KR101413476B1

KR101413476B1 - 공기가열기

Info

Publication number: KR101413476B1
Application number: KR1020130039386A
Authority: KR
Inventors: 이정민; 강경택; 문관호
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-07-01

Abstract

본 발명에 따른 공기 가열기는 공기블록, 점화부, 연소부 및 공기유입부를 포함하고, 이들은 서로 분리가능하도록 연결된다. 이에 따라 공기 가열기의 제조비용을 최소화할 수 있다.
또한, 공기유입부를 통하여 추가적인 공기를 제공받을 수 있으므로 상대적으로 넓은 유량 범위의 가열공기를 공급할 수 있다.

Description

공기가열기{AIR-HEATER}

본 발명은 기체연료를 이용하여 고온의 공기를 공급하는 공기가열기에 관한 발명이다.

공기가열기는 메탄, 천연가스, 수소 등의 기체연료와 기체산소를 연소시켜 발생된 연소가스의 열을 이용하여 공기를 높은 온도와 압력으로 공기흡입형 장치에 공급하도록 설계된다. 공기가열기는 온의 공기를 모사하기 위한 것으로 연소가스 내에 20%의 미연 산소를 포함하고 있어야 하며, 공기와 혼합되는 연소가스를 최소로 사용하는 것이 바람직하다.

다만, 공급하는 조건이 다양한 온도와 유량조건을 만족하여야 하는 경우 매우 복잡한 구조를 가질 뿐 아니라 조건에 따라 여러 종류의 공기가열기를 따로따로 보유하여야 한다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 다양한 유량 조건에 적용가능한 공기가열기를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공기가열기는 공기가 유입되도록 형성되는 공기블록, 상기 공기블록과 연통되고, 상기 공기의 초기 점화를 위한 점화부, 상기 점화부와 연통되고, 점화된 상기 공기가 유동하도록 형성되는 연소부 및 상기 연소부의 일단부에 장착되고, 외부 공기를 상기 연소부로 공급하는 공기유입부를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 공기유입부는, 상기 연소부와 연통되며, 적어도 하나의 노즐이 형성되는 혼합관 및 상기 노즐에 장착되어 상기 연소부로 유입되는 상기 외부 공기의 양을 조절하도록 형성되는 적어도 하나의 공기 인젝터를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 혼합관은 상기 연소부로부터 분리가능하게 장착될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 공기 가열기는 일 방향으로 연장되고 상기 점화부에 산화제를 공급하도록 형성되는 산화제 인젝터 및 상기 산화제 인젝터의 내부에 일 영역이 삽입되고, 상기 일 방향으로 연장되며 상기 점화부에 연료를 공급하는 연료 인젝터를 더 구비한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 연료 인젝터의 외주면과 상기 산화제 인젝터의 내주면 사이에 상기 공기블록으로부터 방출되는 공기가 통과하는 틈이 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 공기 가열기는 상기 연료 인젝터의 외주면으로부터 서로 반대 방향으로 돌출되고, 상기 산화제 인젝터의 내주면을 지지하도록 형성되는 한 쌍의 제1 돌출부를 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 공기 가열기는 상기 점화부에 분리가능하도록 장착되고 상기 일 방향과 수직하도록 형성되며, 상기 공기블록으로부터 상기 공기가 상기 점화부로 방출되도록 형성되는 제1 홀을 포함하는 믹싱 헤드면을 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 공기 가열기는 상기 믹싱 헤드면은 상기 산화제 인젝터의 일 단부가 삽입되도록 형성되는 제2 홀을 포함하고, 상기 제2 홀의 내주는 상기 산화제 인젝터의 외주보다 크도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 믹싱 헤드면은 상기 산화제 인젝터를 지지하기 위하여 상기 홀의 내주면으로부터 돌출되는 적어도 두 개의 제2 돌출부를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 산화제 인젝터의 일 단부는 상기 산화제 블록과 연결되고, 타단부는 상기 믹싱 헤드면에 장착되며, 상기 산화제 인젝터의 타단부에 상기 연료 인젝터에서 분사된 연소제와 상기 산화제가 혼합되는 혼합부가 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 점화부, 상기 믹싱헤드면 및 상기 연소부는 서로 분리가능하도록 장착된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 상대적으로 넓은 유량 범위의 가열공기를 공급할 수 있고, 구성요소들이 분리가능하도록 장착된다.

