KR101357632B1 - 초전도 풍력발전장치 - Google Patents

초전도 풍력발전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101357632B1
KR101357632B1 KR1020120011029A KR20120011029A KR101357632B1 KR 101357632 B1 KR101357632 B1 KR 101357632B1 KR 1020120011029 A KR1020120011029 A KR 1020120011029A KR 20120011029 A KR20120011029 A KR 20120011029A KR 101357632 B1 KR101357632 B1 KR 101357632B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
superconducting
chamber
power generation
refrigerant flow
Prior art date
Application number
KR1020120011029A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130090016A (ko
Inventor
김현준
손문호
인세환
이동길
이태구
구근회
김종주
이중남
조장환
조택현
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020120011029A priority Critical patent/KR101357632B1/ko
Publication of KR20130090016A publication Critical patent/KR20130090016A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101357632B1 publication Critical patent/KR101357632B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/60—Cooling or heating of wind motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

초전도 풍력발전장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 로터축과 연결되며, 초전도체 및 초전도코일 중 적어도 하나를 구비하고, 격벽부에 의해 내측이 내부챔버 및 외부챔버로 구획되는 회전바디부; 및 회전바디부에 연결되어, 내부챔버로 액화냉매를 공급하고, 외부챔버로부터 기화냉매를 회수하는 냉매유동관;을 포함하는 초전도 풍력발전장치가 제공될 수 있다.

Description

초전도 풍력발전장치 {SUPER CONDUCTION WIND TURBINE}
본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도베어링부 및 초전도발전부를 구비하는 초전도 풍력발전장치에 관한 것이다.
최근 석유자원의 고갈, 환경문제 등을 이유로 친환경 대체 에너지의 개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 상기와 같은 맥락에서 자연에너지인 풍력을 이용한 전력생산방법인 풍력발전은 미래 에너지 공급원으로서 각광받고 있다. 일반적으로 풍력발전장치는 발전기를 통해 풍력에 의한 회전력을 전기에너지로 변환하도록 형성된다. 즉, 풍력에 의해 블레이드가 회전하게 되며, 블레이드의 회전력은 로터축을 통해 발전기 등으로 전달되어, 전기에너지로 변환되게 된다.
이때, 상기와 같은 방식의 풍력발전장치에서 발전효율을 증대시키기 위하여, 초전도 발전기를 사용하는 방안이 고려될 수 있다. 한 예로, 특허문헌 1(일본등록특허 제4496930호)에서는 초전도 발전기를 사용하여 발전효율이 증대된 풍력발전장치에 대하여 개시하고 있다.
또한, 풍력발전장치의 발전효율을 증대시키는 방안으로, 로터축의 회전에 의한 손실을 최소화하는 방안이 고려될 수 있다. 즉, 로터축을 지지하는 베어링에서 발생되는 마찰손실 등을 최소화하여, 전체적인 풍력발전장치의 발전효율을 증대시키는 방안이 고려될 수 있다. 한 예로, 특허문헌 2(한국공개특허 제2009-0094964호)에서는 초전도 베어링을 사용하여 로터축의 회전으로 인한 손실을 저감시키는 풍력발전장치에 대하여 개시하고 있다.
특허문헌 1: 일본등록특허 제4496930호 (2006년 6월 1일 공개) 특허문헌 2: 한국공개특허 제2009-0094964호 (2009년 9월 9일 공개)
본 발명은 초전도베어링 및 초전도발전기가 사용되면서도, 초전도베어링 및 초전도발전기의 냉각 시스템을 일체화시켜, 나셀 내부구조를 간소화할 수 있는 초전도 풍력발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 로터축과 동축(同軸) 연결되며 외면에 초전도체가 구비된 제 1 회전바디부와, 상기 제 1 회전바디부의 내측을 제 1 내부챔버 및 제 1 외부챔버로 구획하는 제 1 격벽부를 구비하는, 초전도베어링부; 상기 초전도베어링부의 후단에 동축 연결되며, 제 1 내부유로가 상기 제 1 내부챔버와 연통되어 상기 제 1 내부챔버로 액화냉매를 공급하고, 제 1 외부유로가 상기 제 1 외부챔버와 연통되어 상기 제 1 외부챔버로부터 기화냉매를 회수하는, 제 1 냉매유동관; 및 상기 제 1 냉매유동관의 후단에 동축 연결되는 제 2 회전바디부를 구비하는, 초전도발전부;를 포함하는 초전도 풍력발전장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초전도 베어링부의 후단에 동축(同軸) 연결되는 제 1 냉매유동관; 상기 제 1 냉매유동관의 후단에 동축 연결되며 외면에 초전도코일이 구비된 제 2 회전바디부와, 상기 제 2 회전바디부의 내측을 제 2 내부챔버 및 제 2 외부챔버로 구획하는 제 2 격벽부를 구비하는, 초전도발전부; 및 상기 초전도발전부의 후단에 동축 연결되며, 제 2 내부유로가 상기 제 2 내부챔버와 연통되어 상기 제 2 내부챔버로 액화냉매를 공급하고, 제 