KR101867047B1 - 예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기. - Google Patents

예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기. Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 터빈용 점화기의 부가구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가스 터빈의 연소실로 분사된 연료/공기의 혼합가스를 최초로 점화시킨 후 가스 터빈의 운전 중에 계속해서 열을 받는 점화기에 있어, 최초 점화시 전화율을 높이며 효율적인 운용할 수 있는 가스 터빈용 점화기의 예혼합챔버구조물에 관한 것이다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 가스 터빈용 예혼합챔버가 마련된 점화기는 최초 점화시 점화율을 높이는 것이 가능해진다.
특히, 다수개의 가공홀은 그 형상 및 설치위치가 특정되며 최적의 효율을 가지며, 연료 및 공기의 혼합물이 상기 예혼합챔버로 인입되도록 마련된다.
또한, 상기와 같은 구조의 예혼합챔버 및 가공홀을 마련함으로써 용이한 초기점화 및 화염의 전도율을 손쉽게 향상시킬 수 있다.

Description

예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기. {Gas turbine comprising a ignition system with pre-mixing chamber.}
본 발명은 가스 터빈용 점화기의 부가구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가스 터빈의 연소실로 분사된 연료/공기의 혼합가스를 최초로 점화시킨 후 가스 터빈의 운전 중에 계속해서 열을 받는 점화기에 있어, 최초 점화시 전화율을 높이며 효율적인 운용할 수 있는 가스 터빈용 점화기의 예혼합챔버구조물에 관한 것이다.
가스터빈은 고온, 고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관이다. 고온, 고압의 연소가스를 만들기 위해서는 연소 노즐에서 분사되는 연료/공기의 혼합기를 연소기에 딸려 있는 연소실에서 태워야 한다. 이러한 연소가 지속되는 동안 가스 터빈은 계속 운전되며, 연료와 공기의 공급(특히, 연료의 공급)을 중단하면 운전은 정지된다.
가스 터빈에서는 일단 연료/공기 혼합기의 최초 연소가 개시되어 연소실에 고온 환경이 만들어져야만 그 이후에 공급되는 연료/공기의 혼합기가 그 열에 의해 스스로 연소될 수 있다. 따라서, 운전이 정지된 가스 터빈을 작동시키기 위해서는 최초의 혼합기에 대해 인위적인 연소를 발생시켜야 하며, 이를 위해 점화기(이그나이터)가 사용된다. 점화기는 전기 에너지를 방출하거나 전기 에너지로 말단이 가열되는 타입일 수 있으며, 또는 연료를 태우는 점화 토치 타입일 수도 있다.
점화기는 일반적으로 라이너의 외측에 마련된 포트를 통해 연소실에 접근하게 되고, 연소 노즐에서 분사되는 연료/공기 혼합기에 인접하게 비교적 바로 옆에 배치되므로, 점화기는 연소 노즐 하류의 주 연소 영역 안으로 돌출된다.
이와 같이, 가스 터빈을 작동시키기 위해서는 최초의 혼합기에 대해 인위적인 연소를 발생시켜야 하므로, 초기 점화 과정이 중요하다 할 것이다.
다만, 종래의 점화장치 또는 점화과정에서는 점화에너지, 점화위치, 점화기 작동시간 및 점화기 구동에 대한 고려사항들이 매우 까다로워, 통상적인 노출된 점화장치로는 점화 재현성이 떨어지는 문제점이 존재한다.
따라서, 종래의 구조만으로 충분한 초기 점화력 및 점화 재현성을 확보하기에는 부족한 면이 있어 이에 대한 개선이 필요하다.
