KR101551218B1 - 해상풍력발전기용 수중 열교환기 - Google Patents

해상풍력발전기용 수중 열교환기 Download PDF

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Abstract

해상풍력발전기용 수중 열교환기가 개시된다. 이 해상풍력발전기용 수중 열교환기는, 해상풍력발전기의 나셀 내 열교환기 측으로부터 상기 열교환기 내에서 사용되는 가열된 냉각수를 공급받는 공급 배관과, 상기 냉각수를 냉각시켜 상기 열교환기 측으로 리턴하는 환수 배관과, 상기 공급 배관과 상기 환수 배관 사이의 연결 유로를 제공하는 복수 개의 방열 배관들과, 상기 공급 배관의 일부, 상기 환수 배관의 일부 및 상기 방열 배관들을 내부에 수용하는 원통형상의 열교환기 하우징, 그리고 상기 열교환기 하우징 내부로 해수를 공급하여, 상기 공급 배관, 상기 방열 배관들 및 상기 환수 배관 경로를 따라 순환하는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한, 반송 펌프를 포함한다.

Description

해상풍력발전기용 수중 열교환기{UNDERWATER HEAT EXCHANGER FOR OFFSHORE WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 해상풍력발전기용 수중 열교환기에 관한 것이며, 구체적으로는 나셀 내 증속 기어용 오일을 냉각시키기 위한 냉각수, 또는 나셀 내 발전기를 냉각시키기 위한 냉각수를 해수를 이용하여 효율적으로 냉각시킬 수 있는 해상풍력발전기용 수중 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전(Wind Power)은 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생성하는 것이다. 풍력발전기는 이론상으로는 바람에너지의 최대 59.3%까지 전기에너지로 변환시킬 수 있지만, 현실적으로는 날개의 형상, 기계적 마찰, 발전기의 효율 등에 따른 손실 요인이 존재하기 때문에 실용상의 효율은 20~40% 수준에 머물고 있다.
풍력은 재생에너지(Renewable Energy)의 일종으로 자원이 풍부하고, 끊임없이 재생되며, 광범위한 지역에 분포되어 있고, 깨끗하며, 운전 중 온실 가스의 배출이 없다는 점에서 화석 에너지의 고갈시를 대비한 유망한 대체 에너지원으로서 각광받고 있다. 또한 풍력발전은 태양계의 자연에너지인 바람을 이용하여 발전하기 때문에 바람이 불 때에는 수요에 관계없이 반드시 전력을 생산한다는 점에서 계통 운용 측면에서 분산전원으로 분류된다.
이와 같은 풍력발전기는 그 분류 방식에 따라 여러 종류로 구분될 수 있으나, 일반적으로 기어 타입(Geared type) 풍력발전기가 널리 사용되고 있으며, 설치 환경에 따라서 육상용(onshore)과 해상용(offshore)로 구분될 수 있다. 특히 해상용 풍력발전은 물속이나 물위에 풍력발전단지를 건설하여 바람에 의한 전력 생산을 하는 것으로서, 해상이라는 개념은 해양산업에서 통상적으로 사용하는 바다만을 의미하는 것은 아니기 때문에 해상 풍력발전에는 호수, 협강, 폐쇄된 해안 지역 등 내륙에 속하는 지역의 풍력발전도 포함된다.
도 1은 일 예로서, 일반적인 기어 타입의 해상용 풍력발전기의 기본 구조를 간략화한 도면으로서, 그 구성을 살펴보면, 해상에서 베이스 구조(6)에 의해 지지되어, 자연적으로 발생하는 공기의 흐름에 의존하여 날개(1)가 회전되고 그에 따라 회전축(2)이 회전되며, 회전축(2)은 나셀(nacelle)(5) 내부의 증속기(3)를 통해 회전량을 증속한 다음 발전기(4)를 구동시켜 전기를 생성한다. 증속기(3)는 그 내부에 여러 가지 증속기어들이 서로 맞물려 회전하여 회전축의 회전을 증속시키게 되는데, 이러한 증속기(5)의 내부는 여러 가지 증속 기어들이 원활하게 회전하도록 윤활작용을 하는 오일이 채워지고 이 오일은 고속으로 회전하는 증속 기어들로 인해 내부에 마찰열이 발생하게 되고 이 마찰열은 내부의 오일을 고온으로 상승시키게 된다. 오일의 온도가 상승하는 경우 점도나 물성 변화로 인해 윤활 작용을 정상적으로 하지 못해 증속기(5)의 내구성에 악영향을 끼치는 결과를 가져온다.