2 외부유로가 상기 제 2 외부챔버와 연통되어 상기 제 2 외부챔버로부터 기화냉매를 회수하는, 제 2 냉매유동관;을 포함하는 초전도 풍력발전장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 로터축과 연결되며 초전도체를 포함하는 제 1 회전바디부와, 상기 제 1 회전바디부의 내측을 제 1 내부챔버 및 제 1 외부챔버로 구획하는 제 1 격벽부를 구비하는, 초전도베어링부; 상기 초전도베어링부의 후단에 연결되며, 상기 제 1 내부챔버와 연통되는 제 1 내부유로와, 상기 제 1 외부챔버와 연통되는 제 1 외부유로를 구비하는, 제 1 냉매유동관; 상기 제 1 냉매유동관의 후단에 연결되고 초전도코일을 포함하는 제 2 회전바디부와, 상기 제 2 회전바디부의 내측을 제 2 내부챔버 및 제 2 외부챔버로 구획하는 제 2 격벽부를 구비하는, 초전도발전부; 상기 초전도발전부의 후단에 연결되며, 상기 제 2 내부챔버와 연통되는 제 2 내부유로와, 상기 제 2 외부챔버와 연통되는 제 2 외부유로를 구비하는, 제 2 냉매유동관; 및 상기 제 2 냉매유동관의 후단에 연결되는 냉각기;를 포함하는 초전도 풍력발전장치가 제공될 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 실시예들에 따른 초전도 풍력발전장치는, 초전도베어링부와 초전도발전부의 냉각 시스템을 일체화시킬 수 있다. 또한, 로터축에서부터 제 2 냉매유동관까지가 동일축 상에 형성되어, 전체적으로 하나의 회전축과 같은 형태로 단순화될 수 있다. 따라서 나셀의 내부구조가 간소화될 수 있으며, 나셀 내부의 공간활용도를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도베어링부 및 제 1 냉매유동관의 내부구조를 보여주는 절개사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초전도베어링부 및 제 1 냉매유동관의 종단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 초전도베어링부의 횡단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 초전도발전부 및 제 2 냉매유동관의 내부구조를 보여주는 절개사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 초전도발전부 및 제 2 냉매유동관의 종단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 초전도발전부의 횡단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 제 2 격벽부 및 제 3 냉매회수관을 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 6에 도시된 종단면도에서 액화냉매 및 기화냉매의 유동경로를 보여주는 작동상태도이다.
도 10은 도 3에 도시된 종단면도에서 액화냉매 및 기화냉매의 유동경로를 보여주는 작동상태도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 초전도 풍력발전장치(100)는, 풍력에 의해 로터축(11)을 중심으로 회전하는 블레이드(10)와, 블레이드(10) 후방에 배치되는 나셀(20)을 포함할 수 있다. 상기와 같은 블레이드(10) 및 나셀(20)은 타워구조물(미도시) 등에 의해 지지될 수 있으며, 나셀(20) 내부에는 로터축(11)의 회전력을 통해 전력을 생산하기 위한 각종장치가 설치될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)는, 초전도베어링부(110), 제 1 냉매유동관(120), 초전도발전부(130), 제 2 냉매유동관(140) 및 냉각기(150)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이때, 초전도베어링부(110), 제 1 냉매유동관(120), 초전도발전부(130), 제 2 냉매유동관(140) 및 냉각기(150)는 로터축(11)의 후방에 순차적으로 배치될 수 있다. 또한, 초전도베어링부(110), 제 1 냉매유동관(120), 초전도발전부(130), 제 2 냉매유동관(140) 및 냉각기(150)는 로터축(11)과 동일축 상에 배치될 수 있다. 즉, 초전도베어링부(110), 제 1 냉매유동관(120), 초전도발전부(130), 제 2 냉매유동관(140) 및 냉각기(150)는 로터축(11)의 후방에 나란하게 일렬로 배열될 수 있으며, 로터축(11)에서 냉각기(150)까지가 하나의 회전축과 같은 형태로 형성될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)는 나셀(20)의 내부 구조를 단순화시킬 수 있다.
각 구성별로 부가 설명하면, 초전도베어링부(110)는 로터축(11)의 회전을 원활하게 하기 위한 베어링으로서 기능하며, 로터축(11)의 후단에 연결될 수 있다. 이때, 초전도베어링부(110)는 제 1 회전바디부(112)와 제 1 격벽부(114, 도 2 내지 4 참고)로 형성될 수 있다.
제 1 회전바디부(112)는 로터축(11)과 연결되어 로터축(11)과 함께 회전될 수 있다. 또한, 제 1 회전바디부(112)의 내측에는 소정정도의 공간부가 형성될 수 있다. 상기 공간부는 후술할 제 1 격벽부(114)에 의해 제 1 내부챔버(C1)와 제 1 외부챔버(C2)로 구획될 수 있다(도 2 내지 4 참고). 또한, 제 1 회전바디부(112)의 외면에는 초전도체(113)가 장착될 수 있다. 초전도체(113)는 자기력을 발생시켜 베어링으로서 기능하기 위한 것으로, 나셀(20) 내부에는 상기와 같은 초전도체(113)와 대응되도록 자성체(111)가 장착될 수 있다.
제 1 격벽부(114)는 제 1 회전바디부(112)의 내측을 구획하여 제 1 내부챔버(C1)와 제 1 외부챔버(C2)를 형성한다(도 2 내지 4 참고). 제 1 격벽부(114) 및 초전도베어링부(110)의 상세한 내부구성에 대하여는 후술하기로 한다.
