KR101502883B1 - 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법 - Google Patents

풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,
한 쌍의 측면커버가 외측 방향으로 분리 가능하게 설치되는 나셀; 상기 나셀의 내부 전방 양측과 내부 후방 양측에 각각 설치되어 상기 나셀의 각 측면커버를 외측 방향으로 분리할 수 있도록 하는 작동실린더; 상기 나셀의 내부에 설치되어 상기 각 작동실린더의 작동을 제어하는 제어유니트;를 포함하는 기술 구성을 통하여
나셀 내부의 온도가 높을 때에 나셀 측면커버를 분리함으로써 별도의 냉각팬 없이 블레이드를 향해 불어오는 외부 바람을 통해 나셀 내부의 각 작동부품을 신속하게 자연 냉각할 수 있게 되는 것이다.

Description

풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법 { NACELLE COOLING APPARATUS FOR WIND POWER GENERATOR AND THE CONTROL METHOD THEREOF }
본 발명은 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 냉각팬을 비롯한 별도의 냉각수단 없이 불어오는 바람을 나셀 내부로 유입시켜 온도를 낮추는 것에 관한 것이다.
풍력발전기는 바람이 가지고 있는 에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 장치이다.
도 1은 일반적인 풍력발전기의 구성도이다.
도 1과 같이 일반적으로 풍력발전기(10)는 블레이드(11, Blade), 나셀(12, Nacelle), 타워(13, Tower)를 포함한다.
풍력발전기의 블레이드(11)는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시킨다.
풍력발전기의 나셀(12)은 변속장치 및 발전기가 내장되는 것으로, 나셀(12)의 내부에 설치되는 변속장치는 블레이드에서 발생된 회전력을 메인 샤프트를 통해 변속기어로 전달하고 발전장치에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다.
또한, 나셀(12)의 내부에 설치되는 발전기는 상기 변속장치에서 공급되는 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환한다.
풍력발전기의 타워(13)는 상기 나셀(12) 및 블레이드(11)를 지지한다.
도 1에서 미설명부호 14는 하부구조물이다.
한편, 풍력발전기의 나셀(12)은 일반적으로 프레임에 고정되어 있으며, 이 때문에 풍력발전기의 운전중에 발생하는 나셀 내부의 열을 냉각시키기 위해 환기장치를 필요로 한다.
하지만 외기온도가 고온으로 장시간 유지되는 조건에서의 나셀 내부온도는 상승될 수밖에 없으며, 이로 인해 풍력발전기의 정상운전이 불가능한 문제가 발생하기도 한다.
이에 종래에는 냉각팬을 포함하는 별도의 환기장치 또는 냉각장치를 마련하여 나셀을 냉각하는 것이 보통이었다.
하기의 특허문헌 1에는 풍력발전기 냉각장치 및 냉각방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1의 풍력발전기 냉각장치는 풍력발전기 내부의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 온도 센서를 통해 측정된 상기 풍력발전기 내부의 측정온도와 미리 설정된 설정온도의 차이값을 바탕으로 상기 냉각팬의 목표 운전 속도를 결정하는 제어부; 및 상기 냉각팬의 운전 속도를 상기 목표 운전 속도로 조정하는 인버터를 포함한다.
또한, 특허문헌 1의 풍력발전기 냉각방법은 센서를 이용하여 풍력발전기 내부의 측정온도를 수집하는 단계; 측정온도와 미리 정해진 설정온도를 비교하여 냉각팬의 목표 운전 속도를 결정하는 단계; 및 인버터를 이용하여 냉각팬의 운전 속도를 목표 운전 속도로 조정하는 단계를 포함한다.
하기의 특허문헌 2에는 풍력발전기의 증속기 케이스에 방열부재를 구비하여 증속기 내부 오일의 냉각을 극대화하고 오일의 온도를 측정하여 일정온도 이상이 되면 냉각팬을 작동시켜 전력 사용을 최소화하여 효율적으로 냉각을 할 수 있도록 하는 풍력발전용 증속기의 냉각시스템이 개시되어 있다.
특허문헌 2의 풍력발전용 증속기의 냉각시스템은 나셀 둘레의 외주면에 관통 형성된 통공부와, 상기 나셀 내부의 증속기 케이스에 돌출형성된 방열부와, 상기 증속기의 일측에 구비되어 증속기의 냉각작용을 하는 냉각팬과, 상기 증속기의 온도를 감지하는 온도센서의 감지결과에 따라 냉각팬의 가동신호를 인가하는 제어부를 포함한다.
하기의 특허문헌 3에는 풍력발전기에 사용되는 증속기용 오일 냉각장치 및 이를 구비하는 풍력발전기가 개시되어 있다.
