KR101291177B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)의 회전운동을 통해 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle)이 내장되는 나셀 커버(nacelle cover); 나셀과 연결되는 다수의 케이블(cable)이 내부에 배치되며, 하단부는 지면에 지지되고 상단부는 나셀 커버에 연결되어 나셀 커버의 축방향 하중을 지지하는 타워(tower); 및 타워의 하부 영역에 마련되는 공기유입부와, 나셀 커버의 일측에 마련되는 공기배출부를 구비하며, 공기유입부와 공기배출부 간의 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 나셀 영역을 냉각시키는 나셀 냉각부를 포함한다.

Description

풍력발전기{WINDMILL}
본 발명은, 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 나셀(nacelle) 영역을 냉각시킬 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력발전기(혹은 풍력 터빈)는 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.
이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 로터(rotor)에 연결되어 나셀 커버(nacelle cover)에 결합되는 구조를 갖는다.
나셀 커버의 내부에는 나셀(nacelle)이 마련된다. 나셀은 블레이드와 연결된 로터(rotor)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft), 기어 박스(gear box), 제너레이터(generator)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 일컫는다.
한편, 이처럼 나셀 커버의 내부에는 나셀이라 하여 많은 기계부품들이 장착되어 있기 때문에 나셀로부터 발생되는 열을 방출시켜 나셀 영역을 냉각시킬 필요가 있으며, 이를 위해 다양한 시도를 기울이고 있다.
예컨대, 대한민국특허청 공개번호 제10-2011-0031334호(선행문헌 1)에는 기류를 형성하기 위한 별도의 기류 형성 장치를 나셀 영역에 장착한 기술을 제안하고 있고, 대한민국특허청 등록번호 제10-1030588호(선행문헌 2)에는 나셀 영역에 별도의 냉각 장치를 설치한 기술을 제안하고 있다.
하지만, 전술한 선행문헌들을 비롯하여 현재까지 알려진 종래기술의 경우에는 기류 형성 장치나 냉각 장치 등 구조가 복잡하거나 비용이 많이 소요되는 별도의 부품이나 장치를 추가로 설치하는 방법으로 나셀 영역에 대한 냉각을 시도하고 있으므로 이러한 장치를 설치하고 관리하는 데 따른 추가적인 비용과 노력이 발생되고 있는 문제점이 있다.
선행문헌 1 ; 대한민국특허청 공개번호 제10-2011-0031334호 선행문헌 2 ; 대한민국특허청 등록번호 제10-1030588호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공기의 자연 대류 순환을 통해 간단하면서도 효율적으로 나셀(nacelle) 영역을 냉각시킬 수 있는 풍력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)의 회전운동을 통해 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle)이 내장되는 나셀 커버(nacelle cover); 상기 나셀과 연결되는 다수의 케이블(cable)이 내부에 배치되며, 하단부는 지면에 지지되고 상단부는 상기 나셀 커버에 연결되어 상기 나셀 커버의 축방향 하중을 지지하는 타워(tower); 및 상기 타워의 하부 영역에 마련되는 공기유입부와, 상기 나셀 커버의 일측에 마련되는 공기배출부를 구비하며, 상기 공기유입부와 상기 공기배출부 간의 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 상기 나셀 영역을 냉각시키는 나셀 냉각부를 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.
상기 공기유입부는 상기 타워의 하부 영역에 배치되어 상기 타워 내부로의 출입 통로를 형성하는 타워 도어에 마련되고, 상기 공기배출부는 상기 나셀 커버의 배면에 마련될 수 있으며, 상기 공기유입부와 상기 공기배출부에는 각각 루버 모듈이 결합될 수 있다.
