KR20090083409A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

한랭지의 외기 저온시에 있어서, 나셀 내부의 가열 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전 장치를 제공한다. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 과, 외기 저온시에 나셀 내를 승온시키는 가열 장치 (24) 를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서, 냉각 팬 (14, 17) 이 회전 방향 및 회전수를 제어하여 운전 가능하게 되고, 가열 장치 (24) 의 운전시에는 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하도록 냉각 팬 (14, 17) 의 회전 방향 및 회전수가 제어된다.

풍력 발전 장치

Description

풍력 발전 장치{WIND-DRIVEN GENERATOR}

본 발명은, 자연 에너지인 바람을 회전력으로 변환하는 풍차를 사용하여 발전을 실시하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

종래, 자연 에너지인 풍력을 이용하여 발전을 실시하는 풍력 발전 장치가 알려져 있다. 이런 종류의 풍력 발전 장치는, 지주 (支柱) 상에 설치된 나셀 (nacelle) 에, 풍차 날개를 장착한 로터 헤드와, 로터 헤드와 일체로 회전하도록 연결된 주축과, 풍차 날개에 풍력을 받아 회전하는 주축을 연결한 증속기와, 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기를 형성한 것이다. 이와 같이 구성된 풍력 발전 장치에서는, 풍력을 회전력으로 변환하는 풍차 날개를 구비한 로터 헤드 및 주축이 회전하여 축 출력을 발생하고, 주축에 연결된 증속기를 개재하여 회전수를 증속시킨 축 출력이 발전기에 전달된다. 이 때문에, 풍력을 회전력으로 변환하여 얻어지는 축 출력을 발전기의 구동원으로 하고, 발전기의 동력으로서 풍력을 이용한 발전을 실시할 수 있다.

상기 서술한 종래의 풍력 발전 장치에서는 외기 온도가 -40℃ 정도의 저온이 되는 한랭지에 설치되는 경우가 있다. 이와 같은 한랭지에서는 외기 온도의 저하에 의해 윤활유의 성상 변화나 저온 취성 등의 문제가 발생하기 때문에, 그 대책 으로서 히터 등에 의해 나셀 내부의 기기류를 소정 온도까지 가열하는 것이 실시되고 있다.

한편, 나셀 내부에는 예를 들어 증속기나 발전기 등과 같이, 운전시에 발열 하는 부품이 수납 설치되어 있으므로, 공기 흡기구 및 공기 배기구를 형성하고, 풍차에 의해 운전되는 팬에 의해 나셀 내부를 환기하여 온도 상승을 방지하는 냉각 구조가 채용되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또, 풍력 발전 장치에서는, 발전기의 외주면과 외기를 분리하는 프레임에 형성된 복수의 핀을 개재하여, 로터를 회전시킨 바람에 대해 발전기로부터 발생한 열을 방출하는 냉각 기구가 제안되어 있다. 이 냉각 기구는 흡기구, 배기구 및 냉각용 팬이 불필요해진다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 소58-65977호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2002-13467호

한랭지에 설치되는 풍력 발전 장치에서는, 냉각 팬을 운전하여 나셀 내부의 온도 상승을 방지하는 냉각 구조와, 외기 저온시에 히터를 운전하여 나셀 내부를 가열하는 가열 구조를 구비한 것이 있다. 특히, 최근의 풍력 발전 장치에서는, 풍차 날개의 대형화에 의해 발전 능력을 증가시키는 경향이 있으므로, 나셀 내부의 발열량 증대에 대응하여 보다 냉각 능력이 높은 냉각 장치가 요구되고 있다. 그런데, 나셀에 형성된 흡기구 및 배기구를 통하여 환기하는 방식의 경우, 냉각 능력의 향상은 환기량의 증대를 의미하므로, 환기용 개구 면적도 증대한다. 이 때문에, 나셀 내부를 가열하는 외기 저온시에서는, 흡기구 및 환기구의 개구부로부터 나셀 내부로 유입되는 저온 외기량의 증가에 의해, 모처럼 가열된 나셀 내부의 온도를 저하시켜 가열 효율에 악영향을 미친다는 문제가 지적되고 있다.