미국등록특허 제3,990,834호 (1976.11.09. 등록)
본 발명은 가스 터빈의 연소실로 분사된 연료/공기의 혼합가스를 최초로 점화시킨 후 가스 터빈의 운전 중에 계속해서 열을 받는 점화기에 있어, 가스 터빈용 점화기에 부가되어, 최초 점화시 점화율을 높이며 효율적인 가스터빈의 운용할 수 있는 예혼합챔버가 마련된 점화기를 제공하는 것에 그 목적이 있는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 점화기를 갖춘 가스터빈에 있어서, 일단에 연료를 공급하는 노즐이 다수개 설치되어 있으며, 내부에서 상기 연료의 연소가 일어나는 연소실, 상기 연소실 내부로 미스트 형태의 연료를 분사하는 다수개의 노즐, 상기 노즐의 연료 분사 방향으로 연료 및 공기의 혼합가스를 와류를 일으키며 공급하는 스월러, 상기 연소실 외부에서 내부로 연소실의 벽을 관통하여 마련되며, 연소실 내부에 위치한 단부에서 스파크가 발생하는 점화기 및 상기 점화기의 연소실 내부에 위치한 단부에 마련되는 예혼합챔버가 마련된 점화시스템을 포함하는 가스터빈이 제공되는 것이 가능하다.
또한, 외측벽과 내측벽을 포함하는 이중벽구조로 마련되어 있으며, 이에 따라, 외부공간, 중공구간 내부구간으로 구분되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 중공구간및 내부구간은 연결되어 있으며, 중공구간 일측으로 공급된 연료 및 공기의 혼합가스는 상기 중공구간 따라 다수개의 노즐이 마련된 상기 연소실 일측으로 이동하며, 다수개의 노즐이 마련된 연소실 일측에서 이동방향이 바뀌며 연소실 내부구간으로 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스월러는, 상기 다수개의 노즐이 마련된 연소실 일측에서 이동방향이 바뀌며 연소실 내부구간으로 공급되는 지점에 마련되는 것이 가능하다.
추가적으로, 상기 예혼합챔버는, 상기 연소실 내부에 위치한 점화기의 단부에 반구형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 예혼합챔버는, 상기 반구형상의 예혼합챔버 상에 마련되는 다수개의 가공홀을 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가공홀은, 스트레이트 형상으로서, 직선형태로 상기 예혼합챔버를 관통하는 구성 또는 슬로프 형상으로서, 경사진형태로 상기 예혼합챔버를 관통하는 구성으로 마련되는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 가공홀은, 상기 반구형상의 예혼합챔버의 반구꼭지점으로부터 반구외측으로 나선형상을 가지고 마련되는 것이 가능하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 가스 터빈용 예혼합챔버가 마련된 점화기는 최초 점화시 점화율을 높이는 것이 가능해진다.
특히, 다수개의 가공홀은 그 형상 및 설치위치가 특정되며 최적의 효율을 가지며, 연료 및 공기의 혼합물이 상기 예혼합챔버로 인입되도록 마련된다.
또한, 상기와 같은 구조의 예혼합챔버 및 가공홀을 마련함으로써 용이한 초기점화 및 화염의 전도율을 손쉽게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 연소실 및 점화기를 포함하는 가스터빈의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버를 포함하는 점화기의 점화단계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 연소실 및 점화기를 포함하는 가스터빈의 개략도이다.
도 1을 참고하면, 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기에 있어서, 일단에 연료를 공급하는 노즐(3)이 다수개 설치되어 있으며, 내부에서 상기 연료의 연소가 일어나는 연소실(2), 상기 연소실(2) 내부로 액체 연료를 분사하는 다수개의 노즐(3), 상기 노즐(3)의 연료 분사 방향으로 연료 및 공기의 혼합가스를 와류를 일으키며 공급하는 스월러(4), 상기 연소실(2) 내부에 위치한 단부에서 점화시키는 점화기(5) 및 상기 점화기(5)의 단부에 마련되는 예혼합챔버(6)를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1)가 제공되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 가스터빈 연소기(1)는, 연소용 공기가 공급되는 외측벽(21)과 내측벽(22)을 포함하는 이중벽구조로 마련되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 외측벽과(21)과 내측벽(22) 사이 구간은 연소용 공기가 공급이 되며, 공급된 공기는 노즐(3)에서 분사되는 연료와 혼합이 된다. 다수개의 노즐(3)이후 마련된 상기 연소실(2) 쪽으로 혼합가스 공급이 된다.
