아우터노즐모듈들의 내측 중앙에 배치되는 센터노즐모듈로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기용 노즐에서 아우터노즐모듈에서 복수 개의 연료혼합기들은 전체적으로 부채꼴 형상으로 배치되고, 센터노즐모듈에서 복수 개의 연료혼합기들은 전체적으로 원형의 형상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연소기는 연소기용 노즐, 덕트조립체를 포함한다. 연소기용 노즐은 복수 개의 노즐모듈을 포함한다. 덕트 조립체는 노즐의 일측에 결합되며 연료와 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달한다. 노즐모듈은 연료공급관, 매니폴드, 복수 개의 연료혼합기를 포함한다. 연료공급관은 전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된다. 매니폴드는 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치된다. 연료혼합기는 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사한다. 연료혼합기는 혼합기몸체, 공기유입포트, 연료포트, 확장부를 포함한다. 혼합기몸체는 일단이 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된다. 공기유입포트는 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 혼합유로의 상류로 유입된다. 연료포트는 혼합기몸체의 내측에 형성되고 매니폴드로부터 공급된 연료를 혼합유로에 토출한다. 확장부는 혼합기몸체의 타단에 위치하고, 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 덕트조립체는 내부에 연소실이 형성된 라이너 및 라이너를 둘러싸도록 배치되어 그 사이에 환형의 유동공간을 형성하고 전방에 엔드커버가 배치된 유동슬리브를 포함하며, 노즐은 라이너의 전단부에 결합되고, 복수 개의 연료혼합기와 대응되는 위치에 각각 배치된 복수 개의 안내관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 복수 개의 연료혼합기는 각각, 복수 개의 안내관과 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 복수 개의 연료혼합기는 각각, 복수 개의 안내관과 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스터빈은 압축기, 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 외부에서 유입된 공기를 압축한다. 연소기는 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소한다. 터빈은 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함한다. 연소기는 연소기용 노즐, 덕트조립체를 포함한다. 연소기용 노즐은 복수 개의 노즐모듈을 포함한다. 덕트 조립체는 노즐의 일측에 결합되며 연료와 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달한다. 노즐모듈은 연료공급관, 매니폴드, 복수 개의 연료혼합기를 포함한다. 연료공급관은 전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된다. 매니폴드는 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치된다. 연료혼합기는 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사한다. 연료혼합기는 혼합기몸체, 공기유입포트, 연료포트, 확장부를 포함한다. 혼합기몸체는 일단이 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된다. 공기유입포트는 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 혼합유로의 상류로 유입된다. 연료포트는 혼합기몸체의 내측에 형성되고 매니폴드로부터 공급된 연료를 혼합유로에 토출한다. 확장부는 혼합기몸체의 타단에 위치하고, 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커진다.
본 발명에 따른 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈은 복수 개의 노즐모듈을 포함하고, 각각의 노즐모듈은 혼합기몸체 및 공기유입포트를 포함하는 연료혼합기를 복수 개 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면 연료와 공기의 혼합 특성을 향상시켜 질소산화물 발생을 최소화하고 화염안정성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 내부가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1의 연소기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 연료혼합기의 공기유입포트측 단면을 나타낸 횡단면도이다.
도 7은 도 5의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐을 나타낸 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 센터노즐모듈을 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 본 발명에 따른 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 내부가 도시된 도면이고, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스터빈에 대하여 설명한다. 본 실시예를 따르는 가스터빈(1000)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.
위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 가스터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기에서, 압축기(1100)의 압축기 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 압축기 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.
압축기 베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결될 수 있다. 대형 가스터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동하는데 소모될 수 있다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적인 영향을 미치게 된다.
터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드와 터빈 베인을 포함한다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 삽입된다. 터빈 베인은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드는 연소가스에 의하여 회전하면서 회전력을 생성한다.
한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 도 2는 가스터빈(1000)에 적용되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 연소기 케이싱(1210), 노즐(1220), 덕트 조립체(1240)를 포함할 수 있다.
연소기 케이싱(1210)은 노즐(1220)을 감싸며 대략 원형 실린더 형상으로 이루어질 수 있다. 노즐(1220)은 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 배치될 수 있다. 각 노즐(1220)에는 복수의 노즐모듈(1400)이 구비되며, 이 노즐모듈(1400)에서는 연료와 공기가 적절한 비율로 혼합된 뒤 분사되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.
가스터빈(1000)에는 가스 연료가 사용될 수 있으며, 특히 수소를 포함하는 연료가 사용될 수 있다. 연료는 수소 연료 단독 또는 수소와 천연가스를 포함하는 연료로 이루어질 수 있다.
덕트 조립체(1240)는 노즐(1220)과 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하고, 덕트 조립체(1240)의 외면에서는 압축공기가 흘러 노즐(1220) 측으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체(1240)가 적절히 냉각된다.
