KR20100053954A - 정온시스템을 구비한 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

이 발명은 풍력발전기와 지하수 공급장치로 구성된 '정온시스템을 구비한 풍력발전기'에 관한 것으로, 지하수의 정온성을 이용하여 고온부에서는 냉각기능을, 저온부에서는 열교환 기능을 구현하여 년 중 기기의 온도변화를 최소화 시킴으로써, 기기의 수명을 연장하고 발전효율을 높힌다.

이러한 목적을 위하여, 내부기기로부터 방출된 열을 회수하여 고온이 된 냉각수를 로터의 블레이드의 내부로 순환시키고, 순환하는 과정에서 일부 또는 전부는 블레이드의 표면으로 배출된다.

블레이드의 표면으로 배출된 냉각수는 바람에 의해 블레이드의 표면을 수막으로 덮으면서 먼지나 곤충등이 블레이드의 표면에 붙는것을 막고, 모래나 분진에 의한 마모와 마찰을 완화시키며, 적설이나 결빙을 예방하여 블레이드 표면의 오염도에 대한 둔감도를 향상시킨다.

풍력발전기, 지하수, 타워, 블레이드, 정온시스템

Description

정온시스템을 구비한 풍력 발전기{Homoiothermal Aerogenerator}

이 발명은 풍력 발전기의 정온시스템에 관한 것으로서, 효율적인 온도 관리를 위해 지하수를 양수하여서, 풍력 발전기의 내부를 순환시켜 기기를 일정한 온도를 유지시키고, 고온이 된 냉각수를 블레이드의 표면으로 유출시켜서 블레이드의 표면을 청결하게 유지시키는 풍력 발전기에 관한 것이다.

모든 발전기는 규칙적인 기계작동과 그 작동에 의한 전기에너지로의 에너지 변환에 따른 열의 형태에 의한 손실이 발생한다.

이러한 손실들은 팬에 의한 공냉식이나 순환되는 물에 의한 수냉식으로 억제되어 왔으나, 두 방식 모두는 외부의 공기의 흡입이 필요하다.

즉 외부로부터 습기, 염기, 분진 등이 함께 흡입이 되는데, 앞의 습기, 염기, 분진 등이 기계장치에 나쁜 영향을 끼친다.

또한 기온 변화에 따른 블레이드의 체적의 변화가 커지면 블레이드의 내구성도 큰 영향을 받게된다.

로터의 블레이드는 장기간에 걸쳐서 풍속에 따라서 회전과 정지를 반복한다.

정지해 있을 때에는 조류의 배설물, 회전할 때에는 곤충들의 사체가 블레이 드의 표면에 늘어 붙고, 눈이나 얼음이 엉겨 붙고, 흙먼지도 쌓일 수 있다.

이것들은 모두 블레이드의 표면을 거칠게 하여 블레이드의 회전능력을 떨어뜨린다.

이 발명의 목표는 위에 설명한 단점을 방지하면서 발전기의 효율을 높이는 정온장치를 구현하는 것이다.

이 과제는 청구항 제1항을 근간으로 하고, 세부 내용은 기타 청구항을 내용으로 하는 풍력발전기로 해결된다.

풍력발전장치의 기계 및 전기 장치들의 냉각은 물론이고 외부공기의 유입이 불필요하므로 습도, 염기 분진등의 피해가 없어지며, 블레이드는 표면의 오염도에 대한 둔감도가 향상되고, 혹서기나 혹한기에 따른 온도차에 따른 수축/신장율이 줄어들어 내구성이 좋아진다.

이 발명의 기본은 항상 온도가 일정범위를 유지하는 지하수를 냉각수로 사용하며, 사용 후 가열된 물을 블레이드의 표면을 통해 외부로 유출시키는 것이다.

따라서 유출된 양만큼의 지하수가 계속 공급되어야 하며, 유출되는 물은 유출되는 과정에서 블레이드의 표면을 매끄럽게 청소한다.

냉각수의 냉각용 별도의 공냉식 열교환기가 필요없으므로 외부 공기의 유입이 필요없다.

지하수는 설비의 지하에서 양수되어 타워에 저장되다가 나셀의 내부를 순환이 되거나, 내부에 채워진 상태로 기기를 냉각시킨 후, 허브의 내부를 통해 블레이드로 인도된다.

혹한기에 타워에 저장된 물의 온도가 기준이하로 떨어지면 발열부에서 가열된 냉각수를 브레이드를 통괴시키지 않고, 회수하여 타워로 되돌린다. 즉 가열된 물이 타워에 혼입됨으로써 저장수의 온도가 높아진다.

이상의 목적을 더욱 효율적으로 성취하기 위한 방편은, 냉각 또는 보온을 목적으로 물과 접촉되는 부위의 재질은 열전도성이 좋고, 형상은 물과의 접촉 표면적이 넓어야 한다. 예로써 알미늄 재질로 접촉면이 돌기 형상이나 립 형상이 유리하다.

