KR20130018954A - 재생 에너지형 발전 장치 - Google Patents

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

유압 펌프와 유압 모터를 접속하는 배관을 짧게 할 수 있는 동시에, 나셀의 소형화 및 경중량화를 가능하게 한 재생 에너지형 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 재생 에너지형 발전 장치(1)는 타워(2)와, 타워(2)의 선단부(2B)에 마련된 나셀(4)과, 나셀(4)에 수납되어 회전 날개(6B)와 함께 회전하는 주축(14)과, 나셀(4)에 수납되어 주축(14)에 장착되는 유압 펌프(8)와, 유압 펌프(8)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터(10)와, 유압 모터(10)에 연결된 발전기(12)와, 유압 펌프(8) 및 유압 모터(10)의 사이에서 작동유를 순환시키는 배관을 구비하고, 유압 모터(10)는 나셀(4) 및 타워(2) 상부의 적어도 한쪽에 수납되며, 발전기(12)는 나셀(4) 및 타워(2) 상부의 적어도 한쪽에 수납되는 동시에, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽이 주축(14) 및 유압 펌프(8)와 나셀(4)의 벽면 중 회전 날개로부터 먼 쪽의 후단측 벽면(4A)과의 사이의 영역(5)을 제외한 공간에 배치된다.

Description

재생 에너지형 발전 장치{RENEWABLE ENERGY GENERATOR}
본 발명은 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 거쳐서, 로터의 회전 에너지를 발전기에 전달하는 재생 에너지형 발전 장치에 관한 것이다. 또한, 재생 에너지형 발전 장치는 바람, 조류, 해류, 하류 등의 재생 가능한 에너지를 이용한 발전 장치이며, 예컨대, 풍력 발전 장치, 조류 발전 장치, 해류 발전 장치, 하류 발전 장치 등을 들 수 있다.
최근, 지구 환경의 보전의 관점으로부터, 풍력을 이용한 풍력 발전 장치나, 조류, 해류 또는 하류를 이용한 발전 장치를 포함하는 재생 에너지형 발전 장치의 보급이 진행되고 있다. 재생 에너지형 발전 장치에서는 바람, 조류, 해류 또는 하류의 운동 에너지를 로터의 회전 에너지로 변환하고, 또한 로터의 회전 에너지를 발전기에 의해 전력으로 변환한다.
이러한 종류의 재생 에너지형 발전 장치에서는, 종래, 로터의 회전수가 발전기의 정격 회전수에 비해 작기 때문에, 로터와 발전기 사이에 기계식(기어식)의 증속기를 마련하고 있었다. 이것에 의해, 로터의 회전수는 증속기에서 발전기의 정격 회전수까지 증속된 후, 발전기에 입력되도록 되어 있었다.
그런데, 발전 효율의 향상을 목적으로 하여 재생 에너지형 발전 장치의 대형화가 진행됨에 따라 증속기의 중량 및 비용이 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 기계식의 증속기를 대신하여, 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 채용한 재생 에너지형 발전 장치가 주목을 받고 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는 유압 트랜스미션을 거쳐서 로터의 회전 에너지를 발전기에 전달하도록 한 전력 생산 시스템이 기재되어 있다. 이 시스템은 나셀 내에 유압 모터와 발전기가 마련된 구성으로 되어 있다(특허문헌 1의 도 7 참조).
또한, 특허문헌 2에는 타워 저부에 마련된 유압 모터가 연직축 주위로 나셀과 함께 선회하는 풍력 발전 장치가 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3 및 4에는 나셀 내에 설치된 유압 펌프와 타워 저부에 마련된 유압 모터를 연결하는 유압 배관(고압유 유로 및 저압유 유로)의 일부가 나셀과 함께 선회하는 풍력 발전 장치가 기재되어 있다. 이 풍력 발전 장치에서는, 나셀 하부에 마련한 유압 스위블에 의해 나셀측의 유압 배관이 나셀과 함께 선회하도록 되어 있다. 유압 스위블은 외측 부재 및 내측 부재로 이루어지며, 양 부재는 서로 상대적으로 회전 가능하다. 그리고, 내측 부재에 마련된 배관은 외측 부재의 내주면에 마련된 환상 유로와 연통하고 있다.
국제 공개 제 2007/053036 호 국제 공개 제 2009/064192 호 국제 공개 제 2009/061209 호 국제 공개 제 2009/058022 호
그렇지만, 특허문헌 1은 유압 펌프와 나셀 후단측 벽면 사이에 유압 모터와 발전기를 마련하고 있어, 이것에 의해 나셀의 주축 방향 길이가 길어져 버리고, 그에 따라 나셀이 대형화하여 중량이 커져 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에는 처음에 나셀 내에 설치된 유압 펌프와 타워 저부에 마련된 유압 모터를 연결하는 유압 배관을 구체적으로 어떻게 구성하는지 개시되어 있지 않다.
또한, 특허문헌 3 및 4에는 나셀측의 유압 배관을 나셀과 함께 선회 가능하게 하기 위한 유압 스위블이 기재되어 있지만, 내측 부재에 마련된 배관과 외측 부재에 마련된 환상 유로의 접속 부분에 관하여 구체적인 설명이 없으며, 유압 스위블의 상세 구조가 충분히 개시되어 있지 않다. 또한, 유압 모터 및 발전기가 타워 저부에 배치되어 있기 때문에, 유압 배관이 길어져 버린다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 감안하여, 유압 펌프와 유압 모터를 접속하는 배관을 짧게 할 수 있는 동시에, 나셀의 소형화 및 경중량화를 가능하게 한 재생 에너지형 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지로부터 전력을 생성하는 재생 에너지형 발전 장치로서, 타워와, 상기 타워의 선단부에 마련된 나셀과, 상기 나셀에 수납되어 회전 날개와 함께 회전하는 주축과, 상기 나셀에 수납되어 상기 주축에 장착되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터와, 상기 유압 모터에 연결된 발전기와, 상기 유압 펌프 및 상기 유압 모터의 사이에서 상기 작동유를 순환시키는 배관을 구비하고, 상기 유압 모터는 상기 나셀 및 상기 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되며, 상기 발전기는 상기 나셀 및 상기 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되는 동시에, 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽이 상기 주축 및 상기 유압 펌프와, 상기 나셀의 벽면 중 상기 회전 날개로부터 먼 측의 후단측 벽면과의 사이의 영역을 제외한 공간에 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 재생 에너지형 발전 장치에 의하면, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽이 나셀 및 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되도록 했으므로, 이들이 타워 기단부에 설치되는 경우에 비해 작동유가 순환하는 배관을 짧게 할 수 있다.
