KR20120037917A - 풍차 날개 및 상기 풍차 날개를 구비한 풍력 발전 장치 - Google Patents

풍차 날개 및 상기 풍차 날개를 구비한 풍력 발전 장치 Download PDF

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다카토시 마츠시타
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요시히코 하야시
신지 아리나가
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

풍차 날개는, 날개 본체(11)와, 날개 본체(11)에 매립되어 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 날개 본체(11)의 표면에 마련되어 복수의 리셉터(12, 13)를 서로 접속하는 도체층(14)과, 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되어 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비한다. 다운 컨덕터(21)는, 절연체내에 매설되어 있어도 좋다.

Description

풍차 날개 및 상기 풍차 날개를 구비한 풍력 발전 장치{WIND WHEEL BLADE AND WIND-DRIVEN ELECTRICITY GENERATION DEVICE WITH SAME}
본 발명은 풍차 날개 및 그것을 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이며, 특히 낙뢰 대책을 실시한 풍차 날개 및 상기 풍차 날개를 구비한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍차 날개의 낙뢰 대책으로서는 일반적으로, 날개 표면에 복수개 장착된 리셉터(receptor)(금속제 수뢰부)에서 뇌격을 받아, 리셉터에 접속된 다운 컨덕터(인하 도선)에 의해 날개 내부, 로터 허브, 나셀, 타워를 경유하여 뇌전류를 대지로 인도하는 구성이 채용되어 있다. 리셉터의 종류로서는, 원형 타입이나 봉형상 타입, 날개형 타입 등이 있다. 또한, 도체 테이프, 도체 메시, 다이버터 스트립스(diverter　strips： 금속편을 불연속적으로 날개 표면에 설치한 것) 등이 이용되기도 한다.
도 1a는, 일반적인 낙뢰 대책을 실시한 풍차 날개의 일례를 도시하는 모식도이다. 풍차 날개(101)는, 날개 본체(111)의 선단에 매립된 로드 리셉터(112)와 날개의 도중에 매립된 디스크 리셉터(113)와 로드 리셉터(112)나 디스크 리셉터(113)에 접속되며 날개 본체(111)의 내부를 빠르게 움직이는 다운 컨덕터(121)(전연 리셉터용 및 후연 리셉터용)를 구비하고 있다. 디스크 리셉터(113)는, 예를 들면, 도 1b에 도시하는 바와 같이 도체의 원형의 디스크(131)와 디스크(131)와 다운 컨덕터(121)를 접속하는 배선(133)을 구비하고 있다. 리셉터(112, 113)에서 뇌격을 받았을 경우, 리셉터로부터 다운 컨덕터, 날개 내부, 로터 허브, 나셀, 타워를 경유하여 대지로 뇌전류가 인도된다.
관련하는 기술로서 미국 특허 US7508186 호 공보에 풍력 발전 장치의 날개에 낙뢰를 기록하는 방법이 개시되어 있다. 이 미국 특허 US7508186 호 공보의 풍력 발전 장치는, 날개의 표면에 리셉터를 복수 개소에 설치하고, 그 리셉터를 날개 내부의 도선을 통하여 지중에 접지하는 구성을 갖고 있다.
또한, 미국 특허 출원 US2009/0053062 호 공보에 풍차 날개의 낙뢰 보호 장치 및 해당 낙뢰 보호 장치의 조립 방법이 개시되어 있다. 이 낙뢰 보호 장치는, 특히 날개 프로필이 작아지는 날개의 선단부에 장착되는 리셉터를 간단한 구조로 또한 용이하게 조립 가능하게 하고, 또한, 날개에의 착뢰시에 있어서 날개의 내부에 발생하는 압력 상승에의 유효한 대처를 실시하기 위해서, 날개의 표면에 착뢰용의 리셉터를 설치하고, 해당 리셉터로부터의 뇌전류를 날개의 내부 및 풍차 본체부를 관통 삽입한 도선 혹은 바이패스 브러시 등의 접속 기기를 통하여 지중에 접지한다. 이 낙뢰 보호 장치는, 도전체로 이루어지고 상기 도선이 접속되는 베이스 플레이트를 상기 날개의 내부에 매설하는 동시에, 해당 베이스 플레이트에 상기 리셉터를 날개의 표면에 면하게 하여 고정, 지지하는 리셉터 조립품을 구비하고 있다.
미국 특허 US7508186 호 공보 미국 특허 출원 US2009/0053062 호 공보
날개 선단 부근에의 뇌격에 대해서는, 리셉터에 의해 거의 확실히 뇌격을 받는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 1a에는, 날개 선단의 로드 리셉터(112)에 벼락(150)이 떨어지는 형상을 나타내고 있다. 그렇지만, 날개 선단으로부터 수m정도 블레이드측으로 어긋난 뇌격에 대해서는, 원형 타입의 리셉터에서의 뇌격 포착율은 반드시 충분하다고는 말할 수 없다. 경우에 따라서는, 절연체인 외피에 착뢰하여, 날개에 구멍이 뚫리는 등의 손상을 초래할 가능성이 있다. 도 1a에는, 날개의 도중의 디스크 리셉터(113)가 없는 개소에 벼락(151)이 떨어져, 날개 본체(111)에 구멍(140)이 뚫리는 형상을 나타내고 있다.
특히, 앞으로는 풍차의 대형화가 진행되고, 그것에 수반하여 날개 길이도 길어진다. 또한, 풍력 발전 장치가 해상에 설치되는 경우에는, 날개 표면에의 염분 부착 등에 의해 벼락이 표면을 따라서 빠르게 움직이는 연면 방전이 발생하여, 전체적으로 뇌격 포착율이 저하하는 것을 생각할 수 있다. 그 때문에, 날개 선단이나 날개의 도중에 있는 리셉터 이외에 착뢰하는 리스크가 증대하는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 착뢰에 의한 날개 본체의 파손을 억제하는 것이 가능한 풍차 날개 및 그것을 구비한 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 뇌격 포착율의 향상과 착뢰시의 날개 본체의 파손의 억제를 가능하게 하는 풍차 날개 및 그것을 구비한 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다.
이하에, 발명을 실시하기 위한 형태에서 사용되는 번호?부호를 이용하여, 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다. 이들의 번호?부호는 특허 청구의 범위의 기재와 발명을 실시하기 위한 형태의 대응 관계를 분명히 하기 위해서 괄호 첨부로 부가된 것이다. 단, 그들의 번호?부호를 특허 청구의 범위에 기재되어 있는 발명의 기술적 범위의 해석에 이용해서는 안 된다.
본 발명의 풍차 날개는, 날개 본체(11)와 복수의 리셉터(12, 13)와 도체층(14)과 다운 컨덕터(21)를 구비한다. 복수의 리셉터(12, 13)는, 날개 본체(11)에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출하고 있다. 도체층(14)은, 날개 본체(11)의 표면에 마련되며, 복수의 리셉터(12, 13)를 서로 접속하고 있다. 다운 컨덕터(21)는, 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되고, 날개 본체(11) 내에 마련되어 있다.
본 발명에 의해, 도체층(14)을 날개 본체(11)의 표면에 마련함으로써, 실질적인 리셉터(12, 13)의 영역을 넓힐 수 있다. 그것에 의해, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 도체층(14)은 도체 테이프, 도체 메시, 도체박, 및 다이버터 스트립스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이다.
본 발명에서는, 이들 도체 테이프 등을 이용함으로써, 극히 간단한 방법에 의해, 도체층(14)을 제조할 수 있다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 도체층(14)은, 날개 본체(11)의 복면측으로부터 전연을 지나 배면측을 걸쳐서 연속적으로 마련되어 있다.
본 발명에서는, 리셉터(12, 13)를 장착하기 어려운 전연의 부분에도 도체층(14)이 마련되므로, 실질적인 리셉터(12, 13)의 영역을 더욱 넓히는 것이 가능해, 확실히 뇌격 포착율을 향상시킬 수 있다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 복수의 리셉터(12, 13)의 각각은, 날개 본체(11)의 표면을 따른 면을 갖는 리셉터 본체(31)와 면상에 마련된 볼록부(32a, 32b, 32c)를 구비한다.
본 발명에서는, 리셉터(12, 13)는, 볼록부(32a, 32b, 32c)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 장착되어 있다. 이와 같은 예리한 도체 돌기물을 마련함으로써, 리셉터(12, 13)의 전계 집중도를 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운을 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 볼록부(32a, 32b, 32c)는, 침형상의 도체, 원뿔형상의 도체, 원기둥형상의 도체, 및 각기둥형상의 도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이다.
본 발명에서는, 볼록부(32a, 32b, 32c)로서 침형상의 도체 등 보다 예리한 도체 돌기물을 이용함으로써, 보다 확실히 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 광촉매부(29)를 더 구비한다. 광촉매부(29)는, 날개 본체(11)의 표면에 도포되어 날개 본체(11)의 표면을 정화한다.
