KR101291152B1 - Blade for wind turbine, wind turbine having the blade, and control method of the wind turbine - Google Patents

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Abstract

풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서, 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 가열장치는 히터 및 히터의 열을 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 히터 위에 적층된 전열부재를 포함한다.Disclosed are a blade for a wind turbine, a wind turbine having the same, and a control method thereof. The blade for a wind turbine according to an embodiment of the present invention is installed in the nacelle of the top of the tower, the wind turbine blade for driving the generator inside the nacelle while rotating by the wind, the blade is embedded in the leading edge heating (가열) The apparatus includes a heater, and the heater includes a heater and a heat transfer member stacked on the heater to diffuse heat from the heater to the blade surface.

Description

풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법{BLADE FOR WIND TURBINE, WIND TURBINE HAVING THE BLADE, AND CONTROL METHOD OF THE WIND TURBINE}Blade for wind turbine, wind turbine with same and control method thereof {BLADE FOR WIND TURBINE, WIND TURBINE HAVING THE BLADE, AND CONTROL METHOD OF THE WIND TURBINE}

본 발명은 풍력터빈용 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블레이드 리딩엣지 부분의 디아이싱(deicing) 효율을 높일 수 있도록 한 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a blade for a wind turbine, and more particularly, to a blade for a wind turbine, a wind turbine having the same, and a control method thereof, which can increase the deicing efficiency of the blade leading edge portion.

풍력터빈은 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로, 온실가스 저감을 위한 청정에너지원으로 각광받고 있다. 통상적인 풍력터빈은 타워(tower)와, 타워의 상부에 장착된 나셀(nacelle)과, 나셀에 연결되며 복수의 블레이드를 갖춘 로터(rotor)를 구비한다.Wind turbine is a device that converts wind energy into mechanical energy to produce electricity. It is attracting attention as a clean energy source for greenhouse gas reduction. A typical wind turbine has a tower, a nacelle mounted on top of the tower, and a rotor connected to the nacelle and having a plurality of blades.

이러한 풍력터빈은 동절기와 같은 추운 환경에서 운전을 할 경우 블레이드의 리딩엣지(Leading edge) 부분에 결빙이 생길 수 있다. 블레이드 리딩엣지에 형성되는 얼음은 블레이드의 편심을 유발하여 회전을 저해할 수 있고, 심할 경우 풍력터빈의 가동정지를 초래할 수 있다. 따라서 결빙온도 이하의 추운 환경에서 운전하는 풍력터빈은 블레이드 리딩엣지 부분의 얼음을 제거하거나 결빙을 방지하는 디아이싱(deicing)대책이 필요하다.Such a wind turbine may freeze on the leading edge of the blade when operating in a cold environment such as winter. Ice formed on the blade leading edge may cause eccentricity of the blades and inhibit rotation, and in severe cases, may cause the wind turbine to stop working. Therefore, wind turbines operating in cold environments below freezing temperatures require deicing measures to remove ice from the blade leading edge or to prevent freezing.

블레이드의 디아이싱을 위한 방안으로는 블레이드 리딩엣지 부분에 히터를 설치하여 가열하는 방법이 있다. 일 예로 일본 공개특허공보 2010-234989호는 항공기나 풍력터빈 날개구조체의 착빙을 방지하기 위한 것으로, 날개구조체의 리딩엣지 내측에 전열히터 등으로 된 발열체를 설치하는 기술을 제시하고 있다.As a method for deicing the blade, there is a method of heating by installing a heater at the blade leading edge portion. As an example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-234989 discloses a technique for preventing icing of an aircraft or wind turbine wing structure and installing a heating element made of an electric heater or the like inside a leading edge of the wing structure.

그러나 위 공보에 제시된 바와 같이, 단지 블레이드 리딩엣지 부분에 발열체를 설치하여 가열하는 방식은 발열체의 가열을 위한 에너지의 소모가 너무 크기 때문에 실효성이 낮은 결점이 있었다. 즉 통상의 풍력터빈의 블레이드는 강성을 높이면서도 무게를 줄이기 위해 섬유강화플라스틱(fiber-reinforced plastic)처럼 전열성이 떨어지는 소재로 만들기 때문에 리딩엣지 내측에 발열체를 설치하더라도 표면 쪽으로의 열전달이 원활하지 않아 제빙 또는 결빙방지를 위한 에너지의 소모가 너무 큰 문제가 있다.However, as shown in the above publication, only the heating element installed on the blade leading edge portion heating method has a drawback of low effectiveness because the energy consumption for heating the heating element is too large. In other words, the blades of wind turbines are made of materials with low heat transfer properties, such as fiber-reinforced plastic, in order to increase the rigidity and reduce the weight. There is a problem of excessive consumption of energy to prevent ice making or freezing.