따라서, 짧은 혼합거리에서도 균일한 유동을 얻을 수 있고, 공기 가열기의 제조비용이 감소하며, 공기 가열기가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기가열기의 단면도.
도 2는 믹싱 헤드면과 연소제 인젝터 및 산화제 인젝터의 조립양상을 설명하기 위한 종단면도.
도 3은 믹싱 헤드면의 평면도.
도 4는 연소제 인젝터와 산화제 인젝터의 조립양상을 설명하기 위한 종단면도.
도 5는 도 4를 A-A를 따라 절단한 단면도.

이하, 본 발명과 관련된 공기가열기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기가열기의 단면도이다. 공기가열기(1000)는 연료블록(100), 산화제 블록(200), 공기블록(300), 점화부(400), 믹싱 헤드면(500), 연소부(600) 및 공기유입부(700)을 포함한다.

상기 연료블록(100), 상기 산화제 블록(200) 및 상기 공기블록(300)은 일 방향을 따라 순차적으로 연결되고, 서로 착탈가능하게 결합될 수 있다.

상기 연료블록(100)의 내부에는 연료를 공급하는 내부에는 연료를 공급하는 연로유로(110)가 형성된다.

상기 연료를 상기 점화부(400)에 공급하기 위하여 상기 연료블록(100)에 연료 인젝터(210)가 장착된다. 상기 연료 인젝터(210)는 상기 연료유로(110)와 연통되도록 형성되어 연료가 이동 되는 통로를 형성한다. 상기 연료 인젝터(210)의 타단부는 상기 점화부(400)에 도달하도록 형성된다. 즉, 상기 연료 인젝터(210)는 상기 연료블록(100)으로부터 상기 산화제블록(200) 및 상기 공기블록(300)를 관통하도록 연장된다.

상기 산화제 블록(200)에는 산화제를 상기 점화부(400)로 제공하기 위한 산화제 인젝터(310)가 장착된다. 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 일 방향으로 연장되고, 일 단부는 상기 점화부(400)에 도달하도록 형성된다. 즉, 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 산화제 블록(200)으로부터 연장되어 상기 공기블록(300)을 관통하여 상기 점화부(400)에 도달하도록 형성된다.

상기 공기블록(300)의 상기 점화부(400)와 마주보는 일 면에 상기 믹싱 헤드면(500)이 장착된다. 상기 믹싱 헤드면(500)도 상기 공기블록(300)에 착탈가능하게 장착될 수 있다. 상기 믹싱 헤드면(500)은 상기 일 방향과 수직하도록 형성되는 판형상의 바디부(510)를 구비한다. 예를 들어, 상기 바디부(510)는 기 설정된 두께의 원판형상으로 형성될 수 있다.

도 2는 믹싱 헤드면과 연소제 인젝터 및 산화제 인젝터의 조립양상을 설명하기 위한 종단면도이고, 도 3은 믹싱 헤드면의 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 바디부(510)는 상기 일 방향으로 형성되는 복수의 홀을 포함한다. 상기 복수의 홀은 제1 홀(511) 및 상기 제1 홀보다 직경이 크게 형성되는 제2 홀(512)로 구성될 수 있다. 다만, 홀의 종류는 2가지에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 3가지 이상의 직경을 갖는 홀이 상기 믹싱 헤드면(500)의 바디부(510)에 형성될 수 있다.

상기 공기블록(300) 수용되어 있는 공기는 상기 제1 홀(511)을 통과하여 상기 점화부(400)로 유입된다. 상기 제1 홀(511)을 통하여 유입된 경기에 의하여 상기 믹싱 헤드면(500)이 냉각되고, 상기 점화부(400)에 균일한 공기가 공급될 수 있다.

상기 제2 홀(512)에 상기 연료 인젝터(210)와 결합된 상기 산화제 인젝터(310)가 삽입된다. 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 제2 홀(512)을 관통하여 상기 바디부(510)로부터 돌출되도록 장착된다. 상기 연료 인젝터(201)와 결합된 상기 산화제 인젝터(310)의 구조는 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 연료 인젝터와 산화제 인젝터의 조립양상을 설명하기 위한 종단면도이고. 도 5는 도 4를 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 연료 인젝터(210)의 일부가 상기 산화제 인젝터(310)의 일단부로부 내부를 향하여 삽입된다. 즉, 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 연료 인젝터(210)의 일부를 둘러싸도록 형성된다.

