KR102361716B1 - 풍력 발전기용 타워 및 이를 갖는 풍력 발전기 - Google Patents

풍력 발전기용 타워 및 이를 갖는 풍력 발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기용 타워는, 금속으로 이루어진 강재 타워 상기 강재 타워의 하부에 배치되어 상기 강재 타워를 지지하며 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워, 및 상기 콘크리트 타워의 하부에 배치된 기초부를 포함하고, 상기 콘크리트 타워는, 높이방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛, 및 상기 콘크리트 유닛들을 관통하도록 설치되어 상기 콘크리트 유닛들을 압축하는 제1 텐던을 포함할 수 있다.

Description

풍력 발전기용 타워 및 이를 갖는 풍력 발전기{WIND TURBINE ASSEMBLED WITH ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 타워와 강재 타워를 포함하는 하이브리드 타입의 타워를 갖는 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.
풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.
이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.
종래의 풍력발전기의 경우, 타워는 주로 강재로 제작되어 왔으며, 근래에 들어서면서 하이브리드 방식으로 강재와 콘크리트를 혼합하여 타워를 제작하고 있는 실정이다.
하이브리드 방식이 적용될 경우, 콘크리트 부분은 타워의 하부(bottom) 영역을 형성하게 되며, 단위 사이즈인 타워 세그먼트(tower segment) 상태로 만들어져 운송 및 인양된 후, 대응되는 것끼리 상호 결합하여 타워의 하부 영역을 형성하게 된다. 그러나 상기와 같은 하이브리드 타워는 콘크리트 부분과 강재 부분의 결합이 복잡하고 어려운 문제가 있다.
본 발명은 용이하게 제작하고, 구조적 강도가 향상될 수 있는 타워 및 풍력 발전기를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기용 타워는, 금속으로 이루어진 강재 타워 상기 강재 타워의 하부에 배치되어 상기 강재 타워를 지지하며 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워, 및 상기 콘크리트 타워의 하부에 배치된 기초부를 포함하고, 상기 콘크리트 타워는, 높이방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛, 및 상기 콘크리트 유닛들을 관통하도록 설치되어 상기 콘크리트 유닛들을 압축하는 제1 텐던을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 강재 타워는 높이방향으로 분할된 복수의 강재 유닛을 포함하고, 상기 강재 유닛은 내측으로 돌출된 미들 플랜지를 포함하고, 상기 강재 유닛들은 상기 미들 플랜지들을 매개로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 최하단에 설치된 강재 유닛은 내측 플랜지 및 외측 플랜지를 포함하고, 상기 내측 플랜지 및 상기 외측 플랜지에 앵커 볼트가 결합되어 상기 콘크리트 타워에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 타워는, 하부에 배치된 콘크리트 유닛들만 압축하는 제2 텐던을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 큰 압력을 가하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로가 형성되고, 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로와 상기 제2 텐던이 삽입되는 제2 통로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 텐던 및 상기 제2 텐던은 상기 기초부까지 이어져 형성되고, 상기 콘크리트 타워는 상기 제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 상기 기초부에 결합된 제3 텐던을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 유닛의 하면에는 홈 또는 돌기로 이루어진 제1 결합부가 형성되고, 상기 콘크리트 유닛의 상면에는 돌기 또는 홈으로 이루어진 제2 결합부가 형성되어 상기 콘크리트 유닛은 상부 또는 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 끼움 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 유닛은 원주 방향으로 배열된 복수의 프리캐스트 세그먼트를 포함하고, 상기 프리캐스트 세그먼트는 측방향으로 돌출된 보강 철근을 포함하며, 상기 프리캐스트 세그먼트는 상기 보강 철근과 상기 보강 철근에 결합된 습식 몰타르에 의하여 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기는 타워와 회전 가능하게 설치된 로터를 포함하고, 상기 타워는, 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워, 상기 콘크리트 타워 상에 배치되며 강재로 이루어진 강재 타워, 상기 콘크리트 타워의 하부에 배치된 기초부를 포함하고, 상기 콘크리트 타워는, 높이방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛, 및 상기 콘크리트 유닛들을 관통하도록 설치되어 상기 콘크리트 유닛들을 압축하는 제1 텐던을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 강재 타워는 높이방향으로 분할된 복수의 강재 유닛을 포함하고, 상기 강재 유닛은 내측으로 돌출된 미들 플랜지를 포함하고, 상기 강재 유닛들은 상기 미들 플랜지들을 매개로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 최하단에 설치된 강재 유닛은 내측 플랜지 및 외측 플랜지를 포함하고, 상기 내측 플랜지 및 상기 외측 플랜지에 