KR101168529B1 - 풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법 - Google Patents

풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법 Download PDF

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Abstract

풍차는 복수 날개를 구비하는 로터와, 제빙부를 구비한다. 제빙부는 복수 날개중 방위각이 소정의 범위에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행한다. 소정의 범위는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함한다. 따라서, 풍차 날개의 제빙을 했을 때에 얼음의 비산이 억제된다.

Description

풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법{WINDMILL, AND METHOD OF REMOVING ICE FROM WINDMILL BLADES}
본 발명은 풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법에 관한 것이다.
얼음의 부착에 의한 풍차의 성능 저하를 방지하기 위해서, 다양한 제빙 방법이 개발되어 왔다.
미국 특허 공개 제 2006/0018752 호 공보는 풍차 날개에 마련된 유로에 히터로 가열한 공기를 흘려서 풍차 날개를 제빙하는 방법과, 풍차 날개에 부착된 얼음을 검지하는 방법을 개시하고 있다. 서모그래피 시스템(thermography system)이 얼음의 검지에 이용된다.
미국 특허 제 6,890,152 호 공보는 풍차 날개의 얼음 부착을 검출하고, 풍차 날개의 적어도 일부를 진동시켜서 풍차 날개로부터 얼음을 흔들어 떨어뜨리는 방법을 개시하고 있다. 예를 들면, 풍차 날개내에 마련된 진동기가 음파를 생성하여 풍차 날개를 진동시킨다. 그 음파의 주파수는 5㎐ 내지 500㎐이다.
일본 특허 공개 제 2004-84527 호 공보는 풍차의 얼음 부착 방지 운전 제어 장치를 개시하고 있다. 풍차의 로터는 피치 각도가 가변인 날개를 구비한다. 얼음 부착 방지 운전 제어 장치는, 기온이 소정의 문턱값 이하, 습도가 소정의 문턱값 이상, 풍속이 소정의 문턱값 이하, 또한 풍차가 정지중 또는 아이들링(idling) 대기중일 때, 날개의 피치 각도를 소정의 피치 각도까지 작게 하도록 지시를 내보낸다. 얼음 부착 방지 운전 제어 장치는 지시를 내보낸 후에 로터의 회전 속도가 소정의 문턱값 이상이 되면 로터에 접속하는 주축 브레이크의 작동 지시를 내보낸다.
미국 특허 공개 제 2006/0018752 호 공보 미국 특허 제 6,890,152 호 공보 일본 특허 공개 제 2004-84527 호 공보
본 발명의 목적은 풍차 날개의 제빙을 했을 때에 얼음의 비산이 억제되는 풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 의한 풍차는 복수 날개를 구비하는 로터와, 제빙부를 구비한다. 상기 제빙부는 상기 복수 날개중 방위각(azimuth angle)이 소정의 범위에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행한다. 상기 소정의 범위는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함한다.
상기 제빙부는 상기 복수 날개의 각각의 피치축 주위의 회전을 독립적으로 제어하는 피치각 제어부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제빙 동작에 있어서, 상기 피치각 제어부는 상기 날개에 대하여 상기 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가한다.
상기 피치각 제어부는 상기 회전 진동의 주파수가 상기 날개의 플랩(flap) 방향의 진동의 공진 주파수의 1 이상의 정수배가 되도록 상기 회전 진동을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제빙부는 방위각 검지부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 복수 날개는 제 1 날개를 포함한다. 상기 방위각 검지부는 상기 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지한다. 상기 피치각 제어부는, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개에 대하여 상기 제 1 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가한다. 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개의 피치각을 일정하게 유지한다.
상기 제빙부는, 상기 복수 날개의 각각의 피치축 주위의 회전을 독립적으로 제어하는 피치각 제어부와, 상기 로터를 지지하는 타워에 마련된 음향 발생기를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제빙 동작에 있어서, 상기 피치각 제어부는 상기 날개를 파인(fine) 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하고, 상기 음향 발생기는 상기 날개에 대하여 음파를 출력한다.