덕트 조립체(1240)는 라이너(1241)와 트랜지션피스(1242), 유동 슬리브(1243)를 포함할 수 있다. 덕트 조립체(1240)는 라이너(1241)와 트랜지션피스(1242)의 바깥을 유동 슬리브(1243)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1243) 안쪽의 환형 공간 안으로 침투하여 라이너(1241)와 트랜지션피스(1242)를 냉각시킨다.
라이너(1241)는 연소기(1200)의 노즐(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(1241) 내부의 공간이 연소실(1230)을 형성하게 된다. 라이너(1241)의 길이방향 일측 단부는 노즐(1220)에 결합되고 라이너(1241)의 길이방향 타측 단부는 트랜지션피스(1242)에 결합된다.
그리고, 트랜지션피스(1242)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다. 트랜지션피스(1242)의 길이방향 일측 단부는 라이너(1241)와 결합되고, 트랜지션피스(1242)의 길이방향 타측 단부는 터빈(1300)과 결합된다. 유동 슬리브(1243)는 라이너(1241)와 트랜지션피스(1242)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐모듈을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 연료혼합기의 공기유입포트측 단면을 나타낸 횡단면도이며, 도 7은 도 5의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 복수 개의 노즐모듈(1400)을 포함한다. 노즐모듈(1400)은 연료공급관(1410), 매니폴드(1430), 연료혼합기(1450)를 포함한다.
연료공급관(1410)은 연료를 공급하는 관형부재이다. 연료공급관(1410)의 내부에는 전방에서 후방으로 연료가 이동하는 연료 유로가 형성된다. 연료공급관(1410)의 전단부에는 플랜지(미도시)가 배치될 수 있으며, 플랜지(미도시)를 통해 연료가 연료공급관(1410)의 전단부로 유입될 수 있다. 연료공급관(1410)의 후단부에는 확관부(미도시)가 배치될 수 있다. 확관부는 후단으로 갈수록 유동 단면적이 증가하는 구간이다. 확관부(미도시)가 배치되는 경우, 연료가 후술하는 매니폴드(1430)로 이동할 때의 유동 저항이 줄어든다는 장점이 있다.
연료공급관(1410)의 후단부에는 매니폴드(1430)가 연통하여 배치된다. 매니폴드(1430)는 복수 개가 구비되며, 복수 개의 매니폴드(1430)는 하나의 연료공급관(1410)에 연통하도록 배치된다. 매니폴드(1430)는 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치된다. 그리고, 각각의 매니폴드(1430) 사이사이에는 공기유입유로(1440)가 형성된다. 매니폴드(1430)는 부채꼴 내지 환형으로 형성될 수 있고, 이에 따라, 매니폴드(1430) 사이사이에 형성되는 공기유입유로(1440)도 환형으로 형성될 수 있다.
연료공급관(1410)과 복수 개의 매니폴드(1430) 사이에는 가지관(1420)이 더 배치될 수 있다. 가지관(1420)은 하나의 연료공급관(1410)과 복수 개의 매니폴드(1430)를 서로 연통시키는 구성이다. 가지관(1420)은 전단부가 연료공급관(1410)과 연통하고, 후단부는 전단부로부터 분지되어 복수 개의 매니폴드(1430)와 연통하게 된다.
가지관(1420)에는 공기유입구(1421)가 형성될 수 있다. 개구부(1421)는 가지관(1420)의 측부에서 개구되어 형성될 수 있다. 도 4에서는 개구부(1421)가 가지관(1420)의 상측에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 개구부(1421)의 예시를 나타낸 것에 불과하고, 개구부(1421)의 위치는 이에 제한되지 않는다. 가지관(1420)의 개구부(1421)는 복수 개의 매니폴드(1430) 사이사이에 형성된 공기유입유로(1440)와 연통될 수 있다. 덕트 조립체(1240)에서 유동 슬리브(1243)의 내측 환형 공간에서 유동하는 압축공기는 가지관(1420)의 개구부(1421)로 유입될 수 있고, 개구부(1421)로 유입된 압축공기는 공기유입유로(1440)를 통과할 수 있다.
매니폴드(1430)에는 복수 개의 연료혼합기(1450)가 배치된다. 연료혼합기(1450)는 하나의 매니폴드(1430)에서 원주방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. 결과적으로, 하나의 노즐(1220)에서, 복수 개의 연료혼합기(1450)들이 반경방향 및 원주방향을 따라서 배치되게 된다. 이와 같이, 하나의 연료공급관(1410)에 복수 개의 연료혼합기(1450)를 배치시키는 경우, 구조가 단순해지고, 연료혼합기(1450)의 설치, 분해, 검사도 용이하다는 장점이 있다.
