KR20240135287A - 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브, 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부를 포함하며, 복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.

Description

노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈{Nozzle assembly, combustor and gas turbine comprising the same}

실시예는 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료와 공기의 혼합특성을 증대하는 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.

일반적으로 가스 터빈은 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 기체연료 및 액체 연료를 분사할 수 있다. 근래에는 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해서 수소 연료 또는 수소를 포함하는 연료의 사용이 권장되고 있다.

가스 터빈 연소기의 경우 연료와 공기가 혼합된 정도에 따라 화염의 온도나 연소 진동의 정도가 달라지게 된다. 연료와 공기가 혼합된 정도가 높은 경우, 연료 농도가 균일하게 된다. 이때, 연료 희박 상태에서 연소 반응이 일어나면 화염온도가 낮아져 질소산화물(NOX) 등의 배출가스 양을 줄일 수 있다.

다만, 이 경우 낮은 연소 온도로 인해 연소되지 않은 연료나 일산화탄소(CO)가 발생하기 용이하며 화염이 불안정하여 연소 진동이 발생하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1749875호.

실시예는 연료공급부를 복수 개의 연료 공급 영역으로 구분하고 각 영역마다 연료량을 조절해 연소 진동 및 NOX 저감을 위한 최적 운전을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브; 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스; 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부; 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부;를 포함하며, 복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리를 제공한다.

바람직하게는, 상기 분사부는 외측으로 돌출되는 분사본체, 상기 분사본체에 경사를 가지도록 배치되는 복수의 분사홀을 포함하고, 상기 분사홀에서 분사되는 연료와 공기는 이웃하는 분사부에 배치되는 분사홀에서 분사되는 연료 및 공기와 충돌하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급부는 제1 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제1 연료공급부 및 제2 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제2 연료공급부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 연료공급부와 상기 제2 연료공급부는 상기 연료 튜브에서 연료의 공급높이가 다른 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 영역은 복수의 상기 연료튜브 중 중심부에 배치되며, 상기 제2 영역은 중심부를 둘러싼 외각의 영역에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 연료공급부는, 제1 연료 공급홀을 통해 상기 연료를 공급받는 제1 연료 컨테이너; 상기 제1 연료 컨테이너에 형성된 제1 연료 유입구; 상기 제1 연료 유입구에 연결되어, 상기 제1 연료 유입구를 통해 유입된 상기 연료를 상기 제1 영역의 상기 연료 튜브에 분배하는 제1 연료 분배모듈; 및 상기 제1 연료 분배모듈 및 상기 제1 영역의 상기 연료 튜브를 연결하여, 상기 연료 튜브에 상기 연료를 분사하는 제1 연료 분사모듈을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 연료공급부는, 제2 연료 공급홀을 통해 상기 연료를 공급받는 제2 연료 컨테이너; 상기 제2 연료 컨테이너에 형성된 제2 연료 유입구; 상기 제2 연료 유입구에 연결되어, 상기 제2 연료 유입구를 통해 유입된 상기 연료를 상기 제2 영역의 상기 연료 튜브에 분배하는 제2 연료 분배모듈; 및 상기 제2 연료 분배모듈 및 상기 제2 영역의 상기 연료 튜브를 연결하여, 상기 연료 튜브에 상기 연료를 분사하는 제2 연료 분사모듈을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급부는 제3 영역에 위치하는 상기 연료 튜브에 상기 연료를 주입하는 제3 연료공급부를 더 포함하며, 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 배치되는 연료 튜브의 연료 공급높이는 서로 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키며, 생성된 연소가스를 가스터빈의 터빈으로 공급하는 연소기에 있어서, 노즐케이싱; 상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너; 상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및 상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 노즐 어셈블리는 공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브, 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부를 포함하며, 복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 연소기로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명은 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되, 상기 연소기는 노즐케이싱, 상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너, 상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스 및 상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 노즐 어셈블리는 공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브, 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부를 포함하며, 복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈으로 구현될 수 있다.

실시예에 따르면, 복수 개의 영역마다 연료량을 조절해 연소 진동 및 NOx 저감을 위한 최적 운전을 가능하게 효과가 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 잘라 본 종단면도이다.
도 3은 본 발명은 제1 실시예에 따른 노즐 어셈블리의 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 3의 내부가 도시된 단면도이다.
도 6은 도 4의 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 4의 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 6의 C-C'를 따라 자른 단면도이다
도 9는 도 6의 D-D'를 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서의 정면도이다.
도 11은 도 10의 E-E'를 따라 자른 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 11은, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(10)은 압축기(11), 연소기(100) 및 터빈(12)을 포함한다.

기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(10)의 상류 측에는 압축기(11)가 배치되고 하류 측에는 터빈(12)이 배치되고, 압축기(11)와 터빈(12) 사이에는 연소기(100)가 배치된다.

상기 압축기(11)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(12)은 터빈 케이싱 내부에 터빈 베인과 터빈 로터를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인과 터빈 로터 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다.