상기 제빙부는, 상기 복수 날개의 각각의 방위각을 검지하는 방위각 검지부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 복수 날개는 제 1 날개를 포함한다. 상기 피치각 제어부는, 상기 제 1 날개의 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하고, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개를 페더(feather) 상태, 파인 상태와 페더 상태 사이의 상태, 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태와 페더 상태 사이의 상태로 유지한다.
상기 음향 발생기는, 상기 복수 날개중 어떠한 날개의 방위각도 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 경우, 음파를 출력하지 않는 것이 바람직하다.
상기 음파의 주파수는 상기 날개의 공진 주파수의 1 이상의 정수배인 것이 바람직하다.
상기 제빙부는 착빙(着氷) 검지부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제빙부는 상기 착빙 검지부가 상기 로터의 착빙을 검지했을 경우에 상기 제빙 동작을 실행한다.
상기 제빙부는 상기 착빙 검지부가 상기 로터의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우에 상기 제빙 동작의 실행을 정지하는 것이 바람직하다.
상기 제빙부는 기상 조건 검지부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제빙부는 상기 기상 조건 검지부가 소정의 기상 조건을 검지했을 경우에 상기 제빙 동작을 실행한다.
상기 제빙부는 상기 제빙 동작을 정기적으로 실행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에 의한 풍차 날개의 제빙 방법은, 풍차의 로터가 구비하는 복수 날개중 방위각이 소정의 범위에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행하는 것을 구비한다. 상기 소정의 범위는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함한다.
상기 제빙 동작을 실행하는 것은, 상기 날개에 대하여 상기 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 풍차 날개의 제빙 방법은, 상기 로터의 회전중에 상기 복수 날개중 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지하는 것, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개에 대하여 상기 제 1 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는 것, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개의 피치각을 일정하게 유지하는 것을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제빙 동작을 실행하는 것은, 상기 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하면서, 상기 로터를 지지하는 타워에 마련된 음향 발생기가 상기 날개에 음파를 출력하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 풍차 날개의 제빙 방법은, 상기 로터의 회전중에 상기 복수 날개중 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지하는 것, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하는 것, 상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개를 페더 상태, 파인 상태와 페더 상태 사이의 상태, 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태와 페더 상태 사이의 상태로 유지하는 것을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 음향 발생기는, 상기 복수 날개중 어떠한 날개의 방위각도 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 경우, 음파를 출력하지 않는 것이 바람직하다.
상기 제빙 동작은 상기 로터가 정지한 상태에서 실행되는 것이 바람직하다.
상기 제빙 동작은 상기 로터의 착빙이 검지되었을 경우에 실행되는 것이 바람직하다.
상기 풍차 날개의 제빙 방법은 상기 로터의 착빙이 검지되지 않게 되었을 경우에 상기 제빙 동작의 실행을 정지하는 것을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제빙 동작은 소정의 기상 조건이 검지되었을 경우에 실행되는 것이 바람직하다.
상기 제빙 동작은 정기적으로 실행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 풍차 날개의 제빙을 했을 때에 얼음의 비산이 억제되는 풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법이 제공된다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 효과 및 특징은 첨부되는 도면과 연계해서 실시형태의 기술로부터 보다 명확해진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차의 정면도,
도 2는 날개의 피치축, 에지 방향, 날개 두께 방향, 피치축 주위 회전 진동, 및 플랩 방향 진동의 관계를 도시하는 도면,
도 3은 제 1 실시형태에 따른 제빙부의 블록도,
도 4는 제 1 실시형태에 따른 제빙부의 제어부가 피치각 액추에이터에 출력하는 피치각 제어 신호의 파형을 도시하는 그래프,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차의 측면도,
도 6은 제 2 실시형태에 따른 제빙부의 블록도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 제빙부의 블록도.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 풍차 및 풍차 날개의 제빙 방법을 이하에 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차(100)를 도시한다. 풍차(100)는 타워(11)와, 나셀(nacelle; 12)과, 로터(13)를 구비한다. 나셀(12)은 타워(11)의 상단에 장착되어 있다. 나셀(12)은 로터(13)를 회전 가능하게 지지한다. 따라서, 로터(13)는 나셀(12)을 거쳐서 타워(11)에 지지된다. 로터(13)의 회전축은 수평 또는 대략 수평이다. 로터(13)는 허브(hub; 14)와, 날개(15A 내지 15C)를 구비한다. 허브(14)는 로터(13)의 회전축상에 위치한다. 날개(15A 내지 15C)는 허브(14)의 주위에 등간격으로 배치되어 있다. 여기에서는 로터(13)가 구비하는 날개의 개수가 3인 경우에 대해서 설명하지만, 날개의 개수는 2 또는 4 이상이어도 좋다. 날개(15A 내지 15C)의 기단부가 허브(14)에 장착되어 있다. 허브(14)는 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)를 구비한다. 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)는 각각 날개(15A 내지 15C)를 피치축(17A 내지 17C) 주위로 회전 구동한다. 즉, 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)는 각각 날개(15A 내지 15C)의 피치각을 제어한다.
