KR101391763B1 - 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 발전기가 장착되는 몸체와, 상기 몸체의 외주연에서 상기 몸체의 길이방향으로 돌출되는 복수의 돌출단이 구성되도록 하여 돌출단이 방열 및 강성보강의 기능을 하도록 함에 특징이 있으며, 이러한 기능을 보조하기 위해 상기 발전기와 상기 몸체의 내주연 사이에는 복수의 열전달판이 더 구성되도록 하여 신속한 열전달, 분산 및 방사가 가능하도록 함에 특징이 있다.

Description

방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀{Tidal Current Power Nacelle with Heat Radiating Stiffener}

본 발명은 조류발전기 나셀에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 나셀을 구성함에 있어 그 외주연에 복수의 돌출단이 형성되도록 하여 내부로부터 발생되는 열을 분산 및 방사하도록 하고, 나셀을 구성하는 몸체의 강성을 보강하여 자중감소에 따른 경제성을 도모할 수 있으며, 복수의 돌출단 중 최상 및 최하 돌출단의 크기를 크게 하여 방열 및 강성보강 기능에 더해 유향제어기능을 부여함으로써 발전효율을 증대시킬 수 있는 조류발전기 나셀에 관한 것이다.

일반적으로 발전방법은 수력, 화력, 원자력발전 등이 채용되고 있는데, 대부분의 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하며, 화력발전의 경우 이에 더해 많은 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 하므로 자원고갈의 문제가 예상되고 있고, 이러한 자원을 이용함에 따른 2차적 공해문제 또한 대두되고 있다. 특히 원자력발전의 경우는 근래들어 방사능 유출과 핵폐기물 처리 등의 심각한 문제점이 대두되고 있다.

이에 기존의 발전방법보다 저렴하면서도 친환경적인 발전방법으로 제기되고 있는 것이 자연에너지를 이용하는 태양열발전, 조력발전, 조류발전, 풍력발전 등이 있다.

이 중 조류발전은 해수의 흐름을 이용하는 것으로서, 일반적으로 조류발전기는 도 4에서 보는 바와 같이 전단에 로터(10) 및 블레이드(10)가 구성되고, 상기 로터와 연결된 증속기, 발전기 등 발전장치(40)가 케이싱을 형성하는 나셀(30)의 내부에 구성되며, 나셀(30)은 파일 등 다양한 고정수단(50)에 의해 해저에 설치된다.

이에 종래기술로서 대한민국 특허공개 제10-2012-75253호 등에서는 상기 조류발전기에 있어 블레이드(10) 후방에 난류가 발생되는 것을 방지하도록 하는 기술이 제시되고 있으며, 대한민국 특허등록 제944764호 등에서는 유동적인 조류의 방향에 따라 나셀, 로터 등이 회전되도록 하여 발전효율을 배가시킬 수 있는 기술이 제시되고 있다.

그러나, 이들 기술에 있어서도 기본적으로 도 4의 조류발전기의 구성을 채용하고 있는 바, 이러한 구성에 있어서는 상기 나셀(30)의 내부에 발전장치(40)에서 발생되는 열에 의해 부하가 발생하는 경우 기기고장, 발전효율저감 등의 문제가 발생되며, 또한 조류발전기의 대형화로 블레이드가 대형화 되고 이에 나셀의 경우도 대형화가 필연적인데, 이러한 대형화에 의해 자중이 증가하고, 자중의 증가는 시공, 유지 및 보수의 비용이성을 초래하는 문제가 있다.

대한민국 특허공개 제10-2012-75253호 대한민국 특허등록 제944764호

이에 본 발명은 상기 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나셀 내부의 발전장치에서 발생되는 열을 외부로 분산 및 방사하도록 하며, 나셀의 자중을 감소시킬 수 있는 조류발전기를 제공하고자 함이다.