이와 같이 나셀 내 증속 기어들의 냉각을 위해 통상적으로 사용되는 공냉식 라디에이터는, 그것의 구동을 위한 팬 동력이 비교적 큰 편이고, 냉각 효율도 또한 변동이 심하여 하절기인 경우에는 매우 약해지며, 해수에 의한 부식으로 인해 유지 관리가 어려울 뿐만 아니라 그 설치위치가 높아서 교체 시간 및 비용의 낭비가 과다해진다.
한편, 증속 기어용 오일을 냉각시키기 위해 나셀(5)에 열교환기(7)와, 흡입덕터, 오일 유로 등과 같은 부가적인 구성요소들(미도시)이 사용되기도 하는데, 그러한 예가 공개특허 제10-2012-0005295호에 개시되어 있다. 이러한 종래 기술은 별도의 추가 구성요소들 때문에 나셀의 부피를 증가시키고 구조를 복잡하게 하며 전력 소모를 증가시키므로 소형 풍력발전기용으로는 효율적이지 못한 단점이 있다. 이 단점을 개선한 종래 기술의 일 예가 공개특허 10-2013-0088964에 개시되어 있다. 10-2013-0088964는 증속기 케이스 외부 표면에 방열부를 돌출 형성하여 자연대류만을 이용하여, 가열된 증속기와 오일의 냉각 효과를 높이고 증속기의 표면에 직접 냉각팬을 가동하여 강제대류를 발생시켜 냉각 효과를 높여 전력소모를 줄이며, 오일의 순환장치나 열교환기와 같은 별도의 냉각 장치를 구비하지 않아 부피가 감소된 소형풍력발전용 증속기의 냉각시스템을 제공하는 기술을 개시하고 있다.
상술한 종래의 기술들에서, 공냉식 라디에이터인 경우, 그것의 유지 관리 비용면에서 불리할 뿐만 아니라 냉각 효율면에서도 그다지 이점이 많지 않다. 반면에 나셀 내에 증속기용 오일을 냉각시키기 위해 열교환기를 이용하는 수냉식인 경우, 냉각 효율을 높이도록 열교환기 내에 사용되는 냉각수를 별도로 냉각시킬 필요가 있다.
한편, 풍력발전기의 운전시 나셀 내 발전기도 또한 가열되는데, 통상적으로 풍력발전기 내에는 발전기의 냉각을 위한 열교환기가 구비된다. 냉각 효율을 높이기 위해, 이와 같이 발전기의 냉각을 위한 열교환기 내에 충전되는 냉각수도 또한 냉각시킬 필요가 있다.
요컨대, 나셀 내의 증속기어용 오일의 냉각을 위한 냉각수, 또는 나셀 내의 발전기를 냉각시키기 위한 냉각수의 효율적인 냉각을 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
공개특허 10-2013-0088964(2013년 08월 09일자 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나셀 내 증속 기어용 오일의 냉각 효율을 높이기 위해 나셀 내 열교환기에 사용되는 냉각수를 냉각시키기 위한 해상풍력발전기용 수중 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 나셀 내 발전기를 냉각시키기 위한 나셀 내 열교환기 내에 공급되는 냉각수를 냉각시키기 위한 해상풍력발전기용 수중 열교환기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기는, 해상풍력발전기의 나셀 내 열교환기 측으로부터 상기 나셀 내 열교환기 내에서 사용되는 가열된 냉각수를 공급받는 공급 배관(110)과, 상기 냉각수를 냉각시켜 상기 나셀 내 열교환기 측으로 리턴하는 환수 배관(120)과, 상기 공급 배관과 상기 환수 배관 사이의 연결 유로를 제공하는 복수 개의 방열 배관들(130)과, 상기 공급 배관의 일부, 상기 환수 배관의 일부 및 상기 방열 배관들을 내부에 수용하는 원통형상의 열교환기 하우징(140)과, 상기 열교환기 하우징 내부로 해수를 공급하여, 상기 공급 배관, 상기 방열 배관들 및 상기 환수 배관 경로를 따라 순환하는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한, 반송 펌프(150)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는 상기 반송 펌프를 수용하기 위한 반송 펌프 하우징(180)을 더 포함하며, 상기 반송 펌프 하우징에는 상기 반송 펌프의 작동에 의해 해수를 유입시키기 위한 인렛부(182)가 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는, 상기 반송 펌프 하우징 내에 설치되어 상기 반송 펌프 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제1 UV 램프(160)와, 상기 열교환기 하우징 내에 설치되어 상기 열교환기 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제2 UV 