이때 상기 압축기(11)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(12)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

한편, 압축기(11)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(12)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터 사이에는, 터빈(12)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(11)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다.

상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수 개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.

상기 압축기 로터는 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.

더욱 상세하게는 상기 각각의 압축기 디스크는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되고, 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.

상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다.

또한, 상기 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수 개의 압축기 베인이 각각 배치된다.

상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다.

이때 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다.

즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.

상기 연소기(100)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.

가스터빈(10)의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐 어셈블리(1000)과, 연소실을 형성하는 라이너(120; Liner), 그리고 연소기(100)와 터빈(12)의 연결부가 되는 트랜지션피스(130; Transition piece)를 포함한다.

구체적으로, 상기 라이너(120)는 노즐 어셈블리(1000)에 의해 분사되는 연료가 압축기(11)의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너(120)는 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다.

또한, 상기 라이너(120)의 전단에는 연료를 분사하는 노즐 어셈블리(1000)가 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.

라이너 환형유로에는 라이너(120)의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스(130)를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다.

이렇듯 압축공기가 라이너(120)의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너(120)가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

라이너(120)의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스(130)가 연결된다.

라이너(120)와 마찬가지로, 트랜지션피스(130)는 트랜지션피스(130)의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.

한편, 연소기(100)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(12)으로 공급된다. 터빈(12)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(12)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈(12)은 기본적으로는 압축기(11)의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(12)에도 압축기(11)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터가 구비된다. 따라서 터빈 로터 역시, 터빈 디스크와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함한다.

터빈 블레이드의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인이 구비되며, 상기 터빈 베인은 터빈 블레이드를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱과 터빈 베인 역시, 상기 터빈 로터와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가스터빈의 구성요소인 연소기(100)는 노즐케이싱(110), 라이너(120), 트랜지션피스(130), 연료공급관(140) 및 노즐 어셈블리(1000)를 포함할 수 있다.

노즐케이싱(110)은 압축기로부터 압축공기를 공급받으며, 압축공기는 노즐어셈블리(1000)에서 연료와 공기가 혼합되어 연소실 라이너(120)로 공급되게 된다.

라이너(120)는 압축공기 또는 연소가스의 유동방향을 기준으로 노즐케이싱(110)의 하류 측에 연결되며, 내부에는 연소실을 형성할 수 있다. 연소실은 노즐 어셈블리(1000)로부터 분사된 혼합유체(압축공기와 연료의 혼합으로 생성됨)를 연소시킬 수 있다.

트랜지션피스(130)는 라이너(120)의 하류측에 연결되며, 라이너(120)의 연소실에서 발생된 연소가스를 터빈으로 공급한다.

그리고, 연료공급관(140)은 노즐케이싱(110)의 내부 중심에 구비되고, 외부에서 공급된 연료를 내부로 유도한다. 이때 공급받은 연료는 수소일수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 연료공급관(140)의 일측에는 노즐 어셈블리(1000)가 연결되는데, 노즐 어셈블리(1000)는 노즐케이싱(110)을 통해 유입된 압축공기와 연료공급관(140)을 통해 유입된 연료를 복수개의 분사 튜브에서 혼합하여 혼합유체로 방출한다.

도 3은 본 발명은 제1 실시예에 따른 노즐 어셈블리의 사시도이다. 도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 도 3의 내부가 도시된 단면도이고, 도 6은 도 4의 A-A'를 따라 자른 단면도이고, 도 7은 도 4의 B-B'를 따라 자른 단면도이고, 도 8은 도 6의 C-C'를 따라 자른 단면도이고, 도 9는 도 6의 D-D'를 따라 자른 단면도이다.

도 3 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐 어셈블리(1000)는 연료 튜브(1100), 케이스(1200), 분사부(1300) 및 연료공급부(1400)를 포함할 수 있다.

연료 튜브(1100)는 공기와 연료가 이동하는 통로를 형성할 수 있으며, 여러개의 작은 화염을 형성할 수 있도록 복수로 구비될 수 있다. 연료 튜브(1100)는 케이스(1200) 내에 간격을 두고 이격 배치될 수 있으며, 서로 평행하게 배치될 수 있다. 연료 튜브(1100)는 연료 및 공기를 미세하게 분사할 수 있도록 직경이 변경될 수 있다. 일실시예로, 연료 튜브(1100)는 원형의 관 구조를 구비할 수 있다.

케이스(1200)는 복수의 연료 튜브(1100)를 내부에 수용할 수 있다. 케이스(1200)의 선단에는 분사부(1300)가 배치되어 연료 튜브(1100)를 통해 이동되는 공기와 연료가 분사부(1300)를 통해 연소실로 분사되도록 할 수 있다. 또한, 케이스(1200)는 후단에 연소 노즐이 연결될 수 있도록 복수의 연결홀이 형성될 수 있다.

