KR20140035606A - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기는 나셀 커버를 포함하는 풍력발전기로서, 나셀 커버의 내측면에 각각 부착되어 밀폐 공간을 형성하고, 상호 이격되어 배치되는 나셀 보강 부재들; 밀폐 공간들을 상호 연결하는 연결 부재들; 밀폐 공간들 내부로 열매체를 제공하는 열매체 제공부를 포함한다.

Description

풍력발전기{Wind power generator}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것이다.
최근 들어 지구온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 해당 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
풍력발전기는 지면 등에 설치된 타워 상단에 나셀이 설치되고, 나셀에 설치된 허브가 전방에서 불어오는 바람에 의해 블레이드와 함께 회전하면서 전기에너지를 생성한다. 이 과정에서 허브의 회전 에너지는 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달되고 발전기는 전달된 회전 에너지를 전기에너지로 변환한다.
나셀은 내부에 각종 장치가 배치되는 나셀 커버를 포함한다. 나셀 커버는 외부로 노출되어 있기 때문에 주변 온도가 낮아지는 경우, 나셀 커버에 결빙이 발생할 수 있다. 결빙이 발행하면 나셀 커버의 무게가 증가하여 풍력발전기가 구조적으로 취약해지는 문제가 있다.
특히, 나셀 커버에 눈이 쌓이는 경우, 눈의 무게로 인해 풍력발전기가 구조적으로 취약해 질 수 있다. 그리고 나셀 커버에 눈이 쌓인 상태에서 결빙이 일어나는 경우, 나셀 커버에서 눈을 제거하는 것이 쉽지 않다.
본 발명의 실시예는, 결빙을 효과적으로 방지하도록 구성된 풍력발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀 커버를 포함하는 풍력발전기로서, 상기 나셀 커버의 내측면에 각각 부착되어 밀폐 공간을 형성하고, 상호 이격되어 배치되는 나셀 보강 부재들; 상기 밀폐 공간들을 상호 연결하는 연결 부재들; 및 상기 밀폐 공간들 내부로 열매체를 제공하는 열매체 제공부를 포함하는, 풍력발전기가 제공될 수 있다.
상기 나셀 보강 부재들은, 상기 나셀 커버의 천장면에 부착될 수 있다.
상기 나셀 보강 부재들은 각각 섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)으로 제공될 수 있다.
상기 나셀 보강 부재들은 각각 일측이 개방된 사각형, 일측이 개방된 삼각형, 일측이 개방된 반원 및 일측이 개방된 사다리꼴 중 어느 하나의 형상 단면을 가질 수 있다.
상기 열매체 제공부는, 상기 나셀 커버의 내측에 배치된 열발생 장치에서 발생되는 폐열을 사용하여 상기 열매체를 가열하는 열교환 장치; 및 상기 열교환 장치에 의해 가열된 상기 열매체를 상기 밀폐 공간들 내부로 펌핑하는 펌프를 포함하고, 상기 열매체는 상기 열교환 장치와 상기 밀폐 공간들 사이를 순환할 수 있다.
상기 열발생 장치는, 기어 박스 및 발전기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 열매체 제공부는, 상기 열매체를 가열하는 보일러를 포함하고, 상기 열매체는 상기 보일러와 상기 밀폐 공간들 사이를 순환할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 나셀 커버에 부착되는 나셀 보강 부재를 나셀 커버에 열을 전달하는 열매체의 이동 통로로 사용함으로써, 나셀 커버의 결빙을 방지할 뿐만 아니라, 열매체를 이동시키기 위한 별도의 배관이 필요하지 않아 나셀 커버 내부의 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 개략적인 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 나셀 내부를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀 보강 부재의 설치 상태를 나타내는 저면도이고,
도 4는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 타워(100)와 나셀(200)과 허브(300)와 블레이드(400)를 포함한다.
타워(100)는 예를 들어 지면 등에 고정 설치될 수 있다. 타워(100) 상단에는 나셀(200)이 설치된다.