한편, 제 1 냉매유동관(120)은 초전도베어링부(110)의 후단에 연결되어 초전도체(113)의 냉각에 필요한 냉매를 순환시킨다. 즉, 제 1 냉매유동관(120)은 초전도베어링부(110)로 액화냉매를 공급하고, 냉각에 사용된 기화냉매를 다시 회수한다. 이때, 제 1 냉매유동관(120)은 이중관 구조로 형성되어, 상기 제 1 내부챔버(C1)로 액화냉매를 공급하고, 상기 제 1 외부챔버(C2)에서 기화냉매를 회수하도록 형성될 수 있다(도 2 내지 4 참고). 제 1 냉매유동관(120)의 상세한 내부구성에 대하여는 후술하기로 한다.
한편, 초전도발전부(130)는 로터축(11)의 회전력을 전기에너지로 변환하기 위한 것으로, 제 1 냉매유동관(120)의 후단에 연결될 수 있다. 이때, 초전도발전부(130)는 제 2 회전바디부(132)와 제 2 격벽부(133, 도 5 내지 8 참고)로 형성될 수 있다.
제 2 회전바디부(132)는 제 1 냉매유동관(120)과 연결되며, 내측에 소정정도의 공간부가 형성될 수 있다. 상기 공간부는 후술한 제 2 격벽부(133)에 의해 제 2 내부챔버(C3)와 제 2 외부챔버(C4)로 구획될 수 있다(도 5 내지 8 참고). 또한, 제 2 회전바디부(132)의 외면에는 초전도코일(미도시)이 권취될 수 있다. 상기 초전도코일은 발전기의 회전자(rotor)로서 기능하기 위한 것으로, 나셀(20) 내부에는 상기와 같은 초전도코일에 대응되도록 고정자(131, stator, 도 1 참고)가 장착될 수 있다.
제 2 격벽부(133)는 제 2 회전바디부(132)의 내측을 구획하여 제 2 내부챔버(C3) 및 제 2 외부챔버(C4)를 형성한다. 제 2 격벽부(133) 및 초전도발전부(130)의 상세한 내부구성에 대하여는 후술하기로 한다.
한편, 제 2 냉매유동관(140)은 초전도발전부(130)의 후단에 연결되어 상기 초전도코일의 냉각에 필요한 냉매를 순환시킨다. 즉, 제 2 냉매유동관(140)은 초전도발전부(130)로 액화냉매를 공급하고, 냉각에 사용된 기화냉매를 다시 회수한다. 이때, 제 2 냉매유동관(140)은 이중관 구조로 형성되어, 상기 제 2 내부챔버(C3)로 액화냉매를 공급하고, 상기 제 2 외부챔버(C4)에서 기화냉매를 회수하도록 형성될 수 있다. 제 2 냉매유동관(140)의 상세한 내부구성에 대하여는 후술하기로 한다.
한편, 냉각기(150)는 제 2 냉매유동관(140)의 후단에 연결되어, 냉각에 사용된 기화냉매를 다시 액화시키고, 냉각에 필요한 액화냉매를 제 2 냉매유동관(140)으로 공급한다. 이때, 필요에 따라 냉각기(150)에는 상기와 같은 냉매의 순환을 위한 순환펌프(미도시)가 구비될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도베어링부(110) 및 제 1 냉매유동관(120)의 내부구조를 보여주는 절개사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 초전도베어링부(110) 및 제 1 냉매유동관(120)의 종단면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 초전도베어링부(110)의 횡단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 초전도베어링부(110)는 제 1 회전바디부(112)와, 제 1 회전바디부(112)의 내측에 마련되는 제 1 격벽부(114)를 구비할 수 있다. 제 1 회전바디부(112)는 로터축(11)과 연결되어 상기 로터축(11)과 함께 회전되며, 내측에 소정정도의 공간부가 형성될 수 있다. 또한, 제 1 회전바디부(112)의 외면에는 초전도체(113)가 장착될 수 있다. 상기 초전도체(113)는 나셀(20)에 장착된 자성체(111)와 대응되는 것으로, 초전도베어링부(110)는 상기와 같은 초전도체(113)와 자성체(111, 도 1 참고) 간의 반발력을 통해 로터축(11)에 대한 베어링으로서 기능할 수 있다.
제 1 격벽부(114)는 제 1 회전바디부(112)의 내측에 마련되어, 제 1 회전바디부(112)의 내측 공간을 제 1 내부챔버(C1)와 제 1 외부챔버(C2)로 구획한다. 즉, 제 1 격벽부(114)는 제 1 회전바디부(112)의 내측을 중심부에 배치된 제 1 내부챔버(C1)와, 제 1 내부챔버(C1)의 외측에 배치된 제 1 외부챔버(C2)로 구획할 수 있다. 이때, 제 1 내부챔버(C1)는 초전도체(113)의 냉각에 필요한 액화냉매를 공급받기 위한 공간이며, 제 1 외부챔버(C2)는 공급된 액화냉매가 기화되어 초전도체(113)를 기화 냉각시키기 위한 공간이다.