본 발명의 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀은, 내부에 발전장치가 장착되는 몸체와, 상기 몸체의 외주연에서 상기 몸체의 길이방향으로 돌출되는 복수의 돌출단이 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 조류발전기 나셀은 상기와 같이 복수의 돌출단이 형성되도록 함으로써 나셀 내부의 발전장치에서 발생되는 열을 외부로 방출되도록 함으로써 과열에 의한 기기고장을 방지하도록 하는 방열핀으로서 기능을 하게 되는 것이며, 이에 더하여 나셀(몸체)의 강성을 보강함으로써 나셀(몸체)의 두께를 작게 할 수 있도록 하는 것이다. 즉 상기 돌출단은 방열핀 겸용 강성보강재의 기능을 하는 것이다.

여기서 상기 몸체 내부에는 발전장치가 장착되되, 발전장치와 상기 몸체의 내주연 사이에는 복수의 열전달판이 구성되도록 하여 발전장치에서 방출되는 열이 상기 열전달판을 통해 몸체로 전달되고, 몸체로부터 상기 돌출단을 통해 외부로 방출되도록 하는 것이다.

또한, 하나의 예로서 상기 돌출단 중에서 최상 및 최하에 위치하는 돌출단은 타 돌출단 보다 높이가 더 큰 방향제어단인 것을 특징으로 하는 바, 이와 같이 방향제어단을 구성하는 이유는 상기에서 돌출단의 기능을 하는 동시에 유향제어의 날개역할을 하도록 하기 위함이다.

이에 더하여 상기 방향제어단은 타 돌출단 보다 길이가 길며, 몸체의 길이방향으로 높이가 더 커지는 형상으로 구성되도록 할 수 있는 바, 이렇게 구성함으로써 타 돌출단은 몸체 외주연에서 발전장치가 구성된 부분에 위치하여 강성보강은 물론 발전장치로부터 발생되는 열을 발산하는 기능을 하도록 하고, 상기 방향제어단은 전단(몸체에서 로터가 구성된 방향)은 타 돌출단과 동일한 기능에 중점을 두면서, 후단으로 갈수록 그 높이가 점점 커지도록 하여 유향제어의 기능을 하도록 하는 것이다. 즉 멀티기능이 발현이 더욱 용이하도록 그 형상이 구성되는 것이다.

상기 방향제어단에 있어 유향제어의 기능을 더욱 극대화 하기 위해 그 끝단에는 각각 돌출날개가 더 구성되도록 함이 타당하다.

한편 상기 몸체의 일단에는 방향조절날개가 구성되도록 하여 돌출단에 의해 방열기능 및 강성보강 기능을 하도록 하고, 별도로 방향조절날개에 의해 유향제어 기능을 하도록 할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 나셀을 구성함에 있어 그 외주연에 복수의 돌출단이 형성되도록 하여 내부로부터 발생되는 열을 분산 및 방사하도록 하여 열부하에 의한 기기고장을 방지하도록 하는 효과가 있다.

둘째, 나셀을 구성함에 있어 그 외주연에 복수의 돌출단이 형성되도록 하여 강성을 보강함으로써 나셀을 구성하는 몸체의 두께를 줄일 수 있어 재료, 시공 등에 있어 경제적인 장점이 있다.

셋째, 나셀을 구성함에 있어 복수의 돌출단 중 최상 및 최하 돌출단의 크기를 크게 하여 방열 및 강성보강 기능에 더해 유향제어기능을 부여함으로써 발전효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 예를 나타내는 측면도 및 절개단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 예를 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 측면도.
도 4는 종래 조류발전기를 나타내는 개략도.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도 1 내지 3에 의해 실시 예를 들어 상세하게 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 예를 나타내는 측면도 및 절개단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 예를 나타내는 측면도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 측면도이다.

