KR101312952B1 - 풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치 - Google Patents

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Abstract

풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀몸체부; 및 나셀몸체부의 일측에 형성되는 것으로, 블레이드 후방의 유동기류가 유입되는 유입구와, 유입된 유동기류가 나셀몸체부의 내부로 배출되도록 나셀몸체부의 내부공간과 연통되는 유출구를 구비하는 에어덕트;를 포함하되, 유입구는, 블레이드의 회전축에 수직한 평면 상에서, 나셀몸체부의 외주면과 소정간격 이격되어 환형 또는 부분 환형의 형태로 형성된 풍력발전용 나셀이 제공된다.

Description

풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치 {NACELLE FOR WIND GENERATOR AND WIND GENERATOR HAVING THE SAME}
본 발명은 풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어덕트를 구비하여 나셀 내부를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치에 관한 것이다.
풍력발전장치는 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 설치되는 환경조건에 따라 육상용 또는 해상용 등으로 구분될 수 있다. 일반적인 풍력발전장치는 지반 등에 타워 구조물을 세우고 타워 구조물 상부에 나셀 및 블레이드가 설치된 형태로 형성된다. 이때, 나셀 내부에는 기어박스, 발전기, 각종 제어장치 등이 배치되며, 상기와 같은 기어박스, 발전기 등을 통해 블레이드의 회전력을 전기적 에너지로 변환하게 된다.
상기와 같은 풍력발전장치는 바람에 의해 블레이드가 회전되면서 규칙적인 에너지의 변환이 일어나게 되며, 이 과정에서 열 에너지 형태로 에너지 손실이 발생된다. 즉, 블레이드의 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 과정에서 나셀 내부의 기어박스, 베어링 등의 마찰에 의해 열 에너지의 형태로 에너지 손실이 발생되며, 상기와 같은 열 에너지는 나셀 내부에 축적되어 나셀 내부 온도를 상승시키는 원인이 된다. 나셀 내부에는 기어박스, 베어링 등과 같은 기계적 장치뿐만 아니라, 인버터, 트랜스포머, 각종 제어장비와 같은 전자장비가 복잡하게 혼재되어 있기 때문에 나셀 내부 온도의 지나친 상승은 풍력발전장치의 성능저하로 이어질 수 있다. 따라서 나셀 내부의 냉각을 위한 다양한 방안이 모색되어 왔다.
한 예로, 특허문헌 1에는 흡기구를 마련하여 나셀 내부를 환기 및 냉각시킬 수 있도록 하고 있다. 즉, 나셀의 전면에 흡기구를 설치하여 흡기구를 통해 외부의 공기를 유입하고, 배기구를 통해 유입된 공기를 다시 외부로 배출함으로써 외기에 의한 나셀 내부의 환기 및 냉각을 도모하고 있다.
그러나 상기와 같은 흡기구는 단순히 나셀 내부가 외기와 연통되도록 한 것으로, 블레이드의 회전에 따른 유동기류의 특성 등을 전혀 고려하지 않아, 외기의 효과적인 유입이 이뤄지기 어려웠으며, 나셀 내부 냉각에 필요한 충분한 유량을 확보하기 어렵다는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 일본공개특허 제2010-031722호
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 블레이드 후방의 유동기류를 효과적으로 유입하여 나셀 내부를 냉각시킬 수 있는 풍력발전용 나셀 및 이를 구비한 풍력발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 지면과 수평하는 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드가 결합된 블레이드 허브가 설치되는 나셀몸체부; 및 상기 나셀몸체부의 일측에 형성되는 것으로, 상기 블레이드 후방의 유동기류가 유입되는 유입구와, 상기 유입된 유동기류가 상기 나셀몸체부의 내부로 유입되도록 상기 나셀몸체부의 내부공간과 연통되는 유출구를 구비하는 에어덕트;를 포함하되, 상기 유입구는, 상기 블레이드의 회전축에 수직한 평면 상에서, 상기 나셀몸체부의 외주면과 소정간격 이격되어 환형 또는 부분 환형의 형태로 형성된 풍력발전용 나셀이 제공될 수 있다.