이와 같은 배경에서, 환기구 (흡기구 및 배기구) 에 개폐식 루버 등의 개폐 기구를 형성해 두고, 가열 장치를 운전할 때에는 개구부를 닫고 개구 면적을 최소한으로 억제하는 것이 실시되고 있다. 그러나, 한랭지의 외기 저온시에서는, 상기 서술한 개폐 기구가 직접 외기에 접촉되어 있기 때문에 빙설의 부착이나 동결에 의해 개폐 기구가 고착되어, 개폐 동작이 불가능해진다는 문제를 가지고 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 부분은 한랭지의 외기 저온시에서도, 환기구를 개폐하는 기구의 동작 불량을 잘 발생하지 않게 하여 신뢰성을 증가시킴과 함께, 나셀 내부의 가열 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 풍력 발전 장치는 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서, 상기 냉각 장치의 환기팬이 회전 방향 및 회전수를 제어하여 운전 가능하게 되고, 상기 가열 장치의 운전시에는 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하도록 상기 환기팬의 회전 방향 및 회전수가 제어된다.

이와 같은 본 발명의 제 1 양태에 관련된 풍력 발전 장치에 의하면, 냉각 장치의 환기팬이 회전 방향 및 회전수를 제어하여 운전 가능하게 되고, 가열 장치의 운전시에는 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하도록 환기팬의 회전 방향 및 회전수가 제어되므로, 한랭지의 설치 환경에서 가열 운전을 필요로 하는 상황에서도, 빙결 등에 의한 고착을 걱정할 필요 없이, 저온의 외기가 환기구로부터 나셀 내부로 유입하는 것을 확실하게 방지할 수 있게 된다. 즉, 가열 운전을 필요로 하는 상황에서는, 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하여, 실질적으로 환기구를 닫은 것과 동일한 상황으로 할 수 있다.

제 1 양태에 관련된 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 환기팬의 회전 방향 및 회전수는 상기 환기구를 통과하여 흐르는 공기의 흐름 방향 및 유속을 측정하는 풍향 풍속 검출 수단의 측정값에 기초하여 상기 환기팬의 전동기를 인버터 제어하여 이루어지는 것이 바람직하고, 이로써, 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하는 환기팬의 운전 제어가 용이해질 뿐만 아니라, 세밀한 제어도 가능해진다.

본 발명의 제 2 양태에 관련된 풍력 발전 장치는, 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서, 상기 환기구에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 주머니 형상의 팽창ㆍ수축 부재를 구비하고, 그 팽창ㆍ수축 부재가, 상기 가열 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 공급을 받은 팽창에 의해 상기 환기구를 막음과 함께, 상기 냉각 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 방출에 의해 수축되어 상기 환기구를 연다.

이와 같은 본 발명의 제 2 양태에 관련된 풍력 발전 장치에 의하면, 환기구에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 주머니 형상의 팽창ㆍ수축 부재를 구비하고, 그 팽창ㆍ수축 부재가, 가열 장치의 운전시에 압축 유체의 공급을 받은 팽창에 의해 환기구를 막음과 함께, 냉각 장치의 운전시에 압축 유체의 방출에 의해 수축되어 환기구를 열도록 구성되어 있으므로, 한랭지의 설치 환경에서도 빙결 등에 의해 고착되지 않고 확실하게 환기구를 개폐할 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 관련된 풍력 발전 장치는, 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서, 상기 환기구의 근방에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 압축 공기 방출 수단을 구비하고, 그 압축 공기 방출 수단이, 상기 가열 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 공급을 받아 방출되는 압축 유체의 흐름에 의해 상기 환기구를 막는다.

이와 같은 본 발명의 제 3 양태에 관련된 풍력 발전 장치에 의하면, 환기구의 근방에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 압축 공기 방출 수단을 구비하고, 그 압축 공기 방출 수단이, 가열 장치의 운전시에 압축 유체의 공급을 받아 방출되는 압축 유체의 흐름에 의해 환기구를 막도록 구성되어 있기 때문에, 한랭지의 설치 환경에서도 빙결 등에 의해 고착되지 않고 확실하게 환기구를 개폐할 수 있다.

