KR101501702B1 - 결빙감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 설치 및 관리작업이 용이한 나셀(nacelle) 상부 등에 설치하여 블레이드의 결빙상태를 비교적 높은 정확도로 간접적으로 측정할 수 있는 결빙감지장치를 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명에 따른 결빙감지장치는, 케이스와, 상기 케이스의 내부에 내장되는 진동발생기 및 진동수신기와, 상기 케이스의 외주면 둘레를 따라 배치되는 것으로서 일단에서 상기 진동발생기에 연결되고 타단에서 상기 진동수신기에 연결되어 상기 진동발생기의 진동을 상기 진동수신기에 전달하는 진동전달튜브를 포함하되, 상기 케이스는 전면이 볼록한 곡면으로 형성되고, 상기 케이스의 양측면에는 각각 다수의 돌기체가 서로 간격을 두고 둘레를 따라 설치되고 그 돌기체들 사이에 각각 공기유동골이 형성됨으로써, 상기 케이스의 전면에 부딪힌 공기가 양측면으로 유동하여 상기 공기유동골을 전방에서 후방을 향해 통과하며, 상기 진동전달튜브는 상기 공기유동골과 상기 돌기체를 교번하여 관통하도록 상기 케이스의 외주면 둘레에 설치되어 상기 공기유동골을 통과하는 공기와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

Description

결빙감지장치{ICING DETECTING APPARATUS}

본 발명은 결빙감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기의 블레이드 등 저온지역에서 운용되는 설비의 결빙상태를 간접적으로 측정하기 위한 결빙감지장치에 관한 것이다.

풍력은 자연 상태의 무공해 에너지원으로 화석연료의 대체 에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로서 평가받고 있다.

대체로 고위도 지역인 저온지역이 고풍속지역인 관계로, 풍력발전시설은 유럽의 북부 등 저온지역에 많이 설치되고 있다.

그러나, 저온지역은 극한 환경으로 인하여 풍력발전기 블레이드(1)에 도 1과 같이 결빙(2)이 발생하여 하중을 증가시킴으로써, 내구성 저하, 발전량 저하, 아이스 드로우(ice throw; 얼음을 주변으로 투척) 등의 여러 문제를 유발하고 있다.

따라서, 블레이드(1)에 발생하는 결빙은 적절한 시점에 결빙을 제거하여 전술한 문제점이 발생하지 않도록 하기 위해 결빙상태에 대한 감시가 항시 이루어질 필요가 있다.

도 2는 한국공개특허공보 제10-2014-0014898호에 기재된 것으로서, 그와 같은 풍력발전기 블레이드의 결빙상태를 감지하는 장치를 도시한 것이다.

풍력발전기의 블레이드(1) 표면에 결빙이 발생한 경우, 결빙의 하중에 의해 그 길이방향으로 압축 또는 신장이 발생하므로, 도 2와 같이 그 압축 또는 신장을 측정하기 위해 블레이드(1) 표면에 스트레인게이지(3a,3b)를 다수개 설치한다.

상기 블레이드(1)에 다수개의 스트레인게이지(3a,3b)를 부착하면, 블레이드(1)에 발생하는 결빙의 중량에 따라 스트레인게이지(3a,3b)가 블레이드(1)와 함께 압축 또는 신장하게 되며, 그 변형량에 대한 정보를 감지장치(4)가 전달받아 전기적 신호로 바꾸어 메인제어장치(5)로 전달할 수 있다.

이에 따라, 상기 메인제어장치(5)는 스트레인게이지(3a,3b)의 압축 또는 신장에 의한 변형량이 미리 설정된 한계변형량을 벗어나면, 블레이드(1)의 회전속도를 감속하는 등의 제한운전을 하거나, 블레이드(1)의 회전을 정지시켜 결빙제거작업을 하게 된다.

그러나, 전술한 결빙감지장치의 경우, 블레이드(1)의 표면에 스트레인게이지(3a,3b)를 부착하여야 하므로, 그 부착방법 및 작업이 난해할 뿐 아니라 감지신호의 전송을 위한 신호연결선의 설치에 어려움이 있다.