본 발명에서는, 광촉매부(29)를 날개 본체(11)의 외측에 마련하고 있으므로, 날개 본체(11)의 외측의 표면에 있어서의 오손이나 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 상기의 풍차 날개를 구비하는 동시에, 지주상에 회전 가능하게 마련된 나셀(72)과 나셀(72)에 회전 가능하게 접속된 로터 헤드(71)를 더 구비한다. 풍차 날개는, 로터 헤드(71)에 마련되고, 페더링 가능한 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)를 포함한다. 제 1 풍차 날개(61)는, 날개 선단 부분(61a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하고 있다. 벼락의 접근에 응답하여, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)를 페더링 시켜, 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위가 되도록 정지한다.
본 발명에서는, 벼락에 대응하여, 전체 날개 페더링 시켜, 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위가 되는 상태를 유지하도록 한다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61)의 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분[날개 선단 부분(61a)]을 뇌격 접근 방향으로 향할 수 있다. 그 결과, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분에서의 리셉(12, 13)에 의한 뇌격 포착율을 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분 이외의 부분에서는, 통상의 낙뢰 대책으로 양호해진다. 따라서, 전체 날개에 동일한 낙뢰 대책을 실시하는 경우와 비교하여, 저비용 또한 효과적인 낙뢰 대책으로 하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 2 풍차 날개(62)는, 복면측 부분(62a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하고 있다. 제 3 풍차 날개(63)는, 배면측 부분(63a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책이 실시되어 있다. 벼락의 접근에 응답하여, 더욱, 제 2 풍차 날개(62)에 대하여 복면측이 상방을 향하고, 제 3 풍차 날개(63)에서 배면측이 상방을 향하도록 정지한다.
본 발명에서는, 벼락에 대응하여, 더욱, 제 2 풍차 날개(62)의 복면측이 상방으로, 제 3 풍차 날개(63)의 배면측이 상방으로 각각 향하는 상태를 유지하도록 한다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각의 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분[날개 선단 부분(61a), 복면측 부분(62a), 및 복면측 부분(63a)]을 뇌격 접근 방향으로 향하게 할 수 있다. 그 결과, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분에서의 리셉터(12, 13)에 의한 뇌격 포착율을 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분 이외의 부분에서는, 통상의 낙뢰 대책으로 양호해진다. 따라서, 전체 날개에 동일한 낙뢰 대책을 실시하는 경우와 비교하여, 저비용 또한 효과적인 낙뢰 대책으로 하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a), 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 다른 부분과 비교하여, 복수의 리셉터(12, 13) 중 해당 부분에 있는 것의 면적이 상대적으로 크거나, 또는, 수가 상대적으로 많다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 리셉터(12, 13)의 면적을 상대적으로 크게 하거나 수를 상대적으로 많이 하거나 하고 있다. 그 때문에, 해당 부분에 있어서의 리셉터(12, 13)에 의한 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62), 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11) 내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 또한, 날개 본체(11)의 표면에 마련되어 복수의 리셉터(12, 13)를 서로 접속하는 도체층(14)을 구비한다.
본 발명에서는, 도체층(14)은, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62), 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각의 날개 본체(11)의 표면에 마련되어 있다. 그 결과, 실질적인 리셉터(12, 13)의 영역을 넓힐 수 있다. 그것에 의해, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 다운 컨덕터(21) 중 해당 부분에 있는 것이, 절연체(23, 25)내에 매설되어 있다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 다운 컨덕터(21)를 절연체(23, 25)내에 매설하고 있다. 그것에 의해, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있다. 그 결과, 벼락은 다운 컨덕터(21)가 아니라, 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워진다. 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상할 수 있다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와, 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 다운 컨덕터(21)와 리셉터(12, 13)로부터의 배선(33)의 접속 부분(35) 중 해당 부분에 있는 것이 매끄럽다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 배선(33)과 다운 컨덕터(21)의 접속 부분(35)을, 볼록형상 부분이 적은 전계 집중이 적은 매끄러운 형상으로 한다. 그것에 의해, 접속 부분(35)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있다. 벼락은 접속 부분(35)이 아닌 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워져, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상할 수 있다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 다운 컨덕터(21) 중 해당 부분에 있는 것은 복수의 제 1 리셉터(12, 13)와 복수의 제 2 리셉터(12, 13)에 공용된다.
본 발명에서는, 다운 컨덕터(21)를 전연 리셉터(12, 13) 및 후연 리셉터(12, 13)에 공통으로 1개로 하고 있다. 착뢰의 우려가 있는 다운 컨덕터(21)의 수를 줄여, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있다. 그것에 의해, 벼락은 다운 컨덕터(21)가 아닌 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워지므로, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상할 수 있다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 복수의 리셉터(12, 13) 중 해당 부분에 있는 것이, 날개 본체(11)의 표면을 따른 면을 갖는 리셉터 본체(31)와 면상에 마련된 볼록부(32a, 32b, 32c)를 구비한다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 리셉터(12, 13)는, 볼록부(32a, 32b, 32c)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 장착되어 있다. 이와 같은 예리한 도체 돌기물을 마련함으로써, 리셉터(12, 13)의 전계 집중도를 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운을 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 또한, 날개 본체(11)내에 배치되고, 날개 본체(11)내를 건조하는 건조부(26, 28)를 구비한다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 건조부(26, 28)를 날개 본체(11)의 내부에 마련하고 있다. 그 때문에, 날개 본체(11)의 내부의 수분을 낮게 유지할 수 있다. 그것에 의해, 착뢰시에 날개 본체(11)의 내부의 수분의 온도 상승에 의한 압력 상승이나 수증기 폭발을 억제할 수 있다. 압력 상승이나 수증기 폭발에 의한 날개 본체(11)의 파손을 방지할 수 있다.
상기의 풍력 발전 장치에 있어서, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각은, 날개 본체(11)와, 날개 본체에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출된 복수의 리셉터(12, 13)와, 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되며, 날개 본체(11)내에 마련된 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a), 제 2 풍차 날개(62)의 복면측 부분(62a) 및 제 3 풍차 날개(63)의 배면측 부분(63a)의 각각은, 또한, 날개 본체(11)의 표면에 도포되어, 날개 본체(11)의 표면을 정화하는 광촉매부(29)를 구비한다.
본 발명에서는, 추가의 벼락 대책으로서 광촉매부(29)를 날개 본체(11)의 외측에 마련하고 있다. 그 때문에, 날개 본체(11)의 외측의 표면에서의 오손이나 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 상기 단락의 어느 하나에 기재된 풍차 날개를 이용하고 있다.
본 발명에서는, 상기 각 단락의 적어도 하나의 기술을 이용한 풍차 날개를 이용하고 있으므로, 낙뢰에 대해서 적절히 대응할 수 있어, 착뢰에 의한 풍차 날개의 파손을 큰 폭으로 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 풍차 날개는, 날개 본체(11)와, 복수의 제 1 리셉터(12, 13)와, 복수의 제 2 리셉터(12, 13)와 다운 컨덕터(21)를 구비한다. 복수의 제 1 리셉터(12, 13)는, 날개 본체(11)의 전연에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출하고 있다. 복수의 제 2 리셉터(12, 13)는, 날개 본체(11)의 후연측에 매립되고, 날개 본체(11)의 표면에 노출하고 있다. 다운 컨덕터(21)는, 복수의 제 1 리셉터(12, 13)와 복수의 제 2 리셉터(12, 13)에 접속되고, 날개 본체(11) 내에 마련되어 있다. 다운 컨덕터(21)는, 복수의 제 1 리셉터(12, 13)와 복수의 제 2 리셉터(12, 13)에 공용된다.
본 발명에서는, 다운 컨덕터(21)를 전연 리셉터(12, 13) 및 후연 리셉터(12, 13)에 대하여 공통으로 1개로 하고 있다. 그 때문에, 착뢰의 우려가 있는 다운 컨덕터(21)의 수를 줄이고, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있다. 그것에 의해, 벼락은, 다운 컨덕터(21)가 아니라, 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 다운 컨덕터(21)는, 복수의 리셉터(12, 13)에 접속되고, 날개 본체(11)내에 마련되어 있다. 다운 컨덕터(21)는, 절연체(23, 25)내에 매설되어 있다.
본 발명에 의해, 다운 컨덕터(21)를 절연체(23, 25)내에 매설함으로써, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 벼락은, 다운 컨덕터(21)가 아니라, 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 절연체(23, 25)는, 다운 컨덕터(21)의 도체선을 피복 하는 절연 피복재(23) 또는, 다운 컨덕터(21)를 둘러싸는 소정의 영역에 충전된 절연재(25)이다.