일실시예로, 케이스(1200)는 원통형의 구조를 구비하며, 내부에 복수의 연료 튜브(1100)가 배치되는 내부공간을 구비할 수 있다. 케이스(1200)는 연료의 연소로 인한 화염에 직접적으로 닿게 되므로, 고온에 견딜 수 있는 충분한 내열성을 지니고 연소 진동에 의해 변형이 일어나지 않을 정도의 내구성을 갖춘 재질로 형성될 수 있다.

분사부(1300)는 케이스(1200)의 일면에 형성되며, 연료 튜브(1100)의 선단과 연결되어 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사영역으로 구획될 수 있다.

분사부(1300)는 외측으로 돌출되는 분사본체(1310) 및 분사본체(1310)에 경사를 가지도록 배치되는 복수의 분사홀을 구비할 수 있다. 이때 연료 튜브(1100)를 거쳐 분사홀로 분출되는 연료와 공기는 이웃하는 분사부(1300)에 배치되는 분사홀에서 분사되는 연료 및 공기와 충돌할 수 있다.

분사본체(1310)는 연료공급부(1400)의 외측으로 돌출되는 구조를 구비할 수 있다. 이때, 분사본체(1310)의 외측면은 경사를 가지도록 마련되어 연료 튜브(1100)의 내부 통로와 연결되는 분사홀이 일정길이의 경사를 가지도록 할 수 있다. 이는 분사홀을 통해 이동하는 연료와 공기가 연료 튜브(1100)의 연장방향으로부터 일정각도를 가지며 안정적으로 이동할 수 있다.

일실시예로, 분사본체(1310)는 각뿔의 구조를 구비할 수 있다. 분사본체(1310)는 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔, 육각뿔과 같이 360°를 정수로 나눌수 있는 다각뿔 구조를 구비할 수 있으며, 원뿔의 구조를 가질 수 있다. 또한, 분사본체(1310)는 각뿔대의 구조를 구비할수도 있다. 이러한 분사본체(1310)의 구조는 분사홀이 일정길이 및 각도를 가질 수 있는 구조를 제공하여, 이동되는 연료의 안정적인 충돌을 유도할 수 있다.

분사홀은 연료 튜브(1100)의 연장방향과 일정각도를 가지도록 배치될 수 있다. 각도를 가지는 분사홀은 분사홀을 따라 이동하는 연료의 충돌을 유도할 수 있으며, 이를 통ㅎ해 연료의 재순환영역을 형성할 수 있다.

분사된 연료는 상호 충돌하여 재순환영역을 형성하고, 체류시간이 증대되어 공기 및 연료의 혼합을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 연료와 공기의 혼합률을 증대하여 균일한 연소를 만들어 내며, 법적규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물(NOx)의 배출양을 감소할 수 있다.

이와 같이 복수의 분사부(1300)는 케이스(1200)의 표면에 배치되며, 분사부(1300)에 형성되는 분사홀은 연료 튜브(1100)와 연통될 수 있다.

분사홀은 이웃하는 분사홀이 존재하는 경사분사홀(1320)과 이웃하는 분사홀이 존재하지 않는 수직분사홀(1320a)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 분사부(1300)는 복수의 분사홀을 가지며, 각각의 분사홀은 이웃하는 분사부(1300)에 배치되는 분사홀와 이웃하도록 배치될 수 있다. 이때, 이웃하는 분사홀을 가지는 경사분사홀(1320)의 경우 분사되는 연료와 공기가 충돌하여 재순환영역을 형성하게 된다.

그러나, 복수의 분사부(1300) 중 최외각에 배치되는 분사부(1300)의 경우 이웃하는 분사부(1300)가 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 분사부(1300)에 형성되는 분사홀 중 특정 위치, 이웃하는 분사홀이 존재하지 않는 위치에 배치되는 분사홀의 경우 연료 튜브(1100)의 연장방향과 동일한 방향으로 배치되는 수직분사홀(1320a)이 형성될 수 있다.

일실시예로, 경사분사홀(1320)의 직경은 3~5mm일 수 있다. 경사분사홀(1320)의 직경은 연료 분사 압력 및 분사속도를 고려하여 결정될 수 있다. 경사분사홀(1320)의 직경이 3mm보다 작은 경우, 분사되는 연료의 분사속도가 지나치게 높아지는 바, 분사된 연료간의 충돌에도 불구하고 재순환이 재대로 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 지나치게 높은 분사속도로 인해 수직분사홀(1320a)에서 직선 방향으로 분사되는 연료 흐름을 뚫고 연소실의 측벽인 라이너 등에 연소로 인한 화염이 직접적으로 닿아 곡소 가열로 인한 손상의 염려가 있다.

또한, 경사분사홀(1320)의 직경이 5mm보다 큰 경우, 분사되는 연료의 분사 속도가 지나치게 낮아질 수 있다. 이로 인해 분사된 연료의 상호 충돌로 인한 재순환 효과가 줄어들 수 있다. 따라서, 경사분사홀(1320)의 직경은 분사된 연료간의 충돌로 인한 재순환이 일어나고 연소실의 측면에 화염이 직접 닿지 않을 정도인 3~5mm인 것이 바람직할 수 있다.