또한, 스트레인게이지(3a,3b)의 설치불량, 노후화로 인해 교체의 필요가 있는 경우, 거대한 블레이드(1)에 접근하여 작업이 이루어져야 하므로, 유지관리작업에 상당한 어려움이 동반된다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 설치 및 관리작업이 용이한 나셀(nacelle) 상부 등에 설치하여 블레이드의 결빙상태를 비교적 높은 정확도로 간접적으로 측정할 수 있는 결빙감지장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 풍력발전기의 블레이드 뿐 아니라, 결빙이 발생할 수 있는 항공기 날개 등 타 장비의 결빙상태를 비교적 높은 정확도로 간접적으로 감시할 수 있는 구조의 결빙감지장치를 제공하는 것이다.

이에 따라 본 발명에 따른 결빙감지장치는, 케이스와, 상기 케이스의 내부에 내장되는 진동발생기 및 진동수신기와, 상기 케이스의 외주면 둘레를 따라 배치되는 것으로서 일단에서 상기 진동발생기에 연결되고 타단에서 상기 진동수신기에 연결되어 상기 진동발생기의 진동을 상기 진동수신기에 전달하는 진동전달튜브를 포함하되, 상기 케이스는 전면이 볼록한 곡면으로 형성되고, 상기 케이스의 양측면에는 각각 다수의 돌기체가 서로 간격을 두고 둘레를 따라 설치되고 그 돌기체들 사이에 각각 공기유동골이 형성됨으로써, 상기 케이스의 전면에 부딪힌 공기가 양측면으로 유동하여 상기 공기유동골을 전방에서 후방을 향해 통과하며, 상기 진동전달튜브는 상기 공기유동골과 상기 돌기체를 교번하여 관통하도록 상기 케이스의 외주면 둘레에 설치되어 상기 공기유동골을 통과하는 공기와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 공기유동골은 상기 케이스의 전면과 접하도록 배치되어 상기 케이스의 전면에 부딪혀 상기 케이스의 양측면으로 이동하는 공기가 상기 전면에서 상기 공기유동골로 연속적으로 진입하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 케이스의 전면이 전방을 향해 세워진 상태에서 상기 공기유동골은 수평방향으로 공기가 통과하도록 통로가 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 케이스의 양측면에서 상기 진동전달튜브는 상기 케이스와 미접촉상태로 설치되도록 상기 돌기체에 상기 진동전달튜브의 단면적보다 큰 단면적의 튜브설치공이 설치되어 상기 진동전달튜브가 통과하고 있는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 케이스는 세워진 타원형상의 판상으로서, 상기 타원형상의 둘레가 상기 케이스의 외주면 둘레가 되며, 상기 타원형상의 상단부에 상기 진동발생기 및 상기 진동수신기가 설치되고, 상기 타원형상의 하단부에서 상기 진동전달튜브를 잡아 지지하고 있으며, 상기 진동전달튜브는 원형튜브이고, 상기 케이스에는 상기 진동전달튜브의 결빙을 녹이기 위한 발열수단이 더 설치되며, 상기 진동발생기 및 상기 진동수신기와 연결되어 발생한 진동과 수신된 진동을 비교함으로써 결빙상태를 판별하는 판별기가 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따른 결빙감지장치는, 풍력발전기의 블레이드 후방에 있는 낫셀에 설치되더라도, 블레이드에 의해 발생하는 공기의 난류흐름이 케이스의 전면과 공기유동골을 통과하면서 층류와 유사한 상태로 변화되어 진동전달튜브에 작용할 수 있는 바, 진동전달튜브가 고공에서 층류공기흐름을 받는 블레이드와 유사한 조건에서 결빙상태를 간접적으로 감지할 수 있다. 이에 따라, 결빙상태에 대한 감지결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 결빙감지장치는, 진동전달튜브가 돌기체의 튜브설치공에 설치된 상태에서 돌기체와 미접촉한 상태로 설치되고 있으므로, 진동전달튜브를 통해 전달되는 진동이 케이스의 돌기체에 의해 감쇄되는 등의 영향을 받지 않는 바, 결빙상태에 대한 보다 신뢰성 높은 감지가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 결빙감지장치는, 케이스에 진동전달튜브의 결빙을 녹이기 위한 발열수단이 더 설치되어 결빙감지장치를 초기화시키는 리셋작용이 원활히 이루어질 수 있다.