특허문헌 3의 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치는 나셀 내부에 장착되고, 증속기용 오일을 공기 유입부를 통해 유입되는 외부 공기를 이용하여 냉각시키기 위한 라디에이터; 공기 유입부 상측에서, 외부 공기를 라디에이터로 안내하는 흡입덕트; 라디에이터의 상부에 장착되고, 증속기용 오일과의 열교환을 통하여 가열된 외부 공기를 나셀의 외부로 배출하는 냉각팬; 증속기와 라디에이터 사이에서의 증속기용 오일의 순환을 위한 오일 유로; 및 흡입덕트와 나셀의 공기 유입부 사이에 설치되어, 흡입덕트와 나셀의 공기 유입부 사이를 통해 나셀 내로 이물질이 침입하는 것을 방직하기 위한 필터;를 포함한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0017897호(2012년 2월 29일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0088964호(2013년 8월 9일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0005295호(2012년 1월 16일 공개)
그러나 특허문헌 1 내지 특허문헌 3을 비롯한 종래의 기술에 따른 풍력발전기 냉각장치는 냉각팬을 이용하는 방식이기 때문에 구성이 복잡하여 제작이 번거롭게 되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 기술에 따른 풍력발전기 냉각장치는 외기온도가 높을 때에는 냉각팬을 가동하게 되더러도 나셀 내부의 각 작동부품을 신속하게 냉각할 수 없게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 적은 수의 부품으로 간편하게 제작할 수 있도록 함은 물론 더욱 신속하게 나셀 내부의 각 작동부품을 냉각할 수 있도록 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치는 한 쌍의 측면커버가 외측 방향으로 분리 가능하게 설치되는 나셀; 상기 나셀의 내부 전방 양측과 내부 후방 양측에 각각 설치되어 상기 나셀의 각 측면커버를 외측 방향으로 분리할 수 있도록 하는 작동실린더; 상기 나셀의 내부에 설치되어 상기 각 작동실린더의 작동을 제어하는 제어유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치는 상기 나셀의 내부에 설치되어 나셀의 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트에 전송하는 온도센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치는 상기 나셀이 전면커버, 후면커버, 한 쌍의 측면커버, 상부커버, 하부커버를 가지는 장방형으로 형성되고, 전면커버의 중앙에 블레이드 연결구멍이 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치는 상기 작동실린더가 나셀 내부에 고정 설치되는 실린더본체; 상기 실린더본체에 출몰 가능하게 설치되고, 선단부가 상기 나셀의 측면커버에 접속되는 작동로드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치는 상기 제어유니트가 전방 양측의 작동실린더의 작동로드의 인출거리를 길게 하고 후방 양측의 작동실린더의 작동로드의 인출거리를 짧게 하는 형태로 각 작동실린더를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법은 나셀의 내부에 설치된 온도센서가 나셀 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트로 전송하는 단계; 상기 온도센서의 감지신호에 따라 제어유니트가 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상인가를 판단하는 단계; 상기 제1설정온도 판단결과 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이면 제어유니트가 각 작동실린더를 작동하는 단계; 상기 각 작동실린더의 작동에 따라 나셀의 각 측면커버가 외측 방향으로 분리되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법은 상기 제어유니트의제1설정온도 판단 단계에서 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이 아니면 나셀 내부온도가 제2설정온도 이하인가를 판단하는 단계; 상기 제2설정온도 판단결과 제2설정온도 이하이면 작동실린더의 작동여부를 판단하는 단계; 상기 작동 판단결과 작동실린더가 작동중이면 제어유니트가 각 작동실린더의 작동을 정지하는 단계; 상기 각 작동실린더의 작동 정지에 따라 외측 방향으로 분리되었던 나셀의 각 측면커버가 전면커버, 후면커버, 상부커버, 하부커버와 합체되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법에 의하면, 나셀 내부의 온도가 높을 때에 나셀 측면커버를 분리함으로써 별도의 냉각팬 없이 블레이드를 향해 불어오는 외부 바람을 통해 나셀 내부의 각 작동부품을 자연 냉각할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법에 의하면, 많은 수의 구성부품을 사용하지 않고서도 나셀 냉각장치를 손쉽게 제작할 수 있게 되어 비용을 절감할 수 있게 되고, 냉각이 필요한 때에 나셀 내부의 각 작동부품을 더욱 신속하게 냉각할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 풍력발전기의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 정면도,
도 3은 동 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 횡단면도,
도 4는 동 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 측면커버 분리 상태의 횡단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법의 제어흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 정면도이고, 도 3은 동 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 횡단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치(100)는 나셀(110), 작동실린더(120), 제어유니트(130), 온도센서(140)를 포함한다.