램프(260)를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 방열 배관들은 상기 열교환기 하우징 내부로 공급된 해수에 의한 냉각 효과를 높이도록 유로의 길이를 증가시키기 위해 원호 형상으로 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는, 유지관리를 위해 상기 반송 펌프 하우징의 인양을 가이드 하기 위한 가이드 파이프(170)를 더 포함하고, 상기 반송 펌프 하우징에는 인양시 상기 가이드 파이프에 끼워진 상태로 상기 반송 펌프 하우징을 상하로 이동될 수 있도록 하기 위한 가이드 고리(172)가 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 열교환기 하우징은 반송 펌프 하우징 내로 유입된 해수를 상기 열교환기 하우징 측으로 공급하기 위해 상기 반송 펌프 하우징과 상기 열교환기 하우징 간을 연결하는 해수 공급관(183)과, 상기 해수 공급관(183)을 통해서 내부로 유입되는 해수를 외부로 내보내기 위한 아웃렛부(144)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 해수 공급관(183)은, 상기 열교환기 하우징 측으로 공급되는 해수에 의해 소용돌이 현상이 발생하도록, 상기 열교환기 하우징의 측면의 중심을 벗어난 부분에서 상기 반송 펌프 하우징과 상기 열교환기 하우징이 서로 연통되게 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는, 내부를 통해 상기 제2 UV 램프를 인양하여 교체하기 위한 UV 램프 교체용 파이프(262)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 반송 펌프 하우징 및 상기 열교환기 하우징 각각의 내부 표면은 백색 도료로 도포된다.
일 실시예에 따라, 상기 공급 배관, 상기 환수 배관 및 상기 방열 배관들은 티타늄으로 형성되고, 상기 열교환기 하우징은 FRP로 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 환수 배관과 상기 열교환기 사이에는 상기 냉각수를 순환시키기 위한 순환 펌프(250)가 배치되며, 상기 냉각수는 상기 나셀 내의 증속기어용 오일의 냉각을 위한 것 또는 상기 나셀 내의 발전기를 냉각시키기 위한 것일 수 있다.
본 발명은 해상풍력발전기용 수중 열교환기를 제공함으로써, 나셀 내 증속 기어용 오일의 냉각 효율을 높이도록 나셀 내 열교환기에 사용되는 냉각수를 냉각시킬 수 있으며, 오일의 온도 상승을 효율적으로 낮추어 증속기의 내구성을 높일 수 있으며, 그에 따라 해상풍력발전기의 유지 관리 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 나셀 내 발전기를 냉각시키기 위한 나셀 내 열교환기 내에 공급되는 냉각수를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 종래의 해상풍력발전기의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 구성을 구체적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 열교환기를 해상풍력발전기의 베이스 구조(6)에 고정시켜 설치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 동작을 설명하기 위해 나셀과 함께 도시한 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도면들과 이를 참조하여 설명되는 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 본 발명에 관한 이해를 쉽게 하려는 의도로 간략화되고 예시된 것으로서, 도면들 및 이에 관한 설명이 본 발명의 범위를 한정하려는 의도로 기술된 것이 아님에 유의하여야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 구성을 구체적으로 보인 도면이고, 도 3은 도 2의 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 열교환기를 해상풍력발전기의 베이스 구조(6)에 고정시켜 설치한 상태를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기의 동작을 설명하기 위해 나셀과 함께 도시한 블록도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기(100)는 해상풍력발전기의 나셀(5, 도 5 참조) 