도 1은 풍력발전기 블레이드에 결빙이 발생한 상태에 관한 사진
도 2는 종래 풍력발전기 블레이드의 결빙을 감지하는 결빙감지장치의 구성설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치를 풍력발전기 나셀의 상부에 설치한 상태를 도시하는 설치상태도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치의 구성을 도시하는 분해사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치의 정면구성도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치의 측면구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치의 평단면구성 및 작용설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치에서 진동전달튜브에 결빙이 발생하는 작용을 설명하는 작용설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치에서 진동전달튜브의 진동전달과정 및 결빙상태를 판별하는 구성을 설명하기 위한 설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치에서 진동전달튜브의 표면에 이물질(결빙)의 부착여부에 따라 동일하게 발생된 진동이 서로 다르게 수신되는 결과를 나타내는 시험자료
도 11은 풍력발전기의 블레이드 선단부에서 결빙이 발생하는 상태와 본 발명의 실시예에 따른 진동전달튜브의 선단부에서 결빙층이 발생하는 상태를 도시하는 상태설명도

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치는 풍력발전기 블레이드(100)의 후측에서 나셀(200) 상부에 결빙발생 및 상태를 감지하도록 설치된다.

상기 결빙감지장치는 나셀(200)의 상부에 고정되는 지지대(300)의 전면에 브라켓(400)에 의해 고정됨으로써, 결빙감지장치(10)가 전방을 향해 풍력을 받도록 설치되어 결빙발생 및 상태을 감지하고 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치(10)의 구성을 도시하는 분해사시도이고, 도 5는 결빙감지장치(10)의 정면구성도이며, 도 6은 결빙감지장치(10)의 측면구성도이고, 도 7은 결빙감지장치(10)의 평단면구성도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 결빙감지장치(10)는, 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내부에 내장되는 진동발생기(31) 및 진동수신기(32)와, 상기 케이스(20)의 외주면 둘레를 따라 배치되는 것으로서 일단에서 진동발생기(31)에 연결되고 타단에서 진동수신기(32)에 연결되어 진동발생기(31)의 진동을 진동수신기(32)에 전달하는 진동전달튜브(33)를 포함한다.

상기 케이스(20)는 내부의 부품들을 보호할 뿐 아니라 전방에서 불어오는 바람을 받아 양측방으로 유도할 수 있는 형상을 가진다.

상기 케이스(20)는 전방케이스(20a)와 후방케이스(20b)가 분할되어 서로 접합됨으로써 완전한 형체를 이룬다. 또한, 상기 케이스(20)는 세워진 타원형상의 판상으로서, 넓은 전면이 전방을 향하도록 설치된다.

케이스(20)의 전면(21) 즉, 전방케이스(20a)의 전면(21)은 볼록한 곡면으로 형성되고, 케이스(20)의 양측면에는 각각 다수의 돌기체(23)가 서로 간격을 두고 둘레를 따라 설치되며 그 돌기체(23)들 사이에 각각 공기유동골(24)이 형성된다.

케이스(20)의 전면(21)의 볼록한 곡면은 전방에서 불어오는 바람을 받아 양측면으로 유도하는 공기유동을 안내하는 표면이 된다.

본 실시예의 결빙감지장치(10)는 풍력발전기 블레이드(100)의 후방에 설치되므로, 블레이드(100)에 부딪힌 공기가 블레이드(100) 후방에서는 난류(turbulent flow)의 형태로 유동하게 되는 바, 도 7과 같이, 그 난류가 케이스(20)의 전면(21)에 부딪혀 볼록한 곡면을 따라 양측으로 유도되어 흐르게 되면, 볼록한 곡면에 의해 안내되는 표면 근처(A영역)의 공기흐름은 층류(laminar flow)와 가까운 흐름으로 변화될 수 있다.

그러한 층류와 가까운 흐름은 폭이 좁은 공기유동골(24)을 통과하면서 한번 더 유도되어 층류의 흐름을 가질 수 있다. 층류의 흐름으로 공기유동을 변경시키는 것은 고공에서 블레이드(100)가 받는 공기유동과 유사한 유동상태를 공기유동골(24)에 만들기 위함이다.

전방케이스(20a)와 후방케이스(20b)는 각각 전방돌기체(23a)와 후방돌기체(23b)가 다수 형성되어 있고, 전방케이스(20a)와 후방케이스(20b)가 서로 접합됨으로써 완성된 돌기체(23)가 케이스(20)의 양측면에 형성된다.