상기 루버 모듈은, 전면의 외곽틀을 형성하는 폐루프 형상의 모듈 프레임; 상기 모듈 프레임에 다수 개 배치되는 루버; 및 상기 모듈 프레임의 일측에 착탈 가능하게 결합되며, 순환되는 공기 속의 이물질을 필터링하는 적어도 하나의 필터를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 필터는 필터링을 위한 서로 다른 기능을 담당하는 제1 및 제2 필터를 포함할 수 있으며, 상기 루버 모듈은, 상기 모듈 프레임의 배면에 배치되고 상기 제1 필터가 슬라이딩 삽입되는 제1 필터 슬롯을 구비하는 제1 필터 지지부; 및 상기 제1 필터 지지부와의 사이에 상기 제2 필터가 슬라이딩 삽입되는 제2 필터 슬롯이 형성되도록 상기 제1 필터 지지부의 배면에 연결되는 제2 필터 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 타워의 내부에는 상기 타워의 길이 방향에 교차되는 방향을 따라 배치되어 작업자의 발판을 형성하는 적어도 하나의 플랫폼(platform)이 마련될 수 있으며, 상기 플랫폼에는 상기 다수의 케이블을 회전 가능하게 지지하는 케이블 회전지지부가 더 결합될 수 있다.
상기 케이블 회전지지부는, 상기 플랫폼에 고정되는 고정 홀더; 및 상기 고정 홀더의 반경 방향 내측에 배치되고 내부에 상기 다수의 케이블이 통과되는 회전몸체와, 상기 회전몸체의 상단부에 형성되고 상기 회전몸체의 직경보다 크게 형성되어 상기 고정 홀더의 상단부에 배치되는 플랜지부를 구비하는 회전 홀더를 포함할 수 있다.
상기 고정 홀더와 상기 회전 홀더 사이에는 베어링이 마련될 수 있다.
상기 회전 홀더의 내부에 상기 다수의 케이블이 배치되어 상기 회전 홀더와 상기 케이블이 한 몸체를 형성할 수 있도록, 상기 회전 홀더의 내부공간은 실링 컴파운드(sealing compound) 처리될 수 있다.
상기 플랫폼에 마련되어 상기 플랫폼의 개구를 개폐하는 플랫폼 도어; 상기 플랫폼 도어와 연결되어 상기 플랫폼 도어를 구동시키는 도어 구동부; 상기 나셀 커버의 내부에 마련되어 상기 나셀 영역의 화재를 감지하는 화재 감지부; 및 상기 화재 감지부의 감지 신호에 기초하여 상기 도어 구동부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 화재 감지부는, 화재 발생 시 연기를 감지하는 연기 감지모듈; 및 화재 발생 시 열을 감지하는 열 감지모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 공기의 자연 대류 순환을 통해 간단하면서도 효율적으로 나셀(nacelle) 영역을 냉각시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이다.
도 2는 나셀 커버 영역의 구조도이다.
도 3은 루버 모듈의 사시도이다.
도 4는 플랫폼 영역을 도시한 도 1의 A 영역에 대한 개략적인 확대 투영도이다.
도 5는 케이블 회전지지부 영역의 단면 구조도이다.
도 6은 플랫폼 도어와 도어 구동부의 동작을 보인 사시도이다.
도 7은 풍력발전기의 제어블록도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 플랫폼 도어와 도어 구동부의 동작을 보인 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기의 측면 구조도이고, 도 2는 나셀 커버 영역의 구조도이며, 도 3은 루버 모듈의 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기는, 타워(101, tower)와, 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(103, blade)와, 다수의 블레이드(103)가 연결되는 로터(110, rotor)와, 로터(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)과, 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 나셀 커버(130, nacelle cover)와, 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 나셀 영역을 냉각시키는 나셀 냉각부(미도시)를 포함한다.
타워(101)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상하로 길게 배치되는 축으로서, 블레이드(103)들, 로터(110), 나셀 및 나셀 커버(130) 등의 축방향 하중을 지지한다.
타워(101)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수도 있다. 본 실시예의 경우, 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 나셀 영역을 냉각시키고 있으므로 타워(101)의 높이가 높을수록 큰 기압차를 얻을 수 있어 공기 순환이 더더욱 유리해질 수 있다. 본 실시예의 경우, 길이가 100 미터(m)인 타워(101)를 적용하고 있지만 이의 수치에 본 실시예의 권리범위가 제한되지 않는다.
