KR20140088516A - 주변 공기 가이드 타워 벽 보강재를 갖는 풍력 터빈 타워 - Google Patents

주변 공기 가이드 타워 벽 보강재를 갖는 풍력 터빈 타워 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타워 벽(60), 풍력 터빈 타워를 둘러싸고 있는 공기(10)를 풍력 터빈 타워 내로 도입하기 위한, 타워 벽의 섹션(S)에 형성되는 적어도 하나의 입구(3), 및 타워 벽 보강재(5)를 포함하는 풍력 터빈 타워(1)에 관한 것으로서. 타워 벽 보강재는 상기 타워 벽 섹션(S)의 내측 원주를 브레이싱하고, 타워 벽 보강재(5)는 상기 타워 벽 섹션(S)의 내측 원주를 따라 공기를 가이드 하기 위한 공기 덕트(40)를 규정한다.

Description

주변 공기 가이드 타워 벽 보강재를 갖는 풍력 터빈 타워{Wind turbine tower with circumferential air guiding tower wall reinforcement}
동작 중, 풍력 터빈들은 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 이러한 에너지 변환은 풍력 터빈의 여러 구성요소들에서 열 손실들이 수반된다. 발생된 열은 풍력 터빈의 손상을 방지하기 위해 소산 될 필요가 있다.
문헌 WO 2010/069954 A1은 폐쇄 공기 냉각 회로를 갖는 풍력 터빈을 기술한다. 외부 공기는 전기 장비를 염분 및 습기에 대해 보호하기 위해 풍력 터빈으로 들어오는 것이 방지된다. 풍력 터빈은 다수의 플랫폼들(platforms)에 의해 분할된다. 파이프라인은 풍력 터빈의 상부와 하부 사이에서 공기를 안내한다.
열 소산(heat dissipation)을 위한 다른 알려진 해결 방법은 타워 벽, 풍력 터빈 타워 내로 풍력 터빈 타워를 둘러싸고 있는 공기를 도입하기 위한 타워 벽의 섹션에 형성되는 적어도 하나의 입구, 및 타워 벽 보강재를 포함하는 풍력 터빈 타워에 기초한다.
이러한 해결방법에 있어서, 풍력 터빈 타워를 둘러싸고 있는 냉각 외부 공기는 타워 벽에 형성되는 입구들을 통해 타워 내로 들어온다. 냉각 공기는 이때 과잉의 열을 흡수할 수 있다. 이러한 해결 방법이 작동하도록 하기 위해서는, 그것은 특히 2가지 조건들을 만족시켜야 한다.
제 1 조건은 충분한 냉각을 보장하기 위해 다량의 외부 공기가 타워 내로 들어와야 한다는 것이다. 그 결과, 많은 입구들이 요구되는데, 이것은 타워의 정적 안정성(static stability)을 위험에 노출시킨다. 전형적으로, 타워의 안정성은 입구 보강재들, 즉 입구들의 벽들에 덧대는 프레임들에 의해 유지된다. 그러나, 입구들의 프레이밍(framing)은 만족스러운 해결방법이 아닌데, 그 이유는 그것이 복잡하고, 고가이고 시간 소모적이기 때문이다. 게다가, 타워 내에 형성될 수 있는 입구들의 개수가 제한된다. 실제로, 프레임들의 용접(welding) 중의 열 입력(heat input) 때문에, 각각의 입구 간의 최소 거리가 필요하다.
제 2 조건은 냉각 공기가 발생된 열을 흡수할 수 있도록 타워 내부의 냉각 외부 공기의 효과적인 흡입 및 분배이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 구축하기 쉽고, 염가이고 빠르면서 동시에 외부 공기를 효과적으로 흡입 및 분배할 수 있는 안정한 풍력 터빈 타워를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 위에 도입된 풍력 터빈 타워에 의해 달성되고, 타워 벽 보강재는 상기 타워 벽 섹션의 내측 원주를 브레이싱(brace)하고 타워 벽 보강재는 상기 타워 벽 섹션의 내측 원주를 따라 공기를 가이드 하기 위한 공기 덕트를 규정한다.