나셀(200)은 나셀 커버(210)와 에너지 변환 장치(220)를 포함한다. 나셀 커버(210)는 에너지 변환 장치(220)가 수용되는 공간을 제공한다. 나셀 커버(210)는 비전도성 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 나셀 커버(210)는 섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)으로 제공될 수 있다.
타워(100)의 상단에는 나셀(200)이 회전 가능하게 설치된다. 타워(100)와 나셀(200) 사이에는 요 베어링(미도시)이 개재되어 나셀(200)이 타워(100)에 대해 회전할 수 있다.
에너지 변환 장치(220)는 메인 샤프트(330)를 통해 허브(300)에서 전달되는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 에너지 변환 장치(220)는 발전기(221) 및 기어 박스(222)를 포함한다.
나셀(200)의 전방에는 허브(300)가 제공된다. 허브(300)는 나셀(200)의 전방으로 돌출된 메인 샤프트(330)와 결합하고, 메인 샤프트(330)를 통해 에너지 변환 장치(220)와 연결된다. 허브(300)의 회전 에너지는 메인 샤프트(330)를 통해 에너지 변환 장치(220)에 전달된다.
발전기(221) 및 기어 박스(222)는 메인 프레임(230)에 지지된다. 메인 샤프트(330)는 축 베어링(240)에 의해 메인 프레임(230)에 회전 가능하게 지지된다.
허브(300)는 강도가 우수한 재질, 예컨대 금속 재질로 제공될 수 있다.
블레이드(400)는 복수 개 제공되며, 허브(300)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 블레이드(400)는 루트(root)가 허브(300)에 결합한다. 블레이드(400)들은 익형(airfoil) 단면을 가지며, 전방으로부터 불어오는 바람에 대해 소정의 받음각(angle of attack)을 갖도록 배치된다.
풍력발전기(10)의 전방에서 불어오는 바람은 블레이드(400)들의 표면을 스쳐 지나면서 양력을 발생시킨다. 발생된 양력은 블레이드(400)들과 허브(300)를 회전시키고, 회전력은 나셀(200)에 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
블레이드(400)의 루트와 허브(300) 사이에는 피치 베어링(미도시)이 개재될 수 있다. 피치 베어링은 피치 제어부(미도시)의 제어에 의해, 블레이드(400)를 허브(300)에 대해 상대 회전시킴으로써 블레이드(400)의 피치각을 조정한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 나셀 내부를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀 보강 부재의 설치 상태를 나타내는 저면도이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기는 나셀 보강 부재(500)들, 연결 부재(600)들, 열매체 제공부(700)를 포함한다.
나셀 보강 부재(500)들은 각각 나셀 커버(210)의 내측면에 부착되어 나셀 커버(210)를 보강한다.
나셀 보강 부재(500)들은 각각 나셀 커버(210)의 내측면에 부착된 상태로 그 내부에 밀폐 공간(510)을 형성한다. 밀폐 공간(510)은 나셀 보강 부재(500)의 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
밀폐 공간(510)은 후술하는 열매체 제공부(700)에서 제공되는 열매체의 이동 통로를 제공하며, 열매체는 밀폐 공간(510)을 이동하며 나셀 커버(210) 측으로 열을 전달한다.
이와 같이 나셀 커버(210)에 부착되는 나셀 보강 부재(500)를 나셀 커버(210)에 열을 전달하는 열매체의 이동 통로로 사용하는 경우, 열매체를 이동시키기 위한 별도의 배관이 필요하지 않아 나셀 커버(210) 내부의 공간 활용성이 향상될 수 있다.
나셀 보강 부재(500)들은 도 2에 도시된 바와 같이 나셀 커버(210)의 천장면에 부착될 수 있다. 이 경우, 나셀 커버(210)의 상면에 쌓이는 눈을 효과적으로 녹여 제거할 수 있다. 다만, 밀폐 공간(510)을 형성하는 나셀 보강 부재(500)의 부착 위치는 나셀 커버(210)의 천장면에 국한되지 않고, 나셀 커버(210)의 정면, 후면, 측면 및 저면에도 부착될 수 있음은 물론이다.
