KR101521828B1 - Apparatus for cooling nacelle of wind power generator - Google Patents

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KR101521828B1 KR1020130124559A KR20130124559A KR101521828B1 KR 101521828 B1 KR101521828 B1 KR 101521828B1 KR 1020130124559 A KR1020130124559 A KR 1020130124559A KR 20130124559 A KR20130124559 A KR 20130124559A KR 101521828 B1 KR101521828 B1 KR 101521828B1
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Abstract

본 발명은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 있어서: 적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 덕트수단; 및 상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동하여 시스템 부하 증가의 최소화에 의한 냉각 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.A cooling device for a nacelle (10) having an intake port (21) and exhaust ports (22) (23), comprising: an exhaust duct (32) extending to at least one exhaust port (22) Duct means (31) arranged adjacent to the inlet duct (32); And an air supply means (40) installed in the exhaust duct (32) and the intake duct (31) for introducing cooling air to an exhaust pressure.
Accordingly, there is an effect of improving the cooling efficiency by minimizing the system load increase by operating the cooling air supply fan by the power obtained from the air discharged after cooling the main part in the nacelle of the wind power generator.

Description

풍력발전기 나셀의 냉각장치{Apparatus for cooling nacelle of wind power generator}[0001] Apparatus for cooling nacelle of wind power generator [0002]

본 발명은 풍력발전기 나셀의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전기에 설치된 냉각 시스템에서 배출되는 공기를 이용하여 급기팬을 가동함에 따라 나셀 내부로 공급되는 냉각용 외기량을 증가시켜 냉각 효율을 높이는 풍력발전기 나셀의 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device for a wind turbine nacelle, and more particularly, to a cooling device for a wind turbine nacelle that increases the amount of cooling air supplied to the inside of a nacelle by operating the air supply fan by using air discharged from a cooling system installed in a wind turbine, To the cooling device of the wind power generator nacelle.

통상적으로 풍력발전기의 나셀 냉각은 기어박스 및 발전기 자체 쿨링 팬을 작동하여 나셀 내부의 공기를 흡입하고 오일과 냉각수를 냉각 후 뜨거워진 공기를 상부 덕트를 통해 외부로 배출하는 방식으로 이루어진다. 이외에 나셀 냉각과 관련된 선행특허로서 한국 등록특허공보 제1021333호, 한국 등록특허공보 제0681939호 등이 알려져 있다.Generally, the nacelle cooling of the wind turbine is performed by operating the gear box and the generator's own cooling fan to suck air in the nacelle, cool the oil and the cooling water, and then discharge the hot air through the upper duct to the outside. In addition, Korean Patent Registration No. 1021333 and Korean Patent Registration No. 0681939 are known as prior patents related to nacelle cooling.

전자의 선행특허는 나셀 내부에 발열장치들을 각각 둘러싸도록 배치되는 냉각 블럭들, 상기 냉각 블럭들에 연결되어 냉각제를 유동시키는 유동 관로, 상기 유동 관로와 연결되어 상기 나셀의 외부 측면에 배치되는 제1열교환기, 및 상기 나셀 내부의 열을 외부로 방출시키는 제2열교환기를 포함하되, 상기 제1열교환기와 제2열교환기는 상기 나셀이 외부로부터 밀폐되도록 구성된다. 이에 따라, 염분으로부터 완전히 차단시키고 공냉과 수냉의 입체 냉각을 구현한다.The former patent discloses a cooling device comprising cooling blocks disposed inside a nacelle to surround heating devices, a flow conduit connected to the cooling blocks for flowing coolant, a first conduit connected to the flow conduit, And a second heat exchanger for discharging the heat inside the nacelle to the outside, wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger are configured to seal the nacelle from the outside. As a result, it completely blocks the salt and realizes air cooling and water cooling.

후자의 선행특허는 링 발전기와 상기 링 발전기를 둘러싼 후방부와 전방부를 포함하는 포드 하우징을 포함하는 풍력설비에 있어서, 후방부가 상기 링 발전기 부분에 제 1 열전도 하우징부를 포함하고, 전방부가 제 2 열전도 하우징부를 포함하고, 상기 제 1 열전도 하우징부의 재료가 포드 하우징의 나머지 부분의 재료보다 향상된 열전도 물성을 갖는다. 이에 따라, 열전도 하우징부의 축방향의 넓이가 커서 측면으로 방출되는 열을 방산하는 효과를 기대한다.The latter prior art patent discloses a wind turbine including a ring generator and a pod housing including a rear portion and a front portion surrounding the ring generator, wherein the rear portion includes a first thermal conductive housing portion at the ring generator portion, Wherein the material of the first thermally conductive housing portion has improved thermal conductivity properties than the material of the remainder of the pod housing. As a result, an effect of dissipating the heat radiated to the side surface is expected because the axial width of the heat conductive housing part is large.