로터(13)는 바람을 받아서 도 1의 화살표 방향으로 회전한다. 풍차(100)는 로터(13)의 회전을 이용하여 발전한다. 로터(13)가 회전하면 날개(15A 내지 15C)의 각각의 방위각이 변화된다. 날개(15A)가 허브(14)의 바로 상부에 위치할 때, 날개(15A)의 방위각은 0°이다. 날개(15A)의 방위각이 0°인 상태로부터 로터(13)가 화살표 방향으로 90° 회전하면, 날개(15A)의 방위각은 90°가 된다. 날개(15A)의 방위각이 90°인 상태로부터 로터(13)가 화살표 방향으로 90° 회전하면, 날개(15A)의 방위각은 180°가 된다. 날개(15A)의 방위각이 180°일 때, 날개(15A)는 허브(14)의 바로 하부에 위치하고, 로터(13)의 회전축 방향에서 보면 날개(15A)와 타워(11)가 겹친다. 날개(15A)의 방위각이 180°인 상태로부터 로터(13)가 화살표 방향으로 90° 회전하면, 날개(15A)의 방위각은 270°가 된다. 날개(15A)의 방위각이 270°인 상태로부터 로터(13)가 화살표 방향으로 90° 회전하면, 날개(15A)의 방위각은 0°로 복귀한다. 날개(15B 및 15C)의 방위각도 날개(15A)의 방위각과 동일하게 정의된다.
도 2는 날개(15A)의 피치축(17A), 에지 방향(52), 날개 두께 방향(53), 피치축 주위 회전 진동, 및 플랩 방향 진동의 관계를 도시하고 있다. 피치축(17A), 에지 방향(52) 및 날개 두께 방향(53)은 서로 수직하다. 에지 방향(52)은 날개(15A)의 익현(翼弦) 방향이다. 날개 두께 방향(53)은 날개(15A)의 두께 방향이다. 피치축 주위 회전 진동은 날개(15A)의 피치축(17A) 주위의 회전 진동이다. 플랩 방향 진동은 피치축(17A)과 날개 두께 방향(53)이 이루는 평면내의 날개(15A)의 진동이다. 날개(15B 및 15C)에 대해서도 날개(15A)와 마찬가지로, 에지 방향, 날개 두께 방향, 피치축 주위 회전 진동 및 플랩 방향 진동이 정의된다.
도 3을 참조하여, 풍차(100)는 제빙부(200)를 구비한다. 제빙부(200)는 방위각 검지부(21)와, 착빙 검지부(22)와, 제어부(28)와, 피치각 제어부(16)와, 날개(15A 내지 15C)를 구비한다. 피치각 제어부(16)는 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)를 구비한다. 날개(15A 내지 15C)에 각각 대응하여 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)가 마련되어 있기 때문에, 피치각 제어부(16)는 날개(15A 내지 15C)의 각각의 피치축(17A 내지 17C) 주위의 회전을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다.
방위각 검지부(21)는 날개(15A)의 방위각을 나타내는 방위각 신호(30A), 날개(15B)의 방위각을 나타내는 방위각 신호(30B), 및 날개(15C)의 방위각을 나타내는 방위각 신호(30C)를 제어부(23)에 출력한다. 예를 들면, 방위각 검지부(21)는 날개(15A)의 방위각을 검지하는 센서와, 날개(15B)의 방위각을 검지하는 센서와, 날개(15C)의 방위각을 검지하는 센서를 구비한다. 또는, 방위각 검지부(21)는 로터(13)의 소정의 부위의 방위각을 검지하는 센서와, 소정의 부위의 방위각에 근거하여 날개(15A 내지 15C)의 각각의 방위각을 연산에 의해 검지하는 연산부를 구비한다.