앵커 볼트가 결합되어 상기 콘크리트 타워에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 타워는, 하부에 배치된 콘크리트 유닛들만 압축하는 제2 텐던을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 큰 압력을 가하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로가 형성되고, 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로와 상기 제2 텐던이 삽입되는 제2 통로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 텐던 및 상기 제2 텐던은 상기 기초부까지 이어져 형성되고, 상기 콘크리트 타워는 상기 제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 상기 기초부에 결합된 제3 텐던을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 유닛의 하면에는 홈 또는 돌기로 이루어진 제1 결합부가 형성되고, 상기 콘크리트 유닛의 상면에는 돌기 또는 홈으로 이루어진 제2 결합부가 형성되어 상기 콘크리트 유닛은 상부 또는 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 끼움 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 콘크리트 유닛은 원주 방향으로 배열된 복수의 프리캐스트 세그먼트를 포함하고, 상기 프리캐스트 세그먼트는 측방향으로 돌출된 보강 철근을 포함하며, 상기 프리캐스트 세그먼트는 상기 보강 철근과 상기 보강 철근에 결합된 습식 몰타르에 의하여 결합될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 콘크리트 타워를 구성하는 콘크리트 유닛들이 제1 텐던에 의하여 압축된 상태로 설치되므로 타워의 구조적 강도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 강재 타워의 연결부위를 달라 본 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 강재 타워와 콘크리트 타워의 연결부위를 잘라 본 종단면도이다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘크리트 타워의 일부를 잘라 본 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리캐스트 세그먼트의 연결부위를 도시한 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기초부를 도시한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 콘크리트 유닛들을 도시한 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는,
타워(100), 나셀(300), 로터(200)를 포함한다. 본 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는 육상 또는 해상에 설치될 수 있으며, 기어박스를 갖거나 기어박스를 갖지 않는 다이렉트 타입으로 이루어질 수 있다.
타워(100)는 지상 또는 해상에서 일정한 높이로 세워져 설치되며, 나셀(300)과 로터(200)를 지지한다. 타워(100)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(100)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(100) 내부에는 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.
타워(100)의 상부에는 나셀(300)이 타워(100)에 대하여 요잉(yawing) 가능하도록 설치될 수 있다. 나셀(300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100) 하부에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다.
나셀(300)는 발전기 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 나셀(300)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원통, 타원체 등으로 이루어질 수도 있다.
로터(200)는 허브(210)와 복수의 블레이드(220)로 이루어지는데, 허브(210)는 나셀(300)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(220)는 허브(210)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다. 하나의 허브(210)에는 3개의 블레이드(220)가 설치될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
블레이드(220)는 바람에 의해 허브(210)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(220)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 강재 타워의 연결부위를 달라 본 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 강재 타워와 콘크리트 타워의 연결부위를 잘라 본 종단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 타워(100)는 금속으로 이루어진 강재 타워(110)와 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워(120)를 포함할 수 있다. 강재 타워(110)는 콘크리트 타워(120)의 상부에 위치하며 나셀(300)과 결합되어 나셀(300)을 지지한다. 콘크리트 타워(120)는 강재 타워(110)의 하부에 배치되어 강재 타워(110)를 지지한다.
강재 타워(110)는 높이 방향으로 분할된 복수의 강재 유닛(112)을 포함하며, 강재 유닛(112)들이 적층되어 강재 타워(110)를 형성한다. 강재 유닛(112)은 상부로 갈수록 진격이 점진적으로 감소하는 관 형상으로 이루어질 수 있다.