한편, 제 1 격벽부(114)에는 냉매의 이동을 위한 제 1 냉매이동홀(114a)이 형성될 수 있다. 제 1 냉매이동홀(114a)은 제 1 격벽부(114)를 관통하는 홀(hole)로서, 제 1 내부챔버(C1)와 제 1 외부챔버(C2)를 서로 연통시킬 수 있다. 따라서 제 1 내부챔버(C1)로 공급된 액화냉매는 제 1 냉매이동홀(114a)을 통해 제 1 외부챔버(C2)로 유동될 수 있다.
이때, 제 1 냉매이동홀(114a)은 복수개로 형성될 수 있으며, 복수개의 제 1 냉매이동홀(114a)은 제 1 격벽부(114)에 방사형으로 배치될 수 있다(도 4 참고). 즉, 복수개의 제 1 냉매이동홀(114a)은 로터축(11)의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 이는 제 1 내부챔버(C1)로 유입된 액화냉매가 로터축(11)의 회전에 따른 원심력에 의하여 제 1 외부챔버(C2)로 유동됨을 감안하여, 액화냉매가 제 1 외부챔버(C2)로 원활하게 유동될 수 있도록 하기 위함이다. 이에 대하여는 본 발명의 작동에 대한 설명에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
또한, 초전도베어링부(110)는 제 1 냉매회수관(115)을 구비할 수 있다. 제 1 냉매회수관(115)은 제 1 외부챔버(C2)의 기화냉매를 배출시키기 위한 것으로, 제 1 외부챔버(C2)의 기화냉매를 후술할 제 1 냉매유동관(120)으로 안내한다. 구체적으로, 제 1 냉매회수관(115)은 제 1 외부챔버(C2)와 제 1 냉매유동관(120)의 제 1 외부유로(P2)를 연통시켜, 제 1 외부챔버(C2)의 기화냉매를 제 1 외부유로(P2)로 안내하도록 형성될 수 있다.
한편, 제 1 냉매유동관(120)은 초전도베어링부(110)의 후단에 연결될 수 있다. 제 1 냉매유동관(120)은 초전도베어링부(110)로 액화냉매를 공급하고, 사용된 기화냉매를 다시 회수한다. 이때, 제 1 냉매유동관(120)은 제 1 외관(121)과 제 1 내관(122)을 구비하는 이중관 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 냉매유동관(120)은 제 1 내부유로(P1)와 제 1 외부유로(P2)로 구획된 이중관 구조로 형성될 수 있다.
제 1 내부유로(P1)는 초전도베어링부(110)의 제 1 내부챔버(C1)와 연통되어, 액화냉매의 유동통로로서 기능할 수 있다. 즉, 제 1 내부유로(P1)는 제 1 내부챔버(C1)와 연통되어, 초전도체(113)의 냉각에 필요한 액화냉매를 제 1 내부챔버(C1)로 공급할 수 있다.
한편, 제 1 외부유로(P2)는 초전도베어링부(110)의 제 1 외부챔버(C2)와 연통되어, 기화냉매의 유동통로로서 기능할 수 있다. 즉, 제 1 외부유로(P2)는 제 1 외부챔버(C2)와 연통되어, 초전도체(113)의 냉각에 사용된 기화냉매를 회수하는 유동통로로서 사용될 수 있다. 이때, 제 1 외부챔버(C2)와 제 1 외부유로(P2)는 제 1 냉매회수관(115)에 의해 연통될 수 있으며, 제 1 외부챔버(C2)의 기화냉매는 제 1 냉매회수관(115)을 따라 유동하여 제 1 외부유로(P2)로 안내될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 초전도발전부(130) 및 제 2 냉매유동관(140)의 내부구조를 보여주는 절개사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 초전도발전부(130) 및 제 2 냉매유동관(140)의 종단면도이다. 도 7은 도 5에 도시된 초전도발전부(130)의 횡단면도이다. 도 8은 도 5에 도시된 제 2 격벽부(133) 및 제 3 냉매회수관(135)을 보여주는 사시도이다.
도 5 내지 도 8을 참고하면, 초전도발전부(130)는 제 1 냉매유동관(120)의 후단에 연결될 수 있으며, 제 2 회전바디부(132) 및 제 2 격벽부(133)를 구비할 수 있다. 제 2 회전바디부(132)는 제 1 냉매유동관(120)과 연결되며, 내측에 소정정도의 공간부가 형성될 수 있다. 또한, 제 2 회전바디부(132)의 외면에는 초전도코일(미도시)이 권취될 수 있다. 상기 초전도코일은 나셀(20)에 장착된 고정자(131, 도 1 참고)와 대응되는 것으로, 초전도발전부(130)는 상기와 같은 초전도코일과 고정자(131, 도 1 참고) 간의 전자기유도를 통해 로터축(11)의 회전력을 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 이때, 제 2 회전바디부(132)는 외면이 소정정도 돌출되어 상기 초전도코일이 권취되기 위한 코일권취부(132a)가 형성될 수 있으며, 상기와 같은 코일권취부(132a)는 제 2 회전바디부(132)의 외주를 따라 복수개 형성될 수 있다.
제 2 격벽부(133)는 제 2 회전바디부(132)의 내측에 마련되어, 제 2 회전바디부(132)의 내측 공간을 제 2 내부챔버(C3)와 제 2 외부챔버(C4)로 구획한다. 즉, 제 2 격벽부(133)는 제 2 회전바디부(132)의 내측을 중심부에 배치된 제 2 내부챔버(C3)와, 제 2 내부챔버(C3)의 외측에 배치된 제 2 외부챔버(C4)로 구획할 수 있다.