착빙 검지부(22)는, 예를 들어 날개(15A 내지 15C)의 화상에 근거하여, 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지한다. 착빙 검지부(22)는, 날개에 걸리는 하중, 각 날개에서의 하중의 언밸런스(unbalance), 또는 소정의 풍속 및 피치각에서의 추정 출력으로부터의 실출력의 괴리에 근거하여, 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지해도 좋다.
제어부(23)는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력하고, 피치각 제어 신호(40B)를 피치각 액추에이터(16B)에 출력하고, 피치각 제어 신호(40C)를 피치각 액추에이터(16C)에 출력한다. 피치각 액추에이터(16A)는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여, 날개(15A)의 피치각을 변화시키거나, 또는 일정하게 유지한다. 피치각 액추에이터(16B)는 피치각 제어 신호(40B)에 근거하여, 날개(15B)의 피치각을 변화시키거나, 또는 일정하게 유지한다. 피치각 액추에이터(16C)는 피치각 제어 신호(40C)에 근거하여, 날개(15C)의 피치각을 변화시키거나, 또는 일정하게 유지한다.
제어부(23)에 있어서, 방위각의 소정의 범위(θ)가 설정되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이 소정의 범위(θ)는 α° 이상 β° 이하이다. α °는 90° 이상 180° 이하이다. β°는 180° 이상 270° 이하이다. 따라서, 방위각의 소정의 범위(θ)는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함한다.
이하, 제 1 실시형태에 따른 풍차 날개의 제빙 방법을 설명한다.
제빙부(200)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)중 어느 것의 착빙을 검지했을 경우 하기의 동작을 실행한다. 하기의 동작은 로터(13)가 회전하고 있는 상태에서 실행된다.
제빙부(200)는 날개(15A 내지 15C)중 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행한다. 여기에서, 제빙 동작을 실행하는 것은 피치각 제어부(16)가 그 날개에 대하여 그 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는 것을 포함한다.
이하, 상세하게 설명한다.
제어부(23)는 방위각 신호(30A 내지 30C)에 근거하여 날개(15A 내지 15C)의 각각의 방위각을 감시한다.
날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때, 제어부(23)는 도 4에 도시되는 피치 각속도(ω)의 파형을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력한다. 도 4의 파형에 따르면, 피치 각속도(ω)는 시간 T/2 동안 ω0로 일정한 것과, 시간 T/2 동안 -ω0로 일정한 것을 교대로 반복한다. 피치각 액추에이터(16A)는 도 4의 파형을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)에 피치축(17A) 주위의 회전 진동을 가한다. 이에 의해 날개(15A)가 진동하여, 날개(15A)로부터 얼음이 흔들려 떨어진다.
날개(15B)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 동작과, 날개(15C)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 동작은 날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 상기 동작과 동일하다.
날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때, 제어부(23)는 일정한 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력한다. 여기에서, 일정한 피치각은 페더 상태의 피치각, 또는 페더 상태에 가까운 상태의 피치각이다. 피치각 액추에이터(16A)는 일정한 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)의 피치각을 일정하게 유지한다.
날개(15B)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 동작과, 날개(15C)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 동작은 날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 상기 동작과 동일하다.
제빙부(200)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우 상기의 동작의 실행을 정지한다.
본 실시형태에 따르면, 방위각이 90° 이상 270°의 범위에 있는 날개에 대해서만 제빙 동작이 실행된다. 따라서, 제빙 동작에 의해 날개로부터 흔들려 떨어진 얼음이 넓은 범위로 비산하는 것이 억제된다. 특히, 나셀(12)보다 높은 위치에 있는 날개에 대하여 제빙 동작이 실행되지 않기 때문에, 제빙 동작에 의해 날개로부터 흔들려 떨어진 얼음에 의해 나셀(12)이 파손되는 것이 방지된다.