내 열교환기(10, 도 5 참조) 측으로부터의 가열된 냉각수를 공급받는 공급 배관(110), 가열된 냉각수를 냉각시켜 나셀 내 열교환기 측으로 리턴하는 환수 배관(120), 공급 배관(110)과 환수 배관(120) 사이의 연결 유로를 제공하는 복수 개의 방열 배관들(130), 공급 배관(110)의 일부, 환수 배관(120)의 일부 및 복수 개의 방열 배관들(130)을 내부에 수용하는 원통 형상의 열교환기 하우징(140), 그리고 열교환기 하우징(140) 내부로 해수를 공급하여, 공급 배관(110), 방열 배관들(130) 및 환수 배관(120) 경로를 따라 순환하는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한 반송 펌프(150)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기(100)는 반송 펌프(150)를 수용하기 위한 반송 펌프 하우징(180)을 더 포함한다. 반송 펌프 하우징(180)에는 반송 펌프(150)의 펌핑에 의해 해수가 유입될 수 있도록 하기 위한 인렛부(182)가 형성되고, 상기 열교환기 하우징(140)에는 유입된 해수를 열교환기 하우징(140) 측으로 공급하기 위해 반송 펌프 하우징(180)과 열교환기 하우징(140) 사이를 연결하는 연결부, 즉, 해수 공급관(183)이 형성된다. 나아가, 반송 펌프 하우징(180)에는 그 내부에 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제1 UV 램프(160)가 더 포함될 수 있다. 또한, 열교환기 하우징(140) 내에도 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제2 UV 램프(260)가 포함될 수 있다. 복수 개의 방열 배관들(130)은 열교환기 하우징(140) 내부로 공급된 해수에 의한 냉각 효과가 더 높아질 수 있고 열 교환시간을 줄일 수 있으며 대용량의 냉각수를 냉각시킬 수 있도록 유로 길이를 증가시키기 위해 원기둥 형상의 열교환기 하우징(140)의 둘레를 따라 원호 형상으로 형성될 수 있다.
구성요소 별로 상세히 살펴보면, 반송 펌프 하우징(180) 내에는 반송 펌프(150)와, 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제1 UV 램프(160)가 설치되며, 반송 펌프(150) 및 제1 UV 램프(160) 각각의 동작 전원을 인가하기 위한 전선(154, 155)이 더 설치된다. 전선(154, 155)은 해수와 직접 접촉하므로 방수처리되어야 한다. 반송 펌프 하우징(180)의 외부에는 유지관리를 위해 반송 펌프 하우징(180)을 인양하기 위한 인양 체인(153)이 더 설치된다. 유지관리를 위해 필요시 인양 체인(153)을 이용하여 작업 장소(미도시)로 인양할 수 있다. 더 나아가, 인양 작업을 원활하게 진행하도록 하기 위해, 반송 펌프 하우징(180)의 인양시 가이드 용으로 가이드 파이프(170)가 더 설치되고, 반송 펌프 하우징(180)에는 이 가이드 파이프(170)에 끼워진 상태로 반송 펌프 하우징(180)이 상하로 이동할 수 있도록 가이드 고리(172)가 형성된다(도 2의 확대도 A 참조). 반송 펌프(150)의 펌핑에 의해 해수를 유입하기 위한 인렛부(182)의 일단에는 크기가 큰 이물질이나 해양 생물의 유입을 방지하기 위해 스크린(188)이 설치된다. 스크린(188)에 대하여는 정기적인 청소가 행해진다.
열교환기 하우징(140) 내에는 공급 배관(110)과 환수 배관(120)의 일부, 그리고 공급 배관(110)과 환수 배관(120) 사이를 연결하여 유로를 형성하는 복수 개의 방열 배관들(130)이 수용되고, 열교환기 하우징(140) 내에 해양 생물의 번식을 방지하기 위해 제2 UV 램프(260)가 수용된다. 제2 UV 램프(260)는 투명 방수관(265)에 내장되어 해수에 직접 노출되지 않도록 하여야 한다. 또한, 제2 UV 램프(260)의 교체를 용이하게 하기 위해 제2 UV 램프(260)의 상단에 제2 UV 램프 교체용 파이프(262)가 설치된다. 교체가 요구되는 경우, 제2 UV 램프 교체용 파이프(262)를 통해 UV 램프 인양 케이블(263)을 이용하여 인양한다. 또한 제2 UV 램프(260)로 전원을 공급하기 위한 전선(264)도 제2 UV 램프 교체용 파이프(262)를 통해서 제2 UV 램프(260)와 연결되도록 한다. 제2 UV 램프(260)의 고정을 위해 열교환기 하우징(140) 내에는 UV 램프 고정부(261)가 더 구비될 수 있다.