이때, 제 2 내부챔버(C3)는 상기 초전도코일의 냉각에 필요한 액화냉매를 공급받기 위한 것으로, 후술할 제 2 냉매유동관(140)의 제 2 내부유로(P3)와 연통될 수 있다. 또한, 제 2 내부챔버(C3)는 제 1 냉매유동관(120)의 제 1 내부유로(P1)와도 연통될 수 있다. 따라서 제 2 내부챔버(C3)로 공급된 액화냉매는 일부가 초전도발전부(130)에서 사용되고, 나머지는 제 1 내부유로(P1)로 유동하여 초전도베어링부(110)로 공급되게 된다.
또한, 제 2 외부챔버(C4)는 액화냉매가 기화되어 상기 초전도코일을 기화냉각시키기 위한 것으로, 제 2 내부챔버(C3)로 공급된 액화냉매의 기화열을 통해 상기 초전도코일을 냉각시키게 된다.
한편, 제 2 격벽부(133)에는 냉매의 이동을 위한 제 2 냉매이동홀(133a)이 형성될 수 있다. 제 2 냉매이동홀(133a)은 제 2 격벽부(133)의 외면을 관통하는 홀로서, 제 2 내부챔버(C3)와 제 2 외부챔버(C4)를 서로 연통시킬 수 있다. 따라서 제 2 내부챔버(C3)로 공급된 액화냉매는 제 2 냉매이동홀(133a)을 통해 제 2 외부챔버(C4)로 유동될 수 있다.
이때, 제 2 냉매이동홀(133a)은 복수개로 형성될 수 있으며, 복수개의 제 2 냉매이동홀(133a)은 제 2 격벽부(133)에 방사형으로 배치될 수 있다(도 7 참고). 즉, 복수개의 제 2 냉매이동홀(133a)은 로터축(11)의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 이는 제 2 내부챔버(C3)로 유입된 액화냉매가 로터축(11)의 회전에 따른 원심력에 의하여 제 2 외부챔버(C4)로 유동됨을 감안하여, 액화냉매가 제 2 외부챔버(C4)로 원활하게 유동될 수 있도록 하기 위함이다. 이에 대하여는 본 발명의 작동에 대한 설명에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
또한, 초전도발전부(130)는 제 2 냉매회수관(134)을 구비할 수 있다. 제 2 냉매회수관(134)은 제 2 외부챔버(C4)의 기화냉매를 배출시키기 위한 것으로, 제 2 외부챔버(C4)의 기화냉매를 후술할 제 2 냉매유동관(140)으로 안내한다. 구체적으로, 제 2 냉매회수관(134)은 제 2 외부챔버(C4)와 제 2 냉매유동관(140)의 제 2 외부유로(P4)를 연통시켜, 제 2 외부챔버(C4)의 기화냉매를 제 2 외부유로(P4)로 안내하도록 형성될 수 있다.
또한, 초전도발전부(130)는 제 3 냉매회수관(135)을 구비할 수 있다. 제 3 냉매회수관(135)은 제 1 외부유로(P2)의 기화냉매를 제 2 외부유로(P4)로 안내한다. 이때, 제 3 냉매회수관(135)은 제 2 회전바디부(132)의 내측을 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 제 3 냉매회수관(135)은 제 2 회전바디부(132)의 내측에 마련된 제 2 격벽부(133)의 벽면 내측에 형성될 수 있다(도 7 및 도 8 참고).
한편, 제 2 냉매유동관(140)은 초전도발전부(130)의 후단에 연결될 수 있다. 제 2 냉매유동관(140)은 초전도발전부(130)로 액화냉매를 공급하고, 사용된 기화냉매를 다시 회수한다. 이때, 제 2 냉매유동관(140)은 제 2 외관(141)과 제 2 내관(142)을 구비하는 이중관 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제 2 냉매유동관(140)은 제 2 내부유로(P3)와 제 2 외부유로(P4)로 구획된 이중관 구조로 형성될 수 있다.
제 2 내부유로(P3)는 초전도발전부(130)의 제 2 내부챔버(C3)와 연통되어, 액화냉매의 유동통로로서 기능할 수 있다. 즉, 제 2 내부유로(P3)는 제 2 내부챔버(C3)와 연통되어, 상기 초전도코일의 냉각에 필요한 액화냉매를 제 2 내부챔버(C3)로 공급할 수 있다.