특허문헌1: 일본 공개특허공보 2010-234989호(2010. 10. 21. 공개)Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-234989 (published Oct. 21, 2010)

본 발명의 목적은 블레이드 표면으로의 열전달이 용이하도록 하여 블레이드의 디아이싱 효율을 높이면서도 에너지 소모를 줄일 수 있도록 하는 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a blade for a wind turbine, a wind turbine having the same, and a method of controlling the same, to facilitate heat transfer to the blade surface, thereby reducing energy consumption while increasing the deicing efficiency of the blade.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서, 상기 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 상기 가열장치는 히터 및 히터의 열을 상기 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 상기 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하는 풍력터빈용 블레이드가 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, in the blade for a wind turbine installed in the nacelle of the top of the tower to drive the generator inside the nacelle while rotating by wind, the blade is a heating device embedded in the leading edge portion The heating apparatus may include a blade for a wind turbine including a heater and a heat transfer member stacked on the heater to diffuse heat of the heater to the blade surface.

상기 가열장치는 상기 히터의 열이 상기 전열부재 쪽으로 전달될 수 있도록 상기 히터 하부에 적층된 단열재를 더 포함할 수 있다. The heating device may further include a heat insulating material laminated under the heater so that heat of the heater can be transferred to the heat transfer member.

상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태일 수 있다. The heat transfer member may have a thin plate shape curved to correspond to the curved surface of the blade leading edge.

상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 철망형태일 수 있다.The heat transfer member may have a bent wire mesh shape corresponding to the curved surface of the blade leading edge.

상기 전열부재는 상기 블레이드 길이방향으로 길게 연장될 수 있다.The heat transfer member may extend in the longitudinal direction of the blade.

상기 전열부재는 복수 개가 상기 블레이드 길이방향으로 매설될 수 있다.The plurality of heat transfer members may be embedded in the blade longitudinal direction.

상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고, 상기 블레이드에 매설된 전원케이블에 각각 연결될 수 있다. A plurality of heaters may be embedded in the longitudinal direction of the blade, and may be connected to a power cable embedded in the blade, respectively.

상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고, 상기 블레이드 내에는 상기 각 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 전원케이블들이 설치될 수 있다.A plurality of heaters may be embedded in the longitudinal direction of the blades, and power cables may be installed in the blades to separately supply power to each heater.

상기 히터는 금속피복재를 포함하고, 그 외면이 금속의 용융접합에 의해 마련되는 결합부에 의해 상기 전열부재와 결합될 수 있다. The heater may include a metal coating material, and an outer surface thereof may be coupled to the heat transfer member by a coupling part provided by melt bonding of metal.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 타워의 상부에 설치되며 발전기를 갖춘 나셀과, 바람에 의해 회전하면서 상기 발전기를 구동하는 복수의 블레이드와, 상기 블레이드의 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 상기 가열장치는 히터 및 상기 히터의 열을 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하는 풍력터빈이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a nacelle installed on the top of the tower and having a generator, a plurality of blades for driving the generator while rotating by wind, and a heating device embedded in a leading edge portion of the blade. The heating apparatus may include a wind turbine including a heater and a heat transfer member stacked on the heater to diffuse the heat of the heater to the blade surface.

상기 풍력터빈은 상기 가열장치의 동작제어를 위한 것으로, 제어부, 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서, 히터의 동작제어를 위한 히터구동부, 가열장치의 원격제어를 위한 무선통신부, 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부를 더 포함할 수 있다.The wind turbine is for operation control of the heating device, a control unit, an outside temperature sensor for sensing the temperature of the outside air, a heater driver for controlling the operation of the heater, a wireless communication unit for remote control of the heating device, the user to operate the conditions It may further include an operation unit for input.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 외기의 온도를 감지하고, 외기의 온도가 설정온도 미만이면 상기 히터가 가열되도록 상기 히터에 전원을 인가하고, 외기의 온도가 설정온도 이상이면 상기 히터에 전원인가를 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, sensing the temperature of the outside air, and if the temperature of the outside air is less than the set temperature, applying power to the heater so that the heater is heated, and if the temperature of the outside air is above the set temperature is applied to the heater There may be provided a control method of a wind turbine, characterized in that the control to stop.

상기 히터에 전원을 인가할 때는 외기의 온도변화에 대응하여 전압을 단계적으로 변화시킬 수 있다.When applying power to the heater it is possible to change the voltage step by step in response to the temperature change of the outside air.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 블레이드 리딩엣지의 부위별로 온도를 다르게 제어할 수 있도록 상기 블레이드의 길이방향으로 매설된 복수의 히터에 각각 전원의 인가조건을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the conditions of applying the power to the plurality of heaters buried in the longitudinal direction of the blade so as to control the temperature for each part of the blade leading edge differently of the wind turbine A control method can be provided.

본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설된 전열부재가 히터의 열을 블레이드의 리딩엣지 표면 전역으로 고르게 확산시키기 때문에 블레이드의 디아이싱 효율을 높이면서도 에너지 소모를 줄일 수 있다.In the blade for a wind turbine according to the embodiment of the present invention, the heat transfer member embedded in the leading edge portion evenly spreads the heat of the heater throughout the leading edge surface of the blade, thereby reducing energy consumption while increasing the deicing efficiency of the blade. .