경사분사홀(1320)은 연료 튜브(1100)의 연장방향과 30~60°의 각도를 가질 수 있다. 경사분사홀(1320)이 연료 튜브(1100)의 연장방향과 이루는 각도가 60°보다 큰 경우, 분사된 연료 간의 충돌로 인한 재순환이 분사부(1300)에 지나치게 인접한 위치에서 발생하여 분사된 연료에 의한 화염에 의해 분사부(1300)의 손상의 우려가 있다. 따라서 분사된 연료간의 충돌이 원활하게 이뤄지는 동시에 분사부(1300)에 지나치게 인접하지 않은 위치에 화염이 형성될 수 있도록 경사분사홀(1320)의 경사각은 30~60°인 것이 바람직할 수 있다.

연료공급부(1400)는 복수로 마련되며, 복수의 분사 영역으로 연료를 공급할 수 있다. 복수의 연료공급부(1400)는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 제어될 수 있다.

일실시예로, 연료공급부(1400)는 제1 연료공급부(1410)와 제2 연료공급부(1420)를 포함할 수 있다. 복수의 연료공급부(1400)는 복수의 분사영역으로 구분되는 분사부(1300) 각각의 분사영역으로 연료를 공급할 수 있다. 이때, 제1 연료공급부(1410)와 제2 연료공급부(1420)는 각각 독립적으로 연료 공급량을 제어할 수 있다. 제1 연료공급부(1410)는 기설정된 분사부(1300) 영역으로 높은 당량비로 연료를 공급할 수 있으며, 제2 연료공급부(1420)는 기설정된 분사부(1300) 영역으로 비교적 낮은 당량비의 연료를 공급하는 방식으로 독립적으로 제어될 수 있다.

예를 들어, 연소기의 초기 연속 단계에서 시동을 위한 점화를 위해 높은 당량비의 연료를 제1 연료공급부(1410)를 통해 제공하여 낮은 온도의 연소기의 환경에서도 착화(ignition)가 일어나게 할 수 있다. 그 후, 비교적 낮은 당량비의 연료를 제2 연료공급부(1420)를 통해 제공하여 연소기의 운전이 지속되도록 할 수 있다.

연료공급부(1400)는 연소기의 운전 안정성을 위해 제1 연료공급부(1410) 및 제2 연료공급부(1420)의 연료분배율을 다르게 조절할 수 있다.

예를 들어, 연료 희박 상태에서 연소반응이 일어나 화염온도가 낮은 경우 제1 연료공급부(1410)에서 높은 당량비의 연료를 공급하여 화염온도가 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 화염온도가 지나치게 높아지는 경우 제2 연료공급부(1420)에서 낮은 당량비의 연료를 공급하여 화염온도가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 제1 연료공급부(1410) 및 제2 연료공급부(1420)는 각각이 독립적으로 연료공급량을 제어하여 적절한 화염 온도 및 화염 안정성을 유지할 수 있다.

이를 통해 낮은 화염온도에 따른 미연연료인 UHC(Unburned hydro-carbon)나 일산화탄소의 발생, 화염의 불안정성에 따른 연소 진동문제 및 높은 화염온도에 딸른 질소산화물의 발생 문제를 해결할 수 있다.

제1 연료공급부(1410)는 제1 연료 컨테이너(1411), 제1 연료 유입구(1412), 제1 연료 분배모듈(1413) 및 제1 연료 분사모듈(1414)을 포함할 수 있다.

제1 연료공급부(1410)는 제1 연료 컨테이너(1411), 제1 연료 유입구(1412), 제1 연료 분배모듈(1413) 및 제1 연료 분사모듈(1414)을 포함할 수 있다. 제1 연료공급부(1410)는 제1 영역(P)에 위치하는 연료 튜브(1100)에 연료를 주입할 수 있다. 여기에서, 제1 영역(P)은 복수 개의 연료 튜브(1100) 중 중심부에 위치할 수 있다.

제1 연료공급부(1410)는 제2 연료공급부(1420)와 독립적으로 연료공급량을 제어할 수 있다. 제1 연료공급부(1410)는 연소기의 초기 시동을 위해 높은 당량비의 연료를 공급하는 파일럿 버너(Pilot burner)의 역할을 할 수 있다.

또한, 제1 연료공급부(1410) 및 제2 연료공급부(1420)는 연료 튜브(1100)에서 연료의 공급높이가 다르도록 각각의 연료 튜브(1100)로 연료를 공급할 수 있다. 일실시예로, 제1 연료공급부(1410)와 제2 연료공급부(1420)는 층상구조로 배치될 수 있으며, 제1 연료공급부(1410)는 제2 연료공급부(1420)보다 분사부(1300)에 인접하게 배치될 수 있다.

