KR20140025719A - 풍력발전기 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수개의 발열장치가 내장되는 타워; 상기발열장치를 냉각시키는 냉각수가 순환하는 순환배관; 상기 타워의 외부에 마련되고, 냉각수를 순환시키도록 상기 순환배관에 연결되는 냉각수펌프; 및 상기 순환배관이 연결되고, 해수에 의해 냉각수가 냉각되도록 해저에 마련되는 라디에이터; 를 포함하는 풍력발전기 냉각 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 해상 풍력발전기에서 발열장치를 냉각하는 냉각수를 공랭식 냉각장치인 냉각팬을 사용하지 않고 수랭식 냉각장치인 라디에이터로 대체하는 효과가 있다. 따라서, 해상 풍력발전기의 냉각 시스템의 구성을 단순화함으로써 설치비용을 절감하고, 보수 및 유지 비용을 절감하는 효과가 있다. 또한, 공랭식 냉각팬이 발생시키는 소음을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

풍력발전기 냉각 시스템{Windmill cooling system}

본 발명은 풍력발전기 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상 풍력발전기에 사용되는 풍력발전기 냉각 시스템에 관한 것이다.

풍력발전기에는 블레이드, 발전기 등이 내장되는 나셀을 지지하는 타워가 마련된다.

상기 타워는 일반적으로 원통형을 이루고 그 안에는 컨버터, 변압기 등의 발열장치가 다수개 내장된다.

해상 풍력발전기의 타워(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 그 내부에 컨버터(111), 변압기(112) 등의 다수개의 발열장치(110)가 마련되고, 상기의 발열장치를 냉각하는 냉각수가 흐르는 냉각관(미도시)이 마련되며, 상기 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각팬(10)이 마련된다.

일반적으로 해상에 설치되는 풍력발전기가 설치되므로 상기 냉각팬(10)은 상기 타워(100)의 외부에 지지대(20)를 설치하고 그 위에 상기 냉각팬(10)을 고정하는 구조를 취하게 된다.

이러한 공랭식 냉각팬(10)을 사용할 경우 냉각성능이 수냉식에 비해 떨어지므로 전력사용량이 증가하며, 소음이 발생하고, 상기 냉각팬(10)이 외기에 노출되므로 파손이 발생할 우려가 있어 주기적인 유지, 보수가 필요하다.

또한, 상기 공랭식 냉각팬(10)은 그 구조가 비교적 복잡하여 제작 및 설치비용이 크고, 해수와 파도 등에 취약한 경향이 있으므로 육상 풍력발전기에 비해 더욱 파손이 자주 발생하고 그 수리를 위해 시간, 비용이 과도하게 투입되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해상 풍력발전기의 발열장치를 냉각하는 냉각수를 공기가 아닌 해수로 냉각하는 수단을 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 다수개의 발열장치가 내장되는 타워; 상기발열장치를 냉각시키는 냉각수가 순환하는 순환배관; 상기 타워의 외부에 마련되고, 냉각수를 순환시키도록 상기 순환배관에 연결되는 냉각수펌프; 및 상기 순환배관이 연결되고, 해수에 의해 냉각수가 냉각되도록 해저에 마련되는 라디에이터; 를 포함하는 풍력발전기 냉각 시스템을 제공한다.

또한, 상기 라디에이터는, 상기 냉각수가 출입하며, 파문(波紋) 형상으로 형성되는 방열튜브를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 다수개의 발열장치는 상기 순환배관과 직렬로 연결되는 것일 수 있다.

또한, 상기 다수개의 발열장치는 상기 순환배관과 병렬로 연결되는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 해상 풍력발전기에서 발열장치를 냉각하는 냉각수를 공랭식 냉각장치인 냉각팬을 사용하지 않고 수랭식 냉각장치인 라디에이터로 대체하는 효과가 있다.

따라서, 해상 풍력발전기의 냉각 시스템의 구성을 단순화함으로써 설치비용을 절감하고, 보수 및 유지 비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 공랭식 냉각팬이 발생시키는 소음을 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 공랭식 냉각팬이 설치되는 일반적인 해상 풍력발전기의 타워를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나타낸 풍력발전기 냉각 시스템을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나타낸 풍력발전기 냉각 시스템을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나타낸 풍력발전기 냉각 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 타워(100), 순환배관(200), 냉각수펌프(300) 및 라디에이터(400)를 포함한다.

상기 타워(100)는 블레이드(미도시), 발전기 등이 내장되는 나셀(미도시)을 지지하고 내부에 공간이 있는 원통형으로 마련되며, 상기 내부 공간에는 컨버터, 변압기 등의 발열장치(110)가 내장된다.

상기 순환배관(200)은 상기 발열장치(110), 냉각수펌프(300) 및 라디에이터(400)와 연결되고, 상기 순환배관(200)을 통해 냉각수가 순화하면서 상기 발열장치(110)를 냉각시킨다.