또 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈의 제어방법은 외기의 온도가 설정온도 미만일 때 블레이드 리딩엣지 부분에 매설된 히터를 가동시키고, 외기의 온도가 설정온도 이상일 때 히터를 정지시키도록 제어할 수 있기 때문에 에너지소모를 최소화할 수 있다.In addition, the control method of the wind turbine according to an embodiment of the present invention can be controlled to operate the heater embedded in the blade leading edge portion when the temperature of the outside air is less than the set temperature, and to stop the heater when the temperature of the outside air is above the set temperature. Therefore, energy consumption can be minimized.

또 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈의 제어방법은 외기의 온도변화에 대응하여 히터에 인가되는 전압을 단계적으로 변화시키는 방식으로 히터를 제어할 수 있기 때문에 에너지소모를 최소화할 수 있다.In addition, the control method of the wind turbine according to an embodiment of the present invention can minimize the energy consumption because the heater can be controlled by changing the voltage applied to the heater in response to the temperature change of the outside air.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 사시도로, 가열장치가 설치된 리딩엣지 부분을 절개하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ부 상세도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 가열장치 제어를 위한 구성들을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 가열장치 제어동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7과 도 8은 본 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드에 설치되는 가열장치의 다른 실시 예들을 나타낸 것이다.
1 is a front view of a wind turbine with a blade according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of a blade for a wind turbine according to an embodiment of the present invention, it is shown by cutting the leading edge portion is installed heating device.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of FIG. 2.
4 is a detailed view of part IV of FIG. 3.
Figure 5 is a block diagram showing the configuration for the heating device control of the wind turbine with a blade according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a heating device control operation of the wind turbine with a blade according to the embodiment.
7 and 8 show other embodiments of the heating device installed in the blade for a wind turbine according to the present embodiment.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다. 풍력터빈(10)은 타워(11), 타워(11)의 상단에 설치된 나셀(12), 그리고 나셀(12)에 설치된 복수의 블레이드(13)를 포함한다. 복수의 블레이드(13)는 나셀(12)에 회전하도록 설치된 허브(14)에 방사형으로 설치된다. 블레이드(13)는 바람에 의해 회전함으로써 허브(14)를 회전시키고, 허브(14)는 나셀(12) 내부에 설치된 발전기(미도시)를 회전시켜 전기를 발생시킨다.1 is a front view of a wind turbine with a blade according to an embodiment of the present invention. The wind turbine 10 includes a tower 11, a nacelle 12 installed on the top of the tower 11, and a plurality of blades 13 installed on the nacelle 12. The plurality of blades 13 are radially installed on the hub 14 installed to rotate on the nacelle 12. The blade 13 rotates by the wind to rotate the hub 14, the hub 14 rotates a generator (not shown) installed inside the nacelle 12 to generate electricity.

이러한 풍력터빈(10)이 결빙온도 이하의 추운 환경에 설치될 경우에는 운전 중 블레이드(13)의 리딩엣지(13a, Leading edge)에 결빙이 생길 수 있다. 블레이드 리딩엣지(13a)에 형성되는 얼음은 블레이드(13) 회전을 저해하고, 심할 경우 풍력터빈(10)의 작동불능을 초래할 수 있다. When the wind turbine 10 is installed in a cold environment below the freezing temperature, freezing may occur at the leading edge 13a of the blade 13 during operation. Ice formed on the blade leading edge 13a inhibits the rotation of the blade 13 and, in severe cases, may cause the wind turbine 10 to become inoperable.

따라서 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)용 블레이드(13)는 리딩엣지(13a) 부분의 결빙을 방지하거나 생성된 얼음을 녹여서 제거하기 위한 가열장치(20)를 구비한다.Therefore, the blade 13 for the wind turbine 10 according to the present embodiment includes a heating device 20 for preventing freezing of the portion of the leading edge 13a or melting and removing the generated ice.

가열장치(20)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드 리딩엣지(13a) 표면에 근접하도록 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설(埋設)되며, 블레이드(13) 길이방향으로 길게 연장될 수 있다. 구체적으로 가열장치(20)는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설된 히터(21)와, 히터(21)의 열을 블레이드(13) 표면 쪽으로 전달하여 확산시키도록 히터(21)의 위에 적층된 전열부재(22)와, 히터(21)의 열이 전열부재(22) 쪽으로 전달될 수 있도록 히터(21)의 하부에 적층된 단열재(23)를 포함할 수 있다.  As shown in FIGS. 2 and 3, the heating device 20 is embedded in the blade leading edge 13a so as to be close to the surface of the blade leading edge 13a and extends in the longitudinal direction of the blade 13. Can be. Specifically, the heater 20 is stacked on the heater 21 embedded in the blade leading edge (13a) portion and the heater 21 is laminated on the heater 21 so as to spread and spread the heat of the heater 21 toward the surface of the blade (13) The heat transfer member 22 and the heater 21 may include a heat insulating material 23 laminated on the lower portion of the heater 21 to be transferred to the heat transfer member 22.