더욱 강력한 순환이 필요하거나, 지하수의 공급이 중단되거나, 더욱 고온인 상태가 필요한 것을 대비한 순환펌프나 히타의 설치가 필요하다.

물이 접촉하는 부위를 방염재로 코팅하면, 지하수를 양수하기 어려운 경우에는, 해수를 이용하는 것도 유효하다.

어느 경우에나, 물 속에 생물체가 번식하면 기기의 내부, 특히 배관의 내부에 생물체나 생물체의 분비물이 부착할 수 있으므로 물의 취수부위나 통로, 저장부위 등에 살생장치나 여과장치를 설치하는 것이 바람직하다.

도 1은 감속기가 없는 풍력발전설비의 이 발명의 한 실시예이다.

타워(1)가 스테이터와 로터로 구성된 발전기(5)를 내장한 나셀(2)을 지지하고 있고, 나셀의 전면에는 블레이드(3)와 함께 돌아가는 허브(4)가 장치되어 있다.

타워의 지하에서는 양수기(11)가 지하수(10)를 퍼올려서 타워(1)의 내부에 저장한다.

이 저장된 저장수(13)는 배관(12)을 타고 나셀의 내부를 냉각시킨 후 허브를 통해 블레이드로 유도된다. 이 과정은 별도의 동력이 없이 블레이드의 회전에 의한 원심력으로 작용하도록 고안되었으나, 효율을 높이기 위해서 펌프(미도시)를 설치할 수도 있다.

도 2는 허브와 나셀의 대략적인 측면도에 냉각수의 흐름방향(13)이 도시된 그림으로써, 발전기의 스테이터(6)와 저널(4)이 탑재된 캐리어(8)가 타워(1)의 상단에 장치되어 있고, 블레이드(3)와 연결된 허브(4)는 발전기의 로터(7)와 함께 저널(8)주위로 회전한다.

타워에 저장된 저장수(10)는 블레이드의 회전에 의한 원심력으로 배관(12)을 타고 허브의 빈 공간으로 유도되고, 그 물은 다시 블레이드의 유입구(32)를 통해 블레이드로 유입된다.

타워에서 회전하는 허브로의 급수 통로는, 고정된 나셀에서 캐리어(8)의 중심을 통하거나, 타워의 내부에서 허브와 나셀의 접합부(미도시)를 통해 나셀을 거치지 않고 직접 통하게 하여 공급한다.

도 3은 블레이드의 배관도로, 블레이드 유입구(32)로 유입된 물은 블레이드(인입관(34)을 통해 블레이드 배출관(35)으로 밀리다가 블레이드 토출구(36)로 토출 되어 블레이드의 표면을 흐른다.

배출관에는 역류방지판(37)이 장치되어 있어서 배관의 물은 한 방향으로만 흐르며, 각 토출구는 유압이나 전동으로 작동하는 폐쇄 장치(미도시)로 폐쇄시킬수 있고, 블레이드 유출구(33)에서 유츌된 물은 허브로 회수되어 기존의 물과 혼합된다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 의한 풍력발전장치이다.

도 2는 허브와 나셀의 대략적인 측면도이다.

도 3은 블레이드의 배관도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 타워 2. 나셀

3. 블레이드 4. 허브

5. 발전기 6. 스테이터

7. 로터 8.저널

9. 캐리어 10. 지하수

11. 양수기 12. 배관

13. 저장수 14. 물이 흐르는 방향

31. 후렌지 32. 블레이드 유입구

33. 블레이드 유출구 34. 블레이드 인입관

35. 블레이드 배출관 36. 블레이드 토출구

37. 역류 방지판

Claims (8)

1. 지하수를 양수하여 기기의 발열부를 냉각시키고, 가열된 냉각수는 블레이드를 순환시킨 후, 그 물의 일부 또는 전부를 블레이드의 표면으로 누출시키는 풍력 발전기.
2. 청구항 1에서,

   지하수 대신 해수를 이용한 풍력 발전기.
3. 선행하는 청구항에서,

   물의 순환은 블레이드의 회전에 의한 영향으로 작동하는 풍력 발전기.
4. 선행하는 청구항에서,

   타워의 일부는 양수된 물의 저장고로 사용되는 풍력발전기.
5. 선행하는 청구항에서,

   물의 취수부나 통로 또는 저장부위 중 하나 이상의 위치에 살생장치나 여과장치를 설치한 풍력발전기.
6. 선행하는 청구항에서,

   냉각 또는 보온을 목적으로 물과 접촉되는 부위의 재질이 열전도성이 좋고, 형상은 물과의 접촉하는 표면적이 넓게 제작된 풍력발전기.
7. 선행하는 청구항에서,

   블레이드의 유입구, 유출구, 토출구는 각각 유압이나 전동으로 작동하는 폐쇄 장치에 의해 폐쇄될 수 있는 풍력발전기.
8. 선행하는 청구항에서,

   더욱 강력한 순환이 되거나, 더욱 고온인 상태를 대비한 펌프나 히타가 준비된 풍력발전기.

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