상기 서술한 본 발명의 풍력 발전 장치에 의하면, 가열 운전을 필요로 하는 상황에 있어서, 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하여 실질적으로 환기구를 닫은 것과 동일한 상황으로 하거나, 혹은, 팽창된 주머니 형상의 팽창ㆍ수축 부재나 압축 유체의 흐름에 의해 환기구를 개폐하므로, 한랭지의 설치 환경에 있어서 빙결 등에 의해 고착되는 기계적인 가동 구조 부분을 없앨 수 있다. 따라서, 나셀 내부를 가열하는 외기 저온시에서도, 환기구를 확실하게 닫은 상태로 하여 저온 외기의 유입을 방지할 수 있게 되므로, 히터 등에 의한 나셀 내부의 가열을 효율적으로 실시할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치에 대해 제 1 실시형태를 나타내는 요부의 블록도이다.

도 2 는 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 나타내는 도면이다.

도 3 은 제 1 실시형태에 대해 나셀의 내부 구성예를 나타내는 단면도이다.

도 4 는 도 1 의 나셀 제어부에 있어서 이루어지는 환기팬의 제어예를 나타내는 플로우 차트이다.

도 5 는 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치에 대해 제 2 실시형태를 나타내는 요부의 블록도이다.

도 6 은 제 2 실시형태에 대해 나셀의 내부 구성예를 나타내는 단면도이다.

도 7a 는 흡기구의 개폐를 실시하는 풍선의 구성예를 확대하여 나타내는 사시도이다.

도 7b 는 흡기구의 개폐를 실시하는 풍선의 구성예를 나타내는 요부의 측면도이다.

도 8 은 도 5 의 나셀 제어부에 있어서 실시되는 환기팬의 제어예를 나타내는 플로우 차트이다.

도 9 는 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치에 대해 제 3 실시형태를 나타내는 요부의 블록도이다.

부호의 설명

1 풍력 발전 장치 2 지주

3 나셀 4 로터 헤드

5 풍차 날개 7 풍향 풍속계

10 증속기 11 발전기

12 흡기구 14 윤활유 냉각 팬

15 발전기 냉각 팬 15a, 16a 배기구

20, 20A 나셀 제어 장치 22, 23 인버터

30 흡기구 내측 풍향 풍속계 40 풍선

41 흡기 차단용 압축기 50 에어 커튼 노즐

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

풍력 발전 장치 (1) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기초 (6) 상에 수직 형성되는 지주 (2) 와, 지주 (2) 의 상단에 설치되는 나셀 (3) 과, 대략 수평인 축선 주위에 회전 가능하게 하여 나셀 (3) 에 형성되는 로터 헤드 (4) 를 가지고 있다.

로터 헤드 (4) 에는, 그 회전 축선 주위에 방사상으로 하여 복수장의 풍차 날개 (5) 가 장착되어 있다. 이 결과, 로터 헤드 (4) 의 회전 축선 방향으로부터 풍차 날개 (5) 에 닿은 바람의 힘이, 로터 헤드 (4) 를 회전 축선 주위에 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.

나셀 (3) 의 외주면 적소(適所) (예를 들어 상부 등) 에는, 주변의 풍향 및 풍속값을 측정하는 풍향 풍속계 (7) 와 피뢰침 (8) 이 설치되어 있다.

이와 같은 풍력 발전 장치 (1) 에 대해, 본 발명에서는, 한랭지의 외기 저온시에 있어서, 나셀 (3) 내의 환기용으로 형성된 개구부인 환기구로부터 외기가 침입 되는 것을 방지 또는 억제하는 기구를 형성함으로써, 나셀 (3) 의 내부를 가열하는 가열 효율을 향상시키고 있다.

이하에서는, 나셀 (3) 내에 외기가 침입하는 것을 방지 또는 억제하는 기구(이하, 「나셀 폐쇄 기구」라고 부른다) 에 대해, 그 구성을 구체적으로 설명한다. 또한, 나셀 (3) 내를 환기하는 환기구에 대해서는, 외기의 입구가 되는 흡입구 및 출구가 되는 배기구가 있고, 양방을 모두 환기구라고 부르기로 한다.