제1 연료공급부(1410)와 제2 연료공급부(1420)는 연료 튜브(1100)에서 연료의 공급높이가 다르게 배치되어, 별도의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 없더라도 공기와 연료의 당량비를 분사부(1300)까지의 혼합 거리를 이용해 조절할 수 있다.

제1 연료공급부(1410)는 제2 연료공급부(1420)보다 분사부(1300)에 인접하게 배치되어 연료 튜브(1100)로 연료를 공급하는 바, 제1 영역(P)의 연료 튜브(1100)로 분사된 연료가 압축 공기와 충분히 혼합되지 않고 분사될 수 있다. 이에 따라, 제1 연료공급부(1410)에서는 높은 당량비의 연료를 연소실로 공급할 수 있다.

제1 연료 컨테이너(1411)는 제1 연료 공급홀(H1)을 통해 연료를 공급받을 수 있다. 제1 연료 컨테이너(1411)는 연소 노즐과 연결된 제1 연료공급홀(H1)을 통해 연료를 공급받아 후술하는 제1 연료 유입구(1412)를 통해 제1 연료 분배모듈(1413)에 연료를 전달할 수 있다.

제1 연료 컨테이너(1411)는 제1 연료 분배모듈(1413)에 연료가 전달되기 전에 일시적으로 연료가 수용될 수 있도록 내부공간이 형성된 박스 형상일 수 있다. 제1 연료 컨테이너(1411)는 고압으로 연료가 공급되더라도 손상되지 않을 정도로 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만, 제1 연료 컨테이너(1411)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

제1 연료 유입구(1412)는 제1 연료 컨테이너(1411)에 형성될 수 있다. 제1 연료 유입구(1412)는 제1 연료 컨테이너(1411)와 제1 연료 분배모듈(1413) 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 관 형상일 수 있다.

제1 연료 유입구(1412)는 제1 연료 분배모듈(1413)에 균등하게 연료를 전달하기 위해 일정한 간격으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 제1 연료 유입구(1412)의 직경은 전달되는 연료의 압력 및 전달 속도를 고려하여 변경될 수 있다.

제1 연료 유입구(1412)는 고압으로 연료가 이동하더라도 파괴되지 않을 정도로 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만, 제1 연료 유입구(1412)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 제1 연료 분배모듈(1413)에 연료를 전달하는 통로가 될 수 있는 어떠한 형상 및 재질도 가질 수 있다.

제1 연료 분배모듈(1413)은 제1 연료 유입구(1412)에 연결되어 제1 연료 유입구(1412)를 통해 유입된 연료를 제1 영역(P)의 연료 튜브(1100)에 분배할 수 있다. 제1 연료 분배모듈(1413)은 연료가 이동할 수 있는 공간이 형성되며 복수개의 연료 튜브(1100) 사이를 가로지르며 이어지는 사각박스 구조를 구비할 수 있다.

제1 연료 분배모듈(1413)은 가장 인접한 연료 튜브(1100)까지의 간격이 동일할 수 있다. 제1 연료 분배모듈(1413)은 가장 인접한 연료 튜브(1100)까지의 간격이 동일하게 유지되는 바, 제1 영역(P)에 위치하는 연료 튜브(1100)에 균일하게 연료를 분배할 수 있다.

제1 연료 분배모듈(1413)은 고압으로 연료가 전달되더라도 파괴되지 않을 정도의 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만, 제1 연료 분배모듈(1413)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.

제1 연료 분사모듈(1414)은 제1 연료 분배모듈(1413) 및 제1 영역(P)의 연료 튜브(1100)를 연결하여 연료 튜브(1100)에 연료를 분사할 수 있다. 제1 연료 분사모듈(1414)은 연료 튜브(1100)의 연장방향을 가로지르는 방향으로 연료 튜브(1100)를 관통할 수 있다. 제1 연료 분사모듈(1414)은 내부에 연료가 이동할 수 있는 공간이 형성된 관 형상일 수 있다. 제1 연료 분사모듈(1414)은 연료 튜브(1100)를 둘러싼 제1 연료 분배모듈(1413)과 각각 연결될 수 있다.

제1 연료공급부(1410)의 제1 연료 컨테이너(1411)에 공급된 제1 연료 흐름(F1)은 제1 연료 유입구(1412), 제1 연료 분배모듈(1413) 및 제1 연료 분사모듈(1414)을 거쳐 제1 영역(P)에 위치하는 연료 튜브(1100)로 이어질 수 있다. 제1 영역(P)의 연료 튜브(1100)에 제공된 연료는 연소실 내부로 분사될 수 있다.

제2 연료공급부(1420)는 제2 연료 컨테이너(1421), 제2 연료 유입구(1422), 제2 연료 분배모듈(1423) 및 제2 연료 분사모듈(1424)을 포함할 수 있다. 제2 연료공급부(1420)는 제1 영역(P)을 제외한 제2 영역(S)에 위치하는 연료 튜브(1100)에 연료를 주입할 수 있다. 여기에서, 제2 영역(S)은 복수 개의 연료 튜브(1100) 중 중심부를 둘러싼 외곽에 위치할 수 있다.