전열부재(22)는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태로 마련될 수 있고, 도 2에 도시한 예처럼 철망형태로 마련될 수 있다. 이는 히터(21)의 열이 전열부재(22)를 통해 확산되도록 함으로써 블레이드 리딩엣지(13a) 부분 전역을 고르게 가열함과 동시에 가열효과를 높일 수 있도록 한 것이다. 이러한 전열부재(22)는 구리, 알루미늄, 철 등 전열성이 좋은 소재에 의해 마련될 수 있다.The heat transfer member 22 may be provided in the form of a thin plate bent to correspond to the curved surface of the blade leading edge (13a) portion, it may be provided in the form of a wire mesh as shown in the example shown in FIG. This allows the heat of the heater 21 to be diffused through the heat transfer member 22 to evenly heat the entire area of the blade leading edge 13a and at the same time increase the heating effect. The heat transfer member 22 may be made of a good heat transfer material such as copper, aluminum, iron.

도 2에 도시한 바와 같이, 철망형태로 된 전열부재(22)는 전열성을 높이는 기능 뿐만 아니라 블레이드(13)의 주 재료가 되는 복합소재(섬유강화플라스틱 등)와 결합성을 높일 수 있고, 자체가 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 강성을 높이는 기능도 할 수 있다. 즉 도 3에 도시한 바와 같이, 전열부재(22)가 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 뼈대 역할도 하기 때문에 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 강성을 강화할 수 있다. As shown in FIG. 2, the heat transfer member 22 in the form of a wire mesh can improve the heat transfer property, as well as increase the bondability with the composite material (fiber-reinforced plastic, etc.), which is the main material of the blade 13, It can also function to increase the rigidity of the blade leading edge (13a) portion. That is, as shown in FIG. 3, since the heat transfer member 22 also serves as a skeleton of the blade leading edge 13a, the rigidity of the blade leading edge 13a may be enhanced.

여기서는 블레이드(13) 소재와의 결합성 및 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 보강측면을 고려하여, 철망형태로 된 전열부재(22)를 제시하였으나, 전열부재의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 전열부재는 주 기능이 히터의 열을 블레이드 표면 쪽으로 확산시키는 것이므로 통상의 금속판형태 또는 그 표면에 요철을 가진 금속판 형태일 수 있다.Here, the heat transfer member 22 in the form of a wire mesh is presented in consideration of the coupling property with the material of the blade 13 and the reinforcing side of the blade leading edge portion 13a, but the shape of the heat transfer member is not limited thereto. The heat transfer member may be in the form of a conventional metal plate or a metal plate having irregularities on the surface because the main function is to diffuse the heat of the heater toward the blade surface.

히터(21)의 하부에 설치되는 단열재(23)는 석면, 유리섬유, 코르크 등과 같이 단열이 우수한 소재에 의해 마련될 수 있다. 이러한 단열재는 도 3에 도시한 바와 같이, 히터(21)의 하부를 넓게 커버하여 히터(21)의 열이 블레이드(13) 내측으로 확산되는 것을 차단할 수 있다. 이는 그 만큼 히터(21)의 열이 전열부재(22) 쪽으로 전달되어 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 디아이싱(deicing)에 기여할 수 있음을 의미한다.The heat insulating material 23 installed below the heater 21 may be provided by a material having excellent heat insulation such as asbestos, glass fiber, cork, and the like. As shown in FIG. 3, the heat insulating material may cover the lower portion of the heater 21 to block the heat of the heater 21 from being diffused into the blade 13. This means that the heat of the heater 21 can be transferred toward the heat transfer member 22 to contribute to the deicing of the blade leading edge 13a.

히터(21)는 도 4에 도시한 바와 같이, 금속튜브와 같은 피복재(21a)를 포함하고, 그 외면이 금속의 용융접합방식으로 마련되는 결합부(25)에 의해 전열부재(22)와 결합될 수 있다. 즉 납땜이나 용접과 같은 금속의 용융접합에 의해 전열부재(22)에 일체화된 형태로 결합될 수 있다. 또 이러한 결합은 히터(21)가 배열되는 방향으로 연속하여 이루어질 수 있다. 이는 히터(21)가 금속소재의 결합부(25)에 의해 전열부재(22)와 결합됨으로써 히터(21)의 열이 전열부재(22)로 원활히 전달될 수 있도록 함과 동시에 히터(21)가 전열부재(22)에 견고히 결합될 수 있도록 한 것이다. 또 이러한 구성은 히터(21)가 전열부재(22)에 미리 결합된 상태에서 설치될 수 있도록 하여 블레이드(13)의 제작과정에서 가열장치(20)를 설치하는 작업이 용이하도록 하는 부수적인 효과도 거둘 수 있도록 한 것이다.As shown in FIG. 4, the heater 21 includes a covering material 21a such as a metal tube, and the outer surface of the heater 21 is coupled to the heat transfer member 22 by a coupling part 25 provided with a metal fusion bonding method. Can be. That is, it may be combined in an integrated form to the heat transfer member 22 by melt bonding of metal such as soldering or welding. In addition, such a coupling may be continuously performed in the direction in which the heaters 21 are arranged. The heater 21 is coupled to the heat transfer member 22 by the coupling portion 25 of the metal material so that the heat of the heater 21 can be smoothly transferred to the heat transfer member 22 and at the same time the heater 21 is It is to be firmly coupled to the heat transfer member (22). In addition, such a configuration also allows the heater 21 to be installed in a pre-coupled state to the heat transfer member 22, and the side effect of facilitating the installation of the heating device 20 during the manufacturing process of the blade 13 is also possible. It was to be reaped.