＜제 1 실시형태＞

제 1 실시형태에서는, 풍력 발전 장치 (1) 의 나셀 (3) 에 형성되어 있는 냉 각용 환기팬의 회전 방향 및 회전수를 제어함으로써, 나셀 (3) 의 내부에 외기가 침입하는 것을 방지 또는 억제하는 나셀 폐쇄 기구에 대해 설명한다.

나셀 (3) 의 내부에는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 로터 헤드 (4) 와 증속기 (10) 를 개재하여 연결된 발전기 (11) 를 구동하여 발전하는 구동ㆍ발전 기구가 수납 설치되어 있다. 즉, 로터 헤드 (4) 의 회전을 증속기 (10) 에서 증속하여 발전기 (11) 를 구동함으로써, 발전기 (11) 로부터 발전기 출력 W 가 얻어지도록 되어 있다.

상기 서술한 나셀 (3) 에는 운전시의 내부 온도 상승을 방지하기 위해, 도입된 외기를 내부 순환시킨 후에 나셀 외로 배기하는 환기ㆍ냉각 장치를 구비하고 있다.

도 3 에 나타내는 환기ㆍ냉각 장치의 구성예에서는, 나셀 (3) 의 하부 전방으로 외기 자연 유입용의 흡기구 (12) 가 개구되고, 이 흡기구 (12) 에는 흡기 필터 (13) 가 형성되어 있다.

또, 나셀 (3) 의 상부에는, 주로 증속기 (10) 의 윤활유 냉각을 목적으로 한 윤활유 냉각 팬 (14) 이 배기 덕트 (15) 내에 설치되고, 또한 나셀 (3) 내에 형성된 발전기 배기 덕트 (16) 에는, 주로 발전기 냉각을 목적으로 한 발전기 냉각 팬 (17) 이 설치되어 있다. 이들 2 개의 냉각 팬 (14, 17) 을 통상적인 냉각 운전시의 회전 방향 (이하, 「정전」이라고 부른다) 으로 회전시켜 운전함으로써, 흡기구 (12) 로부터 도입된 외기가 나셀 (3) 의 내부를 통과하여 증속기 윤활유나 발전기 (11) 등을 냉각한 후, 배기 덕트 (15) 및 발전기 배기 덕트 (16) 의 배기구 (15a, 16a) 로부터 나셀 (3) 의 외부로 배기된다.

상기 서술한 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 을 포함하는 각종 기기류는, 나셀 (3) 의 내부에 설치된 나셀 제어 장치 (20) 에 의해 운전 제어된다.

여기서, 윤활유 냉각 팬 (14) 은 전원 (21) 에 접속된 윤활유 냉각 팬용 인버터 (22) 에 의해 회전수 제어되고, 또한 발전기 냉각 팬 (17) 은 전원 (21) 에 접속된 발전기 냉각 팬용 인버터 (23) 에 의해 회전수 제어된다. 또, 나셀 (3) 에는 한랭시 등에 나셀 내부를 가열하는 히터 등의 가열 장치 (24) 가 형성되어 있다. 이 가열 장치 (24) 는 전원 (21) 에 접속되어 전력의 공급을 받음과 함께, 나셀 제어 장치 (20) 에 의해 ON/OFF 등의 운전 제어가 실시된다.

상기 서술한 구성의 풍력 발전 장치 (1) 에 대해, 본 실시형태에서는 나셀 (3) 의 환기ㆍ냉각 장치를 이용하여 구성된 나셀 폐쇄 기구가 형성되어 있다.

본 실시형태의 나셀 폐쇄 기구는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 의 회전 방향 및 회전수를 제어하기 위해, 나셀 (3) 내의 적소에 설치된 흡기구 내측 풍향 풍속계 (30) 및 나셀 내 온도계 (31) 를 구비하고 있다.

또, 나셀 (3) 내의 적소에는, 가열 장치 (24) 의 운전 조건을 판단하는 정보를 얻기 위해, 예를 들어 증속기 윤활유 온도계 (32) 와 발전기 권선 온도계 (33) 와 발전기 베어링 온도계 (34) 가 형성되어 있다.