연료혼합기(1450)는 혼합기몸체(1451), 공기유입포트(1470), 연료포트(1453, 1454), 확장부(1460)를 포함한다. 혼합기몸체(1451)는 일단이 매니폴드(1430)와 연통하고, 타단이 개구되도록 형성된다. 혼합기몸체(1451)는 일단으로부터 타단까지 종방향으로 연장되어 형성되고, 내부에는 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된다. 혼합기몸체(1451)의 혼합유로에서는 공기가 유입되고, 연료공급관(1410), 매니폴드(1430) 등을 순차적으로 거친 연료가 분사되며, 공기는 연료와 혼합되어 혼합기몸체(1451) 타단의 개구된 부분에서 외부로 토출된다. 여기서 공기는 후술하는 공기유입포트(1470)에 의해 혼합유로로 유입되고, 연료는 후술하는 연료포트(1453, 1454)에 의해 혼합유로에 분사된다.
혼합기몸체(1451)의 측부에는 공기유입포트(1470)가 형성된다. 공기유입포트(1470)에서는 개구부(1421) 및 공기유입유로(1440)를 통과한 공기가 혼합기몸체(1451)의 혼합유로의 상류로 유입되게 된다. 이 때, 공기유입포트(1470)는 혼합기몸체(1451)의 일단 측에 배치될 수 있다. 공기유입포트(1470)는 혼합기몸체(1451)의 내외부를 관통하는 구멍으로 형성될 수도 있고, 공기유입슬릿(1471)을 포함하는 형태로 형성될 수도 있다.
공기유입포트(1470)는 공기유입슬릿(1471)을 포함할 수 있다. 공기유입슬릿(1471)은 기다란 구멍의 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로 공기유입슬릿(1471)은 혼합기몸체(1451)의 내외부를 관통하면서, 혼합기몸체(1451)의 길이방향 내지 종방향으로 연장되어 형성된다. 또한, 공기유입슬릿(1471)은 복수 개가 형성될 수 있으며, 복수 개의 공기유입슬릿(1471)은 혼합기몸체(1451)에서 원주방향을 따라 일정한 간격으로 각각 배치될 수 있다.
공기유입포트(1470)에는 복수 개의 가이드(1472)가 배치될 수 있다. 가이드(1472)는 공기유입포트(1470)로 유입되는 공기의 유동을 안내하는 구성이다. 복수 개의 가이드(1472)는 혼합기몸체(1451)에서 혼합기몸체(1451)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 가이드(1472)는 혼합기몸체(1451)의 길이방향 내지 종방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 그리고, 각 가이드(1472)의 사이사이에는 공기유입슬릿(1471)이 형성된다. 이에 따라, 공기유입포트(1470)에서는 혼합기몸체(1451)의 원주방향을 따라, 가이드(1472)와 공기유입슬릿(1471)이 각각 교대로 배치될 수 있다.
가이드(1472)에는 베인부(1473)가 형성될 수 있다. 베인부(1473)는 가이드(1472)로 유입되는 공기를 선회시키기 위한 구성이다. 공기를 선회시키기 위해서, 베인부(1473)는 표면은 혼합기몸체(1451) 및 혼합유로의 중심을 향하는 방향을 기준으로 경사지게 형성된다. 즉, 베인부(1473)의 표면은 연장선이 혼합기몸체(1451) 및 혼합유로의 중심과 이심되도록 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 베인부(1473)에 의해 안내된 공기는 혼합기몸체(1451) 및 혼합유로의 중심과 이격된 곳으로 안내되어 공기가 혼합유로에서 선회하게 된다. 공기가 선회하여 유입됨에 따라, 혼합유로에서 공기와 연료의 혼합도가 개선될 수 있다.
연료포트(1453, 1454)는 혼합기몸체(1451)의 혼합유로에 연료를 분사하는 구성이다. 연료포트(1453, 1454)는 혼합기몸체(1451)의 내측에 형성되고, 연료공급관(1410) 및 매니폴드(1430)로부터 공급된 연료를 혼합유로에 토출한다. 연료포트(1453, 1454)는 제1연료포트(1453)를 포함할 수 있다.
제1연료포트(1453)는 매니폴드(1430)와 연통하고, 혼합유로의 상류 부분에 연료를 분사하는 연료포트(1453, 1454)이다. 즉, 제1연료포트(1453)는 혼합기몸체(1451)의 타단보다는 일단과 가까운 부분에 형성된다.
혼합기몸체(1451)는 측벽부(1452)를 포함할 수 있다. 혼합기몸체(1451)의 측벽부(1452)는 소정의 두께를 가지고 혼합기몸체(1451)의 외형을 형성하며, 내부에서는 혼합유로가 형성된다. 측벽부(1452)의 내부에는 제1연료플리넘(1455)이 형성될 수 있다. 제1연료플리넘(1455)은 측벽부(1452)의 내부에 형성된 공간으로 매니폴드(1430)와 연통되도록 형성되고, 측벽부(1452)는 이중벽의 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 매니폴드(1430)로부터 공급되는 연료가 제1연료플리넘(1455)에 유입되어 제1연료플리넘(1455)에 연료가 채워질 수 있다. 제1연료플리넘(1455)은 혼합기몸체(1451)에서 혼합유로의 상류 측에 형성될 수 있다. 즉, 제1연료플리넘(1455)은 혼합기몸체(1451)의 타단보다는 일단 측에 가까운 위치에 형성될 수 있다.