이때, 상기 유입구는, 내측 반경이 상기 나셀몸체부 반경의 2 배 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구는, 외측 반경이 상기 나셀몸체부 반경의 4 배 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 에어덕트는, ‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로를 형성할 수 있다.
또한, 상기 유입구는, 상기 블레이드의 회전축 방향을 기준으로, 상기 블레이드 허브로부터 후방으로 소정간격 이격된 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구의 면적은, 상기 유출구의 면적보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구는, 상기 나셀몸체부의 상부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구의 방향은, 평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 블레이드가 회전하는 방향에 따라 상기 유입구의 방향이 평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 블레이드가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 상기 유입구의 방향이 편향되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구의 편향된 각도는, 상기 블레이드의 회전축으로부터 0도보다 크고 20도 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 지면과 수평하는 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드가 결합된 블레이드 허브가 설치되는 나셀몸체부; 및 상기 나셀몸체부의 일측에 형성되는 것으로, 상기 블레이드 후방의 유동기류가 유입되는 유입구와, 상기 유입된 유동기류가 상기 나셀몸체부의 내부로 유입되도록 상기 나셀몸체부의 내부공간과 연통되는 유출구를 구비하는 에어덕트;를 포함하되, 상기 유입구의 방향은, 평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성되는 풍력발전용 나셀이 제공될 수 있다.
이때, 상기 블레이드가 회전하는 방향에 따라 상기 유입구의 방향이 평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 블레이드가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 상기 유입구의 방향이 편향되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구의 편향된 각은, 상기 블레이드의 회전축으로부터 0도보다 크고 20도 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 풍력발전용 나셀을 구비하는 풍력발전장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 나셀몸체부에 에어덕트를 형성하여 블레이드 후방의 유동기류를 나셀몸체부 내부의 냉각에 활용할 수 있으며, 이로 인해, 풍력발전장치의 냉각 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 유입구가 환형 또는 부분 환형으로 형성됨으로써, 유동 가속 영역 내에 존재하는 유동기류를 보다 효과적으로 활용할 수 있으며, 이로 인해, 유동기류의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들은,‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로, 유입구 및 유출구의 면적차 등에 의하여, 유동기류가 소정정도 가속되어 유출구로 배출될 수 있으며, 이로 인해, 유동기류의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 유입구의 변형예들을 보여주는 정면도이다.
도 4는 블레이드의 회전시, 블레이드 후방 유동기류의 속도 분포를 보여주는 3차원 비정상 유동 해석 결과이다.
도 5는 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 측단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 평면도이다.
도 7은 블레이드의 회전시, 블레이드 후방 유동기류의 편향각 분포를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀을 보여주는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 풍력발전용 나셀(100)은 블레이드(200), 타워부(300) 등과 함께 풍력발전장치를 이루는 것으로, 내부에 기어박스(미도시), 발전기(미도시), 각종 제어장치(미도시) 등이 배치된다. 이때, 블레이드(200)는 상기 발전기 등에서 전력을 생산할 수 있도록 풍력에 의해 회전되는 것으로, 풍력발전용 나셀(100)의 전방 측에 설치될 수 있다. 또한, 타워부(300)는 풍력발전용 나셀(100) 및 블레이드(200)를 지지하는 것으로, 바닥면에서 소정높이로 형성될 수 있다. 다만, 블레이드(200) 및 타워부(300)는 본 발명의 기술적 요지와 무관하므로, 이하에서는 풍력발전용 나셀(100)을 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 나셀몸체부(110) 및 에어덕트(120)를 포함한다.
나셀몸체부(110)는 풍력발전용 나셀(100)의 전체적인 외골격을 형성한다. 나셀몸체부(110)의 내부에는 상기 기어박스, 발전기, 각종 제어장치 등이 배치될 수 있도록 공간부가 형성된다.