본 발명에서는, 절연 피복재(23)에 의한 피복이나 절연재(25)의 충전과 같은 극히 간단한 방법으로 다운 컨덕터(21)의 보호를 실행할 수 있다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 다운 컨덕터(21)와 제 1 리셉터 또는 제 2 리셉터(12, 13)로부터의 배선(33)의 접속 부분(35)은 매끄럽다.
본 발명에 의해, 배선(33)과 다운 컨덕터(21)의 접속 부분(35)을 볼록형상 부분이 적은 전계 집중의 적은 매끄러운 형상으로 함으로써, 접속 부분(35)에의 착뢰 확률을 저감 하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 벼락은 접속 부분(35)이 아닌, 리셉터(12, 13)에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 제 1 리셉터 또는 제 2 리셉터(12, 13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 또한, 건조부(26, 28)를 구비한다. 건조부(26, 28)는, 날개 본체(11) 내에 배치되어, 날개 본체(11) 내를 건조한다.
본 발명에서는, 건조부(26, 28)를 날개 본체(11)의 내부에 마련하고 있으므로, 날개 본체(11)의 내부의 수분을 낮게 유지할 수 있다. 그것에 의해, 착뢰시에 날개 본체(11)의 내부의 수분의 온도가 급상승하여 발생하는 압력 상승이나 수증기 폭발을 억제할 수 있다. 그리고, 압력 상승이나 수증기 폭발에 의한 날개 본체(11)의 파손을 방지할 수 있다.
상기의 풍차 날개에 있어서, 건조부(26, 28)는, 날개 본체(11) 내에 장착된 건조제(26) 또는, 날개 본체(11)내에 설치된 제습기(28)이다.
본 발명에서는, 건조부(26)로서 건조제(26)나 제습기(28) 등, 용이하게 배치하는 것이 가능한 구성을 이용함으로써, 압력 상승이나 수증기 폭발에 의한 날개 본체(11)의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 상기 단락의 어느 하나에 기재된 풍차 날개를 이용하고 있다.
본 발명에서는, 상기 각 단락의 적어도 하나의 기술을 이용한 풍차 날개를 이용하고 있으므로, 낙뢰에 대하여 적절히 대응할 수 있어 착뢰에 의한 풍차 날개의 파손을 큰 폭으로 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 풍력 발전 장치의 동작 방법에 있어서, 풍력 발전 장치(60)는, 지주형상으로 회전 가능하게 마련된 나셀(72)과 나셀(72)에 회전 가능하도록 접속된 로터 헤드(71)와, 로터 헤드(71)에 마련되어, 페더링 가능한 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개를 구비하고 있다. 제 1 풍차 날개(61)는, 날개 선단 부분(61a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책이 실시되어 있다. 제 2 풍차 날개(62)는, 복면측 부분(62a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책이 실시되어 있다. 제 3 풍차 날개(63)는, 배면측 부분(63a)에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책이 실시되어 있다. 풍력 발전 장치의 동작 방법은, 벼락이 접근했을 때, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)를 페더링 시키는 단계와 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위가 되고, 제 2 풍차 날개(62)에 있어서 복면측이 상방을 향하며, 제 3 풍차 날개(63)에 있어서 배면측이 상방을 향하도록 정지하는 단계를 구비한다.
본 발명에서는, 벼락에 대응하여, 전체 날개 페더링 시켜, 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위가 되고, 제 2 풍차 날개(62)의 복면측이 상방으로, 제 3 풍차 날개(63)의 배면측이 상방으로 각각 향하는 상태를 유지하도록 한다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각의 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분[날개 선단 부분(61a), 복면측 부분(62a) 및 복면측 부분(63a)]을 뇌격 접근 방향으로 향할 수 있다. 그 결과, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분에서의 리셉터(12, 13)에 의한 뇌격 포착율을 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부분 이외의 부분에서는, 통상의 낙뢰 대책으로 양호해진다. 따라서, 전체 날개에 동일한 낙뢰 대책을 실행하는 경우와 비교하여, 저비용 또한 효과적인 낙뢰 대책으로 하는 것이 가능해진다.
상기의 풍력 발전 장치의 동작 방법에 있어서, 로터 헤드(71)를 벼락의 방향으로 정대시키는 단계를 더 구비한다.
본 발명에서는, 풍향이 아닌 뇌운 방향으로 YAW 추종시켜, 로터 헤드(71)를 뇌격 접근 방향으로 정대시킴으로써, 상기 리셉터(12, 13)에 의한 뇌격 포착율을 보다 적확하게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의해, 착뢰에 의한 날개 본체의 파손을 억제하는 것이 가능한 낙뢰 대책을 실시한 풍차 날개 및 그것을 구비한 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능한 낙뢰 대책을 실시한 풍차 날개 및 그것을 구비한 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 일반적인 낙뢰 대책을 실시한 풍차 날개의 일례를 도시하는 모식도,
도 1b는 도 1a의 디스크 리셉터의 구성을 도시하는 모식도,
도 2a는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 2b는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차 날개의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 3a는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 디스크 리셉터의 구성을 도시하는 모식도,
도 3b는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 디스크 리셉터의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 3c는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 디스크 리셉터의 또 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 3d는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 디스크 리셉터의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 4a는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 4b는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍차 날개의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 6a는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 6b는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 풍차 날개의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 7a는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 7b는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 풍차 날개의 다른 구성을 도시하는 모식도,
도 8은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도,
도 9a는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성을 도시하는 모식도,
도 9b는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 풍차 날개의 위치 제어에 관한 구성을 도시하는 블록도,
도 10은 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 동작을 도시하는 흐름도.
이하, 본 발명의 풍차 날개 및 그것을 구비한 풍력 발전 장치의 실시형태에 관하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시형태) 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차 날개에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태의 풍차 날개는, 낙뢰 대책으로서 외피 표면에 외부 도체층을 마련하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 2a는, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와, 로드 리셉터(12)와, 복수의 디스크 리셉터(13)와, 도체층(14)과, 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 로드 리셉터(12)는 날개 본체(11)의 선단에 매립되어, 날개 본체(11)의 표면에 노출하고 있다. 디스크 리셉터(13)는, 날개 본체(11)의 도중에 매립되어, 날개 본체(11)의 표면에 노출하고 있다. 외부 도체층(14)은, 날개 본체(11)의 표면의 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터(12)의 주변에 마련되어 있다. 인접하는 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터(12)를 서로 접속하고 있다. 다운 컨덕터(21)(전연 리셉터용 및 후연 리셉터용)는, 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터(12)에 접속되어, 날개 본체(11)의 내부를 빠르게 움직이도록 마련되어 있다. 풍력 발전 장치에 이 풍차 날개(1)가 장착된 경우, 리셉터(12, 13)에서 뇌격을 받았을 경우, 리셉터로부터 다운 컨덕터, 날개 내부, 로터 허브, 나셀, 타워를 경유하여 대지에 뇌전류가 인도된다.
외부 도체층(14)은, 날개 본체(11)의 외피 표면을 덮는 도체의 재료이다. 리셉터로서 기능시켜, 또한 착뢰 개소로부터 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터(12)까지 다운 컨덕터로서 기능시키기 때문이다. 또한, 외부 도체층(14)은, 얇고, 가벼운 재료인 것이 바람직하다. 날개 본체(11)의 외피 표면에 배치하여도, 소음의 발생이나 회전 효율의 저하 등이 일어나지 않아, 풍차 날개(1)의 운동에 거의 영향을 주지 않기 때문이다.
외부 도체층(14)은, 예를 들면, 도체 테이프, 도체 메시 및 도체박의 적어도 하나를 소정의 형상으로 형성한 후, 날개 본체(11)의 외피 표면에 부착함으로써 형성할 수 있다. 혹은, 예를 들면, 다이버터 스트립스를 날개 본체(11)의 외피 표면에 소정의 형상으로 도포함으로써 형성할 수 있다. 혹은, 도체 테이프, 도체 메시, 도체박 및 다이버터 스트립스의 몇 가지를 조합하여 형성해도 좋다.
디스크 리셉터(13)는, 도 1b에 도시하는 디스크 리셉터(113)와 동일하다. 또한, 로드 리셉터(12)도 기본 구성은 동일하다. 단, 양 리셉터는 다른 종류의 리셉터를 이용하는 것도 가능하다.