공기유입포트(1470)가 가이드(1472)를 포함하는 경우, 제1연료플리넘(1455)은 가이드(1472)의 내부에 형성될 수 있다. 제1연료플리넘(1455)은 가이드(1472)의 적어도 일부에 형성될 수 있고, 가이드(1472)의 전체를 관통하여 혼합기몸체(1451)의 타단 측으로 더욱 연장되어 형성될 수도 있다.
제1연료포트(1453)는 제1연료플리넘(1455)과 연통하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 매니폴드(1430)로 유입된 연료는 제1연료플리넘(1455)을 거쳐 제1연료포트(1453)를 통해 혼합유로의 상류로 분사될 수 있다. 제1연료플리넘(1455)이 가이드(1472)에 형성되는 경우, 제1연료포트(1453)는 가이드(1472)에 형성될 수 있다. 이 경우, 가이드(1472)에서 연료가 분사되므로, 혼합유로의 공기유입포트(1470)부분에서 공기와 연료가 동시에 만나 혼합될 수 있다. 또한, 가이드(1472)의 사이사이에는 공기유입슬릿(1471)이 형성되므로, 공기가 유입되는 곳과 연료가 분사되는 곳이 서로 공통되므로 공기 및 연료의 혼합이 더욱 원활하게 이루어진다는 장점도 있다.
제1연료포트(1453)는 원주방향 또는 축방향을 향해서 경사지게 형성될 수도 있다. 제1연료포트(1453)가 원주방향으로 경사지게 배치되는 경우, 제1연료포트(1453)는 공기유입포트(1470)의 공기 유입방향과 나란한 방향 또는 공기 유입방향과 교차되는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 공기 및 연료의 혼합도를 개선할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1연료포트(1453)는 혼합기몸체(1451)의 축방향 내지 종방향을 따라 경사지게 형성될 수도 있는데, 이 경우, 혼합유로에서의 유동 저항이 감소하고 유속이 증가할 수 있다.
제1연료포트(1453)는 복수 개가 구비되고, 혼합기몸체(1451)의 내측에서 원주방향 및/또는 축방향을 따라서 각각 배치될 수 있다. 제1연료포트(1453)가 혼합기몸체(1451)에서 원주방향으로 각각 배치되는 경우, 각각의 제1연료포트(1453)들은 각각의 가이드(1472)에서 배치될 수 있다. 그리고, 제1연료포트(1453)가 혼합기몸체(1451)에서 축방향을 따라서 각각 배치되는 경우, 하나의 가이드(1472)에서 제1연료포트(1453)들이 축방향으로 열을 이루도록 배치될 수 있다.
혼합기몸체(1451)의 타단의 개구된 부분에는 확장부(1460)가 배치된다. 확장부(1460)는 혼합유로에서 하류로 갈수록 유동단면적이 커지도록 형성된다. 확장부(1460)는 혼합기몸체(1451)의 중앙부에서부터 혼합기몸체(1451)의 타단까지 형성될 수 있다. 그리고, 혼합기몸체(1451)의 일단에서 타단까지 갈수록 혼합기몸체(1451)의 외경은 동일하게 유지되면서, 측벽부(1452)의 두께가 점차 ?夏팁嗤庸? 확장부(1460)가 형성될 수 있다. 혼합기몸체(1451)의 타단에 확장부(1460)가 배치되는 경우, 공기 및 연료의 혼합 유체가 확장부(1460)를 지나면서 확산되게 되어 공기 및 연료의 혼합도가 개선될 수 있다. 한편, 확장부(1460)에서 혼합기몸체(1451)의 타단 끝부분에는 유동단면적이 유지되는 직선구간(미도시)이 일부 형성될 수 있다. 확장부(1460)가 직선구간을 포함할 경우, 공기 및 연료의 혼합 유체의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 복수 개의 노즐모듈(1400)들이 서로 원주방향을 따라 배치될 수 있고, 복수 개의 노즐모듈(1400)들은 전체적으로 원형을 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 노즐모듈(1400)들이 모여서, 연소기용 노즐(1220)의 정면이 원형으로 형성될 수 있다. 그리고, 각 노즐모듈(1400)의 공기유입유로(1440)들은 복수 개가 모여, 노즐(1220)에서 환형의 유로로 형성될 수 있다. 이 때, 노즐모듈(1400)은 정면이 부채꼴 또는 중심부가 절개된 부채꼴의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 노즐(1220)이 복수 개의 노즐모듈(1400)로 구성됨에 따라, 노즐(1220)을 다양한 크기와 형상으로 제작할 수 있고, 노즐(1220)의 설치, 분해, 검사도 용이하다는 장점이 있다. 또한, 복수 개의 노즐모듈(1400)들을 개별적으로 제어하거나 그룹화하여 제어할 수 있어, 다양한 연소모드로 운전할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 노즐(1220)에는 안내관(1500)이 더 배치될 수 있다. 안내관(1500)은 복수 개가 다발로 이루어질 수 있다. 안내관(1500)은 덕트 조립체(1240)의 라이너(1241)의 전단부에 결합될 수 있다. 안내관(1500)은 연소실(1230)과 연통된다. 복수 개의 안내관(1500)은 복수 개의 연료혼합기(1450)와 대응되는 개수로 구비될 수 있고, 각각의 안내관(1500)은 각각의 연료혼합기(1450)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 연료혼합기(1450)에서 혼합된 공기 및 연료의 혼합 유체는 안내관(1500)을 따라 연소실(1230)로 안내되고, 안내관(1500) 내부를 유동하면서 더욱 더 혼합될 수 있다. 안내관(1500)의 길이는 연소실(1230)에서 발생하는 화염의 역화 가능성, 공기 연료의 혼합도를 고려하여 정해진다.