또한, 제빙 동작이 실행되지 않고 있는 날개가 페더 상태 또는 페더 상태에 가까운 상태로 유지되기 때문에, 로터(13)가 빠르게 회전하는 것이 방지된다. 따라서, 각 날개가 방위각의 소정의 범위(θ)를 통과하는데 필요한 시간이 길어져서, 날개를 크게 진동시키는 것이 가능해진다.
착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우에 제빙 동작의 실행을 정지함으로써, 날개(15A 내지 15C)에 얼음이 없는 상태에서 제빙 동작을 쓸데없이 실행하는 것이 방지된다.
또한, 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)가 날개(15A 내지 15C)에 가하는 회전 진동의 주파수가 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수의 1 이상의 정수배가 되도록 그 회전 진동을 제어함으로써, 날개((15A 내지 15C))를 크게 진동시킬 수 있다. 공진 주파수는 고유 진동수라고도 지칭된다. 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수는, 예를 들어 날개(15A 내지 15C)의 비틀림 진동의 공진 주파수 또는 날개(15A 내지 15C)의 플랩 방향의 진동의 공진 주파수이다.
본 실시형태에 따르면, 히터와 같은 제빙 전용의 장치를 마련하지 않고서 날개(15A 내지 15C)의 제빙이 가능하다.
본 실시형태에 따르면, 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)가 날개(15A 내지 15C)를 피치축(17A 내지 17C) 주위로 왕복 회전 운동시키는 것에 의해, 날개(15A 내지 15C)에 충격(큰 가속도)이 주기적으로 가해진다. 이러한 충격에 의해 날개(15A 내지 15C)로부터 얼음이 박리된다. 또한, 피치 각속도(ω)의 파형은 도 4에 도시되는 직사각형 파형에 한정되지 않는다. 날개(15A 내지 15C)에 충분히 큰 피치각 가속도를 부여하는 것이 가능하면, 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)는 피치 각속도가 정현파형으로 변화되도록 날개(15A 내지 15C)를 피치축(17A 내지 17C) 주위로 왕복 회전 운동시켜도 좋다.
이하, 제 1 실시형태의 변형예에 따른 풍차 날개의 제빙 방법을 설명한다.
제빙부(200)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지했을 경우 하기의 동작을 실행한다.
제어부(23)는, 날개(15A)의 방위각이 180°의 위치에서 로터(13)가 정지한 상태에서, 도 4의 파형을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력한다. 피치각 액추에이터(16A)는 도 4의 파형을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)에 피치축(17A) 주위의 회전 진동을 가한다. 이에 의해 날개(15A)가 진동하여, 날개(15A)로부터 얼음이 흔들려 떨어진다.
제빙부(200)는 날개(15B 및 15C)에 대해서도, 날개(15A)의 경우와 동일하게 제빙을 실행한다.
제빙부(200)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우 상기의 동작의 실행을 정지한다.
제 1 실시형태의 변형예의 경우도, 피치각 액추에이터(16A 내지 16C)가 날개(15A 내지 15C)에 가하는 회전 진동의 주파수가 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수의 1 이상의 정수배가 되도록 그 회전 진동을 제어함으로써, 날개(15A 내지 15C)를 크게 진동시킬 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차(110)를 도시한다. 풍차(110)는 제 1 실시형태에 따른 풍차(100)에 음향 발생기(24)가 추가된 것이다. 음향 발생기(24)는 타워(11)에 마련된다.
도 6을 참조하여, 풍차(110)는 제빙부(210)를 구비한다. 제빙부(210)는 제빙부(200)에 음향 발생기(24)가 추가된 것이다.
이하, 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개의 제빙 방법을 설명한다.
제빙부(210)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지했을 경우 하기의 동작을 실행한다. 하기의 동작은 로터(13)가 회전하고 있는 상태에서 실행된다.
제빙부(210)는 날개(15A 내지 15C)중 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행한다. 여기에서, 제빙 동작을 실행하는 것은 피치각 제어부(16)가 그 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하고, 음향 발생기(24)가 그 날개에 대하여 음파를 출력하는 것을 포함한다.
이하, 상세하게 설명한다.