제2 연료공급부(1420)는 제1 연료공급부(1410)와 독립적으로 연료 공급량을 제어할 수 있다. 제2 연료공급부(1420)는 연소기의 메인 구동을 위해 비교적 낮은 당량비의 연료를 공급하는 메인 버너(Main burner)의 역할을 할 수 있다.

제2 연료공급부(1420) 및 제1 연료공급부(1410)는 층상 구조로 배치되며, 제2 연료공급부(1420)는 제1 연료공급부(1410)보다 분사부(1300)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 제2 연료공급부(1420)가 제1 연료공급부(1410)와 층상 구조로 배치되어 있는 바, 별도의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 없더라도 공기와 연료의 당량비를 분사부(1300)까지의 혼합거리를 이용해 조절할 수 있다.

제2 연료공급부(1420)는 제1 연료공급부(1410)보다 분사부(1300)로부터 이격되어 배치된 바, 제2 영역(S)의 연료 튜브(1100)로 분사된 연료가 압축공기와 충분히 혼합되어 분사될 수 있다. 이에 따라, 제2 연료공급부(1420)에서는 균등하게 혼합되고 비교적 낮은 당량비의 연료를 연소실로 공급할 수 있다.

제2 연료 컨테이너(1421)는 제2 연료 공급홀(H2)을 통해 연료를 공급받을 수 있다. 제2 연료 컨테이너(1421)는 연소 노즐과 연결된 제2 연료공급홀(H2)을 통해 연료를 공급받아 후술하는 제2 연료 유입구(1422)를 통해 제2 연료 분배모듈(1423)에 연료를 전달할 수 있다.

제2 연료 컨테이너(1421)는 제2 연료 분배모듈(1423)에 연료가 전달되기 전에 일시적으로 연료가 수용될 수 있도록 내부공간이 형성된 박스 형상일 수 있다. 제2 연료 컨테이너(1421)는 고압으로 연료가 공급되더라도 손상되지 않을 정도로 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만, 제2 연료 컨테이너(1421)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

제2 연료 유입구(1422)는 제2 연료 컨테이너(1421)에 형성될 수 있다. 제2 연료 유입구(1422)는 제2 연료 컨테이너(1421)와 제2 연료 분배모듈(1423) 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 관 형상일 수 있다.

제2 연료 유입구(1422)는 제2 연료 분배모듈(1423)에 균등하게 연료를 전달하기 위해 일정한 간격으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 제2 연료 유입구(1422)의 직경은 전달되는 연료의 압력 및 전달 속도를 고려하여 변경될 수 있다.

제2 연료 유입구(1422)는 고압으로 연료가 이동하더라도 파괴되지 않을 정도로 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만 제2 연료 유입구(1422)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 제2 연료 분배모듈(1423)에 연료를 전달하는 통로가 될 수 있는 어떠한 형상 및 재질도 가질 수 있다.

제2 연료 분배모듈(1423)은 제2 연료 유입구(1422)에 연결되어 제2 연료 유입구(1422)를 통해 유입된 연료를 제2 영역(S)의 연료 튜브(1100)에 분배할 수 있다. 제2 연료 분배모듈(1423)은 연료가 이동할 수 있는 공간이 형성되며 복수개의 연료 튜브(1100) 사이를 가로지르며 이어지는 얇은 사각박스 형상일 수 있다.

제2 연료 분배모듈(1423)은 가장 인접한 연료 튜브(1100)까지의 간격이 동일할 수 있다. 제2 연료 분배모듈(1423)은 가장 인접한 연료 튜브(1100) 까지의 간격이 동일하게 유지되는 바, 제2 영역(S)에 위치하는 연료 튜브(1100)에 균등하게 연료를 분배할 수 있다.

제2 연료 분배모듈(1423)은 고압으로 연료가 전달되더라도 파괴되지 않을 정도의 충분한 강성을 지닌 재질로 제작될 수 있다. 다만, 제2 연료 분배모듈(1423)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.

제2 연료 분사모듈(1424)은 제2 연료 분배모듈(1423) 및 제2 영역(S)의 연료 튜브(1100)를 연결하여 연료 튜브(1100)에 연료를 분사할 수 있다. 제2 연료 분사모듈(1424)은 연료 튜브(1100)의 연장방향을 가로지르는 방향으로 연료 튜브(1100)를 관통할 수 있다. 제2 연료 분사모듈(1424)은 내부에 연료가 이동할 수 있는 공간이 형성된 관 형상일 수 있다. 제2 연료 분사모듈(1424)은 연료 튜브(1100)를 둘러싼 제2 연료 분배모듈(1423)과 각각 연결될 수 있다.