노즐(1220)에 안내관(1500)이 더 배치될 경우, 각각의 연료혼합기(1450)는 각각의 안내관(1500)에 결합될 수 있다. 이 때, 안내관(1500)이 연료혼합기(1450)의 확장부(1460)에 삽입될 수 있고, 혼합기몸체(1451)의 타단이 안내관(1500)에 삽입될 수도 있다. 만약 혼합기몸체(1451)의 타단이 안내관(1500)에 삽입될 경우, 공기유입포트를 제외한 부분까지만 안내관(1500)에 삽입될 수 있다. 이와 같이 연료혼합기(1450)가 안내관(1500)에 삽입될 경우, 연료혼합기(1450)에서 분사되는 공기 및 연료 혼합 유체가 안내관(1500)으로 안정적으로 분사될 수 있다.
한편, 노즐(1220)에 안내관(1500)이 더 배치되지 않는 경우에는, 연료혼합기(1450)의 혼합기몸체(1451) 타단부분이 라이너(1241)의 연소실(1230)에 배치될 수 있다. 이 경우, 연료혼합기(1450)의 공기 및 연료 혼합 유체가 연소실(1230)에 직접 분사되게 된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 제2연료포트(1454)를 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)과 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 연료혼합기(1450)의 연료포트(1453, 1454)가 제2연료포트(1454)를 포함한다. 제2연료포트(1454)는 혼합기몸체(1451)의 내측에서 공기유입포트(1470)와 확장부(1460) 사이에 배치되어, 혼합유로에 연료를 분사한다. 혼합기몸체(1451)의 측벽부(1452) 내부에는 매니폴드와 연통하는 제2연료플리넘(1456)이 형성될 수 있고, 측벽부(1452)는 이중벽의 구조로 형성될 수 있다. 혼합기몸체(1451)의 측벽부(1452)에 제1연료플리넘(1455)이 형성되는 경우, 제2연료플리넘(1456)은 제1연료플리넘(1455)과 연통하면서, 제1연료플리넘(1455)과 확장부(1460) 사이에 배치될 수 있다. 제2연료포트(1454)는 제2연료플리넘(1456)과 연통되어, 제2연료플리넘(1456)에 공급되고 채워진 연료가 혼합유로로 분사될 수 있다.
제2연료플리넘(1456)은 환형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2연료플리넘(1456)은 혼합기몸체(1451)의 측벽부(1452)에서 혼합유로를 둘러싸도록 환형으로 형성될 수 있다. 이 때, 제2연료플리넘(1456)은 측벽부(1452)의 전 둘레에서 환형으로 형성될 수 있으며, 또는, 원주방향에서 일부 구간에만 환형으로 형성될 수도 있다. 제2연료플리넘(1456)이 측벽부의 일부 구간에만 형성될 경우, 원주방향으로 측벽부와 제2연료플리넘(1456)이 교대로 배치될 수 있다. 환형의 제2연료플리넘(1456)은 혼합기몸체(1451)의 축방향을 따라 길게 연장되어 형성될 수도 있다. 이 때, 제2연료포트(1454)는 환형의 제2연료플리넘(1456)과 연통되어 배치된다.
제2연료포트(1454)는 복수 개가 구비되어 혼합기몸체(1451)의 내측에서 혼합기몸체(1451)의 원주방향 및/또는 축방향을 따라 각각 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 제2연료포트(1454)는 경우에 따라서, 혼합기몸체(1451)의 중심과 이심되도록 경사지게 배치되거나, 축방향을 따라 경사지게 배치될 수도 있다. 이와 같이, 제2연료포트(1454)를 다양하게 배치하는 경우, 공기 및 연료의 혼합도를 개선시킬 수 있다.