이러한 가열장치(20)를 갖춘 블레이드(13)를 제조할 때는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드(13)의 주 원료가 되는 복합소재를 몰드(mold)를 이용하여 블레이드(13) 형태로 성형하는 과정에서 가열장치(20)를 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 적층하는 방식으로 매설할 수 있다. 따라서 성형이 완료된 상태(성형된 복합소재의 경화가 완료된 상태)에서 블레이드(13) 외면은 매끈한 곡면을 유지할 수 있다.When manufacturing the blade 13 with such a heating device 20, as shown in Figs. 2 and 3, the blade 13 by using a mold (mold) the composite material that is the main raw material of the blade (13) In the forming process, the heating device 20 may be embedded in a manner of laminating the heating device 20 to the blade leading edge 13a. Accordingly, the outer surface of the blade 13 may maintain a smooth curved surface in a state in which molding is completed (a state in which hardening of the molded composite material is completed).

한편, 제조가 완료된 블레이드에 전술한 바와 같은 가열장치(20)를 설치할 때는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분만을 절개하여 제거 한 후, 여기에 가열장치(20)를 설치하고, 가열장치(20) 위에 블레이드 리딩엣지를 이루는 커버를 장착할 수 있다. 이 경우 커버는 볼트를 체결하거나 접착제로 부착하는 방식에 의해 결합될 수 있다. 또 커버가 결합되는 부분의 틈새(테두리부분 틈새) 또는 볼트가 체결되는 부분에는 공기저항을 최소화하기 위해 실란트(sealant) 등을 채우거나 도포하여 매끈한 외면이 유지되도록 할 수 있다.On the other hand, when installing the heating device 20 as described above on the blade is completed by cutting the blade leading edge (13a) only to remove the part, and then install the heating device 20 here, on the heating device 20 The cover constituting the blade leading edge can be mounted. In this case, the cover may be coupled by fastening the bolt or attaching it with an adhesive. In addition, a gap (border gap) of the part to which the cover is coupled or a part to which the bolt is fastened may be filled or coated with a sealant or the like to minimize air resistance so that a smooth outer surface may be maintained.

또 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)은 도 5에 도시한 바와 같이, 가열장치(20)의 동작제어를 위한 제어부(31), 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서(32), 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부(33), 히터(21)의 전원제어를 위한 히터구동부(34), 가열장치(20)의 원격제어를 위한 무선통신부(35)를 포함할 수 있다. In addition, the wind turbine 10 according to the present embodiment, as shown in Figure 5, the control unit 31 for the operation control of the heating device 20, the outside temperature sensor 32 for sensing the temperature of the outside air, the user The operation unit 33 for inputting operating conditions, the heater driver 34 for power control of the heater 21, and the wireless communication unit 35 for remote control of the heating device 20 may be included.

외기온도센서(32)는 외기의 온도를 감지한 후 이를 제어부(31)에 전송함으로써 제어부(31)가 이를 토대로 히터구동부(34)를 제어할 수 있도록 한다. 조작부(33)는 가열장치(20)의 동작 조건이 되는 설정온도 등을 사용자가 설정할 수 있도록 한다. 무선통신부(35)는 원격제어시스템(미도시)과 교신을 통해 가열장치(20)를 원격제어할 수 있도록 하고, 외기온도, 히터(21)의 가동상태 등의 동작정보를 원격제어시스템으로 전송하는 기능을 한다.The outside temperature sensor 32 detects the temperature of the outside air and transmits it to the control unit 31 so that the control unit 31 can control the heater driving unit 34 based on this. The operation unit 33 allows the user to set a set temperature or the like which is an operating condition of the heating device 20. The wireless communication unit 35 allows remote control of the heating device 20 through communication with a remote control system (not shown), and transmits operation information such as an outside temperature and an operating state of the heater 21 to the remote control system. Function.