제2 연료공급부(1420)의 제2 연료 컨테이너(1421)에 공급된 제2 연료 흐름(F2)은 제2 연료 유입구(1422), 제2 연료 분배모듈(1423) 및 제2 연료 분사 모듈을 거쳐 제2 영역(S)에 위치하는 연료 튜브(1100)로 이어질 수 있다. 제2 영역(S)의 연료 튜브(1100)에 제공된 연료는 연소실 내부로 분사될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 믹서의 정면도이고, 도 11은 도 10의 E-E'를 따라 자른 단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐 어셈블리(1000)는 제3 연료공급부(1430)가 추가된 것을 제외하고는 상기 제1 실시예에 따른 노즐 어셈블리(1000)와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 연료공급부(1400)는 제1 연료공급부(1410), 제2 연료공급부(1420) 및 제3 연료공급부(1430)를 포함할 수 있다.

연료공급부(1400)는 복수 개의 연료 공급 영역으로 구분되며, 연료 튜브(1100)에 연료를 공급할 수 있다. 제1 연료공급부(1410), 제2 연료공급부(1420) 및 제3 연료공급부(1430)는 각각 독립적으로 연료 공급량을 제어할 수 있다.

이때, 제1 영역(P), 제2 영역(S) 및 제3 영역(N)에 배치되는 연료 튜브(1100)의 연료 공급 높이는 서로 상이하게 형성될 수 있다.

연료공급부(1400)는 연소기의 운용구간에 따른 운전 및 운전 안전성을 위해 제1 연료공급부(1410), 제2 연료공급부(1420) 및 제3 연료공급부(1430)의 연료 분배율을 달리 조절할 수 있다. 이와 같이, 연료 분배율을 조절하여 제3 연료공급부(1430)가 없는 경우보다 세밀하게 분사되는 연료의 당량비를 조절할 수 있다. 이에 따라 연소 시 화염온도, 화염 안정성 및 연소진동을 보다 안정적으로 조절할 수 있다.

제3 연료공급부(1430)는 제3 연료 컨테이너(1431), 제3 연료 유입구(1432), 제3 연료 분배모듈(1433) 및 제3 연료 분사모듈(1434)을 포함할 수 있다. 제3 연료공급부(1430)는 제3 영역(N)에 위치하는 연료 튜브(1100)에 연료를 주입할 수 있다. 여기에서, 제3 영역(N)은 제1 영역(P)과 제2 영역(S) 사이에 위치할 수 있다. 제3 연료공급부(1430)의 구성요소 및 구조는 상기 제1 연료공급부(1410)와 동일할 수 있다.

제3 연료공급부(1430)는 제1 연료공급부(1410) 및 제2 연료공급부(1420)와 독립적으로 연료 공급량을 제어할 수 있다.

제3 연료공급부(1430)는 제1 연료공급부(1410) 및 제2 연료공급부(1420)와 층상 구조로 배치되어, 별도의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 없더라도 공기와 연료의 당량비를 분사부(1300)까지의 혼합 거리를 이용해 조절할 수 있다.

제3 연료 공급홀(H3)을 통해 제3 연료 컨테이너(1431)에 공급된 제3 연료 흐름(F3)은 제3 연료 유입구(1432), 제3 연료 분배모듈(1433) 및 제3 연료 분사모듈(1434)을 거쳐 제3 영역(N)에 위치하는 연료 튜브(1100)로 이어질 수 있다.

제3 영역(N)의 연료 튜브(1100)에 제공된 연료는 연소실 내부로 분사될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 가스터빈 11 : 압축기
12 : 터빈 100 : 연소기
110 : 노즐케이싱 120 : 라이너
130 : 트랜지션피스 140 : 연료공급관
1000 : 노즐 어셈블리 1100 : 연료 튜브
1200 : 케이스 1300 : 분사부
1310 : 분사본체 1320 : 경사분사홀
1320a : 수직분사홀 1400 : 연료공급부
1410 : 제1 연료공급부 1411 : 제1 연료 컨테이너
1412 : 제1 연료 유입구 1413 : 제1 연료 분배모듈
1414 : 제1 연료 분사모듈 1420 : 제2 연료공급부
1421 : 제2 연료 컨테이너 1422 : 제2 연료 유입구
1423 : 제2 연료 분배모듈 1424 : 제2 연료 분사모듈
1430 : 제3 연료공급부 1431 : 제3 연료 컨테이너
1432 : 제3 연료 유입구 1433 : 제3 연료 분배모듈
1434 : 제3 연료 분사모듈

Claims (20)