강재 유닛(112)의 상단과 하단에는 내측으로 돌출된 미들 플랜지(113)가 형성될 수 있으며, 미들 플랜지(113)는 상하방향으로 이웃하는 강재 유닛(112)의 미들 플랜지(113)와 맞닿도록 설치된다. 미들 플랜지(113)에는 고정 볼트(140)가 설치되어 강재 유닛(112)을 고정할 수 있다. 복수의 고정 볼트(140)는 강재 타워(110)의 둘레 방향으로 이격 배열될 수 있다.
한편, 최하단에 설치된 강재 유닛(112)은 하단에서 돌출된 내측 플랜지(116) 및 외측 플랜지(117)를 포함한다. 내측 플랜지(116)는 강재 유닛(112)의 내측으로 돌출되고, 외측 플랜지(117)는 강재 유닛(112)의 외측으로 돌출된다. 내측 플랜지(116)와 외측 플랜지(117)에는 앵커 볼트(150)가 설치되며, 복수의 앵커 볼트(150)는 강재 타워(110)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다.
앵커 볼트(150)는 콘크리트 타워(120)를 구성하는 콘크리트 유닛(121)에 삽입되어 콘크리트 타워(120)와 강재 타워(110)를 고정한다. 상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따른 미들 플랜지(113)와 고정 볼트(140)에 의하여 강재 유닛들이 결합되고, 앵커 볼트(150)와 내측 플랜지(116)와 외측 플랜지(117)에 의하여 강재 타워(110)와 콘크리트 타워(120)가 결합되므로 타워(100)가 용이하고 견고하게 고정될 수 있다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘크리트 타워의 일부를 잘라 본 횡단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리캐스트 세그먼트의 연결부위를 도시한 종단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 콘크리트 타워(120)는 높이 방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛(121)을 포함하며, 콘크리트 유닛(121)들이 적층되어 콘크리트 타워(120)를 형성한다.
콘크리트 타워(120)의 상부에는 내측으로 돌출된 보강 돌출부(125)가 형성되며, 보강 돌출부(125)에 상기한 앵커 볼트(150)가 결합될 수 있다. 보강 돌출부(125)는 콘크리트 타워의 둘레 방향으로 이격 배치되거나, 콘크리트 타워의 둘레 방향으로 이어져 형성될 수 있다.
또한, 콘크리트 타워(120)는 콘크리트 유닛(121)에 설치되어 콘크리트 유닛(121) 전체를 압축하는 제1 텐던(162)을 포함할 수 있다. 제1 텐던(162)은 콘크리트 타워(120)의 상단에서 기초부(130)까지 이어져 설치될 수 있으며 복수의 강선으로 이루어질 수 있다.
콘크리트 유닛(121)에는 제1 텐던(162)이 삽입되는 제1 통로(161)가 형성될 수 있으며, 제1 통로(161)는 콘크리트 유닛(121)의 상단에서 하단까지 이어져 형성된다. 이에 따라 제1 텐던(162)은 노출되지 않고, 콘크리트 유닛(121) 내부에 위치할 수 있다. 제1 텐던(162)은 콘크리트 타워(120)의 둘레 방향으로 균일하게 이격 배치된다.
제1 텐던(162)의 길이방향 양측 단부에는 제1 텐던(162)을 지지하는 고정구(163)가 설치되며, 하나의 고정구(163)는 보강 돌출부(125)에 설치되고, 다른 고정구(163)는 기초부(130) 내에 설치될 수 있다. 제1 텐던(162)은 인장된 상태에서 고정구(163)를 매개로 설치되어 콘크리트 유닛(121)들 및 기초부(130)에 압축력을 인가할 수 있다. 이에 따라 콘크리트 타워(120)는 횡방향 및 축방향 인장력에 대한 강도가 증가할 수 있다.
기초부(130)는 콘크리트 타워(120)의 하부에 설치되어 콘크리트 타워(120)를 지지하며 제1 텐던(162)에 의하여 콘크리트 타워(120)와 결합된다. 기초부(130)의 중심에는 제1 텐던(162)을 설치하기 위한 공간인 동공부(131)가 형성될 수 있다. 고정구(163)는 동공부(131)를 통해서 제1 텐던(162)에 결합될 수 있다. 이에 따라 콘크리트 타워(120)와 기초부(130)가 보다 안정적으로 결합될 수 있다.