블레이드(103)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있으며, 2개 이상이 적용될 수 있다. 본 실시예의 풍력발전기에는 3개의 블레이드(103)가 적용되고 있지만 이의 개수에 의해 본 실시예의 권리범위가 제한되지 않는다.
로터(110)는 다수의 블레이드(103)가 연결되는 장소이다. 정면에서 바라볼 때 로터(110)는 대략 원형의 형상을 갖는다. 블레이드(103)가 연결되는 부분을 허브(hub)라 부르기도 하는데, 여기에서는 허브라는 명칭을 별도로 구별하지 않고 로터(110)라 총칭하기로 한다. 로터(110)에 블레이드(103)가 연결되기 때문에 로터(110)는 블레이드(103)와 동회전된다.
앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 나셀은, 블레이드(103)와 연결된 로터(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(120, main shaft, 도 2 참조), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름이다.
이러한 기계부품들은 상호 작용하도록 연결되어 있는데, 본 실시예의 도면에서는 편의를 위해 메인 샤프트(120)를 제외하고 나셀을 구성하는 기계부품들에 대해서는 도시하지 않았다.
나셀의 한 기계부품인 메인 샤프트(120)는 블레이드(103)의 회전운동을 직접 전달받는 부분이다. 메인 샤프트(120)의 헤드 영역에는 로터 락 디스크(125, rotor lock disk)가 연결된다.
도넛 형상을 갖는 로터 락 디스크(125)는 메인 샤프트(120)의 헤드부(121, 도 2 참조), 즉 로터(110)를 향한 메인 샤프트(120)의 헤드부(121)의 외측에서 반경 방향 외측으로 연장되게 결합되어 메인 샤프트(120)의 헤드부(121)를 나셀 커버(130)에 지지시킨다.
나셀 커버(130)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(130)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(130)는 내구성이 우수한 플라스틱 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.
나셀 커버(130)는 대략 박스(box) 형상의 조립 구조물로서, 메인 샤프트(120)의 측방향 일측에 결합되는 좌측 커버(131)와, 메인 샤프트(120)를 사이에 두고 좌측 커버(131)에 대칭되게 메인 샤프트(120)에 결합되는 우측 커버(132)와, 좌측 커버(131)와 우측 커버(132)와 함께 나셀을 감싸는 상부 커버(133)를 구비한다. 좌측 커버(131)와 우측 커버(132)의 하부에 결합되는 하부 커버(미표기)에는 타워(101)가 삽입되는 홀(H, Hole)이 형성된다.
도시하지 않았지만 나셀 커버(130)는 로터(110)에 인접되게 조립되는 부품이기 때문에 로터(110)와 나셀 커버(130) 사이에는 조립 공차에 의한 갭(gap, 미도시)이 발생될 수밖에 없는데, 이러한 갭을 통해 눈이나 빗물 등의 수분이 유입되어 나셀에 손상을 입히는 것을 저지하기 위해 로터(110) 영역의 나셀 커버(130)에는 레인 프로텍터(rain protector, 미도시)가 마련된다. 레인 프로텍터는 쉽게 끼울 수 있는 링(ring) 타입의 구조물일 수 있으며, 해당 위치에서 눈이나 빗물 등의 수분이 나셀 쪽으로 유입되는 것을 저지시킨다.
한편, 나셀 냉각부(미도시)는 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 상기 나셀 영역을 냉각시키는 것으로서, 도 1에 도시된 것처럼 타워(101)의 하부 영역에 마련되는 공기유입부(141)와, 도 2에 도시된 것처럼 나셀 커버(130)에 마련되는 공기배출부(142)를 구비한다.
전술한 바와 같이, 타워(101)가 예컨대 100 미터(m) 내외의 거대 구조물임을 감안할 때, 타워(101)의 하부 영역에 공기유입부(141)를 만들고, 타워(101)의 상부 영역인 나셀 커버(130)에 공기배출부(142)를 마련하면, 공기는 기압차에 의해 공기유입부(141)로 유입되어 타워(101)의 내부로 유동된 후에 나셀 커버(130)의 홀(H, 도 2 참조)을 통해 나셀 커버(130)의 내부로 유입되어 나셀을 냉각시킨 후, 공기배출부(142)로 배출될 수 있다.