밀폐 공간(510)에 제공된 열매체는 외부 온도보다 높은 온도를 유지한다. 이러한 열매체는 밀폐 공간(510)을 이동하면서 나셀 커버(210)가 결빙되는 것을 방지하고, 외부의 냉기가 나셀 커버(210)의 내측으로 침입하는 것을 차단한다.
나셀 보강 부재(500)들은 상호 이격되어 배치된다. 나셀 보강 부재(500)들은 도 3에 도시된 바와 같이 상호 나란하게 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
나셀 보강 부재(500)는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 일측으로 개방된 사다리꼴 형상의 단면을 가질 수 있으나 이는 예시에 불과하고, 일측으로 개방된 사각형, 일측으로 개방된 삼각형 및 일측으로 개방된 반원 중 어느 하나의 형상 단면을 가질 수 있다.
나셀 보강 부재(500)는 나셀 커버(210)와 동일한 재질, 예컨대, 섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)으로 제공될 수 있다.
나셀 보강 부재(500)는 접착 방식 또는 볼트 체결 방식으로 나셀 커버(210)에 부착될 수 있다.
나셀 보강 부재(500)는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 일측 개방부에서 측방향으로 연장된 플랜지(530)를 구비한다. 플랜지(530)는 나셀 보강 부재(500)와 나셀 커버(210)의 접촉 면적을 증가시킨다. 플랜지(530)와 나셀 커버(210) 사이에 접착제가 제공될 수 있다. 또는 플랜지(530)와 나셀 커버(210)는 볼트 체결될 수 있다.
밀폐 공간(510)들은 연결 부재(600)들에 의해 상호 연결될 수 있다. 연결 부재(600)는 열매체가 이웃하는 밀폐 공간(510)들 사이를 이동하기 위한 이동 통로를 제공한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 나셀 보강 부재(500)들 중 외곽에 위치하는 나셀 보강 부재(500a, 500b)들은 각각 열매체가 유입되는 열매체 유입부(611) 및 열매체가 배출되는 열매체 배출부(612)와 연결될 수 있다. 열매체 유입부(611)를 통해 유입되는 열매체는 나셀 보강 부재(500)들을 순차적으로 경유하여 열매체 배출부(612)를 통해 배출된다.
열매체 유입부(611), 열매체 배출부(612), 나셀 보강 부재(500)들, 연결 부재(600)들은 열매체의 순환 라인(610)을 구성한다.
연결 부재(600)들은 이웃하는 나셀 보강 부재(500)들 사이에 개재된다. 이 경우, 나셀 보강 부재(500) 하나에 두 개의 연결 부재(600)가 연결될 수 있다. 나셀 보강 부재(500) 하나와 연결되는 두 개의 연결 부재(600)는 상호 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 두 개의 연결 부재(600)의 거리가 멀수록 어느 한 연결 부재(600)를 통해 나셀 보강 부재(500)의 일측부로 유입된 열매체는 나셀 보강 부재(500)를 전체적으로 경유한 후 나머지 연결 부재(600)를 통해 나셀 보강 부재(500)의 타측부로부터 배출될 수 있다.
열매체 제공부(700)는 나셀 보강 부재(500)들에 의해 형성된 밀폐 공간(510)들 내부로 열매체를 제공한다. 열매체 제공부(700)는 열교환 장치(710)와 펌프(720)를 포함할 수 있다.