나셀(110)은 변속장치와 발전기 등의 풍력발전기 작동부품이 내장되는 것이다.
상기 나셀(110)은 전면커버(111), 후면커버(112), 한 쌍의 측면커버(113)(114), 상부커버(115), 하부커버(116)를 가지는 장방형으로 구성되고, 전면커버(111)의 중앙에 블레이드 연결구멍(111a)이 마련된다.
상기 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)는 외측 방향으로 분리 가능하게 설치된다.
작동실린더(120)는 상기 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)를 좌우방향 이동시켜 외측 방향으로 분리할 수 있도록 하는 것이다.
상기 작동실린더(120)는 상기 나셀(110)의 내부 전방 양측과 내부 후방 양측에 각각 설치된다.
상기 작동실린더(120)는 실린더본체(121), 실린더본체(121)에 출몰 가능하게 설치되는 작동로드(122)를 포함한다.
상기 각 작동실린더(120)의 실린더본체(121)는 나셀(110) 내부의 고정프레임(미도시)에 고정 설치되고, 상기 각 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 선단은 상기 나셀(110)의 측면커버(113)(114)에 접속된다.
따라서, 각 작동실린더(120)의 작동으로 작동로드(122)가 실린더본체(121)에서 인출되면 작동로드(122)에 접속된 나셀 측면커버(113))(114)가 외측 방향으로 분리된다.
제어유니트(130)는 상기 나셀(110)의 내부에 설치되어 상기 각 작동실린더(120)의 작동을 제어하는 것이다.
상기 제어유니트(130)는 상기 각 작동실린더(120) 및 후술할 온도센서(140)와 전기적으로 접속된다.
온도센서(140)는 나셀(110)의 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트(130)에 전송하는 역할을 한다.
상기 온도센서(140)는 상기 나셀(110)의 내부에 설치된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치(100)는 한 쌍의 측면커버(113)(114)가 다른 커버(111)(112)(115)(116)로부터 분리될 수 있게 되는 것이다.
상기 각 측면커버(113)(114)가 다른 커버(111)(112)(115)(116)로부터 분리되면 개구 부분을 통해 블레이드 방향으로 불어오는 외부의 바람이 나셀(110) 내부로 진입된다.
상기 나셀(110)의 내부로 진입된 바람은 변속장치, 발전기를 비롯한 나셀(110) 내부의 각종 작동부품을 자연 냉각하여 부품을 보호하고 부품 과열에 의한 발전효율 저하를 방지하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치(100)에 있어서 각 측면커버(113)(114)의 분리 및 합체는 각 작동실린더(120)에 의해 이루어진다.
또한, 상기 각 작동실린더(120)의 작동은 온도센서(140)의 감지신호가 입력되는 제어유니트(130)에 의해 제어된다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치(100)에 있어서 온도센서(140)를 통해 감지된 나셀(110)의 내부온도가 냉각이 필요한 온도(제1설정온도) 이상이면 제어유니트(130)는 각 작동실린더(120)를 작동하여 각 측면커버(113)(114)를 다른 커버(111)(112)(115)(116)와 분리함으로써 나셀(11) 내부로 외부의 바람이 진입되도록 한다.
도 4는 동 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치의 측면커버 분리 상태의 횡단면도이다.
상기 각 측면커버(113)(114)를 분리할 때에 제어유니트(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 전방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 길게 하고 후방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 짧게 하는 형태로 각 작동실린더(120)를 제어할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 제어유니트(130)가 각 측면커버(113)(114)의 전방 유입 개구면적이 후방 유출 개구면적보다 크게 각 작동실린더(120)를 제어하게 되면 나셀(110)의 내부로 진입되는 외부 바람을 나셀(110)의 내부의 각 구성부품 쪽으로 원활하게 유도할 수 있게 되어 냉각 효율이 높게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치(100)에 있어서 온도센서(140)를 통해 감지된 나셀(110)의 내부온도가 냉각이 필요없는 온도(제2설정온도) 이하이면 제어유니트(130)는 각 작동실린더(120)의 작동을 정지하여 각 측면커버(113)(114)가 다른 커버(111)(112)(115)(116)와 합체되도록 함으로써 나셀(11) 내부로 더 이상 외부의 바람이 진입되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법의 제어흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법은 나셀(110)의 내부에 설치된 온도센서(140)가 나셀 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트(130)로 전송하는 단계; 상기 온도센서(140)의 감지신호에 따라 제어유니트(130)가 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상인가를 판단하는 단계; 상기 제1설정온도 판단결과 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이면 제어유니트(130)가 각 작동실린더(120)를 작동하는 단계; 상기 각 작동실린더(120)의 작동에 따라 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)가 외측 방향으로 분리되는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법은 상기 제어유니트(130)의 제1설정온도 판단 단계에서 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이 아니면 제2설정온도 이하인가를 판단하는 단계; 상기 제2설정온도 판단 단계에서 나셀 내부온도가 제2설정온도 이하이면 작동실린더(120)의 작동여부를 판단하는 단계; 상기 작동 판단결과 작동실린더(120)가 작동중이면 제어유니트(130)가 각 작동실린더(120)의 작동을 정지하는 단계; 상기 각 작동실린더(120)의 작동 정지에 따라 외측 방향으로 분리되었던 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)가 전면커버(111), 후면커버(112), 상부커버(115), 하부커버(116)와 합체되는 단계;를 더 포함한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
예를 들면 본 발명의 풍력발전기의 나셀 냉각장치 및 그 제어방법은 한 쌍의 측면커버(113)(114)가 분리되는 방식이 아닌 상부커버(115)와 하부커버(116)가 분리되는 방식으로도 변형 실시될 수 있다.