또한, 제2연료플리넘(1456)이 환형으로 형성되고, 제2연료포트(1454)가 환형의 제2연료플리넘(1456)과 연통하여 원주방향 또는 축방향으로 복수 개가 배치되는 경우, 각각의 제2연료포트(1454)에서 보다 균일하게 연료가 분사될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐모듈의 연료혼합기의 단면을 나타낸 종단면도이다.
이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 제3연료포트(1457)를 제외하고는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)과 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 제3연료포트(1457)를 포함할 수 있다. 제3연료포트(1457)는 혼합기몸체(1451)의 전단부에 형성된다. 제3연료포트(1457)는 혼합기몸체(1451) 전단부의 중앙에 관통 형성될 수 있다. 제3연료포트(1457)은 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있고, 경사지게 형성될 수도 있다.
매니폴드(1430)의 후단에는 연료플리넘(미도시)이 형성될 수 있고, 제3연료포트(1457)는 매니폴드(1430)의 연료플리넘(미도시)과 혼합기몸체(1451) 내부의 혼합유로를 서로 연통시키도록 관통 형성될 수 있다. 이에 따라, 매니폴드(1430)의 연료가 제3연료포트(1457)를 통해 혼합유로로 분사될 수 있다.
제1연료포트(1453) 또는 제2연료포트(1454) 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 경우, 제3연료포트(1457)에 제1연료포트(1453) 및/또는 제2연료포트(1454)를 조합하여 구성할 수 있다. 이 경우, 혼합유로에서 반경방향으로의 공기 대 연료의 당량비를 정밀하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 혼합유로의 중심부 및 중심의 외측부에서 어느 한 영역의 당량비가 과농하게 분포되도록 조정할 수 있고, 또는 혼합유로의 중심부 및 중심의 외측부에서 당량비가 균일하게 분포되도록 조정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐을 나타낸 정면도이고, 도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 센터노즐모듈을 나타낸 사시도이며, 도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐을 나타낸 단면도이다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제4실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 센터노즐모듈(C)을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)과 동일하므로, 이와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 연소기용 노즐(1220)은 복수 개의 노즐모듈(1400)이 아우터노즐모듈(O)과 센터노즐모듈(C)로 구분되어 구성된다. 노즐(1220)을 정면에서 바라볼 때, 아우터노즐모듈(O)은 노즐(1220)의 외측에 배치되고, 센터노즐모듈(C)은 노즐(1220)의 중앙 및 아우터노즐모듈(O)들의 내측 중앙에 배치되는 노즐모듈(1400)이다.
아우터노즐모듈(O)은 정면에서 바라볼 때 복수 개의 연료혼합기(1450)들이 전체적으로 부채꼴의 형상으로 배치되게 된다. 구체적으로, 아우터노즐모듈(O)은 복수 개의 연료혼합기(1450)들이 중심부가 절개된 부채꼴의 형상으로 배치될 수 있다. 이러한 아우터노즐모듈(O)은 복수 개가 서로 원주방향을 따라 배치되는 경우, 전체적으로 환형을 이루게 된다. 또한, 도 10에서는 아우터노즐모듈(O)이 반경방향으로 한 개의 열로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서, 두 개 이상의 열로 구성될 수 있다. 이와 같이 아우터노즐모듈(O)의 반경 방향 열의 개수를 조절할 경우, 노즐(1220)의 크기를 다양하게 설계할 수 있다는 장점이 있다.
아우터노즐모듈(O)의 내측 중앙에 배치되는 센터노즐모듈(C)은 정면에서 바라볼 때, 복수 개의 연료혼합기(1450)들이 전체적으로 원형으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 센터노즐모듈(C)의 매니폴드(1430)는 복수 개가 각각 환형으로 형성될 수 있으며, 가지관(1420)의 공기유입구(1421)도 원주방향을 따라 복수 개가 균일하게 형성될 수 있다.
아우터노즐모듈(O)과 센터노즐모듈(C) 중 적어도 하나 이상에는 파일럿버너모듈(P)이 배치될 수 있다. 파일럿버너모듈(P)은 노즐(1220)의 시동을 하기 위한 구성으로, 시동성을 개선하고 연소진동을 통제하기 위하여 아우터노즐모듈(O)의 중앙 또는 센터노즐모듈(C)의 중앙에 배치될 수 있다. 파일럿버너모듈(P)은 경우에 따라, 노즐모듈(1400)과 동일하게 구성될 수 있고, 또는 예혼합 선회 화염 방식, 확산 화염 방식, 토치의 방식으로 구성될 수도 있다.