흡기구 내측 풍향 풍속계 (30) 는, 흡기구 (12) 의 내측 근방에 설치되어 있 고, 나셀 (3) 내에 도입되는 외기의 흐름 방향 및 그 유속인 풍속을 검출하여, 이 검출값이 나셀 제어 장치 (20) 에 입력된다. 또, 나셀 온도계 (31) 는 나셀 (3) 의 내부 온도를 측정하고, 이 측정값이 나셀 제어 장치 (20) 에 입력된다. 이 경우, 흡기구 풍향 풍속계 (30) 의 설치 위치는 흡기구 (12) 의 내측 근방에 설정되어 있는데, 환기구의 하나인 배기구 (15a, 16a) 의 내측 근방이나 나셀 (3) 내의 도중에 설치되는 등, 이에 한정되는 것은 아니다. 단, 2 개의 배기구 (15a, 16a) 를 구비한 구성에서는 풍향 풍속계가 2 대 필요하고, 또, 나셀 (3) 내의 도중은 내부 기기의 배치 등에 의해 풍향 풍속이 불규칙적으로 되므로, 흡기구 내측 풍향 풍속계 (30) 와 같이, 1 대의 흡기구 풍향 풍속계 (30) 에 의해 흡입구 (12) 를 통과하는 풍향 및 풍속을 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 설치 위치가 바람직하다.

동일하게, 증속기 윤활유 온도계 (32) 는 증속기 (10) 의 윤활유 온도를 측정하고, 발전기 권선 온도계 (33) 는 발전기 (11) 의 권선 온도를 측정하고, 또한 발전기 베어링 온도계 (34) 는 발전기 (11) 의 베어링 온도를 측정하므로, 이렇게 하여 얻어진 각 온도 측정값이 나셀 제어 장치 (20) 에 입력된다.

계속해서, 상기 서술한 나셀 제어 장치 (20) 에 대해, 나셀 폐쇄 기구에 관련된 제어를 도 4 의 플로우 차트에 기초하여 설명한다.

최초의 단계 S1 에 의해 제어를 스타트하면, 단계 S2 로 진행되어 풍력 발전 장치 (풍차) (1) 가 운전 중인지의 여부를 판단한다. 이 결과, 풍력 발전 장치 (1) 가 운전 중인 '예 (YES)'이면, 다음의 단계 S3 으로 진행되어 가열 장치 (24) 의 운전 조건이 성립하는지의 여부를 판단한다. 이 판단은 나셀 내 온도계 (31), 증속기 윤활유 온도계 (32), 발전기 권선 온도계 (33) 및 발전기 베어링 온도계 (34) 등의 측정값에 기초하여 이루어진다. 구체예를 들면, 예를 들어 나셀 내 온도계 (31) 의 측정값이 0℃ 이하인 저온, 증속기 윤활유 온도계 (32) 의 측정값이 50℃ 이하, 발전기 권선 온도계 (33) 의 측정값이 100℃ 이하, 또한 발전기 베어링 온도계 (34) 의 측정값이 80℃ 이하와 같이, 모든 온도 조건이 갖추어진 경우에 가열 장치 (24) 의 운전 조건이 성립된 것으로 판단한다.

이렇게 하여 가열 운전이 실시되는 조건 및 환경 하에서는 단계 S3 의 판단은 '예'로 되어 다음의 단계 S4 로 진행된다.

단계 S4 에서는, 흡입구 (12) 및 배기구 (15a, 16a) 로 이루어지는 환기구 중, 흡입구 (12) 를 통과하여 흐르는 풍향 풍속을 검출하는 흡기구 내측 풍향 풍속계 (30) 의 측정값을 사용한 판단을 실시한다. 즉, 흡기구 내측 풍향 풍속계 (30) 에서 검출된 풍속 V 가 소정값 V1 보다 큰지 (V＞V1) 여부를 판단한다. 여기서의 풍속 V 는 외부에서 나셀 (3) 의 내부로 흐르는 방향, 또한 나셀 (3) 의 내부에서 외부로 유출되는 방향의 풍속 검출값에 대해, 절대치를 채용하고 있다. 또, 소정값 V1 은 풍속 0 에 가까운 작은 값이며, 예를 들어 V1 = 1 m/s 정도로 설정된다. 또한, 이 경우의 소정값 V1 에 대해서도, 흐름 방향을 문제 삼지 않는 절대치가 채용된다.