이러한 공기 순환은 연속해서 반복될 수 있기 때문에 종래처럼 복잡하거나 고비용의 냉각 장치를 별도로 갖추지 않더라도 나셀 영역에 대한 냉각 작용을 수행할 수 있다.
공기유입부(141)는 타워(101)의 하부 영역에 배치되어 타워(101) 내부로의 출입 통로를 형성하는 타워 도어(145, 도 1 참조)에 마련될 수 있다. 그리고 공기배출부(142)는 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이, 나셀 커버(130)의 배면에 마련될 수 있다. 물론, 이러한 위치적인 한정은 하나의 실시예에 불과하며, 본 실시예의 권리범위가 이에 제한되지 않는다.
공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 타워(101)의 하부와 나셀 커버(130)의 배면에 각각 마련함에 있어, 공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 단순한 구멍(open)의 형태로 마련할 수도 있다. 하지만, 이러한 경우에는 이물질이나 동식물이 타워(101)와 나셀 커버(130)의 내부로 유입될 우려가 높다.
따라서 본 실시예의 경우에는 공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 통해 공기의 유입과 배출은 자연스럽게 진행되면서도 이물질이나 동식물이 타워(101)와 나셀 커버(130)의 내부로 유입되는 것을 저지할 수 있도록 공기유입부(141)와 공기배출부(142)에 루버 모듈(150)을 마련하고 있다.
공기유입부(141)와 공기배출부(142)에 마련되는 루버 모듈(150)의 구조는 모두 동일하기 때문에 동일한 참조부호를 부여했다.
루버 모듈(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전면의 외곽틀을 형성하는 폐루프 형상의 모듈 프레임(151)과, 모듈 프레임(151)에 다수 개 배치되는 루버(152)와, 모듈 프레임(151)의 일측에 착탈 가능하게 결합되며, 순환되는 공기 속의 이물질을 필터링하는 제1 및 제2 필터(153a,153b)를 포함한다.
모듈 프레임(151)은 전술한 바와 같이, 타워 도어(145) 혹은 나셀 커버(130)의 배면에 나사 결합될 수 있다. 모듈 프레임(151)은 루버(152)를 지지한다.
루버(152)는 비스듬한 각도로 다수 개 배치되어 공기의 유입 또는 배출은 허용하면서도 외부 이물질이 유입되는 것을 저지시키는 역할을 한다. 특히, 루버(152)는 빗물이나 눈 등의 수분이 타워(101)와 나셀 커버(130)의 내부로 유입되는 것을 저지한다. 본 실시예의 경우, 루버(152)는 고정식이나 전동식 루버일 수도 있다.
제1 및 제2 필터(153a,153b)는 모듈 프레임(151)의 일측에 착탈 가능하게 결합되어 순환되는 공기 속의 이물질을 필터링한다. 본 실시예의 경우, 서로 다른 기능을 담당하는 2개의 제1 및 제2 필터(153a,153b)를 개시하고 있지만, 하나의 필터가 적용될 수도 있고, 혹은 3개 이상의 서로 다른 기능을 담당하는 필터가 적용될 수도 있다. 예컨대, 프리 필터, 헤파 필터, 정전 필터 등의 다양한 종류의 필터가 적용될 수 있다.
제1 및 제2 필터(153a,153b)의 장착을 위해 모듈 프레임(151)에는 각각 제1 필터 지지부(154)와 제2 필터 지지부(155)가 마련된다.