도 1a 등에서 도시되는 본 발명의 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀(100)은, 내부에 발전장치(130)가 장착되는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 외주연에서 상기 몸체(110)의 길이방향으로 돌출되는 복수의 돌출단(120)이 구성됨을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 전단에 로터(10) 및 블레이드(20)가 구성되며, 상기 로터(10)가 내부의 발전장치(130)와 연결되도록 케이싱 역할을 수행하는 나셀(100)에 관한 것으로, 본 발명의 나셀(100)은 상기와 같이 복수의 돌출단(120)이 형성되도록 함으로써 상기 몸체(110) 내부의 발전장치(130)에서 발생되는 열을 외부로 방출되도록 하여 과열에 의한 기기고장을 방지하도록 하는 방열핀으로서 기능을 하게 되는 것이며, 이에 더하여 몸체(110)의 강성을 보강함으로써 몸체(110)의 두께를 작게 할 수 있도록 하는 것이다.

상기 몸체(110) 내부에 구성되는 발전장치(130)는 증속기, 발전기 등의 발전에 필요한 기구를 통칭하는 개념으로 정의한다. 즉 발전장치(130)에서 발생하는 열이란 발전기, 증속기, 각종 발전에 사용되는 연결기구 등에서 발전과정에 발생되는 열을 포함하는 개념으로 이러한 열에 부하가 걸리는 경우 나셀(100) 내부의 기기고장, 발전효율 저하 등의 문제가 발생되는 바, 본 발명에서는 이렇게 나셀(100) 내부의 발전장치(130)에서 발생되는 열을 분산시켜 외부로 토출시킴으로써 기기부하를 방지하도록 하는 것이다.

또한, 조류발전의 대형화에 의해 로터(10) 및 블레이드(20)가 대형화 되어 이에 따라 나셀(100)의 경우도 이를 수용하도록 대형화 되어야 할 것인데, 이를 위해서 당연히 나셀(100)(몸체(110))의 두께도 커지도록 하여 강성을 유지시켜야 되는 바, 이렇게 대형화됨에 따라 그 자중 등에 의해 그 설치가 용이하지 않으며, 유지 및 보수를 위해 수면위로 부상 등을 시키는 경우도 에너지 등의 면에서 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 상기 돌출단(120)이 몸체(110)의 외주연에 길이방향으로 형성되도록 함으로써 구조적 강성이 보강되도록 하는 바, 이에 따라 당연히 상기 몸체(110)의 자중을 줄일 수 있게 되어 재료비, 시공, 유지 및 보수에 있어 경제적이게 되는 것이다.

상기와 같은 구성을 가지고 본 발명에서는 3가지의 실시 예를 제시하고 있는 바, 이하 설명한다.

우선 첫 번째 실시 예가 도 1a 및 도 1b에 도시되고 있다.

본 실시 예의 경우도 전단에 로터(10) 및 블레이드(20)가 구성된 몸체(110)와 상기 몸체(110)의 외주연에 상기 몸체(110)의 길이방향으로 돌출된 돌출단(120)이 구성된다.

본 실시 예에 있어 상기 돌출단(120)은 도 1a에서 보는 바와 같이 상기 몸체(110)의 길이방향으로 복수개 형성되도록 하는 것으로, 상기 몸체(110)의 후단에서 일정유격이 형성된 위치까지 상기 돌출단(120)이 형성되도록 하는 것이다. 이렇게 돌출단(120)이 형성되도록 하는 것은 발전장치(130)가 형성된 위치에 돌출단(120)이 형성되도록 하여 발전장치(130)로부터 발생되는 열을 외부로 발산토록 하기 위함이며, 상기 몸체(110)의 후단부분의 경우 직경이 좁아드는 원뿔형상으로 마무리가 되므로 강성보강에 있어 상기 몸체(110)의 전단부분보다 덜 필요한 부분으로 상기 돌출단(120)이 상기 몸체(110)의 전단부분 즉 발전장치(130)가 위치하고, 강성보강이 더 필요한 부분에만 구성되도록 하는 것이다.