제어부(23)는 방위각 신호(30A 내지 30C)에 근거하여 날개(15A 내지 15C)의 각각의 방위각을 감시한다. 제어부(23)는 음향 발생기(24)에 음파를 계속해서 출력시킨다. 음향 발생기(24)가 타워(11)에 마련되어 있기 때문에, 음향 발생기(24)는 방위각이 180°의 위치 또는 그 근방의 위치에 있는 날개에 강한 진동 에너지를 부여하지만, 방위각이 180°의 위치부터 멀리 떨어진 위치에 있는 날개에는 진동 에너지를 거의 부여하지 않는다.
날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때, 제어부(23)는 파인 상태 또는 반전 상태의 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력한다. 피치각 액추에이터(16A)는 파인 상태 또는 반전 상태의 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)를 파인 상태 또는 반전 상태로 유지한다. 날개(15A)는 음향 발생기(24)로부터의 음파를 받아서 진동하여, 날개(15A)로부터 얼음이 흔들려 떨어진다. 날개(15A)가 파인 상태 또는 반전 상태이기 때문에, 날개(15A)는 넓은 면적에서 음파를 받는다.
날개(15B)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 동작과, 날개(15C)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 동작은 날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함될 때의 상기 동작과 동일하다.
날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때, 제어부(23)는 일정한 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력한다. 여기에서, 일정한 피치각은 페더 상태의 피치각, 또는 페더 상태에 가까운 상태의 피치각이다. 페더 상태에 가까운 상태는 페더 상태와 파인 상태 사이의 상태, 또는 페더 상태와 반전 상태 사이의 상태이다. 피치각 액추에이터(16A)는 일정한 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)를 페더 상태 또는 페더 상태에 가까운 상태로 유지한다. 날개(15A)가 페더 상태 또는 페더 상태에 가까운 상태이고, 또한 방위각이 180°의 위치부터 먼 위치에 있기 때문에, 날개(15A)는 음향 발생기(24)로부터의 음파에 의해 진동하지 않는다.
날개(15B)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 동작과, 날개(15C)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 동작은 날개(15A)의 방위각이 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 때의 상기 동작과 동일하다.
제빙부(210)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우 상기의 동작의 실행을 정지한다.
본 실시형태에 따르면, 방위각이 180°의 위치 또는 그 근방의 위치에 있는 날개에 대해서만 제빙 동작이 실행된다. 따라서, 제빙 동작에 의해 날개로부터 흔들려 떨어진 얼음이 넓은 범위로 비산하는 것이 억제된다. 특히, 나셀(12)보다 높은 위치에 있는 날개에 대하여 제빙 동작이 실행되지 않기 때문에, 제빙 동작에 의해 날개로부터 흔들려 떨어진 얼음에 의해 나셀(12)이 파손되는 것이 방지된다.
또한, 제빙 동작이 실행되지 않고 있는 날개가 페더 상태 또는 페더 상태에 가까운 상태로 유지되기 때문에, 로터(13)가 빠르게 회전하는 것이 방지된다. 따라서, 각 날개가 방위각의 소정의 범위(θ)를 통과하는데 필요한 시간이 길어져서, 날개를 크게 진동시키는 것이 가능해진다.
착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우에 제빙 동작의 실행을 정지함으로써, 날개(15A 내지 15C)에 얼음이 없는 상태에서 제빙 동작을 쓸데없이 실행하는 것이 방지된다.
또한, 음향 발생기(24)가 출력하는 음파의 주파수를 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수의 1 이상의 정수배로 하는 것에 의해, 날개(15A 내지 15C)를 크게 진동시킬 수 있다. 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수는, 예를 들어 날개(15A 내지 15C)의 비틀림 진동의 공진 주파수 또는 날개(15A 내지 15C)의 플랩 방향의 진동의 공진 주파수이다.
또, 날개(15A 내지 15C)중 어떠한 날개의 방위각도 소정의 범위(θ)에 포함되지 않을 경우, 제어부(23)는 음향 발생기(24)에 음파를 출력시키지 않는 것이 바람직하다. 이 경우, 음파 발생을 위한 에너지가 삭감된다.
이하, 제 2 실시형태의 변형예에 따른 풍차 날개의 제빙 방법을 설명한다.
제빙부(210)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지했을 경우 하기의 동작을 실행한다.