상기 산화제 인젝터(310)의 타단부는 상기 산화제 인젝터(310)로부터 방출되는 산화제와 상기 연료 인젝터(210)로부터 방출되는 연료가 혼합되는 혼합부(미도시)가 형성될 수 있다.

상기 산화제가 상기 산화제 인젝터(310)의 타단부를 향하여 방출될 수 있도록 상기 산화제 인젝터(310)의 내주면과 상기 연료 인젝터(210)의 외주면 사이에 틈이 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 연료 인젝터(210)는 상기 연료 인젝터(210)의 외주면으로부터 서로 반대 방향으로 돌출되는 제1 돌출부(211)를 포함한다. 상기 제1 돌출부(211)는 상기 산화제 인젝터(310)의 내주면을 지지한다.

상기 제1 돌출부(211)에 의하여 상기 산화제 인젝터(310)의 내주면과 상기 연료 인젝터(210)의 외주면 사이의 틈이 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라 상기 틈으로 전달되는 산화제가 불균형하게 공급되는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라, 상기 혼합부에서 혼합된 산화제와 연료가 상기 점화부(400)에 제공되며, 이에 따라 상기 산화제 인젝터(310)의 타단부에서 화염이 발생할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따르면, 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 믹싱 헤드면(500)의 바디부(510)로부터 돌출되도록 조립되므로, 화염이 상기 바디부(510)로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 산화제 인젝터(310)는 상기 제2 홀(512)를 관통하고, 상기 제2 홀(512)의 내주는 상기 산화제 인젝터(310)의 외주보다 크도록 형성된다. 즉, 상기 제2 홀(512)를 통하여 상기 공기블록(300)으로부터 공기가 상기 믹싱 헤드면(500)으로 방출될 수 있다. 상기 공기에 의하여 상기 믹싱 헤드면(500)이 냉각된다.

상기 바디부(510)는 상기 제2 홀(512)의 내주면으로부터 돌출되는 복수의 제2 돌출부(513)를 포함할 수 있다. 상기 제2 돌출부(513)는 상기 제2 홀(512)를 관통하는 상기 산화 인젝터(310)를 지지하여, 상기 산화 인젝터(310)의 유동을 방지한다. 따라서, 상기 산화 인젝터(310)가 상기 제2 홀(512)에 보다 안정적으로 장착된다. 또한, 상기 제2 홀(512)을 통하여 공기를 보다 균일하게 방출할 수 있다.

상기 제2 돌출부(513)의 형상에는 제한이 없으며, 상기 산화제 인젝터(310)와의 접촉을 최소화 하기 위하여 상기 제2 돌출부(513)의 단부는 곡면으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 제2 돌출부(513)의 상기 제2 홀(512)의 내주면으로부터의 높이는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

상기 연료 인젝터(210) 및 상기 산화제 인젝터(310)를 통하여 공급된 상기 연료 및 산화제는 상기 점화부(400)에 공급된다. 상기 점화부(400)에는 토치식 점화기(410)가 장착될 수 있다.

상기 토치식 점화기(410)는 상기 믹싱 헤드면(500) 또는 상기 연소부(600)에 인접하도록 장착될 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 토치식 점화기(410)는 상기 믹싱 헤드면(500)에 인접하게 장착될 수 있다. 한편, 상기 점화부(400)는 상기 연소부(600)에 인접하도록 형성되고, 상기 토치식 점화기(410)가 장착될 수 있는 장착부(410')를 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 토치식 점화기(410)를 선택적으로 장착할 수 있으므로, 토치식 점화기(410)의 화염위치를 조절할 수 있다. 또한, 상기 점화부(410)에 두 개의 토치식 점화기가 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 공기 가열기(1000)는 저유량 조건에서 상기 연소부(600)를 통해서만 고온의 가열공기가 유동한다. 한편, 고유량 조건에서는 상기 연료 인젝터(210) 및 상기 산화제 인젝터(310)을 통하여 공급되는 연료유량과 산화제 유량을 상기 연소부(600)에 추가로 공급할 수 있다. 이에 따라 고유량 조건에서는 상기 저유량 조건에서 보다 더 높은 온도의 가열공기를 연소부(600)로 제공할 수 있다.