열교환 장치(710)는 나셀 커버(210) 내측에 배치된 열발생 장치에서 발생되는 폐열을 사용하여 열매체를 가열한다. 여기서 열발생 장치는 나셀 커버(210) 내측에 배치되고, 작동 과정에서 열을 발생시키는 장치로서, 예컨대 발전기(221) 및 기어 박스(222) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
열발생 장치에서 발생되는 폐열은 온수 또는 온풍의 형태로 열발생 장치 외부로 배출된다. 열발생 장치의 폐열에 의한 온수 또는 온풍은 폐열 이동 라인(631, 632)을 통해 열교환 장치(710)로 유입된다. 폐열 이동 라인(631, 632) 상에는 폐열에 의한 온수 또는 온풍을 이동시키기 위한 펌프(621, 622)가 설치될 수 있다.
밀폐 공간(510)들을 경유하는 열매체는 열교환 장치(710)를 경유하여 순환한다. 순환 라인(610)의 일부는 열교환 장치(710)를 통과한다. 열매체는 열교환 장치(710)를 경유하는 과정에서 열발생 장치에서 발생된 폐열에 의해 가열된다.
열교환 장치(710)에서 가열된 열매체는 순환 라인(610)을 따라 나셀 보강 부재(500) 측으로 이동한다. 순환 라인(610)을 따라 열매체를 이동시키기 위해 펌프(720)가 사용된다. 펌프(720)는 순환 라인(610) 상에 설치된다.
이와 같이 구성된 열매체 제공부(700)는 나셀 커버(210) 내부에 기 설치된 열발생 장치로부터 발생되는 폐열을 이용하여 밀폐 공간(510)을 경유하는 열매체를 가열함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
대안적으로 열매체 제공부(700)는 열매체를 가열하기 위한 보일러(미도시)를 포함할 수 있다. 보일러는 나셀 커버(210) 내부에 독립적으로 배치되어 보일러와 밀폐 공간(510)들 사이를 순환하는 열매체를 가열한다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 풍력발전기 100 : 타워
200 : 나셀 210 : 나셀 커버
221 : 발전기 222 : 기어 박스
230 : 메인 프레임 240 : 축 베어링
300 : 허브 330 : 메인 샤프트
400 : 블레이드 500 : 나셀 보강 부재
600 : 연결 부재 611 : 열매체 유입부
612 : 열매체 배출부 621, 622 : 펌프
631, 632 : 폐열 이동 라인 700 : 열매체 제공부
710 : 열교환 장치 720 : 펌프

Claims (7)

  1. 나셀 커버를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
    상기 나셀 커버의 내측면에 각각 부착되어 밀폐 공간을 형성하고, 상호 이격되어 배치되는 나셀 보강 부재들;
    상기 밀폐 공간들을 상호 연결하는 연결 부재들; 및
    상기 밀폐 공간들 내부로 열매체를 제공하는 열매체 제공부를 포함하는, 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나셀 보강 부재들은,
    상기 나셀 커버의 천장면에 부착되는, 풍력발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나셀 보강 부재들은 각각 섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)으로 제공되는, 풍력발전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나셀 보강 부재들은 각각 일측이 개방된 사각형, 일측이 개방된 삼각형, 일측이 개방된 반원 및 일측이 개방된 사다리꼴 중 어느 하나의 형상 단면을 갖는, 풍력발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 제공부는, 상기 나셀 커버의 내측에 배치된 열발생 장치에서 발생되는 폐열을 사용하여 상기 열매체를 가열하는 열교환 장치; 및
    상기 열교환 장치에 의해 가열된 상기 열매체를 상기 밀폐 공간들 내부로 펌핑하는 펌프를 포함하고,
    상기 열매체는 상기 열교환 장치와 상기 밀폐 공간들 사이를 순환하는, 풍력발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열발생 장치는, 기어 박스 및 발전기 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 풍력발전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열매체 제공부는, 상기 열매체를 가열하는 보일러를 포함하고,
    상기 열매체는 상기 보일러와 상기 밀폐 공간들 사이를 순환하는, 풍력발전기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3447279A1 (de) * 2017-08-23 2019-02-27 Nordex Energy GmbH Maschinenhausverkleidung für eine windenergieanlage

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