또한, 이 재생 에너지형 발전 장치에서는 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽이 주축 및 유압 펌프와, 나셀의 벽면 중 회전 날개로부터 먼 측의 후단측 벽면과의 사이의 영역을 제외한 공간에 배치되도록 하고 있다. 이것에 의해, 유압 모터 및 발전기를 나셀 내의 주축 및 유압 펌프와 나셀 후단측 벽면 사이에 배치하는 경우에 비해 나셀 길이(주축 방향)를 짧게 할 수 있어서, 나셀의 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 나셀의 하부에 마련되어 상기 나셀을 요 선회시키는 요 구동 장치를 추가로 구비하고, 상기 요 구동 장치의 상방에서 또한 상기 유압 펌프의 측방에 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽이 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽이 요 구동 장치의 상방에서 또한 유압 펌프의 측방에 배치되는 것에 의해, 나셀 내의 공간을 유효 이용할 수 있다. 또한, 나셀의 횡폭(수평면 내에서 주축에 수직인 방향)을 확대하는 일 없이, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽을 배치할 수 있어서, 나셀의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 모터 및 상기 발전기가 상기 나셀 내에 수납되고, 상기 유압 모터와 상기 발전기가 상대적으로 대략 수평으로 배치되는 동시에, 상기 유압 펌프의 측방에, 상기 출력축으로 연결되는 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 일부가 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터 및 발전기가 함께 나셀 내에 수납됨으로써, 작동유를 순환시키는 배관의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 유압 모터 및 발전기가 상대적으로 대략 수평으로 배치되는 동시에, 출력축으로 연결되는 유압 모터 및 발전기의 적어도 일부가 유압 펌프의 측방에 배치됨으로써, 나셀 내의 공간을 유효 이용할 수 있어서, 나셀의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 나셀은 상기 타워에 대하여 요 방향으로 회전 가능하게 마련되어 있고, 상기 유압 모터 및 상기 발전기는 지지체에 의해 상기 나셀측에 지지되며, 상기 유압 모터가 상기 배관에 의해 상기 유압 펌프와 요 방향으로 상대 변위 불가능하게 접속되고, 출력축에 의해 연결되는 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 일부가 타워 상부에 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터 및 상기 발전기는 지지체에 의해 나셀측에 지지되는 동시에, 출력축에 의해 연결되는 유압 모터 및 발전기의 적어도 일부가 상기 타워 상부에 배치됨으로써, 타워 기단부에 이들을 설치하는 경우에 비해 작동유를 순환시키는 배관의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 유압 모터 및 발전기의 적어도 일부가 타워측에 배치되도록 했으므로, 나셀의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
이 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 모터가 상기 나셀 내에 수납되고, 상기 출력축이 연직 방향이 되도록, 상기 유압 모터 및 상기 발전기가 각각 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터가 나셀 내에 수납됨으로써, 유압 모터를 유압 펌프의 가까이에 배치할 수 있어서, 작동유가 흐르는 배관을 짧게 할 수 있다. 한편, 발전기의 적어도 일부는 타워측에 배치되게 되지만, 이때, 유압 모터 및 발전기가 연직 방향으로 배치됨으로써, 타워의 직경을 확장하는 일 없이 유압 모터 및 발전기를 용이하게 설치하는 것이 가능해진다.
또한, 상술의 요 구동 장치를 구비하는 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 모터는 지지체에 의해 상기 나셀측에 지지되는 동시에, 상기 타워 상부 공간에 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터를 타워 상부 공간에 배치함으로써, 나셀의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다. 이때, 유압 모터는 지지체에 의해 나셀측에 지지되어 있으므로, 나셀 선회시에, 유압 모터와, 유압 펌프 및 유압 모터를 접속하는 배관을 유압 펌프와 일체로 회전시킬 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 타워에 지지된 하나 또는 복수의 지지체를 추가로 구비하고, 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽은 상기 지지체에 고정되며, 상기 유압 펌프에 접속되는 상기 배관과, 상기 유압 모터에 접속되는 상기 배관이 상대적으로 요 방향으로 회전 가능하게 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽을 안정되게 타워에 고정하는 것이 가능해진다. 또한, 유압 모터와 발전기는 출력축으로 연결되어 있으므로, 유압 모터 및 발전기의 한쪽이 지지체에 의해 타워에 고정되는 경우, 다른 쪽도 타워측에 지지되게 된다. 또한, 나셀측에 지지된 유압 펌프에 접속되는 배관과 타워측에 지지된 유압 모터에 접속되는 배관이 상대적으로 회전 가능하게 접속되어 있으므로, 나셀이 요 선회하는 경우에도 배관 구조를 적절히 보지할 수 있다.
이 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 나셀측에 지지된 상기 유압 펌프에 접속되는 복수의 제 1 배관과, 상기 제 1 배관보다 상기 나셀로부터 먼 측에 위치하여 해당 제 1 배관에 끼워 맞춰지는 복수의 제 2 배관을 추가로 구비하고, 상기 나셀측에 지지된 상기 제 1 배관은 회전 가능하게 상기 제 2 배관에 접속되며, 적어도 1조의 상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관이 연통하여 이루어지는 제 1 유로에는 상기 유압 펌프로부터 배출되는 고압유가 흐르고, 적어도 다른 1조의 제 1 배관 및 제 2 배관이 연통하여 이루어지는 제 2 유로에는 상기 유압 모터로부터 배출되는 저압유가 흐르는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제 1 배관과 제 2 배관이 회전 가능하게 접속되어 있는 것에 의해, 유압 펌프로부터 유압 모터를 향하는 작동유 및 유압 모터로부터 유압 펌프를 향하는 작동유의 흐름을 확보하면서, 나셀측 배관과 타워측 배관의 상대적인 선회를 가능하게 하고 있다.
또한, 상기의 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로의 적어도 한쪽의 내부에, 상기 나셀로부터 상기 타워까지 연장하여 마련되는 케이블이 수납되며, 상기 케이블은 상기 작동유의 침입을 방지하는 보호관으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제 1 유로 및 상기 제 2 유로의 적어도 한쪽에 케이블을 수납하는 것에 의해, 나셀이 선회한 경우라도 케이블이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 케이블에는, 유압 펌프 등과 같이 나셀 내에 배치되는 전기 이용 기기로의 전력 공급에 이용되는 전력 케이블 혹은 제어에 이용되는 통신 케이블, 나셀측에 장착되는 각종 계측 기기에 접속되는 신호 케이블, 또는 회전 날개나 나셀로의 낙뢰시에 전기를 회피시키는 피뢰용 케이블 등의 케이블이 적용된다.
또한, 상기의 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 유압 펌프에 접속되는 제 1 내측 배관 및 제 1 외측 배관을 갖고, 상기 나셀측에 지지되는 동시에 상기 타워 내부를 통해서 상기 타워의 기단부를 향해 연장되는 제 1 이중관과, 상기 유압 모터에 접속되는 제 2 내측 배관 및 제 2 외측 배관을 갖고, 상기 제 1 이중관보다 상기 나셀로부터 먼 측에 위치하여 해당 제 1 이중관에 끼워 맞춰지는 제 2 이중관을 구비하며, 상기 제 1 내측 배관은 상기 제 2 내측 배관에 연통하여 상기 제 2 내측 배관과 함께 내측 유로를 형성하고, 상기 제 1 외측 배관은 상기 제 2 외측 배관에 연통하여 상기 제 2 외측 배관과 함께 외측 유로를 형성하며, 상기 내측 유로 및 상기 외측 유로의 한쪽에는 상기 유압 모터로부터 배출되어 상기 유압 펌프로 복귀되는 저압유가 흐르고, 상기 내측 유로 및 상기 외측 유로의 다른 쪽에는 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 유압 모터로 이송되는 고압유가 흐르며, 상기 나셀측에 지지된 상기 제 1 이중관은 회전 가능하게 상기 제 2 이중관에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 나셀측에 지지된 제 1 이중관과 제 2 이중관이 회전 가능하게 접속되어 있는 것에 의해, 나셀과 타워 사이의 작동유의 흐름을 확보하면서, 나셀측 배관과 타워측 배관의 상대적인 선회를 가능하게 하고 있다. 또한, 제 1 내측 배관 및 제 2 내측 배관에 의해 내측 유로가 형성되고, 제 1 외측 배관 및 제 2 외측 배관에 의해 외측 유로가 형성되어 있으며, 내측 유로 및 외측 유로의 한쪽에는 저압유가 흐르고, 다른 쪽에는 고압유가 흐르도록 했으므로, 유압 펌프로부터 유압 모터로 향하는 작동유 및 유압 모터로부터 유압 펌프로 향하는 작동유의 흐름을 각각 확보할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 내측 배관의 관 벽면과 상기 제 2 내측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 내측 시일을 추가로 구비하고, 상기 내측 시일은 상기 내측 유로와 상기 외측 유로 사이에 개재되도록 배치되어 있어도 좋다.