1. 공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브;
   복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스;
   상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부; 및
   복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부;
   를 포함하며,
   복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 분사부는 외측으로 돌출되는 분사본체, 상기 분사본체에 경사를 가지도록 배치되는 복수의 분사홀을 포함하고,
   상기 분사홀에서 분사되는 연료와 공기는 이웃하는 분사부에 배치되는 분사홀에서 분사되는 연료 및 공기와 충돌하는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 연료공급부는
   제1 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제1 연료공급부 및
   제2 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제2 연료공급부를 포함하는 노즐 어셈블리.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 연료공급부와 상기 제2 연료공급부는 상기 연료 튜브에서 연료의 공급높이가 다른 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 영역은 복수의 상기 연료튜브 중 중심부에 배치되며, 상기 제2 영역은 중심부를 둘러싼 외각의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
6. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 연료공급부는,
   제1 연료 공급홀을 통해 상기 연료를 공급받는 제1 연료 컨테이너;
   상기 제1 연료 컨테이너에 형성된 제1 연료 유입구;
   상기 제1 연료 유입구에 연결되어, 상기 제1 연료 유입구를 통해 유입된 상
   기 연료를 상기 제1 영역의 상기 연료 튜브에 분배하는 제1 연료 분배모듈; 및
   상기 제1 연료 분배모듈 및 상기 제1 영역의 상기 연료 튜브를 연결하여, 상기 연료 튜브에 상기 연료를 분사하는 제1 연료 분사모듈을 포함하는 노즐 어셈블리.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제2 연료공급부는,
   제2 연료 공급홀을 통해 상기 연료를 공급받는 제2 연료 컨테이너;
   상기 제2 연료 컨테이너에 형성된 제2 연료 유입구;
   상기 제2 연료 유입구에 연결되어, 상기 제2 연료 유입구를 통해 유입된 상기 연료를 상기 제2 영역의 상기 연료 튜브에 분배하는 제2 연료 분배모듈; 및
   상기 제2 연료 분배모듈 및 상기 제2 영역의 상기 연료 튜브를 연결하여, 상기 연료 튜브에 상기 연료를 분사하는 제2 연료 분사모듈을 포함하는 노즐 어셈블리.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 연료공급부는
   제3 영역에 위치하는 상기 연료 튜브에 상기 연료를 주입하는 제3 연료공급부를 더 포함하며,
   상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 배치되는 연료 튜브의 연료 공급높이는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
9. 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키며, 생성된 연소가스를 가스터빈의 터빈으로 공급하는 연소기에 있어서,
   노즐케이싱;
   상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너;
   상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및
   상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 노즐 어셈블리를 포함하며,
   상기 노즐 어셈블리는
   공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브, 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부를 포함하며,
   복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 연소기.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 분사부는 외측으로 돌출되는 분사본체, 상기 분사본체에 경사를 가지도록 배치되는 복수의 분사홀을 포함하고,
    상기 분사홀에서 분사되는 연료와 공기는 이웃하는 분사부에 배치되는 분사홀에서 분사되는 연료 및 공기와 충돌하는 것을 특징으로 하는 연소기.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 연료공급부는
    제1 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제1 연료공급부 및
    제2 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제2 연료공급부를 포함하는 연소기.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 연료공급부와 상기 제2 연료공급부는 상기 연료 튜브에서 연료의 공급높이가 다른 것을 특징으로 하는 연소기.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 복수의 상기 연료튜브 중 중심부에 배치되며, 상기 제2 영역은 중심부를 둘러싼 외각의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기.
14. 제11 항에 있어서,
    상기 연료공급부는
    제3 영역에 위치하는 상기 연료 튜브에 상기 연료를 주입하는 제3 연료공급부를 더 포함하며,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 배치되는 연료 튜브의 연료 공급높이는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 연소기.
15. 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하되,
    상기 연소기는
    노즐케이싱, 상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너, 상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스 및 상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 노즐 어셈블리를 포함하며,
    상기 노즐 어셈블리는
    공기와 연료가 이동하는 복수의 연료 튜브, 복수의 상기 연료 튜브를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스의 일면에 형성되며, 상기 연료 튜브의 선단과 연결되어 상기 공기와 연료를 분사하되, 복수의 분사 영역으로 구획되는 분사부 및 복수의 상기 분사 영역으로 연료를 공급하는 복수의 연료공급부를 포함하며,
    복수의 상기 연료공급부는 공급되는 연료의 당량비 또는 연료분배율이 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 분사부는 외측으로 돌출되는 분사본체, 상기 분사본체에 경사를 가지도록 배치되는 복수의 분사홀을 포함하고,
    상기 분사홀에서 분사되는 연료와 공기는 이웃하는 분사부에 배치되는 분사홀에서 분사되는 연료 및 공기와 충돌하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
17. 제15 항에 있어서,
    상기 연료공급부는
    제1 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제1 연료공급부 및
    제2 영역에 배치되는 상기 연료 튜브에 연료를 주입하는 제2 연료공급부를 포함하는 가스 터빈.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 연료공급부와 상기 제2 연료공급부는 상기 연료 튜브에서 연료의 공급높이가 다른 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 복수의 상기 연료튜브 중 중심부에 배치되며, 상기 제2 영역은 중심부를 둘러싼 외각의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
20. 제17 항에 있어서,
    상기 연료공급부는
    제3 영역에 위치하는 상기 연료 튜브에 상기 연료를 주입하는 제3 연료공급부를 더 포함하며,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 배치되는 연료 튜브의 연료 공급높이는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
    
    

Images