또한, 외부 도체층(14)은, 도 2a와 같이 풍차 날개(1)의 복면측 및 배면측의 걸쳐서 마련해도 좋다. 혹은, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 날개 본체(11)의 복면측으로부터 배면측에 걸쳐 연속적으로, 일체적으로 마련해도 좋다. 도 2b의 경우, 리셉터를 장착하기 어려운 전연에도 외부 도체층(14)이 마련되므로, 보다 확실히 뇌격 포착율을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 의해, 외부 도체층(14)을 날개 본체(11)의 외피 표면에 도포 또는 부착함으로써, 실질적인 리셉터의 영역을 넓힐 수 있다. 그리고, 이와 같은 제조가 간단한 방법에 의해, 뇌격 포착 가능 영역을 늘리는 것이 가능해진다. 즉, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다. 특히, 외부 도체층(14)을 날개 선단부 이외(날개 선단으로부터 일정 거리 이상 블레이드측에서 떨어진 위치)에 마련함으로써, 날개 선단부 이외의 디스크 리셉터(13)의 뇌격 포착상을 향상시킬 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 디스크 리셉터에 볼록부(돌기물)를 마련하고 있다. 이하 상세하게 설명한다. 또한, 풍차 날개의 그 이외의 구성에 대해서는 특별히 묻지 않으므로(도 1a의 예나, 다른 실시형태의 예라도 좋음), 그 설명을 생략한다.
도 3a는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개의 디스크 리셉터의 구성을 도시하는 모식도이다. 디스크 리셉터(13)는, 리셉터 본체(31)와 볼록부(32a)와 배선(33)을 구비한다. 리셉터 본체(31)는, 원판의 형상을 갖는 도체이다. 그 상면은, 날개 본체(11)의 표면을 따르도록 배치된다. 볼록부(32a)는, 그 원판의 면(상면)에 마련된 원뿔의 형상을 갖는 도체(예시：금속)이다. 볼록부(32a)의 원뿔의 저면은 그 원판의 상면과 중첩되며, 동일한 면적을 갖고 있다. 배선(33)은, 다운 컨덕터에 접속한다.
이 디스크 리셉터(13)는, 볼록부(32a)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 장착되어 있다. 이러한 예리한 도체 돌기물을 마련함으로써, 리셉터 주변의 전계 집중도를 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운으로 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 디스크 리셉터(13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
도 3b는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개의 디스크 리셉터의 다른 구성을 도시하는 모식도이다. 디스크 리셉터(13)는, 리셉터 본체(31)와 볼록부(32b)와 배선(33)을 구비한다. 볼록부(32b)는, 리셉터 본체(31)의 원판의 면(표면)에 마련된 원뿔의 형상을 갖는 도체(예시：금속)이다. 볼록부(32a)의 원뿔의 저면은 그 원판의 표면보다 작으며, 그 원뿔은 그 원판의 중앙에 배치되어 있다. 리셉터 본체(31) 및 배선(33)은 도 3a와 동일하다.
이 디스크 리셉터(13)는, 볼록부(32b)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 장착되어 있다. 이 경우에도, 이러한 예리한 도체 돌기물을 마련함으로써, 리셉터 주변의 전계 집중도를 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운을 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 디스크 리셉터(13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
도 3c는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개의 디스크 리셉터의 또 다른 구성을 도시하는 모식도이다. 디스크 리셉터(13)는, 리셉터 본체(31)와 복수의 볼록부(32b)와 배선(33)을 구비한다. 즉, 도 3c의 디스크 리셉터(13)는, 도 3b의 볼록부(32b)가 복수개, 리셉터 본체(31)의 원판의 면(표면)에 마련되어 있다. 그 개수는 특히 한정되지 않지만, 도 3c의 예에서는 4개 마련되어 있다.
이 디스크 리셉터(13)는, 복수의 볼록부(32b)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 복수개 장착되어 있다. 이 경우에도, 이러한 예리한 도체 돌기물을 복수개 마련함으로써, 리셉터 주변의 전계 집중도를 보다 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운을 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 디스크 리셉터(13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
도 3d는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍차 날개의 디스크 리셉터의 다른 구성을 도시하는 모식도이다. 디스크 리셉터(13)는, 리셉터 본체(31)와 볼록부(32c)와 배선(33)을 구비한다. 볼록부(32c)는, 리셉터 본체(31)의 원판의 면(상면)에 마련된 바늘형상을 갖는 도체(예시：금속)이다. 볼록부(32c)는 그 원판의 중앙에 배치되어 있다. 리셉터 본체(31) 및 배선(33)은 도 3a와 동일하다.
이 디스크 리셉터(13)는, 볼록부(32c)와 같은 선단이 날카로운 돌기형상의 도체가 장착되어 있다. 이 경우에도, 이와 같은 예리한 도체 돌기물을 마련함으로써, 리셉터 주변의 전계 집중도를 높일 수 있다. 그것에 의해, 리셉터로부터 뇌운을 향하여 연장되는 리더 스트리머의 진전을 촉진시킬 수 있다. 즉, 디스크 리셉터(13)의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
또한, 도 3c와 같이, 볼록부(32c)를 복수개, 리셉터 본체(31)의 원판의 면(상면)에 마련해도 좋다. 이 경우에도, 도 3d의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 디스크 리셉터(13)에 대해 설명하고 있지만, 로드 리셉터(12)에 대해서도 동일하게 적용 가능하다.
또한, 풍차의 운전에 영향(예시：회전 효율, 소음 등)이 없으면, 볼록부(도체 돌기물)의 형상이나 그 조합, 개수는 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 또 다른 형상으로서 가는 원기둥형상이나 다각 기둥형상, 다각뿔형상이어도 좋다. 또한, 복수개 이용하는 경우, 동일한 형상이어도 좋고, 서로 닮은 형상의 것을 조합해도 좋으며, 다른 형상의 것을 조합해도 좋다. 그 경우에도 도 3a 내지 도 3d의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍차 날개에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 다운 컨덕터의 주위에 절연물을 마련하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 4a는, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와, 로드 리셉터(도시하지 않음)와, 복수의 디스크 리셉터(도시하지 않음)와, 다운 컨덕터(21)와, 절연 피복재(23)를 구비하고 있다. 다운 컨덕터(21)(전연측 리셉터용 및 후연측 리셉터용)는, 복수의 디스크 리셉터나 로드 리셉터에 접속되며, 날개 본체(11)의 내부를 빠르게 움직이도록 마련되어 있다. 절연 피복재(23)는, 다운 컨덕터(21)의 표면을 피복하는 절연체이다. 로드 리셉터 및 복수의 디스크 리셉터는, 제 1 실시형태와 동일하다. 풍력 발전 장치에 이 풍차 날개(1)가 장착되었을 경우, 리셉터(12, 13)로 뇌격을 받았을 경우, 리셉터로부터 다운 컨덕터, 날개 내부, 로터 허브, 나셀, 타워를 경유하여 대지에 뇌전류가 인도된다.
절연 피복재(23)는, 다운 컨덕터(21)를 피복하는 절연체의 재료이다. 벼락은, 도체인 다운 컨덕터(21)를 겨냥하여, 날개 본체(11)의 외피를 관통하여 떨어지는 경우가 있다. 따라서, 다운 컨덕터(21)를 절연 피복재(23)로 덮음으로써, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 하는 것이 가능해진다. 절연 피복재(23)는, 절연성의 높은 재료이면, 그 종류에 대해서는 묻지 않지만, 보다 가벼운 재료인 것이 바람직하다. 다운 컨덕터(21)를 두껍게 피복해도, 중량 증가가 지극히 작고, 회전 효율의 저하 등이 일어나지 않아, 풍차 날개(1)의 운동에 거의 영향을 주지 않기 때문이다.
절연 피복재(23)는, 적어도 날개 선단으로부터 일정 범위(예시：10m까지)의 다운 컨덕터(21)를 피복 하는 것이 바람직하다. 그 범위에서의 낙뢰가 많기 때문이다. 또한, 안전성에 중점을 둘 경우에는, 다운 컨덕터(21)의 모두를 덮어도 좋다.
또한, 절연 피복재(23) 대신에 또는 거기에 부가하여, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 다운 컨덕터(21)를 둘러싸도록 절연재(25)를 날개 본체(11)의 내부에 충전해도 좋다. 도 4b의 예에서는, 절연 피복재(23)를 이용하지 않고, 다운 컨덕터(21)를 둘러싸도록 절연재(25)를 날개 본체(11)의 내부 전체에 충전하고 있다. 이 경우에도, 도 4a와 같은 효과를 얻을 수 있다. 부가하여, 다운 컨덕터(21) 뿐만이 아닌, 주변의 도체 부재에 대해서도 낙뢰 방지 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 의해, 절연 피복재(23) 및/또는 절연재(25)를 다운 컨덕터(21)의 주위에 마련하는 것에 의해, [다운 컨덕터(21)를 절연 피복재(23) 및/또는 절연재(25)내에 매설함] 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 벼락은, 다운 컨덕터(21)가 아니라, 예를 들면 다운 컨덕터(21) 근방의 리셉터에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
(제 4 실시형태)
본 발명의 제 4 실시형태에 따른 풍차 날개에 대해, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 다운 컨덕터의 분기부를 매끄러운 형상으로 하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 5는, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도(단면도)이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와 로드 리셉터(도시되지 않음)와, 복수의 디스크 리셉터(13)와 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 다운 컨덕터(21)(전연측 리셉터용 및 후연측 리셉터용)는, 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터에 접속되어, 날개 본체(11)의 내부를 빠르게 움직이도록 마련되어 있다. 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터는, 각각 배선(33)으로 다운 컨덕터(21)와 접속되어 있다. 로드 리셉터 및 복수의 디스크 리셉터(13)는, 제 1 실시형태와 동일하다.