그러나, 전자의 선행특허에 의하면 제1열교환기와 제2열교환기를 부가하기 위한 외형과 중량 증가가 수반되고, 후자의 선행특허와 같이 하우징의 크기와 물성 변경으로 냉각효율을 향상하기에 한계성을 보인다.However, according to the former patent, the appearance and weight increase for adding the first heat exchanger and the second heat exchanger are accompanied by the increase of the weight and the improvement of the cooling efficiency due to the change of the size and physical properties of the housing as in the latter patent.

1. 한국 등록특허공보 제1021333호 "풍력터빈의 나셀 냉각 시스템"(공개일자 : 2010. 3. 10.)1. Korean Patent Registration No. 1021333 entitled "Nacelle Cooling System of Wind Turbine" (Published on Mar. 10, 2010) 2. 한국 등록특허공보 제0681939호 "풍력 터빈 발전기의 냉각 장치"(공개일자 : 2004. 2. 11.)2. Korean Patent Registration No. 0681939 entitled "Cooling Device of Wind Turbine Generators" (Published on Feb. 11, 2004)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동함에 따라 시스템의 부하 증가를 최소화하여 냉각 효율을 높이는 풍력발전기 나셀의 냉각장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a wind turbine, And to provide a cooling device for the nacelle of the wind turbine which increases the efficiency.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡기구와 배기구를 지닌 나셀의 냉각장치에 있어서: 적어도 하나의 배기구에 연장되는 배기덕트와, 배기덕트에 인접하게 배치되는 흡기덕트를 지니는 덕트수단; 및 상기 배기덕트와 흡기덕트에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a nacelle cooling apparatus having an intake port and an exhaust port, comprising: an exhaust duct extending to at least one exhaust port; duct means having an intake duct disposed adjacent to the exhaust duct; And an air supply means installed in the exhaust duct and the intake duct for introducing the cooling air to the exhaust pressure.

또, 본 발명에 따르면 상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트에 내측으로 배기덕트를 인접하게 배치한 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the duct means is characterized in that a pair of intake ducts are opposed to the outside and exhaust ducts are arranged adjacent to each other in the intake ducts.

이때, 상기 인접하게 배치된 흡기덕트와 배기덕트 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.At this time, an insulating wall is provided to block heat transfer between the adjacent intake duct and the exhaust duct.

또, 본 발명에 따르면 상기 급기수단은 배기덕트에 위치하는 터빈휠과 흡기덕트에 위치하는 급기팬을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the air supply unit connects the turbine wheel located in the exhaust duct and the air supply fan located in the intake duct and interlocks them.

이때, 상기 터빈휠과 급기팬은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.At this time, the turbine wheel and the air supply fan apply the turbocharger method to compress the inflow air.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동하여 시스템 부하 증가의 최소화에 의한 냉각 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of improving the cooling efficiency by minimizing the system load increase by operating the cooling air supply fan by the power obtained from the air discharged after cooling the main part in the nacelle of the wind power generator.

도 1은 본 발명에 따른 나셀의 냉각장치를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 나셀의 냉각장치의 요부를 나타내는 모식도1 is a schematic view showing a nacelle cooling apparatus according to the present invention;
Fig. 2 is a schematic view showing a main part of a cooling device of a nacelle according to the present invention

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 관하여 제안한다. 나셀(10)은 풍력발전기의 중요 부분으로서 기어박스(12), 발전기(15) 등을 탑재한다. 흡기구(21)는 나셀(10)의 측면 전방으로 배치되고 배기구(22)(23)는 나셀(10)의 상면에 배치된다. 전방배기구(22)는 기어박스(12)의 상측으로 후방배기구(23)는 발전기(15)의 상측으로 배치된다. 이에 따라, 흡기구(21)로 유입된 공기가 기어박스(12)와 발전기(15)를 냉각한 후에 배기구(22)(23)를 통하여 외부로 배출된다.The present invention proposes a cooling device for a nacelle (10) having an intake port (21) and exhaust ports (22) (23). The nacelle 10 mounts the gear box 12, the generator 15, and the like as an important part of the wind power generator. The intake port 21 is disposed on the side of the side surface of the nacelle 10 and the exhaust ports 22 and 23 are disposed on the top surface of the nacelle 10. The front exhaust port 22 is disposed on the upper side of the gear box 12 and the rear exhaust port 23 is disposed on the upper side of the generator 15. Thus, the air introduced into the intake port 21 is discharged to the outside through the exhaust ports 22 and 23 after cooling the gear box 12 and the generator 15.

물론, 본 발명은 이와 같은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)에 국한되는 것은 아니다.Of course, the present invention is not limited to the nacelle 10 having the intake port 21 and the exhaust ports 22, 23.