센터노즐모듈(C)에 배치된 연료혼합기(1450)는 아우터노즐모듈(O)에 배치된 연료혼합기(1450)보다 더 전방에 배치될 수 있다. 노즐(1220)은 엔드커버(1250)를 더 포함할 수 있다. 센터노즐모듈(C)과 아우터노즐모듈(O)의 연료공급관(1410)의 전단부에는 각각 플랜지(미도시)가 배치될 수 있고, 각각의 플랜지(미도시)들은 엔드커버(1250)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 각각의 플랜지(미도시)들은 엔드커버(1250)에서 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 이 때, 센터노즐모듈(C)의 연료공급관(1410)의 길이는 아우터노즐모듈(O)의 연료공급관(1410)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 아우터노즐모듈(O)이 복수 개의 열로 구성된 경우, 외측으로 갈수록, 각 연료공급관(1410)의 길이는 점차 짧아지도록 구성될 수 있다.
유동 슬리브(1243)를 통과한 공기 유동은 엔드커버(1250)의 근처에서 유동 방향이 전환되어 노즐(1220)으로 공급된다. 공기 유동은 외측에 배치된 아우터노즐모듈(O)에서부터 내측에 배치된 센터노즐모듈(C) 측으로 이동하게 된다. 이 때, 센터노즐모듈(C)의 연료공급관(1410)의 길이가 아우터노즐모듈(O)의 길이보다 짧을 경우, 센터노즐모듈(C)로 공급되는 공기 유동이 아우터노즐모듈(O)에 의해 방해를 받지 않고 원할하게 형성되어, 각각의 노즐모듈(1400)들에 공기 유동이 균일하게 공급될 수 있다, 결과적으로 각각의 연료혼합기(1450)에서 연료 및 공기의 농도 편차가 최소화될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 가스터빈
1100 : 압축기
1200 : 연소기 1210 : 연소기 케이싱
1220 : 노즐 1230 : 연소실
1240 : 덕트 조립체 1250 : 엔드커버
1300 : 터빈 1310 : 로터 디스크
1400 : 노즐모듈 1410 : 연료공급관
1420 : 가지관 1421 : 개구부
1430 : 매니폴드 1440 : 공기유입유로
1450 : 연료혼합기 1451 : 혼합기몸체
1452 : 측벽부 1453 : 제1연료포트
1454 : 제2연료포트 1455 : 제1연료플리넘
1456 : 제2연료플리넘 1457 : 제3연료포트
1460 : 확장부 1470 : 공기유입포트
1471 : 공기유입슬릿 1472: 가이드
1473 : 베인부
1500 : 안내관
O : 아우터노즐모듈 C : 센터노즐모듈
P : 파일럿버너모듈

Claims (20)

  1. 복수 개의 노즐모듈을 포함하는 연소기용 노즐에 있어서,
    상기 노즐모듈은
    전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된 연료공급관;
    상기 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치되는 매니폴드; 및
    상기 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 상기 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사하는 복수 개의 연료혼합기를 포함하고,
    상기 연료혼합기는
    일단이 상기 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된 혼합기몸체;
    상기 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 상기 혼합유로의 상류로 유입되는 공기유입포트;
    상기 혼합기몸체의 내측에 형성되고 상기 매니폴드로부터 공급된 연료를 상기 혼합유로에 토출하는 연료포트; 및
    상기 혼합기몸체의 상기 타단에 위치하고, 상기 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커지는 확장부를 포함하는 연소기용 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기유입포트는
    상기 혼합기몸체의 내외부를 관통하고 상기 혼합기몸체의 길이방향으로 연장된 복수 개의 공기유입슬릿을 포함하는 연소기용 노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기유입포트에는
    유입되는 공기를 안내하는 복수 개의 가이드가 배치되고,
    상기 복수 개의 가이드 사이에 상기 공기유입슬릿이 형성되는 연소기용 노즐.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드에는
    유입되는 공기를 선회시키도록 중심방향을 기준으로 경사진 베인부가 형성되는 연소기용 노즐.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드에는,
    상기 매니폴드와 연통하고, 상기 혼합유로의 상류에 연료를 분사하는 제1연료포트가 배치되는 연소기용 노즐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기몸체의 측벽부 내부에 상기 매니폴드와 연통하는 제1연료플리넘이 형성되고,
    상기 혼합기몸체의 내측에는,
    상기 제1연료플리넘과와 연통하고, 상기 혼합유로의 상류에 연료를 분사하는 제1연료포트가 배치되는 연소기용 노즐.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1연료포트는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수 개의 제1연료포트들은 상기 혼합기몸체의 내측에서, 원주방향 및/또는 축방향을 따라 배치되는 연소기용 노즐.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기몸체의 측벽부 내부에 상기 매니폴드와 연통하는 제2연료플리넘이 형성되고,
    상기 혼합기몸체의 내측에는,
    상기 제2연료플리넘과 연통하고, 상기 공기유입포트 및 상기 확장부 사이에 배치되며, 상기 혼합유로에 연료를 분사하는 제2연료포트가 배치되는 연소기용 노즐.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2연료플리넘은