또한, 상기 발열장치(110)로부터 열을 전달받아 온도가 높아진 냉각수는 상기 라디에이터(400)에서 해수에 의해 냉각되고, 다시 상기 발열장치(110)를 통과하면서 이를 냉각시킨다.

상기 냉각수는 상기 순환배관(200)을 통해 폐쇄회로를 형성하면서 상기 발열장치(110)를 냉각하는 역할을 반복하여 진행한다.

상기 발열장치(110)는 컨버터, 변압기 등 다수개로 구성되고, 상기 각 발열장치(110)는 내부에 상기 냉각수가 관통하는 통로가 형성되고, 이 통로를 통해 상기 냉각수는 상기 각 발열장치(110)를 냉각한다.

또한 상기 발열장치(110)는 상기 순환배관(200)을 통해 서로 직렬로 연결되는데, 이 경우 각 발열장치(110)를 통과할 때마다 상기 냉각수의 온도는 높아지게 되므로 전체적으로 냉각성능이 저하될 수 있으나, 상대적으로 적은 냉각수 유량으로 다수개의 발열장치(110)를 냉각할 수 있고, 이에 따라 소용량의 상기 냉각수펌프(300)를 사용할 수 있으며, 상기 냉각수펌프(300)에 소비되는 전력량이 비교적 작다는 장점이 있다.

따라서, 이러한 직렬식의 냉각 시스템은 소용량 해상 풍력발전기에 유용하게 사용될 수 있다.

상기 냉각수펌프(300)는 상기 타워(100)의 외부에 마련되고, 상기 순환배관(200)에 연결되며, 상기 냉각수를 상기 순환배관(200)을 통해 연속적으로 순환시키는 역할을 한다.

이때, 상기 냉각수펌프(300)는 수동 또는 자동으로 작동과 정지를 반복할 필요가 있고, 보수 및 유지의 편의성을 위해 작업자의 접근이 용이하도록 할 필요도 있으므로, 상기 타워(100)의 외부에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각수펌프(300)는 상기 순환배관(200)에 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 라디에이터(400)에 가까운 해상에 설치하는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 냉각수펌프(300)는 상기 해상풍력발전기의 지지대 역할을 하는 플랫폼(미도시)에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 라디에이터(400)는 상기 순환배관(200)이 연결되고, 해수에 의해 냉각수가 냉각되도록 해저에 마련되며, 방열튜브(410)를 포함한다.

상기 방열튜브(410)는 상기 라디에이터(400)에 마련되고, 열전달 성능을 향상시키기 위해 파문(波紋) 형상으로 형성되며, 상기 냉각수가 통과하면서 주변의 해수에 의해 냉각되는 장소이다.

상기 방열튜브(410)는 우수한 열전달 성능을 유지하기 위해 그 표면에 해조류, 패각류 등이 부착되지 않도록 해야한다. 따라서 상기 라디에이터(400)는 상기 방열튜브(410)에 이물질이 부착되지 않도록 철망 등으로 형성되는 스크린을 그 외부에 마련하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나타낸 풍력발전기 냉각 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수개의 발열장치(110)가 상기 순환배관(200)을 통해 서로 병렬로 연결될 수도 있다.

이러한 구조는 각 발열장치(110)에 동시에 냉각수를 공급해야 하므로 냉각수의 유량이 크고, 이에 따라 상기 냉각수 펌프가 대형화되는 경향이 있다.

그러나, 상기 각 발열장치(110)를 동시에 냉각하므로 냉각성능이 상술한 직렬식의 냉각 시스템이 비해 높고, 상기 각 발열장치(110)의 안정적 냉각이 가능하므로 상기 해상 풍력발전기 전체의 안정적 운용에 유리한 장점이 있다.

따라서, 이러한 병렬식의 냉각 시스템은 대용량 해상 풍력발전기에 유용하게 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 냉각팬
100: 타워
110: 발열장치
200: 순환배관
300: 냉각수펌프
400: 라디에이터
410: 방열튜브

Claims (4)

1. 다수개의 발열장치가 내장되는 타워;
   상기발열장치를 냉각시키는 냉각수가 순환하는 순환배관;
   상기 타워의 외부에 마련되고, 냉각수를 순환시키도록 상기 순환배관에 연결되는 냉각수펌프; 및
   상기 순환배관이 연결되고, 해수에 의해 냉각수가 냉각되도록 해저에 마련되는 라디에이터; 를 포함하는 풍력발전기 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 라디에이터는,
   상기 냉각수가 출입하며, 파문(波紋) 형상으로 형성되는 방열튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 냉각 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 다수개의 발열장치는 상기 순환배관과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 냉각 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 다수개의 발열장치는 상기 순환배관과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 냉각 시스템.

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