본 발명에 따른 덕트수단은 적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 구조이다. 도 1에서 전방배기구(22)에 배기덕트(32)가 연장되고 배기덕트(32)에 인접하여 흡기덕트(31)가 형성되는 상태를 예시한다. 도 2에 나타내는 것처럼 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)는 2분할 구조로 형성되는 것이 좋다.The duct means according to the present invention has a structure having an exhaust duct 32 extending to at least one exhaust port 22 and an intake duct 31 disposed adjacent to the exhaust duct 32. 1 illustrates a state in which the exhaust duct 32 is extended to the front exhaust port 22 and the intake duct 31 is formed adjacent to the exhaust duct 32. [ As shown in FIG. 2, the intake duct 31 and the exhaust duct 32 may be formed in a two-part structure.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트(31)를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트(31)에 내측으로 배기덕트(32)를 인접하게 배치한 것을 특징으로 한다. 도 2처럼 나셀(10)의 상면 일측에 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)가 인접하게 배치되고 타측에 또 다른 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)가 인접하게 배치된다. 이와 같이 덕트수단을 일측과 타측으로 분할 배치하는 구조는 나셀(10)의 하중 밸런스를 유지하는데 유리하다. 만일 하나의 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)만 설치한다면 언밸런스에 의한 진동ㆍ소음이 유발될 우려가 높다. 물론 도 2와 반대로 흡기덕트(31)를 내측에 배기덕트(32)를 외측에 배치할 수도 있다.According to the detailed construction of the present invention, the duct means is characterized in that a pair of intake ducts (31) are opposed to the outside, and an exhaust duct (32) is arranged inwardly in each intake duct (31). An intake duct 31 and an exhaust duct 32 are disposed adjacent to one side of the top surface of the nacelle 10 and another intake duct 31 and an exhaust duct 32 are disposed adjacent to the other side of the nacelle 10 as shown in FIG. The structure in which the duct means is divided into one side and the other side is advantageous in maintaining the load balance of the nacelle 10. If only one intake duct 31 and the exhaust duct 32 are installed, there is a high possibility that vibration and noise due to unbalance are generated. 2, the intake duct 31 may be disposed on the inner side and the exhaust duct 32 may be disposed on the outer side.

이때, 상기 인접하게 배치된 흡기덕트(31)와 배기덕트(32) 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 배기덕트(32)는 상대적으로 고온의 공기가 유동하는 반면, 흡기덕트(31)는 상대적으로 저온의 냉각용 공기가 유동한다. 배기덕트(32)의 공기에 의하여 흡기덕트(31)의 공기가 가온되지 않도록 단열벽(35)을 설치하여 열전달을 차단한다.At this time, the heat insulating wall 35 is interposed between the adjacent intake ducts 31 and the exhaust duct 32 to block heat transfer. Relatively hot air flows in the exhaust duct 32 while cooling air in the intake duct 31 flows in a relatively low temperature. The heat insulating wall (35) is provided to prevent the air of the intake duct (31) from being heated by the air of the exhaust duct (32) to block the heat transfer.

또, 본 발명에 따르면 상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되는 급기수단(40)이 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 구조이다. 급기수단(40)은 흡기덕트(31)로 냉각용 공기를 유입함에 있어 배기덕트(32)의 배기압을 사용한다. 급기수단(40)에 발전기(15)에서 생산되는 전원을 사용하지 않으므로 냉각 효율을 높이는 작용을 기대할 수 있다.According to the present invention, the air supply means (40) installed in the exhaust duct (32) and the intake duct (31) inflow cooling air to the exhaust pressure. The air supply means (40) uses the exhaust pressure of the exhaust duct (32) to introduce the cooling air into the intake duct (31). Since the power supply unit 40 does not use the power generated by the generator 15, it is possible to expect an effect of increasing the cooling efficiency.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 급기수단(40)은 배기덕트(32)에 위치하는 터빈휠(42)과 흡기덕트(31)에 위치하는 급기팬(45)을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 한다. 터빈휠(42)은 나셀(10)의 내부에서 배기덕트(32)로 배출되는 공기의 배기압으로 회전되어 동력을 발생한다. 급기팬(45)은 터빈휠(42)에서 발생한 동력을 사용하여 흡기덕트(31)에서 나셀(10)의 내부로 공기를 유입한다.According to the detailed configuration of the present invention, the air supply unit 40 connects the turbine wheel 42 located in the exhaust duct 32 and the air supply fan 45 located in the intake duct 31, do. The turbine wheel 42 is rotated at the exhaust pressure of the air exhausted from the inside of the nacelle 10 to the exhaust duct 32 to generate power. The air supply fan 45 uses the power generated by the turbine wheel 42 to introduce air into the nacelle 10 from the intake duct 31.