단계 S4 의 판단에 있어서, 검출된 풍속 V 가 소정값보다 큰 (V＞V1) '예'인 경우에는, 다음의 단계 S5 로 진행되어 환기팬 나셀 가열시 제어를 실시한다. 이 경우의 환기팬은 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 의 두 가지인데, 동일한 환기팬을 그 외에도 구비하고 있는 구성에서는, 나셀 (3) 내의 환기ㆍ냉각을 실시하는 모든 환기팬을 포함하는 것으로 한다.

상기 서술한 나셀 가열시 제어는, 인버터 제어되어 있는 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 의 회전 방향 및 회전수를 세밀하게 조정함으로써, 환기구 내 풍향 풍속계 (30) 에 의해 검출된 풍속을 소정값 V1 이하 (V≤V1) 로 유지하도록 피드백 제어를 실시하는 것이다.

상기 서술한 나셀 가열시 제어에서는, 예를 들어 윤활유 냉각 팬 (14) 및 발전기 냉각 팬 (17) 의 회전 방향을 역회전시킴과 함께, 인버터 제어에 의해 저속 회전시키거나 하여, 흡입구 (12) 를 통과하는 풍속을 실질적으로 0 또는 0 에 가까운 값으로 제어한다. 이와 같은 상태가 되면, 나셀 (3) 내에서 가열된 공기는 배기구 (15a, 16a) 로부터 나셀 외부로 잘 유출되지 않게 되고, 또한, 흡기구 (12) 로부터 나셀 외부로도 잘 유출되지 않게 된다. 따라서, 가열 장치 (24) 의 가열을 받아 고온이 된 나셀 (3) 내의 공기는, 저온의 외기와 환기되도록 하여 외부로 유출되는 것이 방지 또는 억제되므로, 나셀 (3) 의 내부를 효율적으로 가열할 수 있다. 즉, 이 나셀 가열시 제어에서는, 나셀 (3) 의 내부를 냉각ㆍ환기하는 환기구가 실질적으로 폐쇄된 상태가 되므로, 외기 저온 등에 의해 나셀 (3) 의 내부 가열이 필요한 경우의 가열 효율 향상에 유효하다.

상기 서술한 풍속의 제어에 있어서, 흡입구 (12) 를 통과하는 풍속을 실질적으로 0 또는 0 에 가까운 값으로 제어하는 것은, 환기구 내 풍향 풍속계 (30) 의 일반적인 측정 능력에서 판단하여, 그 절대치가 1 m/s 이하가 되도록 제어하면 된다. 즉, 실제의 제어에서는, 통상적인 풍향 풍속계에 의해 측정 가능한 풍속의 최소치가 1 m/s 정도이기 때문에, 풍향을 문제 삼지 않는 절대치가 채용되는 소정값 V1 로서 1 m/s 를 채용하면 된다.

상기 서술한 단계 S2 에 있어서는, 풍력 발전 장치 (1) 가 운전되고 있지 않은 '아니오 (NO)'인 경우나, 단계 S4 에 있어서, 검출된 풍속 V 가 소정값 V1 보다 작은 '아니오'인 경우, 단계 S6 로 진행되어 환기팬의 운전을 정지한다. 즉, 풍력 발전 장치 (1) 가 정지되어 있으면 환기팬의 운전은 불필요하고, 또, 풍속 V 가 소정값 V1 보다 작은 경우에도 나셀 (3) 내의 환기량은 제어 목표치보다 적기 때문에, 환기팬의 운전 제어에 의한 환기구의 폐쇄는 불필요해진다.

또, 상기 서술한 단계 S3 에 있어서, 가열 장치의 운전 조건이 성립되지 않는 '아니오'인 경우에는 가열 장치 (24) 에 의한 나셀 (3) 내의 가열을 실시하고 있지 않다. 이 때문에, 다음의 단계 S7 로 진행하여, 환기팬에 의한 통상적인 냉각 운전 제어를 실시한다.

이와 같은 환기팬의 회전 방향 및 회전수를 제어하는 나셀 폐쇄 기구는 흡입구 (12) 등의 환기구에 형성되는 개폐식 루버 등의 개폐 기구와 달리, 저온의 외기와 직접 접촉하는 경우나, 빙설이 부착되는 경우도 없기 때문에, 동결 등에 의해 개폐 동작이 불가능해지는 경우도 없다.