또한, 상기 스월러(4)는, 상기 다수개의 노즐(3)이 마련된 연소실(2) 일측에서 이동방향이 바뀌며 연소실(2) 내부구간으로 공급되는 지점에 마련되는 것이 가능하다.
이와 같은 구조를 가지는 연소실 및 노즐 구조는 각각이 연소실 내부에 마련되는 노즐로 연료를 분사하는 것 이외에도, 상기 외측벽과(21)과 내측벽(22) 사이 구간의 내부로 인입되는 연료 및 공기의 혼합물을 함께 연소실 내부로 인입시키는 것이 가능하다.
추가적으로, 상기 예혼합챔버(6)는, 상기 연소실(2) 내부에 위치한 점화기(5)의 단부에 반구형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 반구형상으로 마련되는 예혼합챔버(6)는, 상기 반구형상으로 마련되는 예혼합챔버(6) 내부로 상기 연료 및 공기의 혼합물을 적정량 인입시키는 것이 가능하다.
이와 같이 상기 점화기(5)의 단부에 마련된 예혼합챔버(6)는 점화가 일어나기 전에 점화의 용이성을 돕고 점화 성공률을 높이기 위해 적정량의 연료 및 공기의 혼합물을 인입하여 점화를 준비하는 역할을 수행한다.
이러한 상기 예혼합챔버(6)는, 상기 반구형상의 예혼합챔버(6) 상에 마련되는 다수개의 가공홀(61)을 포함하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버를 포함하는 점화기의 점화단계도이다.
(a)단계는 전술한 바와 같이 점화가 일어나기 전에 점화의 용이성을 돕고 점화 성공률을 높이기 위해 상기 점화기(5)의 단부에 마련된 예혼합챔버(6)에 적정량의 연료 및 공기의 혼합물을 인입하여 점화를 준비하는 단계에 해당한다.
(b)단계는 점화의 용이성을 돕고 점화 성공률을 높이기 위해 정량의 연료 및 공기의 혼합물을 인입하여 점화를 준비한 상기 점화기(5)의 단부에 마련된 예혼합챔버(6)에 스파크가 일어나 점화가 일어나는 단계에 해당한다.
(c)단계는 점화의 용이성을 돕고 점화 성공률을 높이기 위해 정량의 연료 및 공기의 혼합물을 인입하여 점화를 준비한 상기 점화기(5)의 단부에 마련된 예혼합챔버(6)에 스파크가 일어나고 이러한 점화가 상기 예혼합챔버의 가공홀을 통해 연소실 내부로 전파되는 단계에 해당한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
도 3을 참고하면, 상기 가공홀(61)은, 스트레이트 형상으로서, 직선형태로 상기 예혼합챔버(6)를 관통하는 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 포함하는 가스터빈 연소기(1)이 제공되는 것을 확인할 수 있다.
(a)를 참고하면, 직선형의 가공홀이 다수개 마련되어 있는 예혼합챔버의 반구형상을 확인하는 것이 가능하다.
(b)는 전술한 직선형의 가공홀이 다수개 마련되어 있는 반구형상의 예혼합챔버의 단면도이다.
상기의 직선형의 가공홀을 통해, 연료 및 공기의 혼합유체가 예혼합챔버의 내측으로 인입되는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
도 4를 참고하면, 상기 가공홀(61)은, 슬로프 형상으로서, 경사진형태로 상기 예혼합챔버(6)를 관통하는 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 포함하는 가스터빈 연소기(1)이 제공되는 것을 확인할 수 있다.
(a)를 참고하면, 일정각도의 경사를 가지거나 직경에 차이를 두는 원뿔형의 가공홀이 다수개 마련되어 있는 예혼합챔버의 반구형상을 확인하는 것이 가능하다.
(b)는 전술한 일정각도의 경사를 가지거나 직경에 차이를 두는 원뿔형의 가공홀이 다수개 마련되어 있는 반구형상의 예혼합챔버의 단면도이다.