케이스(20)의 양측면에는 각각 다수의 돌기체(23)가 서로 간격을 두고 둘레를 따라 설치되는 바, 돌기체(23)들 사이의 간격에 의해 그 돌기체(23)들 사이에 각각 공기유동골(24)이 형성된다. 상기 둘레는 케이스(20)의 형상인 타원형상의 둘레를 의미한다.

공기유동골(24)은 케이스(20)의 전면(21)을 따라 유도되는 공기가 케이스(20)의 양측면에서 통과하면서 층류의 흐름이 되도록 유도하는 부분으로서, 하나의 공기유동골(24)은 상하에 각각 설치된 돌기체(23) 사이에 골짜기형태로 형성되어 케이스(20)의 전면(21)에서 유도되어 온 공기가 전방에서부터 후방을 향하는 방향으로 통과한다. 그 통과하는 과정에서 공기유동은 공기유동골(24) 상하의 돌기체(23)에 의해 안내되면서 전후로만 공기유동이 안내되므로 공기의 층류흐름으로 유도될 수 있다.

상기 공기유동골(24)은 하나의 공기유동골(24)을 형성하는 상하의 돌기체(23)에 의해 형성되는 좁은 통로이고, 그 돌기체(23)는 전면이 케이스(20)의 전면(21)과 연속되는 곡면으로 형성되는 바, 공기유동골(24)도 상기 케이스(20)의 전면(21)과 접하도록 배치되어 케이스(20)의 전면(21)에 부딪혀 상기 케이스(20)의 양측면으로 이동하는 공기는 볼록한 곡면인 케이스(20)의 전면(21)에서부터 공기유동골(24)로 이어서 연속적으로 진입할 수 있다. 이에 따라, 케이스(20) 전면(21)을 따라 흐르는 공기의 유동이 층류와 유사한 상태를 만든 후 그 상태가 흐트러지지 않고 공기유동골(24)로 진입하게 되므로 공기유동골(24)에서 층류유동을 원활히 형성할 수 있다.

더욱이 케이스(20)의 전면(21)이 전방을 향해 세워진 상태에서 상기 공기유동골(24)은 수평방향으로 공기가 통과하도록 통로를 형성하고 있는 바, 풍력발전기의 나셀(200)이 설치되는 고공에서 대체로 수평으로 유동하는 공기의 흐름에 따라 공기의 유동이 흐트러지지 않고 원활히 통과하도록 한다.

상기와 같이, 공기유동골(24)이 전방에서 오는 공기흐름을 난류에서 층류로 변화시키는 이유는 풍력발전기 블레이드(100)가 고공에서 받는 공기흐름이 대체로 층류이므로, 블레이드(100)의 결빙상태를 간접적으로 측정하기 위한 공기유동골(24)의 진동전달튜브(33)도 층류의 공기유동을 받을 수 있도록 하기 위함이다.

상기 돌기체(23)에는 진동전달튜브(33)가 통과하도록 튜브설치공(25)이 형성된다. 튜브설치공(25)은 전방돌기체(23a)의 설치공(25a)과 후방케이스(20b)의 설치공(25b)이 조합되어 진동전달튜브(33)의 단면적보다 큰 단면적의 튜브설치공(25)이 형성됨으로써, 진동전달튜브(33)가 케이스(20)와 미접촉상태로 통과하도록 설치될 수 있다.

상기 돌기체(23)와 공기유동골(24)은 케이스(20)의 양측면에만 설치할 수도 있으나, 본 실시예에서는 케이스(20)의 양측면 뿐 아니라 하부까지 설치하여 케이스(20)의 상단부를 제외한 둘레 전체에 돌기체(23)와 공기유동골(24)이 설치된다.

케이스(20)의 하단에 설치된 돌기체(23) 중의 어느 하나(25d)에는 튜브설치공(25)이 진동전달튜브(33)의 외경과 동일하게 형성되어 진동전달튜브(33)가 흔들리지 않도록 지지한다.

한편, 상기 케이스(20)에는 진동발생기(31) 및 진동수신기(32)가 내장되고 케이스(20)의 둘레를 따라 진동전달튜브(33)가 설치된다.