100 : 나셀 냉각장치
110 : 나셀
113, 114 : 측면커버
120 : 작동실린더
130 : 구동유니트
140 : 온도센서

Claims (7)

  1. 한 쌍의 측면커버(113)(114)가 외측 방향으로 분리 가능하게 설치되는 나셀(110);
    상기 나셀(110)의 내부 전방 양측과 내부 후방 양측에 각각 설치되어 상기 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)를 외측 방향으로 분리할 수 있도록 하는 작동실린더(120);
    상기 나셀(110)의 내부에 설치되어 상기 각 작동실린더(120)의 작동을 제어하는 제어유니트(130);를 포함하되,
    상기 제어유니트(130)는 전방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 길게 하고 후방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 짧게 하는 형태로 각 작동실린더(120)를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나셀(110)의 내부에 설치되어 나셀(110)의 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트(130)에 전송하는 온도센서(140);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나셀(110)은 전면커버(111), 후면커버(112), 한 쌍의 측면커버(113)(114), 상부커버(115), 하부커버(116)를 가지는 장방형으로 형성되고, 전면커버(111)의 중앙에 블레이드 연결구멍(111a)이 마련된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동실린더(120)는 나셀(110) 내부에 고정 설치되는 실린더본체(121); 상기 실린더본체(121)에 출몰 가능하게 설치되고, 선단부가 상기 나셀(110)의 측면커버(113)(114)에 접속되는 작동로드(122);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치.
  5. 삭제
  6. 한 쌍의 측면커버(113)(114)가 외측 방향으로 분리 가능하게 설치되는 나셀(110)의 내부에 각 측면커버(113)(114)를 외측 방향으로 분리할 수 있도록 하는 작동실린더(120)가 설치되고, 상기 각 작동실린더(120)의 작동을 제어하는 제어유니트(130)와 나셀(110)의 내부온도를 감지하는 온도센서(140)를 포함하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법으로,
    상기 나셀(110)의 내부에 설치된 온도센서(140)가 나셀 내부온도를 감지하고, 그 감지신호를 제어유니트(130)로 전송하는 단계;
    상기 온도센서(140)의 감지신호에 따라 제어유니트(130)가 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상인가를 판단하는 단계;
    상기 제1설정온도 판단결과 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이면, 전방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 길게 하고 후방 양측의 작동실린더(120)의 작동로드(122)의 인출거리를 짧게 하는 형태로 제어유니트(130)가 각 작동실린더(120)를 작동하는 단계;
    상기 각 작동실린더(120)의 작동에 따라 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)가 외측 방향으로 분리되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어유니트(130)의 제1설정온도 판단 단계에서 나셀 내부온도가 제1설정온도 이상이 아니면 제2설정온도 이하인가를 판단하는 단계;
    상기 제2설정온도 판단 결과 나셀 내부온도가 제2설정온도 이하이면 작동실린더(120)의 작동여부를 판단하는 단계;
    상기 작동 판단결과 작동실린더(120)가 작동중이면 제어유니트(130)가 각 작동실린더(120)의 작동을 정지하는 단계;
    상기 각 작동실린더(120)의 작동 정지에 따라 외측 방향으로 분리되었던 나셀(110)의 각 측면커버(113)(114)가 전면커버(111), 후면커버(112), 상부커버(115), 하부커버(116)와 합체되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 냉각장치 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5649392A (en) * 1990-10-04 1997-07-22 Svenning; Sven Wind-power plants
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KR20130050274A (ko) * 2011-08-10 2013-05-15 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 재생 에너지형 발전 장치

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