상기의 일정각도의 경사를 가지거나 직경에 차이를 두는 원뿔형의 가공홀을 통해, 연료 및 공기의 혼합유체가 예혼합챔버의 내측으로 보다 용이하면서 효율적으로 인입되는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 예혼합챔버의 저면도 및 정면도이다.
도 5를 참고하면, 상기 가공홀(61)은, 상기 반구형상의 예혼합챔버(6)의 반구꼭지점으로부터 반구외측으로 나선형상을 가지고 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 포함하는 가스터빈 연소기(1)이 제공되는 것을 확인할 수 있다.
(a)를 참고하면, 나선형으로 배열된 가공홀이 다수개 마련되어 있는 예혼합챔버의 반구형상을 확인하는 것이 가능하다.
이 경우에 있어서, 상기 나선형으로 배열된 가공홀 각각의 형상은 일정각도의 경사를 가지거나 직경에 차이를 두는 원뿔형으로 마련되는 것 역시 가능하다.
(b)는 전술한 나선형으로 배열된 가공홀이 다수개 마련되어 있는 예혼합챔버의 단면도이다.
상기의 나선형으로 배열된 가공홀을 통해, 연료 및 공기의 혼합유체가 예혼합챔버의 내측으로 보다 용이하면서 효율적으로 인입되는 것이 가능하다.
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라
설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
1 : 가스터빈 연소기
2 : 연소실
3 : 노즐
4 : 스월러
5 : 점화기
6 : 예혼합챔버
21 : 외측벽
22 : 내측벽
24 : 헤드앤드벽
61 : 가공홀

Claims (9)

  1. 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기에 있어서,
    일단에 연료를 공급하는 노즐(3)이 복수 개 설치되어 있으며, 내부에서 상기 연료의 연소가 일어나는 연소실(2);
    상기 연소실(2) 내부로 액체 연료를 분사하는 복수 개의 노즐(3);
    상기 연소실(2) 내부에 위치한 단부에서 점화시키는 점화기(5); 및
    상기 점화기(5)의 단부에 마련되는 예혼합챔버(6);를 포함하고,
    상기 예혼합챔버(6)는, 상기 연소실(2) 내부에 위치한 점화기(5)의 단부에 반구형상으로 마련되고, 상기 반구형상의 예혼합챔버(6) 상에는 복수 개의 가공홀(61)이 마련되며,
    상기 가공홀(61)은, 상기 반구형상의 예혼합챔버(6)의 반구꼭지점으로부터 반구외측으로 나선형상을 가지고 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소실(2)은,
    외측벽(21)과 내측벽(22)을 포함하는 이중벽구조로 마련되어 있으며, 이에 따라, 외부구간, 헤드앤드벽(24), 내부구간으로 구분되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드앤드벽(24) 및 내부구간은 연결되어 있으며, 헤드앤드벽(24)의 일측으로 공급된 연료 및 공기의 혼합가스는 상기 헤드앤드벽(24)을 따라 다수개의 노즐(3)이 마련된 상기 연소실(2) 일측으로 이동하며, 다수개의 노즐(3)이 마련된 연소실(2) 일측에서 이동방향이 바뀌며 연소실(2) 내부구간으로 공급되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노즐(3)의 연료 분사 방향으로 연료 및 공기의 혼합가스를 와류를 일으키며 공급하는 스월러(4)를 더 포함하고,
    상기 스월러(4)는, 상기 복수 개의 노즐(3)이 마련된 연소실(2) 일측에서 이동방향이 바뀌며 연소실(2) 내부구간으로 공급되는 지점에 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가공홀(61)은,
    스트레이트 형상으로서, 직선형태로 상기 예혼합챔버(6)를 관통하는 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가공홀(61)은,
    슬로프 형상으로서, 경사진형태로 상기 예혼합챔버(6)를 관통하는 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기(1).
  9. 삭제
KR1020160141033A 2016-10-27 2016-10-27 예혼합챔버를 포함하는 점화시스템을 갖춘 가스터빈 연소기. KR101867047B1 (ko)

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