상기 연소부(600)의 일단부에는 상기 점화부(400)가 장착되고, 상기 연소부(600)의 타단부에는 상기 공기유입부(700)가 장착된다. 상기 공기유입부(700)는 상기 연소부(600)에 추가적인 공기를 공급한다.

상기 공기유입부(700)는 공기가 유입되고 혼합되는 혼합관(710)을 구비한다. 상기 공기유입부(700)는 상기 연소부(600)에 분리가능하도록 장착된다. 즉, 추가적인 공기의 공급이 필요한 경우 상기 공기유입부(700)를 장착할 수 있다.

상기 혼합관(710)은 외부 공기가 상기 연소부(600)로 유입될 수 있도록 형성되는 복수의 노즐이 형성될 수 있다. 상기 노즐은 상기 혼합관(710)에 수직하게 형성되며, 복수의 열에 맞추어 나열된다.

또한, 상기 공기유입부(700)는 상기 노즐에 각각 장착되는 복수의 공기 인젝터(720)를 포함한다. 상기 공기 인젝터(720)는 상기 노즐에 나사로 체결될 수 있다. 상기 공기 인젝터(720)는 유량과 유속을 조절할 수 있도록 형성된다.

본 발명에 따른 공기 가열기(1000)는 상대적으로 넓은 유량 범위의 가열공기를 공급할 수 있고, 구성요소들이 분리가능하도록 장착된다. 따라서, 짧은 혼합거리에서도 균일한 유동을 얻을 수 있고, 공기 가열기(1000)의 제조비용이 감소하며, 공기 가열기(1000)가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 설명된 공기가열기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

공기가 유입되도록 형성되는 공기블록;
상기 공기블록과 연통되고, 상기 공기의 초기 점화를 위한 점화부;
상기 점화부와 연통되고, 점화된 상기 공기가 유동하도록 형성되는 연소부; 및
상기 연소부의 일단부에 장착되고, 외부 공기를 상기 연소부로 공급하는 공기유입부를 포함하는 공기 가열기.
제1항에 있어서, 상기 공기유입부는,
상기 연소부와 연통되며, 적어도 하나의 노즐이 형성되는 혼합관;
상기 노즐에 장착되어 상기 연소부로 유입되는 상기 외부 공기의 양을 조절하도록 형성되는 적어도 하나의 공기 인젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제2항에 있어서,
상기 혼합관은 상기 연소부로부터 분리가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제2항에 있어서,
일 방향으로 연장되고 상기 점화부에 산화제를 공급하도록 형성되는 산화제 인젝터;
상기 산화제 인젝터의 내부에 일 영역이 삽입되고, 상기 일 방향으로 연장되며 상기 점화부에 연료를 공급하는 연료 인젝터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제4항에 있어서,
상기 연료 인젝터의 외주면과 상기 산화제 인젝터의 내주면 사이에 상기 공기블록으로부터 방출되는 공기가 통과하는 틈이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제5항에 있어서,
상기 연료 인젝터의 외주면으로부터 서로 반대 방향으로 돌출되고, 상기 산화제 인젝터의 내주면을 지지하도록 형성되는 한 쌍의 제1 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제4항에 있어서,
상기 점화부에 분리가능하도록 장착되고 상기 일 방향과 수직하도록 형성되며, 상기 공기블록으로부터 상기 공기가 상기 점화부로 방출되도록 형성되는 제1 홀을 포함하는 믹싱 헤드면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열기.
제7항에 있어서,
상기 믹싱 헤드면은 상기 산화제 인젝터의 일 단부가 삽입되도록 형성되는 제2 홀을 포함하고,
상기 제2 홀의 내주는 상기 산화제 인젝터의 외주보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기가열기.
제8항에 있어서,
상기 믹싱 헤드면은 상기 산화제 인젝터를 지지하기 위하여 상기 홀의 내주면으로부터 돌출되는 적어도 두 개의 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기가열기.
제7항에 있어서,
상기 산화제 인젝터의 일 단부는 상기 산화제 블록과 연결되고, 타단부는 상기 믹싱 헤드면에 장착되며,
상기 산화제 인젝터의 타단부에 상기 연료 인젝터에서 분사된 연소제와 상기 산화제가 혼합되는 혼합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기가열기.
제7항에 있어서,
상기 점화부, 상기 믹싱헤드면 및 상기 연소부는 서로 분리가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 공기가열기.