한편, 제 2 외부유로(P4)는 초전도발전부(130)의 제 2 외부챔버(C4)와 연통되어, 기화냉매의 유동통로로서 기능할 수 있다. 즉, 제 2 외부유로(P4)는 제 2 외부챔버(C4)와 연통되어, 상기 초전도코일의 냉각에 사용된 기화냉매를 회수하는 유동통로로서 사용될 수 있다. 이때, 제 2 외부유로(P4)는 제 2 냉매회수관(134)에 의해 제 2 외부챔버(C4)와 연통될 수 있으며, 제 2 외부챔버(C4)의 기화냉매는 제 2 냉매회수관(134)을 따라 유동하여 제 2 외부유로(P4)로 안내될 수 있다. 또한, 제 2 외부유로(P4)는 제 3 냉매회수관(135)에 의해 제 1 외부유로(P2)와 연통될 수 있다. 따라서 제 1 외부유로(P2)의 기화냉매는 제 3 냉매회수관(135)을 따라 유동하여 제 2 외부유로(P4)로 안내될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 냉각기(150)는 상기와 같은 제 2 냉매유동관(140)의 후단에 연결될 수 있다. 냉각기(150)는 제 2 외부유로(P4)를 통해 기화냉매를 회수하게 되며, 회수된 기화냉매를 다시 액화시켜 제 2 내부유로(P3)를 통해 액화냉매를 공급하게 된다. 냉각기(150)는 나셀(20) 내부에 고정 설치될 수 있으며, 냉매가 누설되지 않도록 씰링수단(미도시)에 의해 제 2 냉매유동관(140)과 연결될 수 있다. 냉각기(150)로는 공지된 다양한 형태의 냉각장치가 사용될 수 있으며, 냉각기(150)의 상세한 내부구성은 본 발명의 기술적요지와 무관하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)의 작동에 대해 설명한다.
도 9는 도 6에 도시된 종단면도에서 액화냉매 및 기화냉매의 유동경로를 보여주는 작동상태도이다. 도 10은 도 3에 도시된 종단면도에서 액화냉매 및 기화냉매의 유동경로를 보여주는 작동상태도이다.
도 9 및 도 10에 실선으로 표시된 화살표는 액화냉매의 유동경로를 나타내며, 점선으로 표시된 화살표는 기화냉매의 유동경로를 나타낸다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 액화냉매의 유동경로를 먼저 설명하고, 다음으로 기화냉매의 유동경로에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 9를 참고하면, 초전도 풍력발전장치(100)가 작동됨에 따라 로터축(11)이 회전하게 되며, 로터축(11)과 연결된 초전도베어링부(110), 제 1 냉매유동관(120), 초전도발전부(130) 및 제 2 냉매유동관(140)이 함께 회전하게 된다(도 1 참고). 이때, 초전도체(113)나 상기 초전도코일은 극저온의 상태로 냉각되어야 기능할 수 있으므로, 초전도체(113)나 상기 초전도코일의 냉각이 필요하게 된다.
상기와 같은 냉각을 위하여, 냉각기(150)가 액화냉매를 제 2 내부유로(P3)로 공급한다. 이때, 상기와 같은 액화냉매의 공급은 순환펌프(미도시)를 통해 이뤄질 수 있다. 제 2 내부유로(P3)를 따라 유동한 액화냉매는 초전도발전부(130)에 마련된 제 2 내부챔버(C3)로 공급된다.
이때, 초전도발전부(130)는 로터축(11)과 함께 회전되고 있는 상태이므로, 제 2 내부챔버(C3)로 유입된 액화냉매에는 원심력이 작용한다. 따라서 제 2 내부챔버(C3)로 유입된 액화냉매 중 일부는 원심력에 의해 외측에 배치된 제 2 외부챔버(C4)로 유동하게 된다. 즉, 원심력에 의해 일부 액화냉매가 제 2 격벽부(133)에 형성된 제 2 냉매이동홀(133a)을 따라 유동하여, 제 2 외부챔버(C4)로 유입되게 된다. 이때, 제 2 냉매이동홀(133a)이 제 2 격벽부(133)에 방사형으로 배치되어, 상기와 같은 액화냉매의 유동이 보다 원활하게 이뤄질 수 있다.
한편, 나머지 액화냉매는 상기 순환펌프의 압력 등에 의해 계속하여 전방으로 유동하게 된다. 즉, 제 2 외부챔버(C4)로 유입되지 않은 나머지 액화냉매는 제 1 내부유로(P1)를 따라 초전도베어링부(110) 측으로 유동하게 된다.
도 10을 참고하면, 제 1 내부유로(P1)를 따라 유동한 액화냉매는 초전도베어링부(110)에 마련된 제 1 내부챔버(C1)로 유입된다. 이때, 초전도베어링부(110) 또한 로터축(11)과 함께 회전되고 있는 상태이므로, 제 1 내부챔버(C1)로 유입된 액화냉매에는 원심력이 작용하게 되며, 상기와 같은 원심력에 의해 액화냉매는 제 1 외부챔버(C2)로 유동하게 된다. 즉, 원심력에 의해 액화냉매가 제 1 격벽부(114)에 형성된 제 1 냉매이동홀(114a)을 따라 유동하여, 제 1 외부챔버(C2)로 유입되게 된다. 이때, 제 1 냉매이동홀(114a)이 제 1 격벽부(114)에 방사형으로 배치되므로, 상기와 같은 액화냉매의 유동이 보다 원활하게 이뤄질 수 있다.
한편, 상기와 같이 제 1 외부챔버(C2) 및 제 2 외부챔버(C4)로 유동한 액화냉매는 기화되어 초전도체(113) 및 상기 초전도코일을 냉각시킨 후, 다시 냉각기(150)로 회수된다.