이와 같이 제 1 내측 배관의 관 벽면과 제 2 내측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 내측 시일을 내측 유로와 외측 유로 사이에 개재되도록 배치함으로써, 만일, 내측 시일의 시일 기능이 손상되어도, 내측 유로를 흐르는 고압유는 외측 유로로 새어나온다. 따라서, 고압유의 외부로의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 외측 배관의 관 벽면과 상기 제 2 외측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 한쌍의 외측 시일과 상기 한쌍의 외측 시일 사이에 연통하는 오일 저류부와, 상기 오일 저류부에 연통하는 탱크를 구비하고 있어도 좋다.
이것에 의해, 만일, 제 1 외측 배관의 관 벽면과 제 2 외측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 한쌍의 외측 시일의 시일 기능이 손상되어도, 외측 유로로부터 누출된 저압유는 오일 저류부를 거쳐서 탱크로 인도된다. 즉, 외측 유로로부터 누출된 저압유는 압력을 충분히 낮추고 나서 탱크에 회수된다. 따라서, 저압유의 외부로의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 이중관을 상기 제 2 이중관에 회전 가능하게 지지하고, 상기 제 1 이중관 및 상기 제 2 이중관의 길이 방향을 따른 스러스트 하중 및 직경 방향을 따른 래디얼 하중의 적어도 한쪽의 하중을 받는 베어링을 추가로 구비하고 있어도 좋다.
이와 같이, 베어링에 의해 제 1 이중관을 제 2 이중관에 회전 가능하게 지지함으로써, 나셀에 따른 제 1 이중관의 선회를 방해하는 일이 없다.
또한, 제 1 이중관의 중량이나, 내측 유로 및 외측 유로를 흐르는 고압유와 저압유에 의해 발생하는 유압 스러스트 등의 스러스트 하중, 혹은 래디얼 하중을 베어링에 의해 확실히 받을 수 있다.
또한, 상기 제 1 이중관과 상기 제 2 이중관은 상기 제 1 내측 배관 및 상기 제 2 내측 배관이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게, 또한, 상기 제 1 외측 배관 및 상기 제 2 외측 배관이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 되도록 끼워 맞춰져 있어도 좋다.
이와 같이, 제 1 내측 배관이 제 2 내측 배관에 대하여, 또한, 제 1 외측 배관이 제 2 외측 배관에 대하여 상대적으로 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 되도록 제 1 이중관을 제 2 이중관에 끼워 맞춤으로써, 제 1 이중관의 제 2 이중관에 대한 길이 방향의 움직임이 허용되어, 제 1 이중관 및 제 2 이중관의 유온 상승 등에 의한 열 신장을 흡수할 수 있다.
또한, 상기 나셀 내에 있어서 상기 유압 펌프와 상기 제 1 이중관 사이에 마련되어, 상기 유압 펌프의 맥동을 방지하는 맥동 방지 어큐뮬레이터를 추가로 구비하고 있어도 좋다.
이와 같이, 맥동 방지 어큐뮬레이터를 나셀 내에 마련함으로써, 맥동 방지 어큐뮬레이터와 유압 펌프의 거리가 줄어들어, 유압 펌프의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 맥동 방지 어큐뮬레이터의 용량은 비교적 작아도 좋으므로, 나셀 내에 충분히 수납할 수 있다.
또한, 상기의 경우, 상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 모터 및 상기 발전기는 상기 타워 내에 수납되며, 상기 유압 모터와 상기 발전기가 대략 연직 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터 및 발전기를 함께 타워 내에 수납함으로써, 나셀 내에 유압 모터 및 발전기를 설치하지 않기 때문에 나셀의 추가적인 소형화 및 경중량화를 도모할 수 있다. 또한, 유압 모터 및 발전기를 타워 내에 연직 방향으로 배치함으로써, 타워의 직경을 확장하는 일 없이 이들을 용이하게 설치할 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는 풍력 발전 장치이며, 상기 타워가 기단부로부터 선단부를 향해 연직 방향 상방으로 연장되는 동시에, 상기 회전 날개에 의해 바람을 받음으로써 상기 주축이 회전하도록 되어 있어도 좋다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 상기 유압 모터는 상기 발전기에 플렉시블 조인트를 거쳐서 연결되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 가요성을 갖는 플렉시블 조인트를 이용하여 유압 모터와 발전기를 연결함으로써, 이들의 상대 위치 관계의 자유도가 향상되고, 또한 간단하게 위치 조정하는 일도 가능해진다.
본 발명의 재생 에너지형 발전 장치는, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽이 나셀 및 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되도록 했으므로, 이들이 타워 기단에 설치되는 경우에 비해, 작동유가 순환하는 배관을 짧게 할 수 있다.
또한, 유압 모터 및 발전기의 적어도 한쪽이 주축 및 유압 펌프와 나셀의 벽면 중 회전 날개로부터 먼 측의 후단측 벽면과의 사이의 영역을 제외한 공간에 배치되도록 했으므로, 유압 모터 및 발전기를 나셀 내의 주축 및 유압 펌프와 나셀 후단측 벽면 사이에 배치하는 경우에 비해 나셀 길이를 짧게 할 수 있어서, 나셀의 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도,
도 2a는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 사시도,
도 2b는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도,
도 2c는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도,
도 4a는 도 3에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도,
도 4b는 도 3에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도,
도 4c는 도 4b의 A방향 화살표에서 본 도면,
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도,
도 6a는 도 5에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 사시도,
도 6b는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도,
도 6c는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도,
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 적용되는 스위블 구조의 제 1 구성예를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 적용되는 스위블 구조의 제 2 구성예를 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 따라서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 다만, 이러한 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
[제 1 실시형태]
제 1 실시형태에서는, 재생 에너지형 발전 장치의 일 예로서 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도이고, 도 2a는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 사시도이며, 도 2b는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도이며, 도 2c는 도 1에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c에 도시하는 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는, 주로, 타워(2)와, 타워 선단부(2B)에 마련된 나셀(4)과, 바람을 받아 회전하는 로터(6)와, 유압 펌프(8) 및 유압 모터(10)와, 유압 모터(10)에 연결된 발전기(12)로 구성된다.
타워(2)는 지면이나 해양 상에 마련되는 기초(3) 상에 입설되어 있으며, 기초(3)측의 기단부(2A)로부터 연직 방향 상방으로 선단부(2B)까지 연장되어 있다. 타워(2)의 선단부(2B) 상에는 나셀(4)이 마련되어 있다.
나셀(4)은 나셀대판(16)을 갖고 있으며, 이 나셀대판(16)은 나셀 베어링(18)에 의해 타워(2)의 선단부(2B)에 선회 가능하게 지지되어 있다. 구체적으로는, 나셀대판(16)은 나셀 베어링(18)의 내륜(18A)에 고정되며, 타워(2)의 선단부(2B)는 나셀 베어링(18)의 외륜(18B)에 고정되어 있다.
그리고, 나셀대판(16)에는 나셀 선회 기구(19)가 장착되는 동시에, 나셀대판 상에는 요 구동 기구(13)가 배설되어 있다. 이 나셀 선회 기구(19) 및 요 구동 기구(13)에 의해, 나셀대판(16)이 타워(2)의 선단부(2B)에 대하여 선회하도록 되어 있다.