제1 필터 지지부(154)는 모듈 프레임(151)의 배면에 배치되고 제1 필터(153a)가 슬라이딩 삽입되는 제1 필터 슬롯(154a)을 구비한다. 그리고 제2 필터 지지부(155)는 제1 필터 지지부(154)와의 사이에 제2 필터(153b)가 슬라이딩 삽입되는 제2 필터 슬롯(155a)이 형성되도록 제1 필터 지지부(154)의 배면에 연결된다. 이와 같은 제1 필터 지지부(154)와 제2 필터 지지부(155)의 구조로 인해 제1 및 제2 필터(153a,153b)의 설치 및 교체가 용이해질 수 있다.
도 4는 플랫폼 영역을 도시한 도 1의 A 영역에 대한 개략적인 확대 투영도이고, 도 5는 케이블 회전지지부 영역의 단면 구조도이며, 도 6은 플랫폼 도어와 도어 구동부의 동작을 보인 사시도이고, 도 7은 풍력발전기의 제어블록도이다.
도 4를 먼저 참조하면, 타워(101)의 내부에는 타워(101)의 길이 방향에 교차되는 방향을 따라 배치되어 작업자의 발판을 형성하는 플랫폼(160, platform)이 마련된다. 도 4에는 하나의 플랫폼(160)이 도시되어 있지만 플랫폼(160)은 타워(101)의 길이 방향을 따라 군데군데에 다수 개 마련될 수 있다.
이러한 플랫폼(160)의 중앙 영역에는 나셀과 연결된 다수의 케이블(C, cable)을 회전 가능하게 지지하는 케이블 회전지지부(170)가 마련된다. 케이블(C)은 단선이 아니라 케이블 홀더(C/H, Cable Holder)에 의해 묶인 다발일 수 있는데, 이러한 케이블(C)을 회전 가능하게 지지하기 위해 케이블 회전지지부(170)가 마련된다.
참고로, 블레이드(103)는 바람의 방향에 따라 그 위치가 바뀌어야 한다. 이를 위해 타워(101)에 대하여 나셀 커버(130)가 회전될 수 있는데, 이처럼 나셀 커버(130)가 회전될 때 케이블(C)을 회전 가능하게 지지하지 못하게 되면 케이블(C)이 끊어질 위험이 있다. 따라서 본 실시예의 경우에는 블레이드(103)를 포함하여 나셀 커버(130)가 회전되더라도 케이블(C)이 꼬이면서 끊어지는 현상을 저지시키기 위해 케이블 회전지지부(170)를 마련하고 있는 것이다.
케이블 회전지지부(170)는 도 5에 도시된 바와 같이, 플랫폼(160)에 고정되는 고정 홀더(171)와, 고정 홀더(171)에 대해 상대 회전되는 회전 홀더(172)를 포함한다.
회전 홀더(172)는 고정 홀더(171)의 반경 방향 내측에 배치되고 내부에 케이블(C)이 통과되는 회전몸체(172a)와, 회전몸체(172a)의 상단부에 형성되고 회전몸체(172a)의 직경보다 크게 형성되어 고정 홀더(171)의 상단부에 배치되는 플랜지부(172b)를 구비한다.
이때, 고정 홀더(171)에 대한 회전 홀더(172)의 원활한 회전을 위하여 고정 홀더(171)와 회전 홀더(172) 사이에는 베어링(173)이 개재될 수 있다. 베어링(173)은 볼 베어링, 롤러 베어링 등 어떠한 것이 적용되어도 무방하다.
회전 홀더(172)의 내부로 케이블(C)이 배치된 후에는 회전 홀더(172)의 내부공간은 실링 컴파운드(174, sealing compound) 처리된다. 따라서 케이블(C)과 회전 홀더(172)는 한 몸체를 이룬다.
이와 같은 구조의 케이블 회전지지부(170)가 마련됨으로써 설사 블레이드(103)를 포함하여 나셀 커버(130)가 회전되더라도 케이블(C)이 꼬이면서 끊어지는 현상을 효과적으로 저지시킬 수 있다.