배선(33)과 다운 컨덕터(21)의 접속 부분(35)(다운 컨덕터 분기부)은 표면의 볼록형상 부분이 가능한 한 작은 형상으로 한다. 접속 부분(35)에 볼록형상부분이 있으면, 전계 집중도가 높아져, 벼락은 그 부분을 겨냥하여, 날개 본체(11)의 외피를 관통하고 떨어져 내리는 경우가 있다. 따라서, 접속 부분(35)의 표면을 매끄럽게 하고, 전계 집중이 작은 구조로 함으로써, 접속 부분(35)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있기 때문이다.
접속 부분(35)은, 예를 들면, 배선(33) 및 다운 컨덕터(21)가 모두 금속 도선인 경우, 그것들 배선끼리의 접속을 나사 고정하는 것이 아니고, 용접이나 반전, 폭착 등의 방법에 의해 접속하는 것이 바람직하다. 접속 부분(35)의 볼록형상의 정도로는, 풍차의 규모나 설치 지역에도 따라서, 예를 들면 ±2mm정도 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의해, 배선(33)과 다운 컨덕터(21)의 접속 부분(35)(다운 컨덕터 분기부)을, 볼록형상 부분이 적고 전계 집중이 적은 매끄러운 형상으로 함으로써, 접속 부분(35)에의 착뢰 확률을 저감 하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 벼락은, 접속 부분(35)이 아닌, 예를 들면 접속 부분(35) 근방의 리셉터에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
(제 5 실시형태)
본 발명의 제 5 실시형태에 따른 풍차 날개에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 전연 리셉터용 다운 컨덕터와 후연 리셉터용 다운 컨덕터를 1개로 집약하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 6a는, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도(단면도)이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와, 로드 리셉터(도시되지 않음)와, 복수의 디스크 리셉터(13)와, 다운 컨덕터(21)를 구비하고 있다. 다운 컨덕터(21)는, 전연측 리셉터 및 후연측 리셉터의 양쪽에 대하여 공통으로 1개 마련되어 있다. 그 1개의 다운 컨덕터(21)는, 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터에 접속되어, 날개 본체(11)의 내부를 빠르게 움직이도록 마련되어 있다. 복수의 디스크 리셉터(13)나 로드 리셉터는, 각각 배선(33)으로 공통의 다운 컨덕터(21)와 접속되어 있다. 전후연 사이는 스트링어(桁材)(도시하지 않음)를 관통시켜 배선(33)을 접속시킨다. 로드 리셉터 및 복수의 디스크 리셉터(13)는, 제 1 실시형태와 동일하다.
본 실시형태에서는, 다운 컨덕터(21)를 전연측 리셉터 및 후연측 리셉터의 양쪽에 대하여 공통으로 1개로 하고 있다. 제 3 실시형태에서 기재한 바와 같이, 벼락은, 도체인 다운 컨덕터(21)를 겨냥하여, 날개 본체(11)의 외피를 관통하고 떨어져 내리는 경우가 있다. 따라서, 다운 컨덕터(21)를 2개가 아닌 1개로 집약함으로써, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있기 때문이다.
도 6a의 예에서는, 다운 컨덕터(21)는 후연측에 1개 마련되어 있다. 전연측의 리셉터와 후연측의 리셉터는, 그 다운 컨덕터를 공용하고 있다. 후연측에 마련되어 있는 것은, 뇌운이 가까워졌을 때, 전체 날개 페더링을 실행하여, 풍차를 뇌운 방향을 향하는 제어를 실행하는 경우에 바람직하다. 착뢰의 우려가 있는 다운 컨덕터(21)가 뇌운에 대하여 상대적으로 먼 측에 있는 한편, 리셉터가 상대적으로 가까운 측이기 때문이다. 그렇지만, 본 발명은 그 예로 한정되는 것이 아니고, 전연에 1개 마련해도 좋다.
또한, 배선(33)의 구성은 도 6a의 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 6b와 같이, 전연의 리셉터의 배선(33)을 도중에 집약하고, 집약한 배선(33)을 대체로 날개 본체(11)의 복면측과 배면측 사이의 중간의 위치(복면측 및 배면측으로부터 모두 거리 약 d 떨어진 위치)를 통과하여, 후연측에 마련된 다운 컨덕터(21)에 접속해도 좋다. 벼락은, 도체인 배선(33)을 겨냥하여, 날개 본체(11)의 외피를 관통해 떨어져 내리는 경우도 생각할 수 있다. 이 경우, 배선(33)이 날개 본체(11)의 외피로부터 멀어졌으므로, 배선(33)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있기 때문이다.
본 실시형태에 의해, 다운 컨덕터(21)를 전연측 리셉터 및 후연측 리셉터에 대하여 공통에 1개로 하고 있다. 그 때문에, 착뢰의 우려가 있는 다운 컨덕터(21)의 수를 줄여, 다운 컨덕터(21)에의 착뢰 확률을 저감 할 수 있다. 그것에 의해, 벼락은, 다운 컨덕터(21)가 아니라, 예를 들면 다운 컨덕터(21) 근방의 리셉터에 떨어지기 쉬워진다. 즉, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
(제 6 실시형태)
본 발명의 제 6 실시형태에 따른 풍차 날개에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 날개 본체의 내부를 건조하는 수단을 마련하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 7a는, 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와, 로드 리셉터(도시하지 않음)와, 복수의 디스크 리셉터(도시하지 않음)와, 다운 컨덕터(21)와, 건조부(26)를 구비하고 있다. 건조부(26)는, 날개 본체(11)의 내측에 도포되어 형성된 건조제의 층이다. 로드 리셉터, 복수의 디스크 리셉터 및 다운 컨덕터(21)는 제 1 실시형태와 동일하다.
본 실시형태에서는, 건조부(26)로서의 건조제나 제습제 등이 날개 본체(11)의 내측에 도포되어 있다. 건조제나 제습제 등은 수분을 흡착하는 것이면, 종래 알려진 재료(예시：실리카 겔, 염화 칼슘)를 이용할 수 있다. 건조부(26)를 가짐으로써, 날개 본체(11)의 수분을 줄일 수 있다. 그 결과, 착뢰시에 날개 본체(11)의 내부의 수분의 온도가 급상승하여 발생하는 압력 상승(예시：수증기 폭발)을 억제할 수 있다. 그것에 의해, 압력 상승이나 수증기 폭발에 의한 풍차 날개(1)의 파손을 방지할 수 있다.
도 7a의 예에서는, 건조제나 제습제 등을 날개 본체(11)의 내부의 전면에 도포하고 있다. 그렇지만, 본 발명은 그 예로 한정되는 것이 아니고, 날개 본체(11) 중 착뢰할 확률의 높은 부분의 내측에 적어도 도포되어 있으면 좋다. 또한, 내측에 도포되어 있지 않아도, 통풍 가능한 용기나 주머니내에 건조제나 제습제 등을 보지하여, 날개 본체(11)의 내부의 적절1개소(복수 가능)에 배치해도 좋다.
또한, 건조부(26)의 구성은 도 7a의 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 7b와 같이, 날개 본체(11)의 블레이드부(예시：직경 2m 정도)에 건조부(26)로서 제습기(28)를 마련해도 좋다. 전원은 로터 헤드(도시하지 않음)로부터 공급한다. 이 경우에도, 날개 본체(11)의 수분을 줄일 수 있어, 착뢰시에 날개 본체(11)의 내부의 압력 상승(수증기 폭발)을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 그것에 의해, 수증기 폭발에 의한 풍차 날개(1)의 파손을 방지할 수 있다. 고인 물은 적절히 한 개소로부터 배수하지만, 도중 기기의 수냉 등에 이용해도 좋다.
본 실시형태에 의해, 건조부(26)를 날개 본체(11)의 내부에 마련하고 있다. 그 때문에, 날개 본체(11)의 내부의 수분을 낮게 유지할 수 있다. 그것에 의해, 착뢰시에 날개 본체(11)의 내부의 수분의 온도가 급상승하여 발생하는 압력 상승을 억제할 수 있다. 그리고, 압력 상승이나 수증기 폭발에 의한 풍차 날개(1)의 파손을 방지할 수 있다.
(제 7 실시형태)
본 발명의 제 7 실시형태에 따른 풍차 날개에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 날개 본체의 외측에 광촉매를 마련하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 8은, 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 풍차 날개의 구성을 도시하는 모식도이다. 풍차 날개(1)는, 날개 본체(11)와, 로드 리셉터(도시하지 않음)와, 복수의 디스크 리셉터(도시하지 않음)와, 다운 컨덕터(21)와 광촉매부(29)를 구비하고 있다. 광촉매부(29)는, 날개 본체(11)의 외측에 도포되어 형성된 광촉매의 층이다. 로드 리셉터, 복수의 디스크 리셉터 및 다운 컨덕터(21)는, 제 1 실시형태와 동일하다.