나셀 선회 기구(19)는, 예컨대, 타워(2)의 선단부(2B)의 내주면에 마련된 내치차(19B)와 맞물리는 기어(19A)로 구성되어 있어도 좋다.
요 구동 기구(13)는, 예컨대, 기어(19A)의 축에 직접 연결되거나 또는 기어(19A)에 피니언을 거쳐서 연결되는 감속기와, 클러치와, 요 모터와, 전자 브레이크와, 이들을 수납하는 하우징으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 요 구동 기구(13)는 타워(2)의 축선을 중심으로 한 원주 상에 복수 마련되어 있어도 좋다.
상기 구성을 갖는 경우, 클러치가 결합 상태에서 전자 브레이크가 온(ON)이 되면, 요 모터의 구동력이 감속기를 거쳐서 기어(19A)에 전달되고, 기어(19A)가 내치차(19B)와 맞물리면서 회전한다. 이것에 의해, 나셀(4)이 타워(2)에 대하여 요 방향으로 선회한다.
나셀(4)에는, 주축(14) 및 이 주축(14)에 장착된 유압 펌프(8)가 수납되어 있다. 또한, 주축(14)은 주축 베어링(15)에 의해 나셀(4)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 로터(6)는 허브(6A)와, 허브(6A)로부터 방사상으로 연장되는 복수 매의 회전 날개(6B)로 이루어진다. 로터(6)의 허브(6A)는 주축(14)에 연결되어 있다. 이 때문에, 바람을 받아 로터(6)가 회전하면, 주축(14)도 허브(6A)와 함께 회전한다. 그리고, 주축(14)의 회전이 유압 펌프(8)에 입력됨으로써, 유압 펌프(8)에서 고압의 작동유(고압유)가 생성된다.
유압 모터(10)는 나셀(4) 내에 수납되어 있다. 또한, 유압 모터(10)는 주축(14) 및 유압 펌프(8)와 나셀(4)의 벽면 중 회전 날개로부터 먼 측의 후단측 벽면(4A)과의 사이의 영역(5)을 제외한 공간에 배치된다. 이때, 유압 모터(10)는 나셀대판(16) 상에 설치해도 좋고, 나셀(4) 내에 배치되는 프레임(41), 선반(42)(도 2a 내지 도 2c 참조) 등에 고정하도록 해도 좋다.
그리고, 유압 모터(10)는 나셀(4) 내의 유압 펌프(8)로부터 공급되는 고압유에 의해 구동되도록 되어 있다.
유압 펌프(8) 및 유압 모터(10)의 사이에는 작동유 배관(30)이 접속되며, 작동유 배관(30)을 작동유가 순환하도록 되어 있다. 작동유 배관(30)은 유압 펌프(8)로부터 배출되는 고압유를 유압 모터(10)에 공급하는 고압측 배관(31)과, 유압 모터(10)로부터 배출되는 저압의 작동유(저압유)를 유압 펌프(8)에 공급하는 저압측 배관(33)을 갖는다.
또한, 유압 모터(10)에 출력축을 거쳐서 연결되는 발전기(12)도 역시 유압 모터(10)와 마찬가지로 나셀(4) 내에 수납되어 있다. 또한, 발전기(12)는 주축(14) 및 유압 펌프(8)와 나셀(4)의 후단측 벽면(4A) 사이의 영역(5)을 제외한 공간에 배치된다.
또한, 유압 모터(10)와 발전기(12)의 상대적인 위치 관계는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 이들이 서로 수평으로 위치하도록 배치되어도 좋고, 이들이 서로 연직으로 위치하도록 배치되어도 좋으며, 이들이 서로 경사지게 위치하도록 배치되어도 좋다. 또한, 도면에는 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 양쪽이 영역(5)을 제외한 공간에 배치된 경우를 도시했지만, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽이 이 공간에 배치되어 있으면 좋다. 즉, 유압 모터(10) 및 발전기(12) 중 어느 한쪽이 영역(5)에 배치되어 있어도 좋다.
상술의 풍력 발전 장치(1)에 의하면, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 나셀(4) 내에 수납되도록 했으므로, 이들이 타워(2)의 기단부(2A)에 설치되는 경우에 비해, 작동유가 순환하는 배관을 짧게 할 수 있다.
또한, 이 풍력 발전 장치(1)에서는, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽이 주축(14) 및 유압 펌프(8)와 나셀(4)의 후단측 벽면(4A) 사이의 영역(5)을 제외한 공간에 배치되도록 했으므로, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 영역(5)에 배치되는 경우에 비해 나셀 길이(주축 방향)를 짧게 할 수 있어서, 나셀(4)의 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
또한, 이 풍력 발전 장치(1)에서는, 도 2c에 도시하는 바와 같이 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽이 요 구동 장치(13)의 상방에서, 또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이 유압 펌프(8)의 측방에 배치되는 것이 바람직하며, 이것에 의해 나셀(4) 내의 공간을 유효 이용할 수 있다. 또한, 나셀(4)의 횡폭[수평면 내에서 주축(14)에 수직인 방향]을 확대하는 일 없이, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽을 배치할 수 있어서, 나셀(4)의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
또한, 이 풍력 발전 장치(1)에서는, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 나셀(4) 내에 수납되며, 유압 모터(10)와 발전기(12)가 상대적으로 대략 수평으로 배치되는 동시에, 유압 펌프(8)의 측방에, 출력축(14)으로 연결되는 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 일부가 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 함께 나셀(4) 내에 수납됨으로써, 작동유를 순환시키는 배관의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 상대적으로 대략 수평으로 배치되는 동시에, 출력축(11)으로 연결되는 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 일부가 유압 펌프(8)의 측방에 배치됨으로써, 나셀(4) 내의 공간을 유효 이용할 수 있어서, 나셀(4)의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 제 2 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도이고, 도 4a는 도 3에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도이며, 도 4b는 도 3에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도이며, 도 4c는 도 4b의 A방향 화살표에서 본 도면이다. 또한, 본 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)는 유압 트랜스미션 및 작동유 배관(30)의 구성이 다른 점을 제외하면, 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)와 거의 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 여기에서는 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명하는 것으로 하며, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c에서는 풍력 발전 장치(1)와 공통되는 개소에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
본 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)는, 지지체(44)에 의해 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 함께 나셀(4)측에 지지시키는 동시에, 유압 모터(10)를 나셀(4) 내에 배치하고, 발전기(12)를 타워(2) 상부에 배치한 구성으로 하고 있다. 예컨대, 나셀(4) 내의 프레임(41)에 지지체(44)(도 4a 내지 도 4c 참조)를 고정하고, 이 지지체(44)에 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 지지시킨다. 유압 모터(10) 및 발전기(12)는 나셀(4) 내의 고정 부재라면 어느 것에 지지시켜도 좋으며, 그 밖에도, 프레임(41)에 직접 지지시키거나, 나셀대판(16)에 지지시키거나, 대판(16) 상에 배치되는 선반(42)에 지지시키거나 할 수 있다. 또한, 나셀(4) 내의 고정 부재는 모두 지지체로서 이용할 수 있다.