반송 펌프 하우징(180)의 인렛부(182)를 통해 유입된 해수는 해수 공급관(183)을 통과하여 열교환기 하우징(140) 내부로 유입된 후 열교환기 하우징(140)의 일측에 형성된 아웃렛부(144)를 통해서 외부로 나가게 되는데, 열교환기 하우징(140) 내로 유입된 해수가 아웃렛부(144) 측으로 원활한 흐름을 유도하도록 해수의 소용돌이 현상이 발생하도록 할 수 있다. 즉, 도 3을 더 참조하면, 해수 공급관(183)을 열교환기 하우징(140)의 측면의 중심을 벗어난 부분에 형성하여 해수 공급관(183)을 통해 유입되는 해수에 의해 소용돌이 현상(vor)이 발생하도록 한다. 도시된 바와 같이, 열교환기 하우징(140)의 측면의 중심을 벗어난 부분은 여기서는 해수 공급관(183)의 연장선이 열교환기 하우징(140)의 중심을 지나지 않도록 하는 위치를 나타낸다. 이와 함께, 공급 배관(110)과 환수 배관(120)도 원기둥 타입의 열교환기 하우징(140) 내에서 한쪽으로 치우치게 배치될 수 있도록 하여 복수 개의 방열 배관들(130)의 경로가 길어지게 함으로써, 즉, 해수 공급관(183)을 통해 유입되는 해수에 의한 소용돌이는 방열 배관들(130)의 경로를 따라 열교환기 하우징(140) 내에서 회전 하강하므로 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.
열교환기 하우징(140)의 내측 표면(140i)은 백색 도료를 도포함으로써 제2 UV 램프에서 방사되는 자외선의 반사가 잘 이루어지도록 하여 열교환기 하우징(140) 내부에 자외선이 골고루 전달되도록 한다. 이와 마찬가지로, 반송 펌프 하우징(180)의 내측 표면도 또한 백색 도료로 도포될 수 있다.
열교환기 하우징(140)에 형성된 해수 공급관(183)과 반송 펌프 하우징(180) 간의 연결은 각각에 형성된 플랜지(184, 185)를 통해서 이루어진다. 정상적인 설치 상태에서는 반송 펌프 하우징(180) 측에 형성된 플랜지(184)와 해수 공급관(183) 측에 형성된 플랜지(185)가 마주하도록 한 상태로 유지되도록 한다. 필요시 유지관리를 위해 인양한 후 재차 연결하고자 하는 경우, 플랜지(184) 상부에 형성된 갈고리 형상의 플랜지 가이드(186)에 의해 플랜지들(184, 185)의 위치가 정위치에서 유지되도록 한다. 다시 말해, 플랜지(184, 185) 간의 결합은 플랜지 가이드(186)에 의해 이루어지고, 반송 펌프(150)에 의해 해수 공급관(183)을 통해 열교환기 하우징(140) 내로 해수가 공급되기만 하면 되므로 플랜지(184, 185) 간의 결합은 밀착 결합될 필요는 없다.
도 2에서 열교환기 하우징(140)의 뚜껑(142)은 돔 형상이지만, 이러한 형상으로 한정되는 것은 아니다. 그리고, 공급 배관(110), 환수 배관(120), 방열 배관들(130), 반송 펌프 하우징(180), 열교환기 하우징(140)의 뚜껑(142), 인양 체인(153) 및 가이드 파이프(170) 등은 티타늄으로 형성될 수 있다. 그리하여 해수에 장시간 노출시 손상이 적도록 할 수 있다. 한편, 열교환기 하우징(140)은 원기둥 타입의 성형 주조에 용이하도록 FRP로 형성될 수 있고, 반송 펌프 하우징(180), 인렛부(182), 아웃렛부(144) 및 해수 공급관(183) 등도 FRP로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 해상풍력발전기의 베이스 구조(6, 60)에 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기(100)를 고정시킨 일 예를 보인 도면이다. 도면 부호 190은 수중 열교환기(100)를 베이스 구조(6)에 고정시키는 장치이다. 베이스 구조(6, 60)는 도시된 바와 같이 그래비티(Gravity) 타입일 수도 있으나, 모노 파일(Mono pile) 타입 또는 트리포드(Tripod) 타입일 수도 있으며, 그 밖의 다른 타입일 수도 있다.