상기 돌출단(120)은 도 1b에서 보는 바와 같이 상기 몸체(110)의 외주연에 복수개 구성되되 방사형으로 구성되어 발전기(130)로부터 열을 분산하면서 외부로 방사형으로 방사되도록 구성되는 것이다.

이에 더하여 상기 몸체(110)의 내부에는 상기 발전장치(130)와 상기 몸체(110) 내주연 사이에 복수의 열전달판(140)이 구성되도록 함으로써 발전장치(130)에서 발생된 열이 바로 열전달판(140)을 통해 분산되어 상기 몸체(110)로 전달되고, 상기 몸체(110)로 전달된 열은 상기 돌출단(120)을 통해 외부 즉 수중으로 방사되도록 하는 것이다. 즉 열전달판(140)을 더 구성함에 따라 보다 신속한 열전달 및 방사가 가능하도록 하는 것이다. 이러한 열전달판(140)은 발전장치(130)로부터의 열이 전달되도록 하는 기능을 하는 외에 발전장치(130)가 몸체(110) 내부에서 견고하게 고정되도록 하여 해저의 해류 등에 의한 충격에 기해 발전장치(130)의 이탈에 의한 축의 변경 등에 의한 기기고장을 방지하도록 하는 것이다.

한편 본 실시 예에서는 상기 몸체(110)의 후단에 꼬리(150)가 구성되고, 꼬리(150) 끝단에 방향조절날개(160)가 구성되도록 하여 도면에 도시된 바는 없으나, 능동 또는 수동 유향제어 수단에 있어 날개의 기능을 하도록 하는 것이다. 즉 조류방향과 블레이드(20)가 직각을 형성하여 조류발전의 효율을 극대화 하기 위해서 상기 방향조절날개(160)가 조류방향을 감지하고, 이에 도면에 도시되지 않았으나, 능동 또는 수동에 의한 유향제어 수단 즉 나셀(100)을 조류방향(블레이드를 조류와 직각인 방향)으로 회전시키기 위한 수단이 작동하도록 하는 것이다.

한편 두 번째 실시 예가 도 2a 및 도 2b에 도시되고 있다.

본 실시 예의 경우도 전단에 로터(10) 및 블레이드(20)가 구성된 몸체(110)와 상기 몸체(110)의 외주연에 상기 몸체(110)의 길이방향으로 돌출된 돌출단(120)이 구성되는 점은 동일하다.

단 본 실시 예의 경우는 돌출단(120) 중에서 최상 및 최하에 위치하는 돌출단(120)은 타 돌출단(120) 보다 높이가 큰 방향제어단(120a)으로 구성하는 점이 상기 첫 번째 실시 예와 다르다.

상기 방향제어단(120a)은 상기에서 언급한 돌출단(120)의 방열기능 및 강성보강 기능을 함과 동시에 타 돌출단(120) 보다 크게 구성하여 첫 번째 실시 예에서 방향조절날개(160)와 같이 능동 또는 수동 유향제어 수단에 있어 날개의 기능을 하도록 하는 것이다. 여기서 상기 방향제어단(120a)이 타 돌출단(120)보다 높이가 크게 구성한다는 것은 도 2b에서 보는 바와 같이 몸체(110)의 외주연에서 타 돌출단(120) 끝단까지의 높이(h2)보다 몸체(110)의 외주연에서 상기 방향제어단(120a)의 끝단까지의 높이(h1)가 더 크게 구성하도록 하는 것이다. 이렇게 상기 몸체(110)의 최상 및 최하에 방향제어단(120a)을 구성함에 따라 방열기능 및 강도보강은 물론 첫 번째 실시 예의 방향조절날개(160)보다 긴 유향조절 날개가 구성되도록 하여 조류방향을 정확하게 감지하도록 한다. 즉 첫 번째 실시 예의 방향조절날개(160)의 경우는 블레이드(20) 후방에서 와류가 발생하므로 경우에 따라 정확한 유향조절이 와류에 의한 간섭에 의해 감지가 되지 않아 효율이 저하될 수 있는 문제를 본 실시 예의 경우 조류와 접하는 면적을 크게할 수 있는 방향제어단(120a)의 구성에 기해 정확한 유향조절이 가능하도록 하는 것이다.