콘크리트 유닛(121)은 원주 방향으로 배열된 복수의 프리캐스트 세그먼트(122)를 포함하며, 프리캐스트 세그먼트(122)들은 서로 연결되어 원통 형상의 콘크리트 유닛(121)을 이룬다. 프리캐스트 세그먼트(122)는 내부에 설치된 보강 철근(123)을 포함하는데, 보강 철근(123)은 측방향으로 돌출된다. 프리캐스트 세그먼트(122)는 공장에서 생산되어 현장에서 조립될 수 있다. 프리캐스트 세그먼트(122)는 보강 철근(123)과 상기 보강 철근(123)에 결합된 습식 몰타르(125)에 의하여 결합되어 원뿔대 또는 원통 형상을 이룰 수 있다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 공장에서 제작된 프리캐스트 세그먼트(122)가 현장에서 조립되므로 보다 신속하게 타워(100)를 설치할 수 있다. 또한, 콘크리트 유닛(121)들이 제1 텐던(162)에 의하여 가압된 상태로 설치되므로 구조적 강도가 향상될 수 있다. 또한, 강재 타워(110)와 콘크리트 타워(120)가 내측 플랜지(116)와 외측 플랜지(117)에 의하여 결합되므로 강재 타워(110)와 콘크리트 타워(120)가 보다 용이하게 결합될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 타워에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 타워는 콘크리트 타워를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 타워와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
콘크리트 타워(120)는 높이 방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛(121)과 콘크리트 유닛(121)을 지지하는 제1 텐던(162)과 제2 텐던(172)을 포함할 수 있다. 제1 텐던(162)은 콘크리트 타워(120)의 상단에서 하단을 거쳐 기초부(130)까지 이어져 설치될 수 있으며 복수의 강선으로 이루어질 수 있다. 이를 위해서 상부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 제1 텐던(162)이 삽입되는 제1 통로(161)가 형성될 수 있다.
제2 텐던(172)은 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)들만 압축하도록 설치될 수 있다. 여기서 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)이라 함은 콘크리트 타워(120)의 높이의 중심보다 더 아래에 위치하는 콘크리트 유닛(121)을 의미한다. 제2 텐던(172)은 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에서 기초부(130)까지 이어져 형성된다.
제2 텐던(172)은 제1 텐던(162) 사이에 위치하며 콘크리트 타워(120)의 둘레 방향으로 균일하게 이격 배치된다. 또한 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 제1 텐던(162)이 삽입되는 제1 통로(161)와 제2 텐던(172)이 삽입되는 제2 통로(171)가 형성될 수 있다. 여기서, 제2 통로(171)는 제1 통로(161)들 사이에 위치할 수 있다.
하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 보강 돌출부(125)가 형성되며, 보강 돌출부(125)에는 제2 텐던(172)을 지지하는 고정구(173)가 설치될 수 있다. 제2 텐던(172)은 제1 텐던(162)보다 더 큰 압력을 콘크리트 유닛(121)에 가하도록 설치될 수 있다. 이를 위해서 제2 텐던(172)에는 더 큰 인장력이 작용할 수 있으며, 제2 텐던(172)은 제1 텐던(162)보다 더 굵거나 더 많은 개수의 강선을 포함할 수 있다.
본 제2 실시예와 같이 콘크리트 타워(120)가 제1 텐던(162) 및 제2 텐던(172)을 포함하면, 콘크리트 타워(120)의 강도가 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 타워에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 타워의 일부를 도시한 종단면도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 타워는 콘크리트 타워를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 타워와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
콘크리트 타워(120)는 높이 방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛(121)과 콘크리트 유닛(121)을 지지하는 제1 텐던(162)과 제2 텐던(172)과 제3 텐던(182)을 포함할 수 있다. 제1 텐던(162)은 콘크리트 타워(120)의 상단에서 하단을 거쳐 기초부(130)까지 이어져 설치될 수 있으며 복수의 강선으로 이루어질 수 있다. 이를 위해서 상부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 제1 텐던(162)이 삽입되는 제1 통로(161)가 형성될 수 있다.