이때, 유압 모터(10)는 작동유 배관(30)에 의해 유압 펌프(8)와 요 방향으로 상대 변위 불가능하게 접속되어 있다. 또한, 유압 모터(10)와 발전기(12)는 출력축(11)으로 연결되어 있으므로, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 한쪽이 지지체(44)에 의해 타워(2)에 고정됨으로써, 다른 쪽도 타워(2)에 지지되게 된다. 또한, 도면에서는 발전기(12)를 타워(2) 상부에 배치한 경우를 도시하고 있지만, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 일부가 타워(2) 상부에 배치되어 있으면 좋다. 즉, 유압 모터(10)만, 혹은 유압 모터(10)와 발전기(12)의 양쪽이 타워(2) 상부에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 타워(2) 상부란, 타워(2)의 기단부(2A)로부터 선단부(2B)의 사이에서, 기단부(2A)와 선단부(2B)의 연직 방향 중간 위치보다 상방인 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터(10) 및 발전기(12)는 지지체(44)에 의해 나셀(4)측에 지지되는 동시에, 출력축(11)에 의해 연결되는 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 일부가 타워(2) 상부에 배치됨으로써, 타워(2)의 기단부에 이들을 설치하는 경우에 비해 작동유를 순환시키는 배관의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 일부가 타워(2)측에 배치되도록 했으므로, 나셀(4)의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다.
이 풍력 발전 장치(1)에서는, 유압 모터(10)가 나셀(4) 내에 수납되며, 출력축(11)이 연직 방향이 되도록, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 각각 배치되도록 해도 좋다.
이와 같이, 유압 모터(10)가 나셀(4) 내에 수납됨으로써, 유압 모터(10)를 유압 펌프(8)의 가까이에 배치할 수 있어서, 작동유가 흐르는 배관(30)을 짧게 할 수 있다. 한편, 발전기(12)의 적어도 일부는 타워(2) 상부에 배치되게 되지만, 이때, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 연직 방향으로 배치됨으로써, 타워(2)의 직경을 확장하는 일 없이 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 용이하게 설치하는 것이 가능해진다.
또한, 이 풍력 발전 장치(1)에서는, 유압 모터(10)는 지지체(44)에 의해 나셀(4)측에 지지되는 동시에, 타워(2) 상부 공간에 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유압 모터(10)를 타워(2) 상부 공간에 배치함으로써, 나셀(4)의 추가적인 소형화 및 경중량화가 가능해진다. 이때, 유압 모터(10)는 지지체(44)에 의해 나셀(4)측에 지지되어 있으므로, 나셀 선회시에, 유압 모터(10)와, 유압 펌프(8) 및 유압 모터(10)를 접속하는 배관(30)을 유압 펌프(8)와 일체로 회전시킬 수 있다.
[제 3 실시형태]
다음으로, 도 5 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 제 3 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략을 도시하는 전체 구성도이며, 도 6a는 도 5에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 사시도이며, 도 6b는 도 5에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 평면도이며, 도 6c는 도 5에 도시하는 풍력 발전 장치의 구체적 구성예를 도시하는 측면도이다. 또한, 본 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)는 유압 트랜스미션 및 작동유 배관(30)의 구성이 다른 점을 제외하면 제 1 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)와 거의 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 여기에서는 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명하는 것으로 하며, 도 5 및 도 6에서는 풍력 발전 장치(1)와 공통되는 개소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
본 실시형태에 따른 풍력 발전 장치(1)는 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 타워(2)측에 지지시키고, 이들을 타워(2) 상부에 배치한 구성으로 되어 있다.
타워(2) 내에는 타워(2)의 측벽에 고정되는 마루부(45)가 연직 방향으로 복수단 마련되어 있다. 이 마루부(45)는 사다리(46)에 의해 접속되며, 작업자가 승강할 수 있도록 되어 있다.
유압 모터(10) 및 발전기(12)는 이 마루부(45)에 각각 고정할 수 있다. 이때, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 상대적인 위치 관계는 서로 수평 방향으로 배치되어 있어도 좋고, 도면에 도시하는 바와 같이, 서로 연직 방향으로 배치되어 있어도 좋으며, 서로 경사지게 배치되어 있어도 좋다. 또한, 도면에는, 유압 모터(10) 및 발전기(12)가 함께 마루부(45)에 설치된 경우를 도시했지만, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 타워(2)측에의 고정 수단은 이것에 한정되는 것이 아니며, 타워(2) 내의 고정 부재라면 어느 것에 지지시켜도 좋으며, 그 밖에도, 타워(2)의 측벽에 지지시킬 수도 있다. 또한, 타워(2) 내의 고정 부재는 모두 지지체로서 이용할 수 있다.
또한, 유압 펌프(8)와 유압 모터(10)는 작동유가 흐르는 작동유 배관(30)으로 접속되어 있다.
작동유 배관(30)은 유압 펌프(8)로부터 배출되는 고압유를 유압 모터(10)에 공급하는 고압측 배관(31)(31a, 31b)과, 유압 모터(10)로부터 배출되는 저압유를 유압 펌프(8)에 공급하는 저압측 배관(33)(33a, 33b)을 갖는다.
고압측 배관(31)은 나셀(4)측에 지지되는 고압측 제 1 배관(31a)과, 타워(2)측에 지지되는 고압측 제 2 배관(31b)으로 구성된다. 고압측 제 1 배관(31a)과 고압측 제 2 배관(31b) 사이에는 스위블 구조를 갖는 접속부(100)가 개재되어 있으며, 접속부(100)에 의해 고압측 제 1 배관(31a)과 고압측 제 2 배관(31b)이 상대적으로 선회 가능하게 접속되어 있다.
저압측 배관은 나셀(4)측에 지지되는 저압측 제 1 배관(33a)과, 타워(2)측에 지지되는 저압측 제 2 배관(33b)으로 구성된다. 저압측 제 1 배관(33a)과 저압측 제 2 배관(33b) 사이에는 상기 접속부(100)가 개재되어 있으며, 접속부(100)에 의해 저압측 제 1 배관(33a)과 저압측 제 2 배관(33b)이 상대적으로 회전 가능하게 접속되어 있다.
스위블 구조를 갖는 접속부(100)는 나셀(4)의 선회 중심에 배치된다. 또한, 이 접속부(100)의 구성에 대해서는 후술한다.
유압 펌프(8)는 주축(14)에 의해 구동되며 고압유를 생성한다. 이 고압유는 고압측 배관(31)을 거쳐서 유압 모터(10)에 공급되며, 해당 고압유에 의해 유압 모터(10)가 구동된다. 이때, 유압 모터(10)에 연결된 발전기(12)가 구동되며, 발전기(12)에서 전력이 생성된다. 유압 모터(10)로부터 토출된 저압유는 저압측 배관(33)을 거쳐서 유압 펌프(8)에 공급되며, 유압 펌프(8)에서 다시 승압되어 유압 모터(10)에 이송된다.
상기한 바와 같이, 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 타워(2)측에 지지시킴으로써, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 적어도 한쪽을 안정되게 타워(2)에 고정하는 것이 가능해진다. 또한, 나셀(4)측에 지지된 유압 펌프(8)에 접속되는 배관(31a, 33a)과 타워(2)측에 지지된 유압 모터(10)에 접속되는 배관(31b, 33b)이 상대적으로 회전 가능하게 접속되어 있으므로, 나셀(4)이 요 선회하는 경우에도 배관 구조를 적절히 보지할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 유압 모터(10)와 발전기(12)가 대략 연직 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 타워(2)의 직경을 확장하는 일 없이 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 용이하게 설치할 수 있다.
나아가, 상기 구성에 있어서, 유압 모터(10)는 발전기(12)에 플렉시블 조인트를 거쳐서 연결되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 유압 모터(10) 및 발전기(12)의 상대 위치 관계의 자유도가 향상되고, 또한 간단하게 위치 조정하는 일도 가능해진다.
다음으로, 도 7 및 도 8을 이용하여 상술한 접속부(100)의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 적용되는 스위블 구조의 제 1 구성예를 도시하는 도면이다.