에어덕트(120)는 나셀몸체부(110)의 일측에 형성되는 것으로, 블레이드(200) 후방의 유동기류를 나셀몸체부(110)의 내부로 유입시킨다. 즉, 에어덕트(120)는 블레이드(200) 후방의 유동기류가 유입되는 유입구(121)와, 나셀몸체부(110) 내부공간과 연통되는 유출구(122, 도 5 참고)를 구비하여, 유입구(121) 측을 통해 유입되는 유동기류를 유출구(122)를 통해 나셀몸체부(110) 내부로 유입시킨다. 이때, 나셀몸체부(110) 내부로 유입된 유동기류는 나셀몸체부(110) 내부에 배치된 상기 기어박스, 발전기, 각종 제어장치 등을 냉각하는데 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 블레이드(200) 후방의 유동기류를 이용하여 나셀몸체부(110) 내부를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 정면도이다.
도 2를 참고하면, 에어덕트(120)의 유입구(121)는 환형 또는 부분 환형의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 유입구(121)는 나셀몸체부(110)의 외주면과 소정간격 이격된 위치에 형성될 수 있으며, 나셀몸체부(110)의 외주면을 따라 환형 또는 부분 환형의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 부분 환형은 완전한 고리형의 환형이 아닌, 소정각도 범위 내에서만 환형이 형성된 것을 의미한다. 본 실시예의 경우, 유입구(121)가 반환형(半環形)으로 형성된 경우를 예시하였다. 다만, 유입구(121)의 형태는 상기 예시한 형태에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 유입구의 변형예들을 보여주는 정면도이다.
도 3의 (a)를 참고하면, 유입구(121)는 나셀몸체부(110)의 외주면과 소정간격 이격된 완전한 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)를 참고하면, 유입구(121)는 120도 범위에 걸쳐 환형이 형성된 부분 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 도 3의 (c)를 참고하면, 유입구(121)는 90도 범위에 걸쳐 환형이 형성된 부분 환형으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 예시한 것 이외에도 유입구(121)는 필요에 따라 다양한 각범위의 부분 환형으로 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 유입구(121)가 도 2에 도시된 반환형으로 형성된 경우를 중심으로 설명한다.
다시 도 2를 참고하면, 반환형으로 형성된 유입구(121)는 블레이드(200)의 회전축(220)에 수직한 평면 상에서, 내측 반경(R1)이 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 2 배 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 유입구(121)는 블레이드(200)의 회전축(220)에 수직한 평면 상에서, 외측 반경(R2)이 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 4 배 이하로 형성될 수 있다. 즉, 반환형의 유입구(121)는 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 2 배 이상인 지점에서부터, 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 4 배 이하인 지점에 걸쳐 형성될 수 있다. 이는 블레이드(200) 후방의 유동기류를 보다 효율적으로 이용하기 위함이다.
도 4는 블레이드의 회전시, 블레이드 후방 유동기류의 속도 분포를 보여주는 3차원 비정상 유동 해석 결과이다.
도 4에서 색 구분은 유동기류의 블레이드(200) 후방 측 속도를 나타낸다. 또한, 유동기류의 속도가 비교적 빠른 지점은 붉은 색으로, 유동기류의 속도가 비교적 속도가 느린 지점은 푸른 색으로 표시되어 있다.
도 4를 참고하면, 블레이드(200)의 회전시, 대부분의 영역에서는 블레이드(200)를 통과한 유동기류의 속도가 감소됨을 확인할 수 있다. 즉, 블레이드(200)를 통과한 유동기류는 블레이드(200)에 에너지를 전달하고, 속도가 감소되어 블레이드(200)의 후방 측을 향해 유동한다. 다만, 블레이드(200)의 회전축(220) 근방에서는 유동기류의 속도가 감소되지 않는 영역이 존재한다. 즉, 블레이드(200)의 회전축(220) 근방에는 붉은 색 영역의 유동 가속 영역이 나타남을 확인할 수 있으며, 상기와 같은 유동 가속 영역에서는 블레이드(200) 후방의 유동기류가 비교적 빠른 속도의 유동흐름을 가지고 있음을 알 수 있다. 이는 블레이드(200), 풍력발전용 나셀(100), 타워부(300) 등에 의한 블록 효과(Blockage effect)가 유동기류를 가속시키기 때문이다.