제2 텐던(172)은 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)들만 압축하도록 설치될 수 있다. 제2 텐던(172)은 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에서 기초부(130)까지 이어져 설치된다. 또한 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 제1 텐던(162)이 삽입되는 제1 통로(161)와 제2 텐던(172)이 삽입되는 제2 통로(171)가 형성될 수 있다. 여기서, 제2 통로(171)는 제1 통로(161)들 사이에 위치할 수 있다.
제3 텐던(182)은 제일 하단에 배치된 콘크리트 유닛(121)과 기초부(130)에 결합되어 콘크리트 타워(120)와 기초부(130)를 연결한다. 제일 하단에 배치된 콘크리트 유닛(121)과 기초부(130)에는 제3 텐던(182)이 삽입되는 제3 통로(181)가 형성될 수 있다. 제일 하단에 배치된 콘크리트 유닛(121)에는 하부 돌출부(129)가 형성되고, 제3 통로(181)는 하부 돌출부(129)에 형성될 수 있다. 제3 텐던(182)은 하부 돌출부(129)에서 기초부(130)까지 이어져 형성되며, 고정구(163)에 의하여 콘크리트 유닛(121) 및 기초부(130)에 고정된다.
제3 텐던(182)은 제1 텐던(162) 및 제2 텐던(172)보다 더 내측에 위치할 수 있다. 또한, 제3 텐던(182)은 제1 텐던(162)보다 더 작은 인장력을 갖도록 설치될 수 있다. 이에 따라 제3 텐던(182)에 의하여 콘크리트 타워(120)와 기초부(130) 사이의 결합력이 향상될 뿐만 아니라 균일한 결합력을 유지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 타워에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 콘크리트 유닛들을 도시한 분해 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 부분 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 타워는 콘크리트 유닛을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 타워와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
콘크리트 유닛(121)의 상면에는 돌기로 이루어진 제1 결합부(121a)가 형성되고, 콘크리트 유닛(121)의 하면에는 홈으로 이루어진 제2 결합부(121b)가 형성된다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 결합부(121a)가 홈으로 이루어지고, 제2 결합부(121b)가 돌기로 이루어질 수도 있다. 제1 결합부(121a)와 제2 결합부(121b)는 원통 또는 원뿔대 형상으로 이루어질 수 있다.
콘크리트 유닛(121)의 제1 결합부(121a)는 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)의 제2 결합부(121b)와 끼움 결합되고, 콘크리트 유닛(121)의 제2 결합부(121b)는 상부에 배치된 콘크리트 유닛(121)의 제1 결합부(121a)와 끼움 결합될 수 있다.
이와 같이 콘크리트 유닛(121)이 상부 또는 하부에 배치된 콘크리트 유닛(121)과 끼움 결합되면 콘크리트 타워(120)의 구조적 강도가 더욱 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 풍력 발전기 100: 타워
110: 강재 타워 112: 강재 유닛
113: 미들 플랜지 116: 내측 플랜지
117: 외측 플랜지 120: 콘크리트 타워
121: 콘크리트 유닛 130: 기초부
131: 동공부 140: 고정 볼트
150: 앵커 볼트 161: 제1 통로
162: 제1 텐던 163, 173: 고정구
171: 제2 통로 172: 제2 텐던
181: 제3 통로 182: 제3 텐던
200: 로터 210: 허브
220: 블레이드 300: 나셀

Claims (18)

  1. 금속으로 이루어진 강재 타워;
    상기 강재 타워의 하부에 배치되어 상기 강재 타워를 지지하며 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워; 및
    상기 콘크리트 타워의 하부에 배치된 기초부;
    를 포함하고,
    상기 콘크리트 타워는, 높이방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛, 상기 콘크리트 유닛들을 관통하도록 설치되어 상기 콘크리트 유닛들을 압축하는 제1 텐던, 하부에 배치된 콘크리트 유닛들만 압축하는 제2 텐던, 및 제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 상기 기초부에 결합된 제3 텐던을 포함하고,
    제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 내측으로 돌출된 하부 돌출부가 형성되고, 상기 제3 텐던은 상기 하부 돌출부에서 상기 기초부까지 이어져 형성되며,
    상기 제1 텐던 및 상기 제2 텐던은 상기 기초부까지 이어져 형성되고,