조작부(33), 제어부(31), 무선통신부(35), 히터구동부(34)는 나셀(12)의 내부에 마련될 수 있고, 외기온도센서(32)는 나셀(12)의 외면 등에 설치될 수 있다. 그리고 각 블레이드(13)에 설치된 히터(21)는 히터구동부(34)로부터 풍력터빈의 회전축(미도시)과 허브(14)를 통하여 각 블레이드(13)로 연장되는 전원케이블(미도시)과 연결될 수 있다. 또 회전하는 축으로 전원을 연결할 때는 통상의 직류전동기에서 회전하는 축으로 전원을 연결하는 장치와 유사한 브러시형 전원연결장치를 채용할 수 있다.The operation unit 33, the control unit 31, the wireless communication unit 35, and the heater driving unit 34 may be provided inside the nacelle 12, and the outside air temperature sensor 32 may be installed on the outer surface of the nacelle 12. Can be. In addition, the heaters 21 installed on each blade 13 may be connected to a power cable (not shown) extending from the heater driver 34 to each blade 13 through the rotating shaft (not shown) and the hub 14 of the wind turbine. Can be. In addition, when connecting the power to the rotating shaft, a brush-type power connector similar to the device for connecting the power to the rotating shaft in a conventional DC motor can be adopted.

도 6은 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)의 가열장치(20) 제어동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시한 바와 같이, 제어부(31)는 외기온도센서(32)를 통해 외기의 온도를 감지하고(단계 41), 감지된 온도가 설정온도 미만인지를 판단한다(단계 42). 여기서 설정온도는 사용자가 미리 설정한 온도로 결빙조건이 되는 0℃이하의 임의 온도일 수 있다. 6 is a flowchart illustrating a control operation of the heating device 20 of the wind turbine 10 according to the present embodiment. As shown, the control unit 31 detects the temperature of the outside air through the outside temperature sensor 32 (step 41), and determines whether the sensed temperature is less than the set temperature (step 42). Here, the set temperature may be any temperature below 0 ° C., which is a freezing condition at a temperature preset by the user.

단계 42에서 외기의 온도가 설정온도 미만이면, 제어부(31)는 히터구동부(34)를 제어하여 히터(21)에 전원이 인가되도록 함으로써 히터(21)가 가동되도록 한다(단계 43). 그리고 단계 42에서 외기의 온도가 설정온도 이상이면, 제어부(31)는 히터(21)에 전원인가를 중단한다(단계 44). 이처럼 본 실시 예의 가열장치(20)는 외기온도가 설정온도 미만인 경우에만 자동으로 동작하므로 에너지소모를 최소화할 수 있다.If the temperature of the outside air is less than the set temperature in step 42, the control unit 31 controls the heater driving unit 34 so that power is applied to the heater 21 to operate the heater 21 (step 43). If the temperature of the outside air is higher than or equal to the set temperature in step 42, the control unit 31 stops applying power to the heater 21 (step 44). As such, the heating device 20 of the present embodiment may automatically operate only when the outside temperature is less than the set temperature, thereby minimizing energy consumption.

한편, 가열장치(20)가 동작할 때 히터(21)의 열은 전열부재(22)를 통해 블레이드 리딩엣지(13a) 전역으로 빠르게 확산되므로 블레이드 리딩엣지(13a)의 고른 가열이 이루어질 수 있다. 또 히터(21)의 하부는 단열재(23)에 의해 단열된 상태이기 때문에 히터(21)의 열은 대부분 블레이드 리딩엣지(13a) 표면 쪽으로 발산되므로 블레이드 리딩엣지(13a)의 가열효과를 높일 수 있다. 이처럼 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)의 가열장치(20)는 블레이드 리딩엣지(13a) 표면 쪽으로의 열 확산이 빠르고, 대부분의 열을 블레이드 리딩엣지(13a) 표면으로 유도할 수 있기 때문에 에너지 소모를 줄이면서도 블레이드 리딩엣지(13a)의 가열을 빠르게 수행할 수 있다. 이처럼 블레이드 리딩엣지(13a)가 가열되면, 블레이드 리딩엣지(13a)의 결빙을 방지할 수 있다. 물론 블레이드 리딩엣지(13a)에 이미 얼음이 형성된 경우에는 얼음을 녹여 제거할 수 있다.On the other hand, since the heat of the heater 21 is rapidly spread throughout the blade leading edge 13a through the heat transfer member 22 when the heating device 20 operates, the heating of the blade leading edge 13a can be made even. In addition, since the lower part of the heater 21 is insulated by the heat insulator 23, the heat of the heater 21 is mostly dissipated toward the surface of the blade leading edge 13a, so that the heating effect of the blade leading edge 13a can be enhanced. . As such, the heating device 20 of the wind turbine 10 according to the present embodiment has a rapid heat spreading toward the surface of the blade leading edge 13a, and since most of the heat can be directed to the surface of the blade leading edge 13a, energy is increased. The heating of the blade leading edge 13a can be performed quickly while reducing consumption. As such, when the blade leading edge 13a is heated, freezing of the blade leading edge 13a can be prevented. Of course, if the ice is already formed on the blade leading edge (13a) can be removed by melting the ice.