본 실시형태에서는, 광촉매부(29)로서의 광촉매가 날개 본체(11)의 외측에 도포되어 있다. 광촉매로서는, 종래 알려진 재료(예시：산화 티타늄)를 이용할 수 있다. 광촉매의 방오염 효과나, 초친수 작용에 의해, 날개 본체(11)의 표면의 오염을 정화하여, 물방울의 부착을 줄일 수 있다. 그것에 의해, 날개 본체(11)의 표면에 있어서, 표면 부착물에 의한 오손이나, 벼락이 표면을 따라서 빠르게 움직이는 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
도 8의 예에서는, 광촉매부(29)를 날개 본체(11)의 외측의 전면에 도포하고 있다. 그렇지만, 본 발명은 그 예로 한정되는 것이 아니고, 적어도 날개 본체(11) 중 착뢰할 확률이 높은 부분의 외측에 도포되어 있으면 좋다. 또한, 광촉매는 한 종류 만이 아니고, 복수 종류의 광촉매를 적당 조합하여 이용해도 좋다.
본 실시형태에 의해, 광촉매부(29)를 날개 본체(11)의 외측에 마련하고 있다. 그 때문에, 날개 본체(11)의 외측의 표면에 있어서, 표면 부착물에 의한 오손이나, 벼락이 표면을 따라서 빠르게 움직이는 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능해진다.
상기 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태의 풍차 날개를 풍력 발전 장치에 적용함으로써, 착뢰에 의한 날개 본체의 파손을 억제하는 것이 가능한 풍력 발전 장치나, 리셉터의 뇌격 포착율을 향상하는 것이 가능한 풍력 발전 장치를 실현할 수 있다.
(제 8 실시형태)
본 발명의 제 8 실시형태에 따른 풍차 날개를 이용한 풍력 발전 장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 풍차 날개 마다 다른 낙뢰 대책을 실행하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.
도 9a는, 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 풍력 발전 장치(60)는, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62), 제 3 풍차 날개(63), 로터 헤드(71), 나셀(72) 및 지주(73)를 구비하고 있다. 나셀(72)은, 지주(73)상에 연직방향을 축으로 하여 회전 가능하게 마련되어 있다. 로터 헤드(71)는, 나셀(72)에 수평방향으로 소정의 틸트각의 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 접속되어 있다. 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)는, 로터 헤드(71)에 페더링 가능하도록 마련되어 있다.
제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)는, 모두 적어도 날개 본체에, 낙뢰 대책으로서, 로드 리셉터와, 복수의 디스크 리셉터와, 다운 컨덕터를 구비하고 있다. 로드 리셉터는, 날개 본체의 선단에 매립되어, 날개 본체의 표면에 노출하고 있다. 디스크 리셉터는, 날개 본체의 도중에 매립되어, 날개 본체의 표면에 노출하고 있다. 다운 컨덕터는, 복수의 디스크 리셉터나 로드 리셉터에 접속되어 날개 본체의 내부를 빠르게 움직이도록 마련되어 있다. 풍력 발전 장치에 이 풍차 날개가 장착되었을 경우, 어느 리셉터로 뇌격을 받았을 경우, 리셉터로부터 다운 컨덕터, 날개 내부, 로터 허브, 나셀, 타워를 경유하여 대지에 뇌전류가 인도된다.
제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)에 있어서의 상기 낙뢰 대책은, 기본적으로는 도 1a 및 도 1b에 도시하는 각 구성[날개 본체(111), 로드 리셉터(112), 복수의 디스크 리셉터(113), 다운 컨덕터(121)]을 이용할 수 있다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 낙뢰 대책으로서 또한, 각 풍차 날개에 있어서, 소정의 부분에 리셉터의 개수나 면적을 변경하는 방법이나, 상술한 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태의 풍차 날개(또는, 거기에 이용되는 낙뢰 대책)를 이용하는 방법을 적용한다. 그것에 의해, 도 1a나 도 1b의 경우에는 없는 작용 효과를 가지며, 저비용 또한 효과적인 낙뢰 대책을 실현하고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
제 1 풍차 날개(61)는, 날개 선단 부분(61a)에 대해서, 다른 부분과 비교하여 많은(추가의) 벼락 대책이 실시되어 있다. 그 벼락 대책으로서는, 날개 선단 부분(61a)에 있어서의 리셉터(디스크 리셉터나 로드 리셉터 등)의 개수를 많이 하거나 각각의 리셉터의 면적을 크게 하거나 하는 방법을 이용하고 있다. 또, 날개 선단 부분(61a)으로서의 낙뢰 대책으로서 상술한 제 1 실시형태로부터 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 적용하는 것도 가능하다. 제 1 실시형태로부터 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 이용하는 경우, 어느 하나의 실시형태의 대책 뿐만이 아니라, 복수의 실시형태의 대책을 조합하여 이용해도 좋다. 이러한 벼락 대책에 의해, 날개 선단 부분(61a)에서의 리셉터로의 뇌격 포착율을 다른 부분보다 높게 할 수 있다. 따라서, 다른 부분의 낙뢰 대책을 상대적으로 줄일 수 있다.
제 2 풍차 날개[로터 헤드(71) 정면에서 보아 제 1 풍차 날개(61)로부터 시계 회전 방향의 풍차 날개(62)]는, 선단부 이외의 복면측 부분(62a)에 대해서, 다른 부분과 비교하여 많은(추가의) 벼락 대책이 실시되어 있다. 그 벼락 대책으로서는, 복면측 부분(62a)에 있어서의 리셉터(디스크 리셉터나 로드 리셉터 등)의 개수를 많이 하거나 각각의 리셉터의 면적을 크게 하거나 하는 방법을 이용하고 있다. 또한, 복면측 부분(62a)에서의 낙뢰 대책으로서 상술한 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 적용하는 것도 가능하다. 그러한 자세한 것은 후술한다. 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 이용하는 경우, 언젠가 하나의 실시형태의 대책 뿐만이 아니라, 복수의 실시형태의 대책을 조합해 이용해도 좋다. 또한, 벼락 대책은 제 1 풍차 날개(61)의 벼락 대책과 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 이들 벼락 대책에 의해, 날개 선단 부분(61a)에서의 리셉터의 뇌격 포착율을 다른 부분보다 높게 할 수 있다. 따라서, 다른 부분의 낙뢰 대책을 상대적으로 줄일 수 있다.
제 3 풍차 날개[로터 헤드(71) 정면에서 보아 제 2 풍차 날개(62)로부터 시계 회전방향의 풍차 날개(63)]는, 선단부 이외의 배면측 부분(63a)에 대해서, 다른 부분과 비교하여 많은(추가의) 벼락 대책이 실시되어 있다. 그 벼락 대책으로서는, 배면측 부분(63a)에 있어서의 리셉터(디스크 리셉터나 로드 리셉터 등)의 개수를 많이 하거나 각각의 리셉터의 면적을 크게 하거나 하는 방법을 이용하고 있다. 또한, 배면측 부분(63a)에서의 낙뢰 대책으로서 상술한 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 적용하는 것도 가능하다. 그들의 자세한 것은 후술된다. 제 7 실시형태 내지 제 7 실시형태에 나타내는 벼락 대책을 이용하는 경우, 어느 하나의 실시형태의 대책 뿐만이 아니라, 복수의 실시형태의 대책을 조합하여 이용해도 좋다. 또한, 벼락 대책은 제 1 풍차 날개(61)나 제 2 풍차 날개(62)의 벼락 대책과 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 이들의 벼락 대책에 의해, 날개 선단 부분(61a)에 있어서의 리셉터의 뇌격 포착율을 다른 부분보다 높게 할 수 있다. 따라서, 다른 부분의 낙뢰 대책을 상대적으로 줄일 수 있다.
제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 다른 부분은, 예를 들면 통상의 벼락 대책(예시：도 1a)이 실시되어 있다.
또한, 리셉터의 종류로서는, 상기의 디스크 리셉터나 로드 리셉터로 한정되는 것이 아니고, 디스크 리셉터를 다른 종류의 리셉터로 하거나 로드 리셉터를 다른 종류의 리셉터로 하거나 하는 것도 가능하다. 　
도 9b는, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 풍차 날개의 위치 제어에 관한 구성을 도시하는 블록도이다. 로터 헤드(71)는, 상술한 바와 같이 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)가 장착되는 동시에, 유압 실린더(40), 피치 제어 장치(41) 및 각도 검출 장치(42)를 구비하고 있다. 유압 실린더(40)는, 로터 헤드(71)에 장착된 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)를 구동한다. 피치 제어 장치(41)은, 유압 실린더(40)에 공급하는 유압을 제어함으로써 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치각을 풍속 등의 모든 조건에 따라 적절히 제어한다. 각속도 검출 장치(42)는, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 아지머스 각(azimuth angle)을 각도 신호로서 검출하여, 검출한 각도 신호를 정지 위치 제어 장치(46)에 출력한다.