제 1 구성예에 있어서의 스위블 구조의 접속부(100)는 타워(2)의 축 방향으로 연장된 이중관(110)과, 이중관(110)을 둘러싸도록 마련된 제 1 재킷(114) 및 제 2 재킷(116)을 갖고 있으며, 이들에 의해, 나셀(4)측의 유압 펌프(8)로부터 타워(2)측의 유압 모터(10)로 향하는 고압유가 흐르는 제 1 유로(121)와, 유압 모터(10)로부터 유압 펌프(8)로 향하는 저압유가 흐르는 제 2 유로(122)가 형성된다.
이중관(110)은 내관(110A)과 외관(110B)으로 이루어지고, 내관(110A)의 내부에는 내측 유로가 형성되며, 내관(110A) 및 외관(110B)에 의해 외측 유로가 형성되어 있다.
제 1 재킷(114)은 내관(110A)의 외주측에 마련된다. 제 1 재킷(114)의 내벽면과 내관(110A)의 외벽면으로 형성되는 환상 유로(114a)는 제 1 재킷(114)의 외주에 접속되는 고압측 제 1 배관(31a)에 연통하고 있다. 또한, 환상 유로(114a)는 내관(110A)에 마련된 제 1 연통구(111)를 거쳐서 내측 유로에 연통하고 있다. 또한, 이 내측 유로는 내관(110A)의 단부에 접속되는 고압측 제 2 배관(31b)에 연통하고 있다. 그리고, 환상 유로(114a) 및 내측 유로에 의해 제 1 유로(121)가 형성된다. 고압측 제 1 배관(31a)으로부터 제 1 유로(121)에 공급되는 고압유는 환상 유로(114a), 제 1 연통구(111), 내측 유로를 통해서 고압측 제 2 배관(31b)으로 송출된다.
제 2 재킷(116)은 외관(110B)의 외주측에 마련되며, 제 1 재킷(114)보다 타워(2)측에 배치되어 있다. 제 2 재킷(116)은 볼트(125)에 의해 제 1 재킷(114)에 체결되어 있다. 외측 유로는 외관(110B)의 외주에 접속되는 저압측 제 2 배관(33b)에 연통하고 있는 동시에, 제 2 재킷(116)의 내벽면과 내관(110A)의 외벽면 사이에 형성되는 환상 유로(116a)에 연통하고 있다. 환상 유로(116a)는 제 2 재킷(116)의 외주에 접속되는 저압측 제 1 배관(33a)에 연통하고 있다. 그리고, 외측 유로 및 환상 유로(116a)에 의해 제 2 유로(122)가 형성된다. 저압측 제 2 배관(33b)으로부터 제 2 유로(122)에 공급되는 저압유는 외측 유로, 환상 유로(116a)를 통해서 저압측 제 1 배관(33a)으로 송출된다.
제 1 재킷(114) 및 제 2 재킷(116)은 나셀(4)측에 지지되어 있다. 한편, 이중관(110)은 타워(2)측에 지지되어 있다. 제 1 재킷(114)과 이중관(110)의 관(110A) 사이에는 액밀성을 확보하도록 내측 시일(126)이 마련되어 있다. 또한, 제 2 재킷(116)과 외관(110B) 사이에는 액밀성을 확보하도록 외측 시일(127)이 마련되어 있다. 이들 내측 시일(126) 및 외측 시일(127)에 의해 액밀성이 확보되는 동시에, 제 1 재킷(114) 및 제 2 재킷(116)은 이중관(110)에 대하여 상대적으로 선회 가능하게 장착되어 있다. 또한, 제 1 재킷(114) 또는 제 2 재킷(116)과 이중관(110) 사이에, 슬라이딩성을 향상시키는 것을 목적으로 하여 베어링을 마련해도 좋다.
상기 구성에 의해, 나셀(4)측의 유압 펌프(8)로부터 타워(2)측의 유압 모터(10)로 향하는 고압유, 및 유압 펌프(8)로부터 유압 모터(10)로 향하는 저압유의 흐름을 확보하면서, 제 1 배관[고압측 제 1 배관(31a), 저압측 제 1 배관(33a)]과 제 2 배관[고압측 제 2 배관(31b), 저압측 제 2 배관(33b)]의 상대적인 선회를 가능하게 하고 있다. 따라서, 나셀(4)이 선회해도, 나셀(4) 내의 유압 펌프(8)와 타워(2) 내의 유압 모터(10) 사이의 고압유 및 저압유의 주고받기를 접속부(100)를 거쳐서 원활하게 실행할 수 있다.
또한, 상술한 제 1 구성예에 있어서, 제 1 유로 및 제 2 유로의 적어도 한쪽의 내부에, 나셀(4)로부터 타워(2)까지 연장되는 케이블을 수납해도 좋다. 여기서, 케이블에는, 유압 펌프(8) 등과 같이 나셀(4) 내에 배치되는 전기 이용 기기로의 전력 공급에 이용되는 전력 케이블 혹은 제어에 이용되는 통신 케이블, 나셀(4)측에 장착되는 각종 계측 기기에 접속되는 신호 케이블, 또는 회전 날개(6B)나 나셀(4)로의 낙뢰시에 전기를 회피시키는 피뢰용 케이블 등의 케이블이 적용된다.
이와 같이, 제 1 유로 및 제 2 유로의 적어도 한쪽에 케이블을 수납하는 것에 의해, 나셀(4)이 선회했을 경우라도 케이블이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 풍력 발전 장치에 적용되는 스위블 구조의 제 2 구성예를 도시하는 도면이다.
제 2 구성예에 있어서의 스위블 구조의 접속부(100')는 나셀(4)에 수납된 유압 펌프(8)와 타워(2) 내에 마련된 유압 모터(10)를 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)을 이용하여 접속하고 있다.
제 1 이중관(130)은 나셀(4)에 고정되고, 제 2 이중관(140)은 타워(2)에 고정되며, 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)은 상대적으로 회전 가능하게 구성되어 있다.
이하에, 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)의 구체적인 구성을 설명한다.
제 1 이중관(130)은 플랜지부에서 볼트(135)로 체결된 상측 부재(131) 및 하측 부재(133)에 의해 구성되어 있다. 또한, 상측 부재(131)와 하측 부재(133)의 접합면에는 시일(136)이 마련되어 액밀성이 유지되고 있다. 상측 부재(131)는 그 상부에 있어서 유압 펌프(8)의 토출측에, 고압측 제 1 배관(31a)을 거쳐서 접속되는 고압유 입구를 갖는다. 하측 부재(133)는 상측 부재(131)에 접합된 플랜지부로부터 하방으로 늘어지는 내주측 원통부와 외주측 원통부를 갖고, 이 외주측 원통부의 측면에는 유압 펌프(8)의 흡입측에, 저압측 제 1 배관(33a)을 거쳐서 접속되는 저압유 출구가 마련되어 있다.
　그리고, 상측 부재(131)와 하측 부재(133)의 일부(내주측 원통부)에 의해, 제 1 이중관(130)의 제 1 내측 배관(132)이 형성되어 있다. 또한, 하측 부재(133)의 일부(외주측 원통부)에 의해, 제 1 이중관(130)의 제 1 외측 배관(134)이 형성되어 있다.
한편, 제 2 이중관(140)은 제 2 내측 배관(142) 및 이 제 2 내측 배관(142)의 외주에 마련되는 제 2 외측 배관(144)을 갖는다. 또한, 제 2 이중관(140)의 하부에는 고압측 제 2 배관(31b)에 접속되는 고압유 출구가 마련되어 있다. 또한, 제 2 이중관(140)의 측면에는 저압측 제 2 배관(33b)에 접속되는 저압유 입구가 마련되어 있다.