상기 진동발생기(31) 및 진동수신기(32)는 케이스(20)의 상단부에 내장되는 별도의 블록체(41) 내에 내장되어 설치되고, 상기 블록체(41)가 케이스(20)의 타원형 상부와 동일 형상으로 이루어지고, 전방케이스(20a)와 후방케이스(20b)를 결합하는 결합수단이 통과하는 관통공(41a)이 형성되어 있으므로, 진동발생기(31) 및 진동수신기(32)가 내장된 블록체(41)가 타원형 케이스(20)의 상부에 전방케이스(20a)와 후방케이스(20b)가 접합되어 케이스(20) 내에 설치된 상태가 되면, 그 내부에서 흔들림없이 고정될 수 있다.

상기 진동발생기(31)는 음파 또는 초음파 등의 진동을 발생시키는 부분이고, 진동수신기(32)는 진동발생기(31)에서 발생한 진동을 진동전달튜브(33)를 매개로 수신하는 부분이다.

진동발생기(31)는 판별기(35)의 제어신호에 의해 진동을 발생시키고 진동수신기(32)는 수신한 측정값을 판별기(35)로 전달하여 발생된 진동신호와 수신된 진동신호가 비교될 수 있도록 한다.

상기 진동전달튜브(33)는 진동발생기(31)와 진동수신기(32)에 양단이 고정되는 관형상의 원형튜브로서, 상기 공기유동골(24)과 돌기체(23)를 교번하여 관통하도록 상기 케이스(20)의 외주면 둘레에 설치된다.

상기 진동전달튜브(33)를 매개로 진동이 전달되고 있으며, 진동전달튜브(33)의 외면에 이물질이 부착되는 경우, 전달되는 진동의 특성에 변화를 유발한다.

이에 따라, 공기유동골(24)을 통과하는 공기와 접촉하는 진동전달튜브(33)의 표면에 결빙이 발생하여 결빙층(60) 또는 얼음덩어리가 부착되면, 그 결빙층(60) 또는 얼음덩어리에 의해, 전달되고 있는 진동의 진폭 등에 변화가 발생하는 바, 수신되는 진동의 특성변화에 의해 결빙의 발생 및 결빙정도를 확인할 수 있다.

상기 진동전달튜브(33)는 케이스(20)의 양측면에서 타원형상의 둘레를 따라 설치되되, 돌기체(23)에 형성된 튜브설치공(25)을 통과하고, 튜브설치공(25)이 진동전달튜브(33)보다 큰 단면적으로 형성되므로 케이스(20)의 돌기체(23)에 미접촉된 상태로 설치될 수 있다.

진동전달튜브(33)의 지지는 케이스(20) 상부에 설치되는 진동발생기(31)와 진동수신기(32)가 잡아 지지하고 있으며, 본 실시예에서는 공기유동에 따른 진동전달튜브(33)의 흔들림이 방지될 수 있도록 케이스(20)의 하단부, 즉 세워진 타원형상의 하단부에서 상기 진동전달튜브(33)를 잡아 지지한다.

케이스(20)의 하단부에서는 하나의 돌기체(23)에 형성된 튜브설치공(25d)이 진동전달튜브(33)의 외경과 동일한 직경으로 형성되어 진동전달튜브(33)를 잡아 지지할 수 있다.

한편, 상기 케이스(20)에는 진동전달튜브(33)의 결빙을 녹이기 위한 발열수단이 더 설치된다.

상기 발열수단은 케이스(20) 내부에 설치되는 발열선(44)과, 발열선(44)의 발열을 제어하기 위한 전력조절기(42)를 포함하고, 전력조절기(42)는 케이스(20) 상단부에 위치한 블록체(41)의 내부에 설치된다.

블레이드(100)의 결빙제거가 이루어지고 난 이후, 결빙감지장치(10)를 리셋하여야 하므로, 발열수단의 발열을 통해 케이스(20) 주변 특히, 진동전달튜브(33)의 결빙상태를 제거하여 원상태로 복원시키도록 제어기에 의해 발열수단이 제어된다. 상기 제어기의 역할은 상기 판별기(35)가 겸할 수 있다.

미설명 도면부호 47는 신호전달 및 전원연결선이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 결빙감시장치가 결빙을 감시하는 작용을 설명한다.

본 실시예의 결빙감시장치는 풍력발전기 블레이드(100)의 결빙상태를 간접적으로 측정하는 것이며, 유동하는 공기가 블레이드(100)에 부딪히게 되는 블레이드(100)의 선단면에 도 1과 같이 결빙이 발생하고, 도 11과 같이, 그 블레이드(100)의 선단면이 진동전달튜브(33) 단면의 선단면과 유사한 곡면인 바, 진동전달튜브(33)의 선단면의 결빙정도에 따라 블레이드(100)의 선단면에 발생한 결빙정도를 예측할 수 있다.