즉, 도 9를 참고하면, 원심력에 의해 제 2 외부챔버(C4)로 유입된 액화냉매는 기화열을 통해 제 2 회전바디부(132)의 외면에 장착된 상기 초전도코일을 냉각시킨다. 상기 초전도코일의 냉각후 기화된 기화냉매는 제 2 냉매회수관(134)을 따라 유동한다. 제 2 냉매회수관(134)을 따라 유동한 기화냉매는 제 2 외부유로(P4)로 안내되며, 제 2 외부유로(P4)를 따라 유동하여 냉각기(150)로 다시 회수되게 된다.
한편, 도 10을 참고하면, 원심력에 의해 제 1 외부챔버(C2)로 유입된 액화냉매는 기화열을 통해 제 1 회전바디부(112)의 외면에 장착된 초전도체(113)를 냉각시킨다. 초전도체(113)의 냉각후 기화된 기화냉매는 제 1 냉매회수관(115)을 따라 유동한다. 제 1 냉매회수관(115)을 따라 유동한 기화냉매를 제 1 외부유로(P2)로 안내되어, 제 1 외부유로(P2)를 따라 초전도발전부(130) 측으로 유동하게 된다.
다시, 도 9를 참고하면, 제 1 외부유로(P2)를 따라 초전도발전부(130) 측으로 유동한 기화냉매는 제 3 냉매회수관(135)으로 유입된다. 제 3 냉매회수관(135)으로 유입된 기화냉매는 제 3 냉매회수관(135)을 따라 유동하여 제 2 외부유로(P4)로 안내되며, 제 2 외부유로(P4)를 따라 유동하여 냉각기(150)로 다시 회수되게 된다.
한편, 상기와 같은 기화냉매의 유동은 냉각기(150)에 마련된 상기 순환펌프 등에 의해 이뤄질 수 있으며, 냉각기(150)는 제 2 외부유로(P4)를 통해 회수된 기화냉매를 다시 액화시켜, 제 2 내부유로(P3)로 액화냉매를 공급하게 된다. 즉, 냉각기(150)는 상기와 같은 초전도체(113) 및 상기 초전도코일의 냉각이 연속적으로 이뤄질 수 있도록 냉매를 순환시키게 된다.
한편, 초전도체(113) 및 상기 초전도코일을 냉각시키기 위한 냉매로는 다양한 종류의 냉매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉매는 헬륨(He), 수소(H), 네온(Ne), 질소(N) 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)는, 초전도베어링부(110)와 초전도발전부(130)의 냉각 시스템을 일체화시킬 수 있다. 또한, 로터축(11)에서부터 제 2 냉매유동관(140)까지가 동일축 상에 형성되어, 전체적으로 하나의 회전축과 같은 형태로 단순화될 수 있다. 따라서 나셀(20)의 내부구조가 간소화될 수 있으며, 내부공간의 활용도를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 풍력발전장치(100)는, 초전도베어링부(110)를 구비함으로써 로터축(11)의 회전시 마찰손실을 최소화할 수 있다. 또한, 초전도발전부(130)를 사용함으로써 발전효율이 증대될 수 있다. 따라서 초전도 풍력발전장치(100)는 풍력설비의 발전량을 극대화시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 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: 초전도 풍력발전장치
110: 초전도베어링부 120: 제 1 냉매유동관
130: 초전도발전부 140: 제 2 냉매유동관
150: 냉각기

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 로터축과 동축(同軸) 연결되며 외면에 초전도체가 구비된 제 1 회전바디부와, 상기 제 1 회전바디부의 내측을 제 1 내부챔버 및 제 1 외부챔버로 구획하는 제 1 격벽부를 구비하는, 초전도베어링부;
    상기 초전도베어링부의 후단에 동축 연결되며, 제 1 내부유로가 상기 제 1 내부챔버와 연통되어 상기 제 1 내부챔버로 액화냉매를 공급하고, 제 1 외부유로가 상기 제 1 외부챔버와 연통되어 상기 제 1 외부챔버로부터 기화냉매를 회수하는, 제 1 냉매유동관; 및
    상기 제 1 냉매유동관의 후단에 동축 연결되는 제 2 회전바디부를 구비하는, 초전도발전부;를 포함하는 초전도 풍력발전장치.
  3. 초전도 베어링부의 후단에 동축(同軸) 연결되는 제 1 냉매유동관;
    상기 제 1 냉매유동관의 후단에 동축 연결되며 외면에 초전도코일이 구비된 제 2 회전바디부와, 상기 제 2 회전바디부의 내측을 제 2 내부챔버 및 제 2 외부챔버로 구획하는 제 2 격벽부를 구비하는, 초전도발전부; 및
    상기 초전도발전부의 후단에 동축 연결되며, 제 2 내부유로가 상기 제 2 내부챔버와 연통되어 상기 제 2 내부챔버로 액화냉매를 공급하고, 제 2 외부유로가 상기 제 2 외부챔버와 연통되어 상기 제 2 외부챔버로부터 기화냉매를 회수하는, 제 2 냉매유동관;을 포함하는 초전도 풍력발전장치.