나셀(72)의 내부에는, 증속기(도시하지 않음), 발전기(도시하지 않음), 브레이크 디스크(43), 브레이크 장치(44), 회전수 검출 장치(45) 및 정지 위치 제어 장치(46)를 구비하고 있다. 발전기는, 로터 헤드(71)와 동축의 주축(도시하지 않음)에 마련된 증속기를 거쳐서 로터 헤드(71)에 연결되어 있다. 즉, 로터 헤드(71)의 회전을 증속기로 증속하여 발전기를 구동한다. 그것에 의해, 발전기보다 발전기 출력(전력)을 얻을 수 있다. 브레이크 디스크(43)는, 로터 헤드(71)에 주축을 거쳐서 연결 스쳐 로터 헤드(71) 및 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 감속 또는 정지시키기 위한 회전체이다. 브레이크 장치(44)는, 브레이크 디스크(43)를 구동 제어함으로써, 로터 헤드(71) 및 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 감속 또는 정지시키는 동시에, 감속 및 정지를 해제한다. 회전수 검출 장치(45)는, 풍력에 의한 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 단위 시간 당 회전수를 검출하여, 검출 결과를 정지 위치 제어 장치(46)에 송신한다.
정지 위치 제어 장치(46)는, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)를 소망의 위치(각도)에서 정지시키기 위한 제어를 실행한다. 구체적으로는 우선, 정지 위치 제어 장치(46)는, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 정지하려고 할 때, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치를 파인(발전측)으로부터 패더(정지측)로 전환하는 제어를 실행하기 위한 제어 신호를 피치 제어 장치(41)에 송신한다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전 속도가 감속해 간다. 이어서, 정지 위치 제어 장치(46)는, 회전수 검출 장치(45)로부터 수신한 회전수에 근거하여 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전 속도를 산출한다. 그리고, 회전 속도가 소정의 속도에 가까워졌을 때, 이들의 회전이 정지하지 않도록, 다시 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치를 약간 파인측으로 전환하는 신호를 피치 제어 장치(41)에 송신한다. 단, 소정의 속도는 정격 회전수의 1 내지 5%가 예시된다. 그 후, 정지 위치 제어 장치(46)는, 각도 검출 장치(42)로부터 송신된 검출 결과에 근거하여, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)가 소망의 위치(각도)가 되었을 때에 브레이크 장치(14)에 브레이크 신호를 보낸다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 정지시킨다. 단 최종적인 회전 정지 위치는, 본 실시형태에서는, 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a)이 바로 위(가장 높은 위치)가 되는 위치(도 9a)이다.
또한, 풍차 날개의 위치 제어에 관한 구성에 대해서는, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 통상의 방법으로 일단 정지시킨 후, 별도 마련한 소형 모터(도시하지 않음)로 풍차를 저속 회전시켜, 소망의 위치에 정지시켜도 좋다. 즉, 풍차의 정지 후, 정지 위치 제어 장치(46)는, 주축을 회전시키는 것이 가능한 기어(도시하지 않음)를 소형 모터로 회전시켜 풍차를 저속 회전시킨다. 그리고, 각도 검출 장치(42)의 검출 결과에 근거하여, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)가 소망의 위치(각도)가 되었을 때에 브레이크 장치(14)와 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 정지시킨다.
이와 같은 구성에 의해, 소망의 피치각, 또한 소망의 아지머스각이 되는 상태에서, 각 풍차 날개를 정지시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)를 전체 날개 페더링 하여, 제 1 풍차 날개의 날개 선단 부분(61a)을 바로 위를 향한 상태로, 각 풍차 날개를 정지시킬 수 있다.
이와 같이, 도 9b에서 도시하는 구성을 이용하여, 도 9a에 도시하는 바와 같이 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위가 되도록 정지함으로써, 벼락이 치는 상방에, 전체 날개가 낙뢰 대책을 강화한 부분을 향할 수 있다. 그것에 의해, 전체 날개가 동일한 낙뢰 대책을 하고 있지 않아도, 효과적으로 낙뢰에 대처하는 것이 가능해진다.
또한, 도 9a의 예에서는, 제 1 풍차 날개, 제 2 풍차 날개 및 제 3 풍차 날개의 모두에 대하여, 벼락 대책을 실시하고 있지만, 본 발명은 이 예로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 제 1 풍차 날개에만, 그 날개 선단 부분(61a)에 많은 벼락 대책을 실시하고, 제 2 풍차 날개 및 제 3 풍차 날개의 벼락 대책을 생략해도 좋다. 이 경우에도, 벼락이 치는 상방에, 제 1 풍차 날개의 낙뢰 대책을 강화한 부분을 향할 수 있다. 그것에 의해, 전체 날개가 동일한 낙뢰 대책을 하고 있지 않아도, 효과적으로 낙뢰에 대처하는 것이 가능해진다.
다음, 본 실시형태는 풍력 발전 장치의 동작에 대해 설명한다. 도 10은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다. 유저, 풍력 발전 장치, 또는 그 제어 장치는 각종 벼락 정보(일기 예보, 기상 레이더, 벼락 센서, 낙뢰 위치 평정 시스템 등)로부터 뇌운 접근을 검지했을 때, 자동 또는 수동으로 풍력 발전 장치(60)에 이하의 동작을 실행시킨다.
우선, 풍력 발전 장치(60)는, 전체 날개 페더링 하여, 날개 회전을 감속한다[단계(S1)]. 구체적으로는, 정지 위치 제어 장치(46)는, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 정지하려고 할 때, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치를 파인(발전측)으로부터 패더(정지측)로 전환하는 제어를 실행하기 위한 제어 신호를 피치 제어 장치(41)에 송신한다. 피치 제어 장치(41)는, 그 제어 신호에 응답하여, 유압 실린더(40)에 공급하는 유압을 제어하고, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치각을 모두 패더로 제어한다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전 속도가 감속하여 간다. 각속도 검출 장치(42)는, 계속적으로, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 아지머스각을 각도 신호로서 검출하여, 검출한 각도 신호를 정지 위치 제어 장치(46)에 출력한다.
다음, 풍력 발전 장치(60)는, 제 1 풍차 날개(61)가 바로 위에 왔을 때에, 날개 회전을 정지한다[단계(S2)]. 구체적으로는, 정지 위치 제어 장치(46)는, 회전수 검출 장치(45)로부터 수신한 회전수에 근거하여 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전 속도를 산출한다. 그리고, 회전 속도가 소정의 속도에 가까워졌을 때, 이들의 회전이 정지하지 않도록, 다시 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치를 약간 파인측으로 전환하는 제어 신호를 피치 제어 장치(41)에 송신한다. 피치 제어 장치(41)는, 그 제어 신호에 응답하여, 유압 실린더(40)에 공급하는 유압을 제어하고, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 피치각을 약간 파인측으로 전환하도록 제어한다. 그 후, 정지 위치 제어 장치(46)는, 각도 검출 장치(42)로부터 송신된 검출 결과에 근거하여, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)가 소망의 위치(제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단부(61a)가 바로 위에 향하기 직전의, 브레이크 후의 편차를 고려한 소정의 위치)가 되었을 때에 브레이크 장치(14)에 브레이크 신호를 보낸다. 브레이크 장치(44)는, 그 제어 신호에 응답하여, 브레이크 디스크(43)를 구동 제어함으로써, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)의 회전을 정지시킨다. 그것에 의해, 제 1 풍차 날개(61) 내지 제 3 풍차 날개(63)는, 제 1 풍차 날개(61)의 날개 선단 부분(61a)이 바로 위(가장 높은 위치)가 되는 위치(도 9a)에서 정지한다. 그 결과, 도 9a 상태가 된다.
다음, 풍력 발전 장치(60)는, 도 9a 상태를 유지한 채로, 풍향이 아닌, 뇌운 방향으로 YAW 추종시켜, 풍력 발전 장치(60)를 뇌격 접근 방향으로 정대 시킨다[단계(S3)]. 뇌운 방향에의 YAW 추종은 단계(S1) 및 단계(S2)의 완료를 기다리지 않고, 동시에 실시해도 좋다.