    상기 제3 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강재 타워는 높이방향으로 분할된 복수의 강재 유닛을 포함하고, 상기 강재 유닛은 내측으로 돌출된 미들 플랜지를 포함하고, 상기 강재 유닛들은 상기 미들 플랜지들을 매개로 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  3. 제2항에 있어서,
    최하단에 설치된 강재 유닛은 내측 플랜지 및 외측 플랜지를 포함하고, 상기 내측 플랜지 및 상기 외측 플랜지에 앵커 볼트가 결합되어 상기 콘크리트 타워에 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 큰 압력을 가하도록 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  6. 제1항에 있어서,
    상부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로가 형성되고, 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로와 상기 제2 텐던이 삽입되는 제2 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 유닛의 하면에는 홈 또는 돌기로 이루어진 제1 결합부가 형성되고, 상기 콘크리트 유닛의 상면에는 돌기 또는 홈으로 이루어진 제2 결합부가 형성되어 상기 콘크리트 유닛은 상부 또는 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 유닛은
    원주 방향으로 배열된 복수의 프리캐스트 세그먼트를 포함하고,
    상기 프리캐스트 세그먼트는 측방향으로 돌출된 보강 철근을 포함하며,
    상기 프리캐스트 세그먼트는 상기 보강 철근과 상기 보강 철근에 결합된 습식 몰타르에 의하여 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 타워.
  10. 타워와 회전 가능하게 설치된 로터를 포함하는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 타워는,
    금속으로 이루어진 강재 타워;
    상기 강재 타워의 하부에 배치되어 상기 강재 타워를 지지하며 콘크리트로 이루어진 콘크리트 타워; 및
    상기 콘크리트 타워의 하부에 배치된 기초부;
    를 포함하고,
    상기 콘크리트 타워는, 높이방향으로 분할된 복수의 콘크리트 유닛, 상기 콘크리트 유닛들을 관통하도록 설치되어 상기 콘크리트 유닛들을 압축하는 제1 텐던, 하부에 배치된 콘크리트 유닛들만 압축하는 제2 텐던, 제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 상기 기초부에 결합된 제3 텐던을 포함하고,
    제일 하단에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 내측으로 돌출된 하부 돌출부가 형성되고, 상기 제3 텐던은 상기 하부 돌출부에서 상기 기초부까지 이어져 형성되며,
    상기 제1 텐던 및 상기 제2 텐던은 상기 기초부까지 이어져 형성되고,
    상기 제3 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강재 타워는 높이방향으로 분할된 복수의 강재 유닛을 포함하고, 상기 강재 유닛은 내측으로 돌출된 미들 플랜지를 포함하고, 상기 강재 유닛들은 상기 미들 플랜지들을 매개로 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  12. 제11항에 있어서,
    최하단에 설치된 강재 유닛은 내측 플랜지 및 외측 플랜지를 포함하고, 상기 내측 플랜지 및 상기 외측 플랜지에 앵커 볼트가 결합되어 상기 콘크리트 타워에 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 텐던은 상기 제1 텐던보다 더 큰 압력을 가하도록 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  15. 제10항에 있어서,
    상부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로가 형성되고, 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛에는 상기 제1 텐던이 삽입되는 제1 통로와 상기 제2 텐던이 삽입되는 제2 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    상기 콘크리트 유닛의 하면에는 홈 또는 돌기로 이루어진 제1 결합부가 형성되고, 상기 콘크리트 유닛의 상면에는 돌기 또는 홈으로 이루어진 제2 결합부가 형성되어 상기 콘크리트 유닛은 상부 또는 하부에 배치된 상기 콘크리트 유닛과 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 콘크리트 유닛은
    원주 방향으로 배열된 복수의 프리캐스트 세그먼트를 포함하고,
    상기 프리캐스트 세그먼트는 측방향으로 돌출된 보강 철근을 포함하며,
    상기 프리캐스트 세그먼트는 상기 보강 철근과 상기 보강 철근에 결합된 습식 몰타르에 의하여 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
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