도 5를 참조하면, 나셀(5) 내 열교환기(10) 측과 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전기용 수중 열교환기(100) 간의 동작 관계가 도시되어 있다. 공급 배관(110), 방열 배관들(130, 도 2 참조) 및 환수 배관(120) 내에는 냉각수로 채워져 있으며, 순환 펌프(250)의 작동에 의해 냉각수가 순환된다. 이 냉각수는 앞서 언급한 바와 같이, 나셀(5) 내의 증속기어용 오일의 냉각을 위한 것일 수도 있고, 나셀(5) 내의 발전기를 냉각시키기 위한 것일 수도 있다. 순환 펌프(250)의 작동에 의해 공급 배관(110)으로 가열된 냉각수가 내려와서 수중 열교환기(100) 내로 들어오게 되고 이후 복수 개의 방열 배관들(130)을 경유하여 환수 배관(120)을 통해 나가서 나셀(5) 내 열교환기(10) 측으로 환수된다. 이때, 가열된 냉각수와 열교환기 하우징(140) 내로 들어오는 해수 사이에 열교환이 이루어지게 되고, 냉각된 냉각수가 환수 배관(120)을 통해서 나셀(5) 내 열교환기(10) 측으로 환수되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 해상풍력발전기용 수중 열교환기는 여러 가지 이점이 있다.
(1) 단순히 공냉식만으로 냉각수를 냉각시킬 경우에 비해, 온도가 매우 낮은 해수를 이용하므로 공급 배관 측의 냉각수와 환수 배관 측의 냉각수 사이에 큰 온도차이를 얻을 수 있으므로 냉각 효율을 높일 수 있다.
(2) 비교적 낮은 온도로 일정하게 유지되는 해수를 유지하여 열교환시키므로, 안정된 열교환 시스템을 구축할 수 있다.
(3) 각종 배관 등에 해수에 비교적 잘 견디는 재질인 티타늄을 이용함으로써, 유지관리 비용이 절감될 수 있다.
(4) 반송 펌프(150)의 동력이 그다지 크지 않아도 구현가능하다(대유량, 저양정 펌프로 구현가능).
(5) 수중 열교환기(100)가 원기둥과 관 형상의 결합으로 이루어져 있으므로 내구성이 뛰어나다.
100 : 수중 열교환기 110 : 공급 배관
120 : 환수 배관 130 : 방열 배관
140 : 열교환기 하우징 144 : 아웃렛부
150 : 반송 펌프 153 : 인양 체인
160 : 제1 UV 램프 260 : 제2 UV 램프
170 : 가이드 파이프 180 : 반송 펌프 하우징
182 : 인렛부 183 : 해수 공급관
184, 185 : 플랜지 186 : 플랜지 가이드
188 : 스크린

Claims (11)

  1. 해상풍력발전기용 수중 열교환기로서,
    해상풍력발전기의 나셀 내 열교환기 측으로부터 상기 나셀 내 열교환기 내에서 사용되는 가열된 냉각수를 공급받는 공급 배관(110);
    상기 냉각수를 냉각시켜 상기 나셀 내 열교환기 측으로 리턴하는 환수 배관(120);
    상기 공급 배관과 상기 환수 배관 사이의 연결 유로를 제공하는 복수 개의 방열 배관들(130);
    상기 공급 배관의 일부, 상기 환수 배관의 일부 및 상기 방열 배관들을 내부에 수용하는 원통형상의 열교환기 하우징(140);
    상기 열교환기 하우징 내부로 해수를 공급하여, 상기 공급 배관, 상기 방열 배관들 및 상기 환수 배관 경로를 따라 순환하는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한, 반송 펌프(150);
    상기 반송 펌프를 수용하고, 상기 반송 펌프의 작동에 의해 해수를 유입시키기 위한 인렛부(182)가 형성되어 있는 반송 펌프 하우징(180);
    유지관리를 위해 상기 반송 펌프 하우징의 인양을 가이드 하기 위한 가이드 파이프(170); 및
    상기 반송 펌프 하우징에 형성되어 있고, 반송 펌프 하우징의 인양시 상기 가이드 파이프에 끼워진 상태로 상기 반송 펌프 하우징을 상하로 이동될 수 있도록 하기 위한 가이드 고리(172);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  2. 해상풍력발전기용 수중 열교환기로서,
    해상풍력발전기의 나셀 내 열교환기 측으로부터 상기 나셀 내 열교환기 내에서 사용되는 가열된 냉각수를 공급받는 공급 배관(110);
    상기 냉각수를 냉각시켜 상기 나셀 내 열교환기 측으로 리턴하는 환수 배관(120);