제어부(23)는, 날개(15A)의 방위각이 180°인 위치에서 로터(13)가 정지한 상태에서, 파인 상태 또는 반전 상태의 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)를 피치각 액추에이터(16A)에 출력하고, 음향 발생기(24)에 음파를 출력시킨다. 피치각 액추에이터(16A)는 파인 상태 또는 반전 상태의 피치각을 나타내는 피치각 제어 신호(40A)에 근거하여 날개(15A)를 파인 상태 또는 반전 상태로 유지한다. 날개(15A)는 음향 발생기(24)로부터의 음파를 받아서 진동하여, 날개(15A)로부터 얼음이 흔들려 떨어진다.
제빙부(210)는 날개(15A 및 15C)에 대해서도, 날개(15A)의 경우와 동일하게 제빙을 실행한다.
제빙부(210)는 착빙 검지부(22)가 날개(15A 내지 15C)의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우 상기의 동작의 실행을 정지한다.
제 2 실시형태의 변형예의 경우도, 음향 발생기(24)가 출력하는 음파의 주파수를 날개(15A 내지 15C)의 공진 주파수의 1 이상의 정수배로 하는 것에 의해, 날개(15A 내지 15C)를 크게 진동시킬 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 7을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍차는 제 1 실시형태에 따른 풍차(100)의 제빙부(200)가 제빙부(220)로 치환된 것이다. 제빙부(220)는 제빙부(200)의 착빙 검지부(22)가 기상 조건 검지부(25)로 치환된 것이다.
제빙부(220)는 기상 조건 검지부(25)가 소정의 기상 조건을 검지한 경우, 제 1 실시형태에 따른 제빙부(200)의 동작 또는 제 1 실시형태의 변형예에 따른 제빙부(200)의 동작을 실행한다. 여기에서, 소정의 기상 조건은 착빙이 발생하기 쉬운 기상 조건을 나타내고, 예를 들어 기온이 소정의 문턱값 이하인 것과, 습도가 소정의 문턱값 이상인 것을 포함한다.
제 2 실시형태에 따른 제빙부(210)에 있어서, 착빙 검지부(22)를 기상 조건 검지부(25)로 치환하는 것도 가능하다. 기상 조건 검지부(25)를 구비하는 제빙부(210)는 기상 조건 검지부(25)가 소정의 기상 조건을 검지했을 경우, 제 2 실시형태에 따른 제빙부(210)의 동작 또는 제 2 실시형태의 변형예에 따른 제빙부(210)의 동작을 실행한다.
또한, 제 1 실시형태에 따른 제빙부(200)의 동작 또는 제 1 실시형태의 변형예에 따른 제빙부(200)의 동작을 정기적으로 실행해도 좋고, 제 2 실시형태에 따른 제빙부(210)의 동작 또는 제 2 실시형태의 변형예에 따른 제빙부(210)의 동작을 정기적으로 실행해도 좋다.
상기 각 실시형태에 대하여, 제어부(23)가 날개(15A 내지 15C)의 방위각 변화에 근거하여 로터(13)의 회전 속도를 검지하고, 로터(13)의 회전 속도가 소정의 문턱값 이하일 때에 제빙 동작이 실행되도록 변경을 가하는 것이 가능하다.
이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태에 다양한 변경을 행하거나, 상기 실시형태끼리를 서로 조합시키거나 하는 것이 가능하다.