한편, 상기 유동 가속 영역은 블레이드(200)의 회전축(220) 근방에 나타나며, 나셀몸체부(110)를 중심으로 대략 환형의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유동 가속 영역은 나셀몸체부(110)의 반경에 따라 형성 위치가 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 도 4의 해석 결과에 따르면, 상기와 같은 유동 가속 영역은 블레이드(200)의 회전축(220)과 수직한 평면 상에서 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 2 배 이상 4 배 이하인 영역에 형성된다. 즉, 상기 유동 가속 영역은 내측 반경이 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 2 배로 형성되고, 외측 반경이 나셀몸체부(110) 반경(R0)의 4 배로 형성된 환형의 영역에 형성된다.
다시 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 상기와 같은 유동 가속 영역에 대응하도록 유입구(121)를 형성하여, 상기 유동 가속 영역 내의 유동기류를 나셀몸체부(110) 내부로 유입시킨다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 상기 유동 가속 영역 내에 존재하는 비교적 빠른 속도의 유동기류를 나셀몸체부(110) 내부로 유입시킬 수 있으며, 이를 나셀몸체부(110) 내부의 상기 기어박스, 발전기, 각종 제어장치 등을 냉각시키는데 사용함으로써, 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드(200)의 회전축(220) 부근에서는 유동기류의 박리(剝離) 등으로 인해 비정상 와류가 발생하여 스톨(Stall) 현상이 발생될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 블레이드(200)의 회전축(220) 부근에 유입구(121)가 형성되므로, 상기와 같은 유입구(121)가 블레이드(200) 회전축(220) 부근의 비정상 와류를 방출하는 기능을 겸비할 수도 있다. 즉, 블레이드(200)의 회전축(220) 부근에서 발생되는 비정상 와류가 유입구(121)를 통해 나셀몸체부(110) 내부로 방출되어 상기와 같은 스톨 현상을 저감시킬 수 있으며, 풍력발전장치의 발전효율을 증대시킬 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 측단면도이다.
도 5를 참고하면, 에어덕트(120)의 유입구(121)는 전방을 향하도록 형성되며, 유출구(122)는 나셀몸체부(110)의 외면을 관통하여 나셀몸체부(110) 내부와 연통되도록 형성될 수 있다. 또한, 에어덕트(120)는 전체적으로 ‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로를 형성할 수 있다. 상기와 같이 ‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로는 에어덕트(120) 내를 유동하는 기류를 소정정도 가속하는 기능을 할 수 있다. 즉, 유입구(121)를 통해 유입된 유동기류는 ‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로를 유동하는 과정에서 소정정도 가속되게 되며, 이로 인해, 유출구(122)에서는 가속된 유동기류가 나셀몸체부(110) 내부로 유입되어 유동기류의 냉각효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 유입구(121)의 면적은 유출구(122)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 측단면도를 기준으로 하면, 유입구(121)의 폭(W1)이 유출구(122)의 폭(W2)보다 크게 형성될 수 있다. 상기와 같은 경우, 넓은 유입구(121)를 통해 유입된 유동기류가 상대적으로 좁은 유출구(122)를 통해 배출됨으로써, 코안다 효과(Coanda effect) 등에 의해 유동기류의 속도가 증가하게 된다. 따라서 나셀몸체부(110) 내부에는 가속된 유동기류가 유출구(122)를 통해 유입되게 되며, 이로 인해, 유동기류의 냉각효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 유입구(121)는 블레이드 허브(210)로부터 후방으로 소정간격 이격된 위치에 형성될 수 있다. 즉, 블레이드(200)의 회전축(220) 방향을 기준으로 할 때, 블레이드 허브(210)와 유입구(121)는 소정간격 이격되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 유입구(121)는 블레이드 허브(210)로부터 후방으로 대략 3 내지 10 미터 이격되도록 형성될 수 있다. 이는 유입구(121)가 블레이드 허브(210)와 지나치게 인접한 위치에 형성되는 경우, 블레이드 허브(210) 근방에서 방출되는 비정상 와류로 인해 에어덕트(120)가 불필요한 외력을 받게 되어, 에어덕트(120)의 수명이 단축될 우려가 있기 때문이다.