  4. 로터축과 연결되며 초전도체를 포함하는 제 1 회전바디부와, 상기 제 1 회전바디부의 내측을 제 1 내부챔버 및 제 1 외부챔버로 구획하는 제 1 격벽부를 구비하는, 초전도베어링부;
    상기 초전도베어링부의 후단에 연결되며, 상기 제 1 내부챔버와 연통되는 제 1 내부유로와, 상기 제 1 외부챔버와 연통되는 제 1 외부유로를 구비하는, 제 1 냉매유동관;
    상기 제 1 냉매유동관의 후단에 연결되고 초전도코일을 포함하는 제 2 회전바디부와, 상기 제 2 회전바디부의 내측을 제 2 내부챔버 및 제 2 외부챔버로 구획하는 제 2 격벽부를 구비하는, 초전도발전부;
    상기 초전도발전부의 후단에 연결되며, 상기 제 2 내부챔버와 연통되는 제 2 내부유로와, 상기 제 2 외부챔버와 연통되는 제 2 외부유로를 구비하는, 제 2 냉매유동관; 및
    상기 제 2 냉매유동관의 후단에 연결되는 냉각기;를 포함하는 초전도 풍력발전장치.
  5. 청구항 2 또는 4에 있어서,
    상기 제 1 격벽부에는 상기 제 1 내부챔버와 상기 제 1 외부챔버를 연통시키는 제 1 냉매이동홀이 형성된 초전도 풍력발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 초전도베어링부는, 상기 제 1 외부챔버의 기화냉매를 상기 제 1 냉매유동관으로 안내하는 제 1 냉매회수관을 구비하고,
    상기 제 1 냉매유동관은, 제 1 내관 및 제 1 외관을 구비하는 이중관 구조로 형성된 초전도 풍력발전장치.
  7. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 제 2 격벽부에는 상기 제 2 내부챔버와 상기 제 2 외부챔버를 연통시키는 제 2 냉매이동홀이 형성된 초전도 풍력발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 초전도발전부는, 상기 제 2 외부챔버의 기화냉매를 상기 제 2 냉매유동관으로 안내하는 제 2 냉매회수관을 구비하고,
    상기 제 2 냉매유동관은, 제 2 외관과 제 2 내관을 구비하는 이중관 구조로 형성된 초전도 풍력발전장치.
  9. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 초전도발전부는, 상기 제 1 냉매유동관의 기화냉매를 상기 제 2 냉매유동관으로 안내하는 제 3 냉매회수관을 구비하는 초전도 풍력발전장치.
KR1020120011029A 2012-02-03 2012-02-03 초전도 풍력발전장치 KR101357632B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120011029A KR101357632B1 (ko) 2012-02-03 2012-02-03 초전도 풍력발전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120011029A KR101357632B1 (ko) 2012-02-03 2012-02-03 초전도 풍력발전장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130090016A KR20130090016A (ko) 2013-08-13
KR101357632B1 true KR101357632B1 (ko) 2014-02-05

Family

ID=49215754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120011029A KR101357632B1 (ko) 2012-02-03 2012-02-03 초전도 풍력발전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101357632B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105484948A (zh) * 2015-12-31 2016-04-13 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200476720Y1 (ko) * 2013-10-16 2015-03-24 삼성중공업 주식회사 축 냉각시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004236446A (ja) 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency 高温超伝導バルク材を用いた発電機
KR20090094964A (ko) * 2008-03-04 2009-09-09 엑셉터코리아 주식회사 풍력발전장치
JP4496930B2 (ja) 2004-11-11 2010-07-07 住友電気工業株式会社 風力発電システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004236446A (ja) 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency 高温超伝導バルク材を用いた発電機
JP4496930B2 (ja) 2004-11-11 2010-07-07 住友電気工業株式会社 風力発電システム
KR20090094964A (ko) * 2008-03-04 2009-09-09 엑셉터코리아 주식회사 풍력발전장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105484948A (zh) * 2015-12-31 2016-04-13 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130090016A (ko) 2013-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10587170B2 (en) Generators with open loop active cooling
US10742105B2 (en) Cooling device for a high pole-count rotor
US7312544B2 (en) Fluid transfer device and method for conveying fluid to a rotating member
CN106797159B (zh) 用于冷却能量转换设备的冷却设备和方法
US20140265669A1 (en) Centrifugal Heat Dissipation Device and Motor Using Same
JP2017507641A (ja) 電気ターボ機械及び発電プラント
KR20100126791A (ko) 회전 기준 프레임 내에 배치된 냉각 시스템
KR20180078075A (ko) 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기
KR101357632B1 (ko) 초전도 풍력발전장치
KR101772764B1 (ko) 플럭스 펌프를 이용한 모듈화된 초전도 발전 장치
CN103248150A (zh) 一种透平膨胀机永磁发电机的冷却系统及其工作方法
JP6249905B2 (ja) 極低温液体用ポンプ
US20200412206A1 (en) Dual-flux electric machine
US9537374B2 (en) Rotor for an electric machine
CN114640212A (zh) 用于风力涡轮发电机的旋转冷却系统
Chen et al. Study of heat pipe in motor cooling: A review
KR101327266B1 (ko) 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법
KR101265287B1 (ko) 자기냉매를 이용한 초전도 회전기기
JP6485291B2 (ja) 渦電流式発熱装置
CN116710636A (zh) 旋转机械以及使用了该旋转机械的制冷装置
KR101444779B1 (ko) 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템
KR101770769B1 (ko) 발전 사이클 시스템
KR101938138B1 (ko) 발전 사이클 시스템
KR101770783B1 (ko) 발전 사이클 시스템
EP2747253A1 (en) Arrangement for cooling a turbo generator and a method therefore

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee