KR101297424B1 - 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치에 관한 것으로 풍력을 이용하여 전기를 발전하는 것으로 일 측에 프로펠러가 결합되고 내부에 장착공간이 마련된 나셀과, 상기 장착공간에 설치되고 상기 프로펠러의 회전축에 결합되어 전기를 발생시키는 발전기와, 상기 장착공간 내부에 설치되어 산소 농도를 측정하는 산소센서에서 측정된 산소 농도 값을 기준으로 상기 장착공간으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급유니트를 구비한다.
본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치에 의하면, 나셀 내부에서 오일 미스트의 발생시 과열 또는 점화에 의하여 오일 미스트와 반응하는 산소의 농도를 줄이고 반응성이 약한 불활성 기체를 투입함으로서 오일 미스트의 폭발하는 것을 방지할 수 있으며, 아울러 나셀 내부의 전기적인 결함으로 기인한 화재를 예방할 수 있다.

Description

화재방지수단을 갖는 풍력발전장치{windpower generator with the fire protection method}

본 발명은 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치에 관한 것으로 풍력을 이용하여 발전하는 풍력발전기의 화재를 방지할 수 있는 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치에 관한 것이다.

풍력은 현재 이용가능한 가장 깨끗하고 가장 환경 친화적인 에너지원으로 고려되고 있다. 현대의 풍력 발전용 터빈은 전형적으로 타워, 타워 상에서 회전가능하게 설치되는 프로펠러, 나셀 내에 장착되는 발전기, 기어박스 및 프로펠러를 포함한다.

이와 같은 풍력발전기는 프로펠러가 회전하게 되면서 프로펠러의 샤프트와 연결된 기어박스에 회전력이 전달되며 회전속도가 증속되어 발전기에서 전기를 생산하는 구조이다.

상기의 샤프트와 샤프트를 지지하는 하우징 사이와 및 기어박스 내부의 기어들 사이에는 샤프트와 기어들의 원활한 회전을 위한 윤활유가 투입되는데 샤프트와 하우징 및 각 기어 간의 마찰열에 의하여 윤활유가 연소하기 쉬운 기체상태로 상 변환되어 하우징 내부에 오일 미스트(Oil Mist)가 부유하게 된다.

하우징 내부에 부유하는 오일 미스트는 그 분포밀도가 점차적으로 증가하게 되면서 마찰열 또는 하우징 내부에서 발생하는 스파크에 의해 발화를 하게 되고 결국에는 폭발을 일으킬 수 있으며, 이외에도 전기적 결함에 의해 화재가 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-0997216호에는 오일 미스트 검출장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기의 오일미스트 검출장치는 엔진 크랭크 케이스 내에 오일 미스트가 발생된 상태에서 이를 감지하고 조치하게 되므로 폭발의 위험성을 근본적으로 해결할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나셀 내부에서 오일 미스트의 발생시 과열 또는 점화에 의한 오일 미스트의 폭발 또는 전기적인 결함에 의한 화재를 미연에 방지할 수 있어 안전사고를 예방할 수 있는 풍력발전기의 화재방지 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치는 풍력을 이용하여 전기를 발전하는 것으로 일 측에 프로펠러가 결합되고 내부에 장착공간이 마련된 나셀과, 상기 장착공간에 설치되고 상기 프로펠러의 회전축에 결합되어 전기를 발생시키는 발전부와, 상기 나셀 내부에 설치되어 산소 농도를 측정하는 산소센서의 산소 농도 측정값을 기준으로 상기 장착공간으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급유니트를 구비한다.

삭제

상기 불활성 가스 공급유니트는 공기를 압축하는 에어컴프레서와, 상기 에어컴프레서에서 생성된 압축공기를 저장하는 공기탱크와, 상기 공기탱크에 저장된 압축공기로부터 질소를 분리 및 생성하는 질소발생기와, 상기 질소발생기에서 생성된 질소를 저장하는 질소탱크와, 상기 질소탱크로부터 상기 나셀 내부로 질소를 이송하는 이송라인과, 상기 이송라인 상에 설치되는 메인밸브와, 상기 메인밸브의 작동을 제어하는 것으로 상기 나셀 내부의 산소 농도가 설정된 기준치 이상이면 상기 이송라인을 개방하고 기준치 이하이면 상기 이송라인을 폐쇄하도록 상기 메인밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

상기 이송라인은 상기 질소탱크로부터 상기 나셀로 연장된 메인이송관과, 상기 메인이송관으로부터 상기 나셀 내부로 연장되되 서로 다른 방향 및 위치로 각각 분기되며 차단밸브가 각각 마련된 복수의 분기관들을 포함하며, 상기 산소센서는 상기 각 분기관들이 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치된다.

상기 발전부는 상기 프로펠러의 회전속도를 증속 또는 감속시키는 연동기어와 상기 연동기어와 연결되는 발전기를 포함하고, 상기 연동기어 및 상기 발전기 내부에 산소 농도를 측정하는 보조센서를 더 구비하고, 상기 이송라인은 상기 분기관으로부터 분기되어 상기 연동기어와 상기 발전기 내부로 각각 연장된 보조분기관을 포함한다.

상기 나셀은 상기 장착공간과 외부공간을 연통시키는 도어와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 도어의 개폐를 단속하는 것으로 상기 도어에 설치되어 상기 산소센서에서 측정된 산소 농도 값이 설정된 기준치 이하이면 상기 도어를 폐쇄된 상태로 유지하고, 기준치 이상이면 상기 도어를 개방할 수 있도록 폐쇄상태를 해제하는 록킹수단을 구비한다.

본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치에 의하면, 나셀 내부에서 오일 미스트의 발생시 과열 또는 점화에 의하여 오일 미스트와 반응하는 산소의 농도를 줄이고 반응성이 약한 불활성 기체를 투입함으로써 화재의 발생을 미연에 방지할 수 있으며, 발전기 또는 기어박스의 전기적인 결함에 의한 화재 발생을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치의 부분 절개 사시도이며,
도 3은 도 1에 도시된 도어 및 록킹부를 도시한 부분확대 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치를 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치는 나셀(10)과, 연동기어(20)와, 발전기(30)를 포함하는 발전부와, 불활성 가스 공급유니트(40)를 구비한다.

나셀(10)은 바람에 의해 회전하는 프로펠러(12)의 회전축을 지지 및 수용하고, 내부에 발전부를 설치할 수 있게 장착공간이 마련되며, 지면으로부터 상공으로 연장된 타워(11)의 상단에 회전가능하게 결합된다.

상기의 타워(11)는 연동기어(20) 및 발전기(30)에 고장이 발생할 시 작업자가 올라갈 수 있도록 내부가 빈 원통 구조로 형성되며, 도면에 도시되어 있지 않지만 내부에는 사다리 또는 엘리베이터와 같은 승강수단이 구비된다.

연동기어(20)는 나셀(10) 장착공간에 설치되어 프로펠러(12)의 회전에 따른 회전축의 회전속도를 증속 또는 감속하여 발전기(30)에 회전력을 전달한다.

발전기(30)는 연동기어(20)의 일측에 결합되어 프로펠러(12)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 영구자석을 포함하는 로터와, 로터를 감싸도록 형성되며 복수의 코일들이 마련된 스테이터를 포함하는 통상의 발전기를 적용한다.

나셀(10)에는 점검자의 출입이 가능하도록 도어(14)가 마련된다.

본 실시 예에서 상기 도어(14)는 나셀(10)의 측면에 형성된 것처럼 도시되었으나, 타워(11) 내부를 통해 나셀(10) 내부로 점검자가 진입할 수 있게 나셀(10)의 바닥면에 회동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

상기의 도어(14)에는 후술하는 컨트롤러(80)에 의하여 장착공간 내의 산소 농도가 기준치 이상일 때, 도어(14)를 개방상태로 유지시키고, 산소 농도가 기준치 이하일 때, 도어(14)를 폐쇄상태로 유지시키는 록킹부(15)를 구비한다.

상기의 록킹부(15)는 솔레노이드 또는 유압 실린더 또는 공압 실린더를 적용할 수 있으며, 유압 또는 공압 실린더를 적용할 경우 별도의 오일 또는 공기를 압축하여 공급하는 압축수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

불활성 가스 공급유니트(40)는 상기 나셀(10) 내부로 불활성 가스를 공급하는 것으로 공급부(50), 이송라인(60), 메인밸브(71), 컨트롤러(80)를 포함한다.

본 실시 예에서 불활성 가스는 질소(N₂)를 적용하였으나, 이와는 다르게 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn) 등을 적용할 수 있다.