도 6은 도 1에 도시된 풍력발전용 나셀의 평면도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 유입구(121)의 방향이 평면에서 보았을 때 블레이드(200)의 회전축(220)으로부터 소정각도 편향되도록 형성될 수 있다. 즉, 도 6에서 유입구(121)가 향하는 방향인 P1은 블레이드(200)의 회전축(220)과 소정각도의 편향각(D)을 형성할 수 있다.
또한, 유입구(121)의 방향과 블레이드(200)의 회전축(220)이 형성하는 편향각(D)은 블레이드(200)의 회전방향에 대응되는 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 정면에서 보았을 때 블레이드(200)가 도 6의 R1 방향(도 2에서 반시계 방향)으로 회전되는 경우, 편향각(D)은 도 6에 도시된 바와 같이 평면에서 보았을 때 반시계 방향으로 형성될 수 있다. 반대로, 도시하지 않았으나, 정면에서 보았을 때 블레이드(200)가 상기 R1 의 반대 방향(도 2에서 시계 방향)으로 회전되는 경우, 편향각(D)은 도 6에 도시된 바와 같이 평면에서 보았을 때 시계 방향으로 형성될 수 있다.
덧붙여, 편향각(D)은 0도보다 크고 25도 이하일 수 있다. 바람직하게는 5도 내지 20도일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10도 내지 15도일 수 있다.
상기와 같은 편향각(D)은 블레이드(200) 후방의 유동기류 방향과 유입구(121)의 방향을 일치시켜 유입구(121)로 유입되는 유동기류의 유량을 충분히 확보하기 위함이다.
도 7은 블레이드의 회전시, 블레이드 후방 유동기류의 편향각 분포를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 편향각을 나타낸다. 이때, 상기 편향각은 블레이드(200)를 통과한 유동기류가 블레이드(200)의 회전축(220)과 이루는 각도를 의미한다. 또한, 상기 편향각은 블레이드(200)가 도 6의 R1 방향으로 회전시, 유동기류가 반시계 방향으로 편향되는 각도를 나타낸다. 또한, 포인트 1 내지 포인트 5는 블레이드(200) 후방의 각 지점을 나타내며, 각각 상이한 지점에서 편향각을 측정한 결과를 그래프로 나타내었다.
도 7을 참고하면, 시간에 따라 다소 변화가 있으나, 대체적으로 블레이드(200)의 회전시 블레이드(200) 후방의 유동기류는 0도보다 크고 20도 이하의 범위 내에서 편향되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 각 포인트 1 내지 포인트 5에서의 그래프를 참고하면, 유동기류가 편향되는 범위는 블레이드(200) 후방의 각 지점에서 유사하게 나타남을 확인할 수 있다. 따라서 블레이드(200) 후방에 설치되는 유입구(121)를 소정각도 편향되도록 형성함으로써, 유입구(121)로 유입되는 유동기류의 유량을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은, 상기와 같은 블레이드(200) 후방의 유동기류 편향을 고려하여, 유입구(121)의 방향을 블레이드(200)의 회전방향에 대응되도록 편향시킴으로써, 유입구(121)로 유입되는 유동기류의 유량을 충분히 확보할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)은 나셀몸체부(110)에 에어덕트(120)를 형성하여 블레이드(200) 후방의 유동기류를 나셀몸체부(110) 내부의 냉각에 활용할 수 있다. 또한, 유입구(121)가 환형 또는 부분 환형으로 형성됨으로써, 상기 유동 가속 영역 내에 존재하는 유동기류를 보다 효과적으로 활용될 수 있으며, 이로 인해, 냉각 효율이 증대될 수 있다. 덧붙여,‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로, 유입구(121) 및 유출구(122)의 면적차 등에 의하여, 유동기류가 소정정도 가속되어 유출구(122)로 유입됨으로 인해, 유동기류의 냉각 효과가 극대화될 수 있다.
이하, 풍력발전용 나셀을 구비하는 풍력발전장치에 대하여 설명한다.
도 1을 참고하면, 풍력발전장치는 블레이드(200), 타워부(300) 및 풍력발전용 나셀(100)을 포함할 수 있다. 블레이드(200)는 풍력에 의해 회전되는 것으로, 공지된 다양한 형태의 블레이드를 포함할 수 있으며, 타워부(300)는 풍력발전용 나셀(100) 및 블레이드(200)를 지지하는 것으로, 공지된 다양한 형태의 타워를 포함할 수 있다. 한편, 풍력발전용 나셀(100)의 구체적 구성 및 기능은 전술한 풍력발전용 나셀(100)과 동일 유사하므로, 상세한 설명을 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전용 나셀(100)을 구비하는 풍력발전장치는 에어덕트(120)를 통해 블레이드(200) 후방의 유동기류를 나셀몸체부(110) 내부로 유입시킴으로써, 나셀몸체부(110) 내부를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서 나셀몸체부(110) 내부를 냉각시키기 위한 냉각장치(미도시) 등에 소요되는 전력을 저감시킬 수 있으며, 이로 인해, 전체적인 풍력발전장치의 발전효율이 증대될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 풍력발전용 나셀
110: 나셀몸체부 120: 에어덕트
121: 유입구 122: 유출구
200: 블레이드 210: 블레이드 허브
220: 회전축 300: 타워부

Claims (16)

  1. 지면과 수평하는 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드가 결합된 블레이드 허브가 설치되는 나셀몸체부; 및
    상기 나셀몸체부의 일측에 형성되는 것으로, 상기 블레이드 후방의 유동기류가 유입되는 유입구와, 상기 유입된 유동기류가 상기 나셀몸체부의 내부로 유입되도록 상기 나셀몸체부의 내부공간과 연통되는 유출구를 구비하는 에어덕트;를 포함하되,
    상기 유입구는, 상기 나셀몸체부의 외주면과 소정간격 이격되어 환형 또는 부분 환형의 형태로 형성된 풍력발전용 나셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구는,
    내측 반경이 상기 나셀몸체부 반경의 2 배 이상으로 형성되는 풍력발전용 나셀.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구는,
    외측 반경이 상기 나셀몸체부 반경의 4 배 이하로 형성되는 풍력발전용 나셀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어덕트는,
    ‘ㄱ’자형으로 굴곡진 유로를 형성하는 풍력발전용 나셀.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구는,
    상기 블레이드의 회전축 방향을 기준으로, 상기 블레이드 허브로부터 후방으로 소정간격 이격된 위치에 형성된 풍력발전용 나셀.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구의 면적은,
    상기 유출구의 면적보다 크게 형성되는 풍력발전용 나셀.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구는,
    상기 나셀몸체부의 상부에 형성되는 풍력발전용 나셀.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구의 방향은,
    평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성되는 풍력발전용 나셀.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 블레이드가 회전하는 방향에 따라 상기 유입구의 방향이 평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성되는 풍력발전용 나셀.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 블레이드가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 상기 유입구의 방향이 편향되도록 형성되는 풍력발전용 나셀.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 유입구의 편향된 각도는,
    상기 블레이드의 회전축으로부터 0도보다 크고 20도 이하인 풍력발전용 나셀.
  12. 지면과 수평하는 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드가 결합된 블레이드 허브가 설치되는 나셀몸체부; 및
    상기 나셀몸체부의 일측에 형성되는 것으로, 상기 블레이드 후방의 유동기류가 유입되는 유입구와, 상기 유입된 유동기류가 상기 나셀몸체부의 내부로 유입되도록 상기 나셀몸체부의 내부공간과 연통되는 유출구를 구비하는 에어덕트;를 포함하되,
    상기 유입구의 방향은,
    평면에서 보았을 때 상기 블레이드의 회전축으로부터 소정각도 편향되도록 형성되되, 상기 블레이드가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 상기 유입구의 방향이 편향되도록 형성되는 풍력발전용 나셀.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 유입구의 편향된 각은,
    상기 블레이드의 회전축으로부터 0도보다 크고 20도 이하인 풍력발전용 나셀.
  16. 청구항 1 내지 12, 15 중 어느 한 항에 기재된 풍력발전용 나셀을 구비하는 풍력발전장치.
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