그리고, 제 1 이중관(130)은 제 2 이중관(140)에 회전 가능하게 끼워 맞춰져 있다. 이와 같이 끼워 맞춰진 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)에 의해, 나셀(4)측으로부터 타워(2)측으로 향하는 고압유가 흐르는 내측 유로(151)와, 타워(2)측으로부터 나셀(4)측으로 향하는 저압유가 흐르는 외측 유로(152)가 형성된다.
이와 같이, 나셀(4)측에 지지된 제 1 이중관(130)과 제 2 이중관(140)이 회전 가능하게 접속되어 있는 것에 의해, 나셀(4)과 타워(2) 사이의 작동유의 흐름을 확보하면서, 나셀측 배관(31a, 33a)과 타워측 배관(31b, 33b)의 상대적인 선회를 가능하게 하고 있다. 또한, 제 1 내측 배관(132) 및 제 2 내측 배관(142)에 의해 내측 유로(151)가 형성되고, 제 1 외측 배관(134) 및 제 2 외측 배관(144)에 의해 외측 유로(152)가 형성되어 있으며, 외측 유로(152)에는 저압유가 흐르고, 내측 유로(151)에는 고압유가 흐르도록 했으므로, 유압 펌프(8)로부터 유압 모터(10)를 향하는 작동유, 및 유압 모터(10)로부터 유압 펌프(8)를 향하는 작동유의 흐름을 각각 확보할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 외측 유로(152)에 고압유가 흐르고, 내측 유로(151)에 저압유가 흐르도록 해도 좋다.
또한, 제 1 이중관(130)을 제 2 이중관(140)에 회전 가능하게 지지하고, 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)의 길이 방향을 따른 스러스트 하중 및 직경 방향을 따른 래디얼 하중의 적어도 한쪽의 하중을 받는 베어링을 추가로 구비하고 있어도 좋다. 예컨대, 제 1 내측 배관(132)의 내벽면과 제 2 내측 배관(142)의 외벽면 사이에 내측 베어링(181)을 마련해도 좋다. 또한, 제 1 외측 배관(134)의 내벽면과 제 2 외측 배관(144)의 외벽면 사이에 외측 베어링(182)을 마련해도 좋다.
이와 같이, 베어링(181, 182)에 의해 제 1 이중관(130)을 제 2 이중관(140)에 회전 가능하게 지지함으로써, 나셀(4)에 따른 제 1 이중관(130)의 선회를 방해하는 일이 없다. 또한, 제 1 이중관(130)의 중량이나, 내측 유로(151) 및 외측 유로(152)를 흐르는 고압유와 저압유에 의해 발생하는 유압 스러스트 등의 스러스트 하중, 혹은 래디얼 하중을 베어링에 의해 확실히 받을 수 있다.
상기 구성에 의하면, 나셀(4)측에 지지된 제 1 이중관(130)을 회전 가능하게 제 2 이중관(140)에 접속했으므로, 나셀(4)이 선회해도, 나셀(4) 내의 유압 펌프(8)와 타워(2) 내의 유압 모터(10) 사이의 고압유 및 저압유의 주고받기를 제 1 이중관(130)과 제 2 이중관(140)을 거쳐서 실행할 수 있다.
또한, 제 1 이중관(130)과 제 2 이중관(140)은 제 1 내측 배관(132) 및 제 2 내측 배관(142)이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게, 또한, 제 1 외측 배관(134) 및 제 2 외측 배관(144)이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 되도록 끼워 맞춰져 있어도 좋다.
이와 같이, 제 1 내측 배관(132)이 제 2 내측 배관(142)에 대하여, 또한, 제 1 외측 배관(134)이 제 2 외측 배관(144)에 대하여 상대적으로 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 되도록 제 1 이중관(130)을 제 2 이중관(140)에 끼워 맞춤으로써, 제 1 이중관(130)의 제 2 이중관(140)에 대한 길이 방향의 움직임이 허용되어, 제 1 이중관(130) 및 제 2 이중관(140)의 유온 상승 등에 의한 열 신장을 흡수할 수 있다.
제 1 내측 배관(132)의 관 벽면과 제 2 내측 배관(142)의 관 벽면 사이에는 내측 시일(155)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이 내측 시일(155)은 내측 유로(151)와 외측 유로(152) 사이에 개재되도록 배치된다. 이와 같이 제 1 내측 배관(132)의 관 벽면과 제 2 내측 배관(142)의 관 벽면 사이를 시일하는 내측 시일(155)을 내측 유로(151)와 외측 유로(152) 사이에 개재되도록 배치함으로써, 만일, 내측 시일(155)의 시일 기능이 손상되어도, 내측 유로(151)를 흐르는 고압유는 외측 유로(152)로 새어나온다. 따라서, 고압유의 외부로의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 외측 배관(134)의 관 벽면과 제 2 외측 배관(144)의 관 벽면 사이에는 한쌍의 외측 시일(156)과, 한쌍의 외측 시일(156) 사이에 연통하는 오일 저류부(158)와, 오일 저류부(158)에 연통하는 대기압 탱크(170)가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 만일, 제 1 외측 배관(134)의 관 벽면과 제 2 외측 배관(144)의 관 벽면의 사이를 시일하는 한쌍의 외측 시일의 시일 기능이 손상되어도, 외측 유로로부터 누출된 저압유는 오일 저류부(158)를 거쳐서 대기압 탱크(170)에 인도된다. 즉, 외측 유로(152)로부터 누출된 저압유는 압력이 충분히 낮춰진 후 대기압 탱크(170)에 회수된다. 따라서, 저압유의 외부로의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 유압 펌프(8)의 맥동을 억제하는 관점으로부터, 나셀(4) 내에 있어서 유압 펌프(8)와 제 1 이중관(130) 사이에 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)를 마련하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)를 나셀(4) 내에 마련함으로써, 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)와 유압 펌프(8)의 거리가 줄어들어, 유압 펌프(8)의 맥동을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)의 용량은 비교적 작아도 좋으므로, 나셀(4) 내에 충분히 수납할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 유압 모터(10) 및 발전기(12)를 나셀(4)에 설치하는 것이 아니라, 타워(2)측에 설치하도록 했으므로, 나셀(4) 내에 있어서 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)를 위한 설치 공간을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 제 2 이중관(140)과 유압 모터(10) 사이에, 유압 축적 어큐뮬레이터(161)를 마련해도 좋다. 이것은, 타워 내부 공간에, 고압측 제 2 배관(31b)으로부터 분기되는 분기 유로(165)를 마련하고, 분기 유로(165)에 릴리프 밸브(166)를 거쳐서 유압 축적 어큐뮬레이터(161)를 접속하고 있다. 이 유압 축적 어큐뮬레이터(161)는 맥동 방지 어큐뮬레이터(160)에 비해 충분히 큰 용량을 갖는다. 유압 축적 어큐뮬레이터(161)는, 예컨대, 돌풍이 불었을 때에 과잉인 회전 에너지를 흡수하기 위해서 고압유의 유압을 축적하거나, 계통 전압 저하시의 라이드 스루(ride through) 기능을 실현하기 위해서 고압유의 유압을 축적하거나, 풍력 발전 장치의 출력이 잉여일 때 과잉인 회전 에너지를 흡수하기 위해서 고압유의 유압을 축적하거나 하는 목적으로 사용된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량이나 변형을 실행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 재생 에너지형 발전 장치의 구체적인 예로서 풍력 발전 장치(1)에 대하여 설명했지만, 본 발명은 풍력 발전 장치 이외의 재생 에너지형 발전 장치에도 적용할 수 있다.