공급부(50)는 에어컴프레서(51), 공기탱크(52), 제1필터(53), 흡착드라이어(54), 제2필터(55), 질소발생기(56), 질소탱크(57)를 포함한다.

에어컴프레서(51)는 외기를 압축하여 공기탱크(52)에 저장하며, 공기탱크(52)에 저장된 압축공기는 제1필터(53)를 거치면서 유해가스, 부식성 가스, 먼지 등의 이물질이 제거된다.

흡착드라이어(54)는 제1필터(53)를 통과한 압축공기에 포함된 수분 또는 수증기를 제거하며, 흡착드라이어(54)를 통과한 압축공기는 제2필터(55)를 통과하면서 제거되지 않은 유해가스, 부식성 가스, 분진 등이 재차 제거된다.

질소발생기(56)는 수증기 수분 먼지가 제거된 압축공기를 이용하여 질소를 생성하는 것으로 압력 변동 흡착의 약칭으로서 압력의 변동을 이용해서 기체 성분을 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)를 적용한다.

상기의 PSA는 원하는 기체를 선택적으로 흡착하는 CMS(Carbon Molecular sieve) 등의 흡착제로 충전된 하나 이상의 흡착 탑에 가압, 흡착, 감압, 정화 등 4단계를 연속/반복적으로 수행하는 과정을 통해 질소를 생산한다.

공기를 분리하는 경우 CMS(Carbon Molecular sieve)에 대한 산소의 선택도가 질소의 선택도 보다 높으므로 흡착제가 충전된 흡착탑으로 공기를 투입시키게 되면, 흡착 탑의 출구에서는 흡착 선택도가 낮은 질소가 생산되는 것이다.

질소탱크(57)는 후술하는 컨트롤러(80)에 의하여 나셀(10) 내부로 질소를 공급할 수 있도록 PSA에서 생산된 질소를 저장한다. 도시된 바와는 다르게 상기의 공급부(50)는 질소를 생성하기 위한 상기의 구성요소들을 생략하고, 질소가 미리 충전된 질소탱크(57)만으로 구성할 수 있다.

이송라인(60)은 질소탱크(57)에 저장된 질소가 나셀(10) 내부로 이동할 수 있게 유로를 제공하는 것으로, 타워(11) 내측 또는 외측에 설치할 수 있다.

상기의 이송라인(60)은 메인이송관(61)과 메인이송관(61)으로부터 분기된 복수의 분기관(62)들을 포함한다. 메인이송관(61)은 질소탱크(57)로부터 나셀(10)로 연장되며, 분기관(62)들은 메인이송관(61)으로부터 나셀(10) 내부의 서로 다른 위치로 각각 분기된다.

상기의 메인이송관(61)에는 후술하는 컨트롤러(80)에 의하여 질소탱크(57)로부터 나셀(10) 내부로 질소가 이동할 수 있도록 메인이송관(61)을 개방하거나, 질소가 나셀(10) 내부로 투입되지 않도록 이송라인(60)을 폐쇄하는 메인밸브(71)가 설치된다.

각 분기관(62)에는 컨트롤러(80)에 의하여 각각의 유로를 개폐하는 차단밸브(72)가 각각 마련된다. 상기 이송라인(60)은 연동기어(20) 및 발전기(30)의 내부로 직접 질소를 공급할 수 있도록 분기관(62)으로부터 분기되어 발전기(30) 및 연동기어(20)의 내부로 연장된 보조분기관(63)을 더 구비한다.

연동기어(20) 및 발전기(30)의 내부에는 산소 농도 또는 오일 미스트의 농도를 감지하는 보조센서(13a)가 더 구비되며, 보조센서(13a)는 연동기어(20) 및 발전기(30) 내부의 산소 또는 오일미스트 농도를 측정하여 컨트롤러(80)로 전송한다.

차단밸브(72)는 일률적으로 나셀(10) 내부로 질소를 공급/차단할 수 있게 메인이송관(61)과 분기관(62)이 인접하는 지점에 설치할 수도 있고, 이와는 다르게 분기관(62)들의 단부 측에 각각 설치할 수도 있다.

나셀(10) 내부에는 각 단부가 서로 다른 위치에 배치된 복수의 분기관(62)들을 통해 질소가 배출되므로 나셀(10) 내부는 비교적 균일한 질소 농도를 갖게 된다.