이를 위해서 상기 방향제어단(120a)은 타 돌출단 보다 길이가 길며, 몸체(110)의 길이방향으로 그 높이가 커지는 형상으로 구성됨이 타당하다. 여기서 상기 방향제어단(120a)은 타 돌출단(120) 보다 길이가 길다는 의미는 도 2a에서 보는 바와 같이 방향제어단(120a)의 길이(l1)가 타 돌출단(120)의 길이(l2)보다 크다는 것으로, 이는 상기 돌출단(120)은 방열기능 및 강성보강의 기능만을 하므로 몸체(110)의 후단에서 일정유격을 형성하는 위치까지만 형성되도록 하는 반면, 상기 방향제어단(120a)은 몸체(110)의 후단까지 형성되도록 하여 그만큼 조류에 접하는 면적을 크게 하여 정확한 유향제어가 가능하도록 하기 위함이다.

또한, 상기 방향제어단(120a) 자체에서도 몸체(110)의 길이방향으로 그 높이가 커지는 형상으로 구성된다고 함은 도 2a에서 보는 바와 같이 몸체(110) 전단(블레이드가 형성된 방향)에서 몸체(110) 중심에서 상기 방향제어단(120a) 끝단의 높이(h3)보다 몸체(110) 후단에서 몸체(110) 중심에서 상기 방향제어단(120a)의 끝단의 높이(h4)가 커지도록 한다는 것이다. 이와 같이 구성하는 이유는 상기 방향제어단(120a)에 있어 전단부분(블레이드가 형성된 방향)은 방열기능 및 강성보강기능의 주가 되도록 하고, 후단부분은 조류와 접촉면적이 커지도록 함으로써 유향제어기능이 주가되도록 하기 위해 효율적으로 단면을 구성하도록 하는 것이다.

또한, 본 실시 예의 경우도 도 2b에서 보는 바와 같이 상기 몸체(110)의 내부에는 상기 발전장치(130)와 상기 몸체(110) 내주연 사이에 복수의 열전달판(140)이 구성되도록 하여 신속한 열전달 및 방사가 가능하도록 하며, 발전장치(130)가 몸체(110) 내부에서 견고하게 고정되도록 한다.

한편 세 번째 실시 예가 도 3에서 도시되고 있는 바, 본 실시 예는 두 번째 실시 예와 그 구성이 동일하나, 상기 방향제어단(120a)의 끝단에 각각 돌출날개(170)가 더 구성되도록 하는 점이 다르다. 즉 본 실시 예의 경우는 상기 방향제어단(120a)의 끝단에 각각 돌출날개(170)가 더 구성되도록 하여 유향제어의 정확성을 더욱 배가시키는 것이다.

이상 설명된 내용은 본 발명의 실시예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100 : 나셀 110 : 몸체
120 : 돌출단 120a : 방향제어단
130 : 발전기 140 : 열전달판
150 : 꼬리 160 : 방향조절날개
170 : 돌출날개

Claims (6)

1. 내부에 발전장치가 장착되는 몸체;
   상기 몸체의 외주연에서 상기 몸체의 길이방향으로 돌출되는 복수의 돌출단;을 포함하되,
   상기 돌출단 중에서 최상 및 최하에 위치하는 돌출단은 타 돌출단 보다 높이가 더 큰 방향제어단인 것을 특징으로 하는 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 방향제어단은 타 돌출단 보다 길이가 길며, 몸체의 길이방향으로 높이가 더 커지는 형상으로 구성됨을 특징으로 하는 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 방향제어단의 끝단에는 각각 돌출날개가 더 구성됨을 특징으로 하는 방열핀 겸용 강성보강재가 장착된 조류발전기 나셀.
6. 삭제

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