이와 같은 상태(단계 S3)를 유지함으로써, 제 1 풍차 날개(61), 제 2 풍차 날개(62) 및 제 3 풍차 날개(63)의 각각의 낙뢰 대책을 강화한(추가한) 부위[날개 선단 부분(61a), 복면측 부분(62a) 및 복면측 부분(63a)]를 뇌격 접근 방향으로 향할 수 있다. 그것에 의해, 리셉터에 의한 뇌격 포착율을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 전체 날개에 대하여 모두 동일한 낙뢰 대책을 실시하는 것이 아닌, 뇌운 접근시에 날개 회전을 정지할 때의 각 날개의 위치를 결정하여, 해당 위치에 따라 날개마다 낙뢰 대책을 바꾸고 있다. 그것에 의해, 낙뢰가 많은 개소에만 중점적으로 추가적으로 낙뢰 대책을 실시하면, 다른 부분은 통상의 낙뢰 대책으로 양호해진다. 따라서, 전체 날개에 동일한 낙뢰 대책을 실시하는 경우와 비교하여, 저비용 또한 효과적인 낙뢰 대책으로 하는 것이 가능해진다. 단, 날개 회전을 임의의 위치에서 정지시키는 방법에 대해서는, 디스크 브레이크 등의 브레이크 수단 및 모터 등의 구동 수단을 조합한 것이어도 좋다.
또한, 낙뢰 대책으로서 상술한 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태의 대책을 적용함으로써, 제 1 실시형태 내지 제 7 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있지만, 본 실시형태와의 조합에 의해, 그 효과를 보다 큰 것으로 할 수 있다.
본 발명의 각 실시형태를 이용함으로써, 대폭적인 설계 변경이나 공사를 수반하는 일 없이, 저비용 또한 간편한 시공에 의해, 착뢰에 의한 풍차 날개의 파손을 억제할 수 있어, 리셉터를 장비한 풍차 날개의 뇌격 포착율을 향상할 수 있다.
본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범위내에서, 각 실시형태는 적절히 변형 또는 변경될 수 있는 것은 분명하다. 또한, 각 실시형태의 기술은 기술적으로 모순이 발생하지 않는 한 적절하게 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

Claims (26)

  1. 날개 본체와,
    상기 날개 본체에 매립되어, 상기 날개 본체의 표면에 노출된 복수의 리셉터와,
    상기 날개 본체의 표면에 마련되어, 상기 복수의 리셉터를 서로 접속하는 도체층과,
    상기 복수의 리셉터에 접속되어, 상기 날개 본체내에 마련된 다운 컨덕터를 구비하는
    풍차 날개.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체층은 도체 테이프, 도체 메시, 도체박 및 다이버터 스트립스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개인
    풍차 날개.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체층은 상기 날개 본체의 복면측으로부터 전연을 지나 배면측에 걸쳐서 연속적으로 마련되어 있는
    풍차 날개.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리셉터의 각각은,
    상기 날개 본체의 표면을 따른 면을 갖는 리셉터 본체와,
    상기 면상에 마련된 볼록부를 구비하는
    풍차 날개.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼록부는 침형상의 도체, 원뿔형의 도체, 원기둥형상의 도체 및 각기둥형상의 도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개인
    풍차 날개.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개 본체의 표면에 도포되어, 상기 날개 본체의 표면을 정화하는 광촉매부를 더 구비하는
    풍차 날개.
  7. 제 1 항에 기재된 풍차 날개를 구비한 풍력 발전 장치에 있어서,
    지주상에 회전 가능하게 마련된 나셀과,
    상기 나셀에 회전 가능하게 접속된 로터 헤드를 더 구비하고,
    상기 풍차 날개는, 상기 로터 헤드에 마련되어, 페더링 가능한 제 1 풍차 날개, 제 2 풍차 날개 및 제 3 풍차 날개를 포함하며,
    상기 제 1 풍차 날개는, 날개 선단 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하여, 벼락의 접근에 응답하여, 상기 제 1 풍차 날개, 상기 제 2 풍차 날개 및 상기 제 3 풍차 날개를 페더링시켜, 상기 제 1 풍차 날개가 바로 위가 되도록 정지하는
    풍력 발전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 풍차 날개는 복면측 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하고,
    상기 제 3 풍차 날개는 배면측 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하여,
    벼락의 접근에 응답하여, 또한 상기 제 2 풍차 날개에 있어서 복면측이 상방을 향하며, 상기 제 3 풍차 날개에 있어서 배면측이 상방을 향하도록 정지하는
    풍력 발전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 다른 부분과 비교하여, 상기 복수의 리셉터 중 해당 부분인 것의 면적이 상대적으로 크거나, 또는 수가 상대적으로 많은
    풍력 발전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도체층은, 상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각의 상기 날개 본체의 표면에 마련되어 있는
    풍력 발전 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 상기 다운 컨덕터 중 해당 부분인 것이 절연체내에 매설되어 있는
    풍력 발전 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 상기 다운 컨덕터와 상기 리셉터로부터의 배선과의 접속 부분 중 해당 부분인 것이 매끄러운
    풍력 발전 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 리셉터는,
    상기 날개 본체의 전연측에 매립되어, 상기 날개 본체의 표면에 노출된 복수의 제 1 리셉터와,
    상기 날개 본체의 후연측에 매립되어, 상기 날개 본체의 표면에 노출된 복수의 제 2 리셉터를 포함하고,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 상기 다운 컨덕터 중 해당 부분에 있는 것이 상기 복수의 제 1 리셉터와 상기 복수의 제 2 리셉터에 공용되는
    풍력 발전 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은,
    상기 복수의 리셉터 중 해당 부분에 있는 것이,
    상기 날개 본체의 표면을 따른 면을 갖는 리셉터 본체와,
    상기 면상에 마련된 볼록부를 구비하는
    풍력 발전 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 또한 상기 날개 본체내에 배치되어 상기 날개 본체내를 건조하는 건조부를 구비하는
    풍력 발전 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 풍차 날개의 상기 날개 선단 부분, 상기 제 2 풍차 날개의 상기 복면측 부분 및 상기 제 3 풍차 날개의 상기 배면측 부분의 각각은, 또한 상기 날개 본체의 표면에 도포되어, 상기 날개 본체의 표면을 정화하는 광촉매부를 구비하는
    풍력 발전 장치.
  17. 제 1 항에 기재된 풍차 날개를 이용한
    풍력 발전 장치.
  18. 날개 본체와,
    상기 날개 본체의 전연측에 매립되어, 상기 날개 본체의 표면에 노출된 복수의 제 1 리셉터와,
    상기 날개 본체의 후연측에 매립되어, 상기 날개 본체의 표면에 노출된 복수의 제 2 리셉터와,
    상기 복수의 제 1 리셉터와 상기 복수의 제 2 리셉터에 접속되고, 상기 날개 본체내에 마련된 다운 컨덕터를 구비하고,
    상기 다운 컨덕터는 상기 복수의 제 1 리셉터와 상기 복수의 제 2 리셉터에 공용되는
    풍차 날개.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 다운 컨덕터는 절연체내에 매설되어 있는
    풍차 날개.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 다운 컨덕터의 도체선을 피복하는 절연 피복재, 또는 상기 다운 컨덕터를 둘러싸는 소정의 영역에 충전된 절연재인
    풍차 날개.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 다운 컨덕터와 상기 제 1 리셉터 또는 상기 제 2 리셉터로부터의 배선과의 접속 부분은 매끄러운
    풍차 날개.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 날개 본체내에 배치되어, 상기 날개 본체내를 건조하는 건조부를 더 구비하는
    풍차 날개.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 건조부는 상기 날개 본체내에 장착된 건조제, 또는 상기 날개 본체내에 설치된 제습기인
    풍차 날개.
  24. 제 18 항에 기재된 풍차 날개를 이용한
    풍력 발전 장치.
  25. 풍력 발전 장치의 동작 방법으로서, 상기 풍력 발전 장치는,
    지주상에 회전 가능하게 마련된 나셀과,
    상기 나셀에 회전 가능하게 접속된 로터 헤드와,
    상기 로터 헤드에 마련되어, 페더링 가능한 제 1 풍차 날개, 제 2 풍차 날개, 및 제 3 풍차 날개를 구비하고,
    상기 제 1 풍차 날개는 날개 선단 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하고,
    상기 제 2 풍차 날개는 복면측 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하며,
    상기 제 3 풍차 날개는 배면측 부분에 대해 다른 부분과 비교하여 추가의 벼락 대책을 실시하는, 상기 풍력 발전 장치의 동작 방법에 있어서,
    벼락이 접근했을 때, 상기 제 1 풍차 날개, 상기 제 2 풍차 날개 및 상기 제 3 풍차 날개를 페더링 시키는 단계와,
    상기 제 1 풍차 날개가 바로 위가 되고, 상기 제 2 풍차 날개에 있어서 복면측이 상방을 향하고, 상기 제 3 풍차 날개에 있어서 배면측이 상방을 향하도록 정지하는 단계를 구비하는
    풍력 발전 장치의 동작 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 로터 헤드를 상기 벼락의 방향으로 정대(正對)시키는 단계를 더 구비하는
    풍력 발전 장치의 동작 방법.
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