먼저, 도 3과 같이, 풍력발전기의 나셀(200) 상부에 본 실시예의 결빙감시장치를 케이스(20)가 세워진 케이스(20)가 되도록 하고 케이스(20)의 전면(21)이 전방의 블레이드(100)를 향하도록 설치된다.

이에 따라, 블레이드(100)를 거쳐 후방으로 유동하는 공기는 블레이드(100)의 운동에 의해 난류의 형태로 후방으로 유동하면서 도 7과 같이, 케이스(20)의 전면(21)에 부딪히게 된다.

상기 케이스(20)의 전면(21)은 볼록한 곡면이므로 그 전면(21)에 부딪힌 난류유동은, 전면(21)의 곡면을 따라 케이스(20)의 양측면으로 유도되고, 그 난류 중 케이스(20)의 전면(21) 표면에 근접한 영영에서 표면을 따라 흐르는 공기유동은 표면의 안내에 의해 층류와 유사한 형태의 유동으로 안내될 수 있다.

이후, 케이스(20) 전면(21)에 의해 양측면으로 유도된 공기유동은 공기유동골(24)로 진입하여 후방으로 유동하게 된다.

공기유동골(24)에서는 각 공기유동골(24)을 상하에서 커버하는 돌기체(23)들에 의해 공기가 유동하는 범위가 제한되어 전방에서 후방으로 유동이 안내되므로, 케이스(20)의 전면(21)에서 유동하는 경우보다 더 층류에 가까운 유동이 되거나, 층류흐름이 되어 진행한다.

이에 따라, 공기유동골(24)에 노출되어 있는 진동전달튜브(33)의 선단면에는 공기와 함께 유동하는 결빙입자들이 부착되어 도 8과 같이, 결빙층(60)이 형성된다.

한편, 도 9와 같이, 판별기(35)는 진동발생기(31)를 통해 주기적으로 초음파 또는 음파 진동을 진동전달튜브(33)에 발생시켜 진동수신기(32)를 통해 수신하고 있는 바, 결빙상태에 따라 수신되는 진동값의 변화를 판별할 수 있다.

도 10은 진동전달튜브(33)에 이물질이 부착되었는지 여부에 따라, 수신되는 진동신호의 차이를 나타내고 있다.

도 10을 참조하면, 진동전달튜브(33)의 표면에 이물질이 부착되면, 진폭과 주파수가 모두 작아지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 진동감지센서의 진동전달튜브(33)의 표면에 결빙이 발생하여 얼음알갱이가 적층되면 진동의 진폭 및 주파수가 감소된 상태로 진동이 전달된다.

특히, 진동전달튜브(33)의 결빙층(60)이 성장하여 결빙층(60)이 돌기체(23)에 붙어 진동전달튜브(33)를 돌기체(23)에 부착시켜 버리면, 진동전달튜브(33)를 통해 전달되는 진동을 더욱 방해하게 될 것이므로, 발생되는 진동과 수신되는 진동사이의 진폭 등의 차이가 보다 크게 나타나게 된다.

또한, 다수의 돌기체(23) 중, 결빙층(60)의 성장으로 진동전달튜브(33)와 돌기체(23)가 서로 붙어버리는 돌기체(23)가 증가하는 것은, 결빙의 정도가 점차 심해지는 것을 의미한다. 이는 진동신호의 진폭 등도 현저히 감소하게 되는 것이므로 판별기(35)가 그 상태를 판별할 수 있고, 블레이드(100)의 결빙층(60)이 현저히 성장한 것으로 판단할 수 있다.

진동전달튜브(33)에 의해 전달되는 진동의 특성변화와 블레이드(100)의 결빙정도에 대한 상관관계는 진동감지장치를 나셀(200)의 상부에 설치하여 시험가동의 데이터로서 획득될 수 있다.

블레이드(100)의 결빙상태가 심각하여 풍력발전기의 정지후 결빙제거 또는 발열체에 의해 블레이드(100)의 결빙제거가 이루어진 후에는, 진동감지장치의 발열체에 의해 결빙층(60)을 녹여 리셋시킨 후, 다시 결빙상태의 측정이 이루어진다.