한편, 기계 부품들로 이루어진 나셀 영역은 화재 발생에 취약할 수 있다. 만약, 나셀 영역에 화재가 발생되었음에도 불구하고, 공기의 자연 대류 순환이 계속해서 이루어지면 곤란하다. 즉 나셀 영역에 화재가 발생된 경우에는 공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 잇는 공기의 자연 대류 순환이 차단되어야 한다. 이를 위해 아래와 같이, 플랫폼 도어(162), 도어 구동부(180), 화재 감지부(190) 및 컨트롤러(195) 등의 구성이 본 실시예의 풍력발전기에 갖춰진다.
도 4를 참조하면, 플랫폼(160)의 일측에는 작업자가 상부로 올라가는 통로인 해치(161)가 마련되고, 반대편에는 플랫폼(160)의 개구(160a, Open)를 개폐하는 플랫폼 도어(162)가 마련된다. 본 실시예의 경우, 플랫폼(160)의 개구(160a)와 플랫폼 도어(162) 모두가 원반 형상으로 되어 있다.
플랫폼 도어(162)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 플랫폼 도어(162)를 구동시키는 도어 구동부(180)가 마련된다. 본 실시예에서 도어 구동부(180)는 플랫폼 도어(162)에 직결되는 모터로 적용되고 있다. 도어 구동부(180)가 동작됨에 따라 플랫폼 도어(162)는 도 6의 점선 혹은 실선처럼 구동되면서 플랫폼(160)의 개구(160a)를 개폐할 수 있다.
도 7을 참조하면, 나셀 커버(130)의 내부에는 기계 부품으로 이루어진 나셀 영역의 화재를 감지하는 화재 감지부(190)가 마련된다. 이러한 화재 감지부(190)는 화재 감지부(190)의 감지 신호에 기초하여 도어 구동부(180)의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러(195)와 연결된다.
화재 감지부(190)는 나셀 영역의 화재를 감지하는 역할을 한다. 이러한 화재 감지부(190)는 화재 발생 시 연기를 감지하는 연기 감지모듈(191)과, 화재 발생 시 열을 감지하는 열 감지모듈(192)을 포함할 수 있다. 연기 감지모듈(191)과 열 감지모듈(192)은 모두 나셀 커버(130)의 내벽에 결합될 수 있다.
컨트롤러(195)는 연기 감지모듈(191)과 열 감지모듈(192)을 구비하는 화재 감지부(190)와 연결되어 화재 감지부(190)의 감지 신호에 기초하여 도어 구동부(180)의 동작을 컨트롤할 수 있다. 예컨대, 나셀 영역에 화재가 발생된 경우, 화재 감지부(190)가 화재 발생 신호를 컨트롤러(195)로 전송하면 컨트롤러(195)는 도어 구동부(180)의 동작을 컨트롤하여 도 6의 실선처럼 플랫폼 도어(162)가 배치되도록 함으로써 공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 잇는 공기의 자연 대류 순환이 차단되도록 한다. 그러면 화재가 발생된 나셀 영역으로 공기의 유입이 차단되기 때문에 화재를 진압하는 데 유리할 수 있다.
이러한 컨트롤러(195)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(195a, CPU), 메모리(195b, MEMORY), 서포트 회로(195c, SUPPORT CIRCUIT)를 포함한다.
중앙처리장치(195a)는 본 실시예의 풍력발전기에서 화재 진압을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(195b, MEMORY)는 중앙처리장치(195a)와 함께 동작될 수 있도록 연결된다. 메모리(195b)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(195c, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(195a)와 작용적으로 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(195c)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예에 따른 풍력발전기에서 연기 감지모듈(191)과 열 감지모듈(192)을 포함하는 화재 감지부(190)로부터의 감지 신호에 기초하여 도어 구동부(180)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등이 메모리(195b)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(195b)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있으며, 그러한 다른 중앙처리장치(미도시)는 풍력발전기와는 거리적으로 이격된 곳에 위치된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 타워(101)의 하부 영역에 공기유입부(141)를 만들고, 타워(101)의 상부 영역인 나셀 커버(130)에 공기배출부(142)를 마련하면, 공기는 기압차에 의해 공기유입부(141)로 유입되어 타워(101)의 내부로 유동된 후에 나셀 커버(130)의 홀(H, 도 2 참조)을 통해 나셀 커버(130)의 내부로 유입되어 나셀을 냉각시킨 후, 공기배출부(142)로 배출될 수 있다.