    상기 혼합기몸체의 상기 측벽부에서 환형으로 형성되는 연소기용 노즐.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2연료포트는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수 개의 제2연료포트들은 상기 혼합기몸체의 내측에서, 원주방향 및/또는 축방향을 따라 배치되는 연소기용 노즐.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기몸체 전단부의 중앙을 관통하고, 상기 매니폴드 및 상기 혼합유로를 연통시키도록 형성된 제3연료포트를 포함하는 연소기용 노즐.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 노즐모듈은
    상기 연료공급관 및 상기 매니폴드와 각각 연통하는 가지관을 더 포함하고,
    상기 가지관에는, 공기가 유입되고 상기 공기유입유로와 연통하는 개구부가 형성된 연소기용 노즐.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 노즐모듈은
    복수 개가 서로 원주방향을 따라 배치되어 전체적으로 원형을 이루도록 배치되고,
    상기 공기유입유로는 복수 개가 모여 전체적으로 동심원의 환형으로 형성되는 연소기용 노즐.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 노즐모듈은
    복수 개가 서로 원주방향을 따라 배치되어 전체적으로 환형을 이루도록 배치되는 아우터노즐모듈과,
    상기 아우터노즐모듈들의 내측 중앙에 배치되는 센터노즐모듈로 구성되는 연소기용 노즐.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 아우터노즐모듈에서 상기 복수 개의 연료혼합기들은 전체적으로 부채꼴 형상으로 배치되고,
    상기 센터노즐모듈에서 상기 복수 개의 연료혼합기들은 전체적으로 원형의 형상으로 배치되는 연소기용 노즐.
  16. 복수 개의 노즐모듈을 포함하는 연소기용 노즐; 상기 노즐의 일측에 결합되며 상기 연료와 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트조립체를 포함하는 연소기에 있어서,
    상기 노즐모듈은
    전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된 연료공급관;
    상기 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치되는 매니폴드; 및
    상기 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 상기 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사하는 복수 개의 연료혼합기를 포함하고,
    상기 연료혼합기는
    일단이 상기 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된 혼합기몸체;
    상기 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 상기 혼합유로의 상류로 유입되는 공기유입포트;
    상기 혼합기몸체의 내측에 형성되고 상기 매니폴드로부터 공급된 연료를 상기 혼합유로에 토출하는 연료포트; 및
    상기 혼합기몸체의 상기 타단에 위치하고, 상기 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커지는 확장부를 포함하는 연소기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 덕트조립체는
    내부에 연소실이 형성된 라이너; 및
    상기 라이너를 둘러싸도록 배치되어 그 사이에 환형의 유동공간을 형성하고 전방에 엔드커버가 배치된 유동슬리브를 포함하며,
    상기 노즐은
    상기 라이너의 전단부에 결합되고, 상기 복수 개의 연료혼합기와 대응되는 위치에 각각 배치된 복수 개의 안내관을 더 포함하는 연소기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 연료혼합기는 각각,
    상기 복수 개의 안내관과 결합되는 연소기.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 연료혼합기는 각각,
    상기 복수 개의 안내관과 이격되어 배치되는 연소기.
  20. 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기; 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하는 가스터빈에 있어서,
    상기 연소기는 복수 개의 노즐모듈을 포함하는 연소기용 노즐; 상기 노즐의 일측에 결합되며 상기 압축 공기와 연료가 내부에서 연소되며 연소된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 전달하는 덕트조립체를 포함하고,
    상기 노즐모듈은
    전방에서 후방으로 연료가 이동되도록 내부에 연료 유로가 형성된 연료공급관;
    상기 연료공급관과 연통하고, 사이마다 공기유입유로가 형성되도록 복수 개가 반경방향으로 열을 이루도록 배치되는 매니폴드; 및
    상기 매니폴드에서 원주방향을 따라서 배치되고, 상기 매니폴드로부터 연료를 공급받아 분사하는 복수 개의 연료혼합기를 포함하고,
    상기 연료혼합기는
    일단이 상기 매니폴드와 연통하고, 타단이 개구되었으며, 내부에 공기 및 연료가 이동하는 혼합유로가 형성된 혼합기몸체;
    상기 혼합기몸체의 측부에 형성되어 공기가 상기 혼합유로의 상류로 유입되는 공기유입포트;
    상기 혼합기몸체의 내측에 형성되고 상기 매니폴드로부터 공급된 연료를 상기 혼합유로에 토출하는 연료포트; 및
    상기 혼합기몸체의 상기 타단에 위치하고, 상기 혼합유로의 하류로 갈수록 유동단면적이 커지는 확장부를 포함하는 가스터빈.
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