    상기 공급 배관과 상기 환수 배관 사이의 연결 유로를 제공하는 복수 개의 방열 배관들(130);
    상기 공급 배관의 일부, 상기 환수 배관의 일부 및 상기 방열 배관들을 내부에 수용하는 원통형상의 열교환기 하우징(140);
    상기 열교환기 하우징 내부로 해수를 공급하여, 상기 공급 배관, 상기 방열 배관들 및 상기 환수 배관 경로를 따라 순환하는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한, 반송 펌프(150);
    상기 반송 펌프를 수용하고, 상기 반송 펌프의 작동에 의해 해수를 유입시키기 위한 인렛부(182)가 형성되어 있는 반송 펌프 하우징(180);
    상기 반송 펌프 하우징 내에 설치되어 상기 반송 펌프 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제1 UV 램프(160);
    상기 열교환기 하우징 내에 설치되어 상기 열교환기 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제2 UV 램프(260); 및
    내부를 통해 상기 제2 UV 램프를 인양하여 교체하기 위한 UV 램프 교체용 파이프(262);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는,
    상기 반송 펌프 하우징 내에 설치되어 상기 반송 펌프 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제1 UV 램프(160)와,
    상기 열교환기 하우징 내에 설치되어 상기 열교환기 하우징 내 해양 생물의 번식을 방지하기 위한 제2 UV 램프(260)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방열 배관들은 상기 열교환기 하우징 내부로 공급된 해수에 의한 냉각 효과를 높이도록 유로의 길이를 증가시키기 위해 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열교환기 하우징은 상기 반송 펌프 하우징 내로 유입되는 해수를 상기 열교환기 하우징 측으로 공급하기 위해 상기 반송 펌프 하우징과 상기 열교환기 하우징 간을 연결하는 해수 공급관(183)과,
    상기 해수 공급관(183)을 통해서 내부로 공급되는 해수를 외부로 내보내기 위한 아웃렛부(144)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 해수 공급관(183)은, 상기 열교환기 하우징 측으로 공급되는 해수에 의해 소용돌이 현상이 발생하도록, 상기 열교환기 하우징의 측면의 중심을 벗어난 부분에서 상기 반송 펌프 하우징과 상기 열교환기 하우징이 서로 연통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 해상풍력발전기용 수중 열교환기는,
    내부를 통해 상기 제2 UV 램프를 인양하여 교체하기 위한 UV 램프 교체용 파이프(262)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 반송 펌프 하우징 및 상기 열교환기 하우징 각각의 내부 표면은 백색 도료로 도포되는 것을 특징으로 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공급 배관, 상기 환수 배관 및 상기 방열 배관들은 티타늄으로 형성되고, 상기 열교환기 하우징은 FRP로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 환수 배관과 상기 열교환기 사이에는 상기 냉각수를 순환시키기 위한 순환 펌프(250)가 배치되며, 상기 냉각수는 상기 나셀 내의 증속기어용 오일의 냉각을 위한 것 또는 상기 나셀 내의 발전기를 냉각시키기 위한 것임을 특징으로 하는 해상풍력발전기용 수중 열교환기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011230018A (ja) * 2010-04-23 2011-11-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 造水システム

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