Claims (23)

  1. 복수 날개를 구비하는 로터와,
    제빙부를 구비하며,
    상기 제빙부는 상기 복수 날개중 방위각이 소정의 범위에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행하고,
    상기 소정의 범위는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함하는
    풍차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제빙부는 상기 복수 날개의 각각의 피치축 주위의 회전을 독립적으로 제어하는 피치각 제어부를 구비하며,
    상기 제빙 동작에 있어서, 상기 피치각 제어부는 상기 날개에 대하여 상기 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는
    풍차.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피치각 제어부는 상기 회전 진동의 주파수가 상기 날개의 플랩 방향의 진동의 공진 주파수의 1 이상의 정수배가 되도록 상기 회전 진동을 제어하는
    풍차.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제빙부는 방위각 검지부를 구비하며,
    상기 복수 날개는 제 1 날개를 포함하고,
    상기 방위각 검지부는 상기 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지하고,
    상기 피치각 제어부는,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개에 대하여 상기 제 1 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하고,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개의 피치각을 일정하게 유지하는
    풍차.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제빙부는,
    상기 복수 날개의 각각의 피치축 주위의 회전을 독립적으로 제어하는 피치각 제어부와,
    상기 로터를 지지하는 타워에 마련된 음향 발생기를 구비하며,
    상기 제빙 동작에 있어서,
    상기 피치각 제어부는 상기 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하고,
    상기 음향 발생기는 상기 날개에 대하여 음파를 출력하는
    풍차.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제빙부는 상기 복수 날개의 각각의 방위각을 검지하는 방위각 검지부를 구비하며,
    상기 복수 날개는 제 1 날개를 포함하고,
    상기 피치각 제어부는,
    상기 제 1 날개의 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하고,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개를 페더 상태, 파인 상태와 페더 상태 사이의 상태, 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태와 페더 상태 사이의 상태로 유지하는
    풍차.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 음향 발생기는, 상기 복수 날개중 어떠한 날개의 방위각도 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 경우, 음파를 출력하지 않는
    풍차.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 음파의 주파수는 상기 날개의 공진 주파수의 1 이상의 정수배인
    풍차.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제빙부는 착빙 검지부를 구비하며,
    상기 제빙부는 상기 착빙 검지부가 상기 로터의 착빙을 검지했을 경우에 상기 제빙 동작을 실행하는
    풍차.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제빙부는 상기 착빙 검지부가 상기 로터의 착빙을 검지하지 않게 되었을 경우에 상기 제빙 동작의 실행을 정지하는
    풍차.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제빙부는 기상 조건 검지부를 구비하며,
    상기 제빙부는 상기 기상 조건 검지부가 소정의 기상 조건을 검지했을 경우에 상기 제빙 동작을 실행하는
    풍차.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제빙부는 상기 제빙 동작을 정기적으로 실행하는
    풍차.
  13. 풍차의 로터가 구비하는 복수 날개중 방위각이 소정의 범위에 포함되는 날개에 대해서만 제빙 동작을 실행하는 단계를 구비하고,
    상기 소정의 범위는 90° 이상 270° 이하의 범위에 포함되고, 또한 180°를 포함하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제빙 동작을 실행하는 단계는 상기 날개에 대하여 상기 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는 단계를 포함하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 로터의 회전중에 상기 복수 날개중 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지하는 단계와,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개에 대하여 상기 제 1 날개의 피치축 주위의 회전 진동을 가하는 단계와,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개의 피치각을 일정하게 유지하는 단계를 더 구비하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제빙 동작을 실행하는 단계는, 상기 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하면서, 상기 로터를 지지하는 타워에 마련된 음향 발생기가 상기 날개에 음파를 출력하는 단계를 포함하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 로터의 회전중에 상기 복수 날개중 제 1 날개의 제 1 방위각을 검지하는 단계와,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함될 때 상기 제 1 날개를 파인 상태 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태로 유지하는 단계와,
    상기 제 1 방위각이 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 때 상기 제 1 날개를 페더 상태, 파인 상태와 페더 상태 사이의 상태, 또는 파인 상태와 피치각이 180° 상이한 반전 상태와 페더 상태 사이의 상태로 유지하는 단계를 더 구비하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 음향 발생기는, 상기 복수 날개중 어떠한 날개의 방위각도 상기 소정의 범위에 포함되지 않을 경우, 음파를 출력하지 않는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  19. 제 13 항, 제 14 항 및 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제빙 동작은 상기 로터가 정지한 상태에서 실행되는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제빙 동작은 상기 로터의 착빙이 검지되었을 경우에 실행되는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 로터의 착빙이 검지되지 않게 되었을 경우에 상기 제빙 동작의 실행을 정지하는 단계를 더 구비하는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 제빙 동작은 소정의 기상 조건이 검지되었을 경우에 실행되는
    풍차 날개의 제빙 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 제빙 동작은 정기적으로 실행되는
    풍차 날개의 제빙 방법.
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