나셀(10) 내부에는 분기관(62)들의 단부에 인접하는 위치에 산소의 농도를 측정하는 산소센서(13)들이 각각 설치된다. 상기의 산소센서(13)는 나셀(10) 내부 곳곳의 산소 농도를 측정하며, 측정된 산소 농도 값을 컨트롤러(80)로 전송한다.

컨트롤러(80)는 메인밸브(71), 차단밸브(72) 및 록킹부(15)의 작동을 제어하는 것으로, 산소센서(13)에서 측정된 산소 농도 값에 따라 메인이송관(61) 및 분기관(62)이 개폐되게 메인밸브(71)와 차단밸브(72)의 작동을 제어하고, 설정된 기준치 이하일 때 폐쇄할 수 있게 메인밸브(71)와 차단밸브(72)의 작동을 제어한다.

또한, 산소센서(13)에서 측정된 산소 농도 값에 따라 도어(14)를 개폐할 수 있도록 록킹부(15)의 작동을 제어하며, 연동기어(20) 및 발전기(30) 내부에 설치된 보조센서(13a)에서 측정된 산소 농도 또는 오일 미스트의 농도가 설정된 기준치 이상이면 내부의 산소 농도 또는 오일 미스트의 농도를 낮출 수 있도록 보조분기관(63)의 유로를 개방하여 연동기어(20) 및 발전기(30) 내부로 질소를 공급한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치는 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술분야에서 통상적인 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 나셀 11 : 타워
13 : 산소센서 20 : 연동기어
30 : 발전기 40 : 불활성 가스 공급유니트
50 : 공급부 51 : 에어컴프레서
52 : 공기탱크 53 : 제1필터
54 : 흡착드라이어 55 : 제2필터
56 : 질소발생기 57 : 질소탱크
60 : 이송라인 71 : 메인밸브
80 : 컨트롤러

Claims (6)

1. 풍력을 이용하여 전기를 발전하는 것으로 일 측에 프로펠러가 결합되고 내부에 장착공간이 마련된 나셀과;
   상기 장착공간에 상기 프로펠러의 회전축에 결합되어 상기 프로펠러의 회전속도를 증속 또는 감속시키는 연동기어와, 상기 연동기어와 연결된 발전기를 포함하는 발전부와;
   상기 나셀 내부에 설치되어 상기 나셀 내부의 산소 농도를 측정하는 산소센서와;
   상기 산소센서에서 측정된 산소 농도 값에 따라 상기 장착공간으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급유니트;를 구비하고,
   상기 불활성 가스 공급유니트는 공기를 압축하는 에어컴프레서와, 상기 에어컴프레서에서 생성된 압축공기를 저장하는 공기탱크와, 상기 공기탱크에 저장된 압축공기로부터 질소를 분리 및 생성하는 질소발생기와, 상기 질소발생기에서 생성된 질소를 저장하는 질소탱크와, 상기 질소탱크로부터 상기 나셀 내부로 질소를 이송하는 이송라인과, 상기 이송라인 상에 설치되는 메인밸브와, 상기 메인밸브의 작동을 제어하는 것으로 상기 나셀 내부의 산소 농도가 설정된 기준치 이상이면 상기 이송라인을 개방하고 기준치 이하이면 상기 이송라인을 폐쇄하도록 상기 메인밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하며,
   상기 이송라인은 상기 질소탱크로부터 상기 나셀로 연장된 메인이송관과, 상기 메인이송관으로부터 상기 나셀 내부로 연장되되 서로 다른 방향 및 위치로 각각 분기되며 차단밸브가 각각 마련된 복수의 분기관들과, 상기 분기관으로부터 분기되어 상기 연동기어와 상기 발전기 내부로 각각 연장된 보조분기관을 포함하고,
   상기 산소센서는 상기 각 분기관들이 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치되며,
   상기 연동기어 및 상기 발전기 내부에 설치되어 산소 농도를 측정하는 보조센서를 더 구비하며,
   상기 나셀은 상기 장착공간과 외부를 연통시키는 도어와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 도어의 개폐를 단속하는 것으로 상기 도어에 설치되어 상기 산소센서에서 측정된 산소 농도 값이 설정된 기준치 이하이면 상기 도어를 폐쇄된 상태로 유지하고, 기준치 이상이면 상기 도어를 개방할 수 있도록 폐쇄상태를 해제하는 록킹수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화재방지수단을 갖는 풍력발전장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images