참고로, 도 11은 풍력발전기의 블레이드(100) 선단부에서 결빙이 발생하는 상태와 본 실시예에 따른 진동전달튜브(33)의 선단부에서 결빙층(60)이 발생하는 상태를 비교하여 도시하고 있다.

본 실시예의 결빙감지장치(10)는 풍력발전기의 블레이드(100)에 대한 결빙상태뿐 아니라, 항공기의 날개나 기타 고공에서 운용되는 구조물 등에 설치하여 결빙상태의 간접적인 측정이 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 결빙감지장치 20; 케이스
20a; 전방케이스 20b; 후방케이스
21; 전면 23; 돌기체
23a; 전방돌기체 23b; 후방돌기체
24; 공기유동골 25; 튜브설치공
25a; 전방돌기체의 설치공 25b; 후방케이스의 설치공
31; 진동발생기 32; 진동수신기
33; 진동전달튜브 35; 판별기
41; 블록체 41a; 관통공
42; 전력조절기 44; 발열선
47; 신호전달 및 전원연결선 60; 결빙층
100; 블레이드 200; 나셀
300; 지지대 400; 브라켓
A; 표면근처영역

Claims (5)

1. 케이스(20)와,
   상기 케이스(20)의 내부에 내장되는 진동발생기(31) 및 진동수신기(32)와,
   상기 케이스(20)의 외주면 둘레를 따라 배치되는 것으로서 일단에서 상기 진동발생기(31)에 연결되고 타단에서 상기 진동수신기(32)에 연결되어 상기 진동발생기(31)의 진동을 상기 진동수신기(32)에 전달하는 진동전달튜브(33)를 포함하되,
   상기 케이스(20)는 전면(21)이 볼록한 곡면으로 형성되고,
   상기 케이스(20)의 양측면에는 각각 다수의 돌기체(23)가 서로 간격을 두고 둘레를 따라 설치되고 그 돌기체(23)들 사이에 각각 공기유동골(24)이 형성됨으로써, 상기 케이스(20)의 전면(21)에 부딪힌 공기가 양측면으로 유동하여 상기 공기유동골(24)을 전방에서 후방을 향해 통과하며,
   상기 진동전달튜브(33)는 상기 공기유동골(24)과 상기 돌기체(23)를 교번하여 관통하도록 상기 케이스(20)의 외주면 둘레에 설치되어 상기 공기유동골(24)을 통과하는 공기와 접촉하는 것을 특징으로 하는 결빙감지장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기유동골(24)은 상기 케이스(20)의 전면(21)과 접하도록 배치되어,
   상기 케이스(20)의 전면(21)에 부딪혀 상기 케이스(20)의 양측면으로 이동하는 공기가 상기 케이스(20)의 전면(21)에서 상기 공기유동골(24)로 연속적으로 진입하는 것을 특징으로 하는 결빙감지장치
3. 제2항에 있어서,
   상기 케이스(20)의 전면(21)이 전방을 향해 세워진 상태에서,
   상기 공기유동골(24)은 수평방향으로 공기가 통과하도록 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 결빙감지장치
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스(20)의 양측면에서 상기 진동전달튜브(33)는 상기 케이스(20)와 미접촉상태로 설치되도록,
   상기 돌기체(23)에 상기 진동전달튜브(33)의 단면적보다 큰 단면적의 튜브설치공(25)이 설치되어, 상기 진동전달튜브(33)가 통과하고 있는 것을 특징으로 하는 결빙감지장치
5. 제4항에 있어서,
   상기 케이스(20)는 세워진 타원형상의 판상으로서, 상기 타원형상의 둘레가 상기 케이스(20)의 외주면 둘레가 되며,
   상기 타원형상의 상단부에 상기 진동발생기(31) 및 상기 진동수신기(32)가 설치되고,
   상기 타원형상의 하단부에서 상기 진동전달튜브(33)를 잡아 지지하고 있으며,
   상기 진동전달튜브(33)는 원형튜브이고,
   상기 케이스(20)에는 상기 진동전달튜브(33)의 결빙을 녹이기 위한 발열수단이 더 설치되며,
   상기 진동발생기(31) 및 상기 진동수신기(32)와 연결되어 발생한 진동과 수신된 진동을 비교함으로써 결빙상태를 판별하는 판별기(35)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 결빙감지장치

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