물론, 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 동일한 축상에 설치하는 것이 마찰저항을 축소하여 효율면에서 유리하지만 터빈휠(42)과 급기팬(45)의 종류(형식)에 따라서는 베벨기어, 벨트와 같은 전동수단을 개재할 수도 있다.Of course, installing the turbine wheel 42 and the air supply fan 45 on the same axis is advantageous in terms of efficiency by reducing the frictional resistance, but depending on the type (type) of the turbine wheel 42 and the air supply fan 45, Gears, and belts.

이때, 상기 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다. 터빈휠(42)은 축의 반경방향으로 다수의 블레이드를 지니고, 급기팬(45)은 판상에 다수의 블레이드가 방사상으로 형성되는 구조이다. 물론 터보차저 방식은 배기덕트(32)의 배기 속도가 높을수록 유리하므로 배기덕트(32)의 유로단면적을 조절할 필요가 있다.At this time, the turbine wheel 42 and the air supply fan 45 are characterized by applying a turbocharger method to compress the inflow air. The turbine wheel 42 has a plurality of blades in the radial direction of the shaft, and the air supply fan 45 is a structure in which a plurality of blades are radially formed on a plate. Of course, since the turbocharger system is more advantageous as the exhaust speed of the exhaust duct 32 is higher, it is necessary to adjust the flow cross-sectional area of the exhaust duct 32.

작동에 있어서, 나셀(10)의 배기덕트(32)를 통하여 후방으로 배출되는 공기가 터빈휠(42)을 회전시키고 측방향으로 진행하는 동시에, 급기팬(45)의 회전으로 나셀(10)의 중앙에서 흡기덕트(31)로 유입되는 공기가 기어박스(12)와 발전기(15)에 대한 냉각을 조력한다. 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)가 인접하지만 공기의 배출과 유입 경로가 이격되므로 냉각효율 저하를 방지할 수 있다.The air exhausted rearward through the exhaust duct 32 of the nacelle 10 rotates the turbine wheel 42 in the lateral direction and at the same time the nacelle 10 rotates by the rotation of the air supply fan 45, The air introduced into the intake duct 31 at the center assists the cooling of the gear box 12 and the generator 15. [ The exhaust duct 32 and the intake duct 31 are adjacent to each other, but the discharge and intake paths of the air are spaced apart from each other.

이와 같은 구성에 의하면 흡기구(21)의 일부가 이물질에 의하여 막히는 경우에도 기어박스(12)와 발전기(15)에 대한 냉각이 유지되므로 전기생산에 차질을 초래하지 않는다.According to such a configuration, cooling of the gear box 12 and the generator 15 is maintained even if a part of the intake port 21 is clogged by foreign substances, so that there is no disruption to the electric production.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10: 나셀 12: 기어박스
15: 발전기 21: 흡기구
22: 전방배기구 23: 후방배기구
31: 흡기덕트 32: 배기덕트
35: 단열벽 40: 급기수단
42: 터빈휠 45: 급기팬10: Nacelle 12: Gearbox
15: generator 21: intake port
22: front exhaust port 23: rear exhaust port
31: intake duct 32: exhaust duct
35: insulating wall 40: supply means
42: turbine wheel 45: supply fan

Claims (5)

흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 있어서:
적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 덕트수단; 및
상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단(40);을 포함하여 이루어지고,
상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트(31)를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트(31)에 내측으로 배기덕트(32)를 인접하게 배치하며,
상기 인접하게 배치된 흡기덕트(31)와 배기덕트(32) 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽(35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.A cooling device for a nacelle (10) having an intake port (21) and exhaust ports (22) (23)
An exhaust duct 32 extending to at least one of the exhaust ports 22 and 23 and ducting means having an intake duct 31 disposed adjacent to the exhaust duct 32; And
And an air supply means (40) provided in the exhaust duct (32) and the intake duct (31) for introducing cooling air at an exhaust pressure,
The duct means includes a pair of intake ducts (31) facing the outside, an exhaust duct (32) disposed adjacent to each intake duct (31)
And a heat insulating wall (35) for preventing heat transfer between the adjacent intake duct (31) and the exhaust duct (32). 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 급기수단(40)은 배기덕트(32)에 위치하는 터빈휠(42)과 흡기덕트(31)에 위치하는 급기팬(45)을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.The method according to claim 1,
Wherein the air supply unit (40) connects the turbine wheel (42) located in the exhaust duct (32) with the air supply fan (45) located in the intake duct (31) and interlocks them. 청구항 4에 있어서,
상기 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.The method of claim 4,
Wherein the turbine wheel (42) and the air supply fan (45) apply a turbo charger to compress the incoming air.
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