히터(21)가 가동될 때 제어부(31)는 에너지절감차원에서 주기적으로 설정시간동안 히터(21)에 전원을 인가하였다가 중단하는 형태를 반복하는 방식으로도 제어할 수 있다. 또한 외기의 온도변화에 대응하여 히터(21)에 인가되는 전압을 단계적으로 변화시키는 방식으로 제어할 수도 있다. 예를 들면, 외기온도가 0 ~ -10℃인 경우를 1단계, -11 ~ -20℃를 2단계, -21 ~ -30℃를 3단계 식으로 설정한 후 외기온도가 하강할수록 히터(21)에 인가되는 전압을 높이는 방식으로 제어할 수 있다. 이렇게 하면, 에너지소모를 최소화하면서도 블레이드 리딩엣지(13a)의 결빙을 방지할 수 있다.When the heater 21 is operated, the control unit 31 may also control the method of repeatedly applying the power to the heater 21 for a predetermined time and then stopping it in order to reduce energy. In addition, the voltage applied to the heater 21 may be controlled in a stepwise manner in response to the temperature change of the outside air. For example, if the outside temperature is 0 ~ -10 ℃ 1 stage, -11 ~ -20 ℃ is set in two stages, -21 ~ -30 ℃ in three stages formula, the heater (21) as the outside temperature drops Can be controlled by increasing the voltage applied thereto. By doing so, it is possible to prevent freezing of the blade leading edge 13a while minimizing energy consumption.

도 7과 도 8은 블레이드(13)에 설치되는 가열장치의 다른 실시 예들이다. 도 7의 가열장치(120)는 전열부재(122)의 하면에 블레이드(13)의 길이방향으로 복수의 히터(121a,121b,121c...)가 상호 이격된 상태로 매설되고, 각 히터(121a,121b,121c...)가 블레이드(13)에 매설된 전원케이블(127)에 연결되는 형태다. 또 각 히터(121a,121b,121c...)의 하부에는 도 2의 예와 마찬가지로 단열재(미도시)가 설치될 수 있다.7 and 8 are other embodiments of the heating device installed in the blade (13). In the heating device 120 of FIG. 7, a plurality of heaters 121a, 121b, 121c..., Are disposed in the longitudinal direction of the blade 13 on the lower surface of the heat transfer member 122, and each heater ( 121a, 121b, 121c ...) is connected to the power cable 127 embedded in the blade (13). In addition, a heat insulating material (not shown) may be installed below the heaters 121a, 121b, 121c ... as in the example of FIG. 2.

도 8의 가열장치(220)는 복수의 전열부재(222a,222b,222c...)가 블레이드(13)의 길이방향으로 연이어 매설되고, 각 전열부재(222a,222b,222c...)의 하면에 각각 별도의 히터(221a,221b,221c...)가 설치되며, 각 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13)에 매설된 전원케이블(227)에 연결되는 것이다. 또 각 히터(221a,221b,221c...)의 하부에는 역시 단열재(미도시)가 설치될 수 있다. In the heating apparatus 220 of FIG. 8, a plurality of heat transfer members 222a, 222b, 222c... Are successively embedded in the longitudinal direction of the blade 13, and each heat transfer member 222a, 222b, 222c. Separate heaters 221a, 221b, 221c ... are installed on the bottom surface, and each heater 221a, 221b, 221c ... is connected to the power cable 227 embedded in the blade 13. In addition, a heat insulating material (not shown) may also be installed below the heaters 221a, 221b, and 221c.

이처럼 상호 분할된 복수의 전열부재(222a,222b,222c...)와 복수의 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13) 길이방향으로 매설되는 형태는 블레이드(13)의 제작과정에서 이들의 설치가 용이하도록 할 수 있다. 또 풍력터빈(10)의 사용과정에서 히터에 고장이 발생할 경우 고장난 히터가 있는 부분의 블레이드 외면만을 부분적으로 절개한 후 히터와 전열부재를 함께 교체하는 것이 가능하기 때문에 유지보수가 용이할 수 있다. The plurality of heat transfer members 222a, 222b, 222c... And the plurality of heaters 221a, 221b, 221c... Which are divided in this way are embedded in the lengthwise direction of the blade 13. It can be made easy to install them in the process. In addition, when a failure occurs in the heater during the use of the wind turbine 10, it may be easy to maintain because it is possible to replace only the heater and the heat transfer member after partially cutting the blade outer surface of the part with the failed heater.

또 복수의 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13) 길이방향으로 매설되는 형태는 히터들(221a,221b,221c...) 중 일부에만 선택적으로 전원을 인가함으로써 블레이드 리딩엣지(13a)가 부분적으로 가열되도록 하거나, 각 히터(221a,221b,221c...)마다 전원의 인가조건(전압, 전원공급시간 등)을 달리하여 블레이드 리딩엣지(13a) 부위별로 온도를 다르게 제어할 수도 있다. 이처럼 각 히터(221a,221b,221c...)를 별도로 제어하기 위해 블레이드(13) 내에는 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 복수의 전원케이블이 설치될 수 있다.In addition, the plurality of heaters (221a, 221b, 221c ...) is embedded in the longitudinal direction of the blade 13, the blade leading edge by selectively applying power only to some of the heaters (221a, 221b, 221c ...) The temperature of the blade leading edge 13a is controlled differently by allowing the 13a to be partially heated or by changing the power supply conditions (voltage, power supply time, etc.) for each heater 221a, 221b, 221c ... You may. As such, in order to separately control each heater 221a, 221b, 221c ..., a plurality of power cables may be installed in the blade 13 to supply power separately for each heater.