이러한 공기 순환은 연속해서 반복될 수 있기 때문에 종래처럼 복잡하거나 고비용의 냉각 장치를 별도로 갖추지 않더라도 나셀 영역에 대한 냉각 작용을 수행할 수 있다.
그리고 케이블 회전지지부(170)가 마련됨으로써 설사 블레이드(103)를 포함하여 나셀 커버(130)가 회전되더라도 케이블(C)이 꼬이면서 끊어지는 현상을 효과적으로 저지시킬 수 있다.
그리고 나셀 영역에 화재가 발생된 경우, 화재 감지부(190)가 화재 발생 신호를 컨트롤러(195)로 전송하면 컨트롤러(195)는 도어 구동부(180)의 동작을 컨트롤하여 도 6의 실선처럼 플랫폼 도어(162)가 배치되도록 함으로써 공기유입부(141)와 공기배출부(142)를 잇는 공기의 자연 대류 순환이 차단되도록 한다. 그러면 화재가 발생된 나셀 영역으로 공기의 유입이 차단되기 때문에 화재를 진압하는 데 유리할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기에서 플랫폼 도어와 도어 구동부의 동작을 보인 사시도이다.
본 실시예의 경우, 플랫폼(260)의 개구(260a)와 플랫폼 도어(262) 모두가 사각 플레이트 형상으로 되어 있다.
이러한 구조에서 도어 구동부(280)는 사각 플레이트 형상의 플랫폼 도어(262)와 연결되어 플랫폼 도어(262)를 도 8의 진한 화살표 방향으로 슬라이딩 이동시키면서 플랫폼 도어(262)로 하여금 플랫폼(260)의 개구(260a)를 개폐하도록 하고 있다.
본 실시예에서 도어 구동부(280)는 플랫폼 도어(262)의 측벽에 형성되는 랙 기어(281)와, 랙 기어(281)와 상호 작용되는 피니언 기어(282)와, 피니언 기어(282)를 구동시키는 모터(283)를 포함할 수 있다. 모터(283)는 플랫폼(260)의 적당한 위치에 브래킷을 장착하여 고정시킬 수 있다.
이러한 도어 구동부(280)의 구조에 의하면, 모터(283)의 정역 방향으로의 구동에 기초하여 피니언 기어(282)와 랙 기어(281)가 상호 작용함에 따라 플랫폼 도어(262)가 도 8의 진한 화살표 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있고, 이로 인해 플랫폼(260)의 개구(260a)가 선택적으로 개폐될 수 있게 된다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
전술한 실시예에서는 공기유입부와 공기배출부가 각각 타워의 하부와 나셀 커버의 배면에 마련되었으나 특히, 공기배출부의 경우에는 반드시 나셀 커버의 배면에 마련될 필요는 없으며, 나셀 커버의 측면이나 상면에 마련될 수도 있을 것이다.