예컨대, 조류, 해류 또는 하류를 이용한 발전 장치로서, 타워가 기단부로부터 선단부를 향해 해중(海中) 또는 수중을 연직 방향으로 연장하는 동시에, 회전 날개에 의해 조류, 해류 또는 하류를 받음으로써, 주축이 회전하는 발전 장치에 본 발명을 적용해도 좋다.
1 : 풍력 발전 장치 2 : 타워
2A : 타워 기단부 2B : 타워 선단부
4 : 나셀 6 : 로터
6A : 허브 6B : 회전 날개
8 : 유압 펌프 10 : 유압 모터
11 : 출력축 12 : 발전기
13 : 요 구동 장치 14 : 주축
15 : 주축 베어링 16 : 나셀대판
18 : 나셀 베어링 18A : 내륜
18B : 외륜 31 : 고압측 배관
31a : 고압측 제 1 배관 31b : 고압측 제 2 배관
33 : 저압측 배관 33a : 저압측 제 1 배관
33b : 저압측 제 2 배관 41 : 프레임
42 : 선반 45 : 마루
100, 100' : 접속부

Claims (18)

  1. 재생 에너지로부터 전력을 생성하는 재생 에너지형 발전 장치에 있어서,
    타워와,
    상기 타워의 선단부에 마련된 나셀과,
    상기 나셀에 수납되어 회전 날개와 함께 회전하는 주축과,
    상기 나셀에 수납되어 상기 주축에 장착되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터와,
    상기 유압 모터에 연결된 발전기와,
    상기 유압 펌프 및 상기 유압 모터의 사이에서 상기 작동유를 순환시키는 배관을 구비하고,
    상기 유압 모터는 상기 나셀 및 상기 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되며,
    상기 발전기는 상기 나셀 및 상기 타워 상부의 적어도 한쪽에 수납되는 동시에,
    상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽이 상기 주축 및 상기 유압 펌프와, 상기 나셀의 벽면 중 상기 회전 날개로부터 먼 측의 후단측 벽면과의 사이의 영역을 제외한 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나셀의 하부에 마련되어, 상기 나셀을 요 선회시키는 요 구동 장치를 추가로 구비하고,
    상기 요 구동 장치의 상방에서 또한 상기 유압 펌프의 측방에 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽이 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유압 모터 및 상기 발전기가 상기 나셀 내에 수납되고, 상기 유압 모터와 상기 발전기가 상대적으로 대략 수평으로 배치되는 동시에,
    상기 유압 펌프의 측방에, 상기 출력축으로 연결되는 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 일부가 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나셀은 상기 타워에 대하여 요 방향으로 회전 가능하게 마련되어 있고,
    상기 유압 모터 및 상기 발전기는 지지체에 의해 상기 나셀측에 지지되고, 상기 유압 모터가 상기 배관에 의해 상기 유압 펌프와 요 방향으로 상대 변위 불가능하게 접속되며,
    출력축에 의해 연결되는 상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 일부가 상기 타워 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유압 모터가 상기 나셀 내에 수납되고,
    상기 출력축이 연직 방향이 되도록, 상기 유압 모터 및 상기 발전기가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 유압 모터는 지지체에 의해 상기 나셀측에 지지되는 동시에, 상기 타워 상부 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.　
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타워에 지지된 하나 또는 복수의 지지체를 추가로 구비하고,
    상기 유압 모터 및 상기 발전기의 적어도 한쪽은 상기 지지체에 고정되며,
    상기 유압 펌프에 접속되는 상기 배관과, 상기 유압 모터에 접속되는 상기 배관이 상대적으로 요 방향으로 회전 가능하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 나셀측에 지지되며 상기 유압 펌프에 접속되는 복수의 제 1 배관과,
    상기 제 1 배관보다 상기 나셀로부터 먼 측에 위치하며 상기 제 1 배관에 끼워 맞춰지는 복수의 제 2 배관을 추가로 구비하고,
    상기 나셀측에 지지된 상기 제 1 배관은 회전 가능하게 상기 제 2 배관에 접속되며,
    적어도 1조의 상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관이 연통하여 이루어지는 제 1 유로에는 상기 유압 펌프로부터 배출되는 고압유가 흐르고,
    적어도 다른 1조의 제 1 배관 및 제 2 배관이 연통하여 이루어지는 제 2 유로에는 상기 유압 모터로부터 배출되는 저압유가 흐르는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로의 적어도 한쪽의 내부에, 상기 나셀로부터 상기 타워까지 연장되는 케이블이 수납되고,
    상기 케이블은 상기 작동유의 침입을 방지하는 보호관으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유압 펌프에 접속되는 제 1 내측 배관 및 제 1 외측 배관을 갖고, 상기 나셀측에 지지되는 동시에 상기 타워 내부를 통해서 상기 타워의 기단부를 향해 연장되는 제 1 이중관과,
    상기 유압 모터에 접속되는 제 2 내측 배관 및 제 2 외측 배관을 갖고, 상기 제 1 이중관보다 상기 나셀로부터 먼 측에 위치하여 상기 제 1 이중관에 끼워 맞춰지는 제 2 이중관을 구비하며,
    상기 제 1 내측 배관은 상기 제 2 내측 배관에 연통하여 상기 제 2 내측 배관과 함께 내측 유로를 형성하고,
    상기 제 1 외측 배관은,상기 제 2 외측 배관에 연통하여 상기 제 2 외측 배관과 함께 외측 유로를 형성하며,
    상기 내측 유로 및 상기 외측 유로의 한쪽에는 상기 유압 모터로부터 배출되어 상기 유압 펌프로 복귀되는 저압유가 흐르고,
    상기 내측 유로 및 상기 외측 유로의 다른 쪽에는 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 유압 모터에 이송되는 고압유가 흐르며,
    상기 나셀측에 지지된 상기 제 1 이중관은 회전 가능하게 상기 제 2 이중관에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 내측 배관의 관 벽면과 상기 제 2 내측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 내측 시일을 추가로 구비하고,
    상기 내측 시일은 상기 내측 유로와 상기 외측 유로 사이에 개재되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 외측 배관의 관 벽면과 상기 제 2 외측 배관의 관 벽면 사이를 시일하는 한쌍의 외측 시일과,
    상기 한쌍의 외측 시일 사이에 연통하는 오일 저류부와,
    상기 오일 저류부에 연통하는 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 이중관을 상기 제 2 이중관에 회전 가능하게 지지하고, 상기 제 1 이중관 및 상기 제 2 이중관의 길이 방향을 따른 스러스트 하중 및 직경 방향을 따른 래디얼 하중의 적어도 한쪽의 하중을 받는 베어링을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 이중관과 상기 제 2 이중관은 상기 제 1 내측 배관 및 상기 제 2 내측 배관이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게, 또한, 상기 제 1 외측 배관 및 상기 제 2 외측 배관이 길이 방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 되도록 끼워 맞춰져 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 나셀 내에서 상기 유압 펌프와 상기 제 1 이중관 사이에 마련되어, 상기 유압 펌프의 맥동을 방지하는 맥동 방지 어큐뮬레이터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 유압 모터 및 상기 발전기는 상기 타워 내에 수납되고,
    상기 유압 모터와 상기 발전기가 대략 연직 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치는 풍력 발전 장치이며,
    상기 타워가 기단부로부터 선단부를 향해 연직 방향 상방으로 연장되는 동시에,
    상기 회전 날개에 의해 바람을 받음으로써 상기 주축이 회전하는
    재생 에너지형 발전 장치
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 모터는 상기 발전기에 플렉시블 조인트를 거쳐서 연결되는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
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