＜제 2 실시형태＞

본 발명의 제 2 실시형태를 도 5 내지 도 8 에 기초하여 설명한다. 또 한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.

이 실시형태에서는, 나셀 폐쇄 기구로서 환기구의 하나인 흡입구 (12) 에 압축 유체 공급 수단에 연결된 주머니 형상의 팽창ㆍ수축 부재가 형성되어 있다. 이 경우의 팽창ㆍ수축 부재는 풍선 (40) 이며, 압축 유체 공급 수단의 흡기 차단용 압축기 (41) 으로부터 압축 공기의 공급을 받은 팽창시의 풍선 형상에 의해 흡기구 (12) 를 막음과 함께, 압축 공기를 방출한 수축시에는 흡기구 (12) 를 개방하는 것이다.

풍선 (40) 은, 예를 들어 도 7a, 7b 에 나타내는 바와 같이, 팽창시의 형상을 규정하는 커버 부재 (40a) 의 내부에 수납 설치되어 있다. 이 커버 부재 (40a) 는, 예를 들어 중공 직사각형 형상으로서 내부에 배치되는 풍선 (40) 의 팽창 형상을 규정할 뿐만 아니라, 수축시에 공기의 유통을 방해하지 않게 하기 위해, 적어도 유로가 되는 면에 대해서는 예를 들어 망상이나 격자상의 부재에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

풍선 (40) 을 팽창시키는 압축 공기를 공급하는 흡기 차단용 압축기 (41) 는 나셀 제어 장치 (20A) 의 ON/OFF 제어를 받는 압축기 전환 스위치 (42) 를 개재하여 전원 (21) 에 접속되어 있다. 또한, 흡기 차단용 압축기 (41) 는 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같이, 나셀 (3) 내의 적소에 설치되어 있고, 풍선 (40) 과의 사이는 배관이나 고압 호스 등에 의해 형성되는 압축 공기 유로 (43) 에 의해 연결되어 있다.

상기 서술한 구성의 나셀 폐쇄 기구는, 나셀 제어 장치 (20A) 에 의해 팽창 및 수축의 제어가 실시된다. 이하, 풍선 (40) 의 팽창ㆍ수축 제어에 대해, 도 8 의 플로우 차트를 참조하여 설명한다.

단계 S11 에 있어서, 냉각 팬 동작 조건 불성립의 경우, 즉, 나셀 (3) 내의 냉각이 불요한 경우에는 단계 S12 로 진행되어 환기구 차단용 풍선 (40) 을 팽창시킨다. 즉, 나셀 제어 장치 (20A) 가 압축기 전환 스위치 (42) 를 OFF 에서 ON 으로 하고, 전원 (21) 으로부터 흡기 차단용 압축기 (41) 에 급전하여 운전을 개시한다. 이 결과, 풍선 (40) 에 압축 공기가 공급되어 팽창되고, 커버 부재 (40a) 내에서 팽창된 풍선 (40) 이 흡기구 (12) 를 막게 된다. 이 때문에, 나셀 (3) 내에서 가열 장치 (24) 에 가열된 공기는 나셀 (3) 의 외부로 유출되는 것을 방해할 수 있으므로, 효율적인 가열이 가능해진다.

다음의 단계 S13 에 있어서, 냉각 팬 동작 조건 성립의 경우, 즉, 나셀 (3) 내의 냉각이 필요한 경우에는 단계 S14 로 진행되어 환기구 차단용 풍선 (40) 을 수축시킨다. 즉, 풍선 (40) 내의 공기를 흡인하거나 하여 수축시키면, 흡기구 (12) 가 개방 상태로 되어 나셀 (3) 내의 환기 및 냉각이 가능해진다.

이와 같은 구성으로 해도, 풍선 (40) 을 팽창ㆍ수축시키는 나셀 폐쇄 기구는, 흡입구 (12) 등의 환기구에 형성되는 개폐식 루버 등의 개폐 기구와 달리, 저온의 외기와 직접 접촉하는 경우나, 빙설이 부착되는 경우도 없기 때문에, 동결 등에 의해 개폐 동작이 불가능해지는 경우도 없다.