전술한 실시예의 나셀 커버가 육면체 구조를 가졌기 때문에 공기유입부(141)와 공기배출부(142)가 평면 형상으로 제작되었지만 만약, 나셀 커버가 곡률을 가진다면 그 곡률에 대응되게 공기유입부(141)와 공기배출부(142)가 아크(arc) 형상을 가질 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
101 : 타워 103 : 블레이드
110 : 로터 120 : 메인 샤프트
130 : 나셀 커버 131 : 좌측 커버
132 : 우측 커버 133 : 상부 커버
141 : 공기유입부 142 : 공기배출부
150 : 루버 모듈 151 : 모듈 프레임
152 : 루버 153a,153b : 제1 및 제2 필터
154 : 제1 필터 지지부 155 : 제2 필터 지지부
160 : 플랫폼 161 : 해치
162 : 플랫폼 도어 170 : 케이블 회전지지부
171 : 고정 홀더 172 : 회전 홀더
173 : 베어링 174 : 실링 컴파운드
180 : 도어 구동부 190 : 화재 감지부
195 : 컨트롤러

Claims (10)

  1. 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)의 회전운동을 통해 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle)이 내장되는 나셀 커버(nacelle cover);
    상기 나셀과 연결되는 다수의 케이블(cable)이 내부에 배치되며, 하단부는 지면에 지지되고 상단부는 상기 나셀 커버에 연결되어 상기 나셀 커버의 축방향 하중을 지지하는 타워(tower);
    상기 타워의 하부 영역에 마련되는 공기유입부와, 상기 나셀 커버의 일측에 마련되는 공기배출부를 구비하며, 상기 공기유입부와 상기 공기배출부 간의 기압차에 따른 공기의 자연 대류 순환에 의해 상기 나셀 영역을 냉각시키는 나셀 냉각부;
    상기 타워의 내부에 마련되되 상기 타워의 길이 방향에 교차되는 방향을 따라 배치되어 작업자의 발판을 형성하는 적어도 하나의 플랫폼(platform); 및
    상기 플랫폼에 마련되어 상기 다수의 케이블을 회전 가능하게 지지하는 케이블 회전지지부를 포함하며,
    상기 케이블 회전지지부는,
    상기 플랫폼에 고정되는 고정 홀더; 및
    상기 고정 홀더의 반경 방향 내측에 배치되고 내부에 상기 다수의 케이블이 통과되는 회전몸체와, 상기 회전몸체의 상단부에 형성되고 상기 회전몸체의 직경보다 크게 형성되어 상기 고정 홀더의 상단부에 배치되는 플랜지부를 구비하는 회전 홀더를 포함하는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기유입부는 상기 타워의 하부 영역에 배치되어 상기 타워 내부로의 출입 통로를 형성하는 타워 도어에 마련되고, 상기 공기배출부는 상기 나셀 커버의 배면에 마련되며,
    상기 공기유입부와 상기 공기배출부에는 각각 루버 모듈이 결합되는 풍력발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 루버 모듈은,
    전면의 외곽틀을 형성하는 폐루프 형상의 모듈 프레임;
    상기 모듈 프레임에 다수 개 배치되는 루버; 및
    상기 모듈 프레임의 일측에 착탈 가능하게 결합되며, 순환되는 공기 속의 이물질을 필터링하는 적어도 하나의 필터를 포함하는 풍력발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 필터는 필터링을 위한 서로 다른 기능을 담당하는 제1 및 제2 필터를 포함하며,
    상기 루버 모듈은,
    상기 모듈 프레임의 배면에 배치되고 상기 제1 필터가 슬라이딩 삽입되는 제1 필터 슬롯을 구비하는 제1 필터 지지부; 및
    상기 제1 필터 지지부와의 사이에 상기 제2 필터가 슬라이딩 삽입되는 제2 필터 슬롯이 형성되도록 상기 제1 필터 지지부의 배면에 연결되는 제2 필터 지지부를 더 포함하는 풍력발전기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정 홀더와 상기 회전 홀더 사이에는 베어링이 마련되는 풍력발전기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전 홀더의 내부에 상기 다수의 케이블이 배치되어 상기 회전 홀더와 상기 케이블이 한 몸체를 형성할 수 있도록, 상기 회전 홀더의 내부공간은 실링 컴파운드(sealing compound) 처리되는 풍력발전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플랫폼에 마련되어 상기 플랫폼의 개구를 개폐하는 플랫폼 도어;
    상기 플랫폼 도어와 연결되어 상기 플랫폼 도어를 구동시키는 도어 구동부;
    상기 나셀 커버의 내부에 마련되어 상기 나셀 영역의 화재를 감지하는 화재 감지부; 및
    상기 화재 감지부의 감지 신호에 기초하여 상기 도어 구동부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 풍력발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화재 감지부는,
    화재 발생 시 연기를 감지하는 연기 감지모듈; 및
    화재 발생 시 열을 감지하는 열 감지모듈을 포함하는 풍력발전기.
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