10: 풍력터빈, 11: 타워,
12: 나셀, 13: 블레이드,
20: 가열장치, 21: 히터,
22: 전열부재, 23: 단열재,
25: 결합부.
10: wind turbine, 11: tower,
12: nacelle, 13: blade,
20: heater, 21: heater,
22: heat transfer member, 23: heat insulating material,
25: coupling part.

Claims (15)

타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서,
상기 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고,
상기 가열장치는 히터 및 상기 히터의 열을 상기 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 상기 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하며,
상기 히터는 금속피복재를 포함하고 그 외면이 금속의 용융접합에 의해 마련되는 결합부에 의해 상기 전열부재와 결합되는 풍력터빈용 블레이드.
In the blade for the wind turbine is installed on the nacelle of the top tower and rotates by wind to drive the generator inside the nacelle,
The blade includes a heating device embedded in the leading edge portion,
The heating device includes a heater and a heat transfer member stacked on the heater to diffuse the heat of the heater to the blade surface,
The heater blades for a wind turbine including a metal coating material and the outer surface is coupled to the heat transfer member by a coupling portion provided by the melt bonding of the metal.
제1항에 있어서,
상기 가열장치는 상기 히터의 열이 상기 전열부재 쪽으로 전달될 수 있도록 상기 히터 하부에 적층된 단열재를 더 포함하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The heating device blade further comprises a heat insulating material laminated to the lower portion of the heater so that the heat of the heater can be transferred to the heat transfer member.
제1항에 있어서,
상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The heat transfer member is a blade for a wind turbine, characterized in that the thin plate shape curved to correspond to the blade leading edge curved surface.
제1항에 있어서,
상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 철망형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The heat transfer member is a blade for a wind turbine, characterized in that the wire mesh shape bent to correspond to the blade leading edge curved surface.
제1항에 있어서,
상기 전열부재는 상기 블레이드 길이방향으로 길게 연장된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The heat transfer member is a blade for a wind turbine, characterized in that extending in the longitudinal direction of the blade.
제1항에 있어서,
상기 전열부재는 복수 개가 상기 블레이드 길이방향으로 매설된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The blade for the wind turbine, characterized in that the plurality of heat transfer member is embedded in the longitudinal direction of the blade.
제1항에 있어서,
상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고 상기 블레이드에 매설된 전원케이블에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
And a plurality of heaters are embedded in the longitudinal direction of the blade and connected to a power cable embedded in the blade, respectively.
제1항에 있어서,
상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고,
상기 블레이드 내에는 상기 각 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 전원케이블들이 설치된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
The method of claim 1,
The plurality of heaters are embedded in the longitudinal direction of the blade,
The blade blade for a wind turbine, characterized in that the power cable is installed to supply power separately for each heater in the blade.
삭제delete 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈.A wind turbine with a blade according to any one of claims 1 to 8. 제10항에 있어서,
상기 가열장치의 동작제어를 위한 것으로, 제어부, 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서, 상기 히터의 동작제어를 위한 히터구동부를 더 포함하는 풍력터빈.
The method of claim 10,
Wind turbine for controlling the operation of the heating device, the control unit, an outside air temperature sensor for sensing the temperature of the outside air, the heater driving unit for controlling the operation of the heater.
제11항에 있어서,
상기 가열장치의 원격제어를 위한 무선통신부와, 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부를 더 포함하는 풍력터빈.
12. The method of claim 11,
The wind turbine further comprises a wireless communication unit for remote control of the heating device, and an operation unit for the user to input the operating conditions.
제11항에 따른 풍력터빈의 제어방법에 있어서,
외기의 온도를 감지하고,
외기의 온도가 설정온도 미만이면 상기 히터가 가열되도록 상기 히터에 전원을 인가하고,
외기의 온도가 설정온도 이상이면 상기 히터에 전원인가를 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
In the control method of the wind turbine according to claim 11,
Sense the temperature of the outside air,
When the temperature of the outside air is less than the set temperature, power is applied to the heater so that the heater is heated,
The control method of the wind turbine, characterized in that the control to stop the power supply to the heater when the temperature of the outside air is above the set temperature.
제13항에 있어서,
상기 히터에 전원을 인가할 때는 외기의 온도변화에 대응하여 전압을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
The method of claim 13,
The method of controlling a wind turbine, characterized in that when applying power to the heater to change the voltage step by step in response to the temperature change of the outside air.
제8항에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 제어방법에 있어서,
상기 블레이드 리딩엣지의 부위별로 온도를 다르게 제어할 수 있도록 상기 각 히터에 인가되는 전원의 인가조건을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
In the control method of the wind turbine with a blade according to claim 8,
The control method of the wind turbine, characterized in that the application conditions of the power applied to the respective heaters are different so that the temperature can be controlled differently for each part of the blade leading edge.
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