＜제 3 실시형태＞

본 발명의 제 3 실시형태를 도 9 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태에서는, 나셀 폐쇄 기구로서 압축 유체의 흐름에 의해 환기구를 막는 것이다. 즉, 상기 서술한 제 2 실시형태에서의 풍선 (40) 을 에어 커튼 노즐 (50) 로 변경한 구성 및 제어이고, 풍선 (40) 을 팽창시키는 대신에, 에어 커튼 노즐 (50) 로부터 압축 공기를 유출시켜 에어 커튼을 형성하고, 풍선 (40) 을 수축시키는 대신에 에어 커튼으로의 압축 공기 공급을 정지하는 것이다.

이와 같은 구성 및 제어에 의해, 압축 유체의 흐름인 에어 커튼을 형성한 경우에는 흡입구 (12) 가 막힌 상태가 되고, 또, 에어 커튼이 형성되어 있지 않은 경우에는 흡입구 (12) 가 개방된 상태가 된다. 따라서, 이와 같은 구성으로 해도, 에어 커튼을 형성하는 나셀 폐쇄 기구는 흡입구 (12) 등의 환기구에 형성되는 개폐식 루버 등의 개폐 기구와 달리, 저온의 외기와 직접 접촉하는 경우나, 빙설이 부착되는 경우도 없기 때문에, 동결 등에 의해 개폐 동작이 불가능해지는 경우도 없다.

이와 같이, 본 발명의 풍력 발전 장치 (1) 에 의하면, 가열 장치 (24) 에 의한 가열 운전을 필요로 하는 운전 상황에 있어서, 흡기구 (12) 를 통과하여 흐르는 풍속을 대략 0 으로 하여 실질적으로 환기구를 닫은 것과 동일한 상황으로 하거나, 혹은, 팽창된 풍선 (40) 이나 에어 커튼에 의해 환기구를 개폐하므로, 한랭지의 설치 환경에 있어서 빙결 등에 의해 고착되는 기계적인 가동 구조 부분을 없앨 수 있 다. 따라서, 나셀 (3) 의 내부를 가열하는 외기 저온시에서도, 빙결 등의 트러블에 의해 작동 불량이 발생하는 경우는 없고, 환기구를 확실하게 닫은 상태로 하여 저온 외기의 유입을 방지할 수 있게 되므로, 히터 등의 가열 장치 (24) 에 의한 나셀 (3) 내 가열을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.

Claims (4)

1. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서,

   상기 냉각 장치의 환기팬이 회전 방향 및 회전수를 제어하여 운전 가능하게 되고, 상기 가열 장치의 운전시에는 환기구의 풍속을 대략 0 으로 하도록 상기 환기팬의 회전 방향 및 회전수가 제어되는 풍력 발전 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 환기팬의 회전 방향 및 회전수는, 상기 환기구를 통과하여 흐르는 공기의 흐름 방향 및 유속을 측정하는 풍향 풍속 검출 수단의 측정값에 기초하여 상기 환기팬의 전동기를 인버터 제어하여 이루어지는 풍력 발전 장치.
3. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서,

   환기구에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 주머니 형상의 팽창 ㆍ수축 부재를 구비하고, 그 팽창ㆍ수축 부재가, 상기 가열 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 공급을 받은 팽창에 의해 상기 환기구를 막음과 함께, 상기 냉각 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 방출에 의해 수축되어 상기 환기구를 여는 풍력 발전 장치.
4. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결된 구동ㆍ발전 기구를 수납 설치하고 있는 나셀이, 그 나셀 내를 환기하여 내부의 온도 상승을 억제하는 냉각 장치와, 외기 저온시에 상기 나셀 내를 승온시키는 가열 장치를 구비하고 있는 풍력 발전 장치로서,

   환기구의 근방에 설치됨과 함께 압축 유체 공급 수단에 연결된 압축 공기 방출 수단을 구비하고, 그 압축 공기 방출 수단이 상기 가열 장치의 운전시에 상기 압축 유체의 공급을 받아 방출되는 압축 유체의 흐름에 의해 상기 환기구를 막는 풍력 발전 장치.

Images