적어도 하나의 공기 도입 입구를 가지는 타워 벽 섹션의 내측 원주를 브레이싱하는 타워 벽 보강재를 제공함으로써, 풍력 터빈 타워의 안정성이 하나 이상의 입구들에 의해 도입되는 약점(weakness)에도 불구하고 유지된다. 그러므로, 각각의 입구를 프레이밍(frame)할 필요가 없어, 타워를 더 용이하게 구축하게 한다.
타워 벽 보강재에 의해 규정되는 공기 덕트 때문에 - 공기 덕트는 타워 벽 섹션의 내측 원주를 따라 공기를 가이드 함 -, 공기는 타워 내부에 효과적으로 분포된다.
바람직한 실시예들에 따르면, 본 발명의 풍력 터빈 타워는 단독으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합들로 취해지는, 다음의 특징들 중 하나 또는 수개를 가진다.
타워 벽 보강재는 타워 내에 삽입되는 하나 이상의 보강재 플레이트들을 포함하고, 여기서 상기 또는 각각의 보강재 플레이트의 에지는 상기 타워 벽 섹션의 내측 원주를 따르고;
상기 또는 각각의 보강재 플레이트의 표면은 풍력 터빈 타워의 길이방향 축선에 대해 실질적으로 직각으로 되어 있고;
타워 벽 보강재는 상기 또는 각각의 입구 위에 배치되는 상측 보강재 플레이트 및 상기 또는 각각의 입구 아래에 위치되는 하측 보강재 플레이트를 포함하고;
보강재 플레이트들은 개수가 2개이고;
타워 벽 보강재는 바람직하게는 상측 보강재 플레이트를 하측 보강재 플레이트에 연결하는 원통형 연결 부재를 포함하고;
연결 부재는 공기 가이드로서 작용하고;
공기 덕트는 상기 공기 가이드 연결 부재를 둘러싸고 상측 보강재 플레이트와 하측 보강재 플레이트 사이에 배치되고;
공기 가이드 연결 부재는 공기 덕트와 유체 연결된 공기 벤트를 구비하고, 상기 공기 벤트는 공기 덕트 내에서 순환하는 공기를 위한 출구이고;
수개의 입구들이 타워 벽 섹션의 원주 위에 분포되고, 바람직하게는 균일하게 분포되고;
타워 벽 섹션은 타워 벽의 상측 1/3 부분이고;
상기 또는 각각의 입구는 상기 공기 덕트에 대한 입구이다.
본 발명은 또한 위에 정의된 풍력 터빈 타워를 가지는 풍력 터빈에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명의 비제한적인 예의 다음의 설명을 읽을 때 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈 타워의 바람직한 실시예를 통한 종단면도이고;
도 2는 도 1의 화살표들 Ⅱ 에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하여, 풍력 터빈 타워(1)의 종단면도를 나타낸다. 타워(1)를 둘러싸고 있는 공기는 참조 번호 10을 가진다. 타워(1)의 길이방향 축선은 파선(X-X)으로 표시된다. 풍력 터빈 타워(1)는 타워 벽(60)을 구비하고 내경(G)을 가진다. 타워 벽(60)은 타워(1)의 내부 공간(R)의 범위를 규정한다. 타워 벽(60)은 수개의 공기 입구들(3)이 형성되는 섹션(S)을 가진다. 바람직하게는, 섹션(S)은 타워 벽(60)의 상측 1/3의 부분이다.
도 2에서 알 수 있는 것과 같이, 타워 벽 섹션(S)은 내측 원주(C)를 가진다. 이러한 전형적인 실시예에서는, 타워 벽 섹션(S)의 원주(C) 주위에 균일하게 분포되는 4개의 타원형 공기 입구들(3)이 있다. 그러나, 공기 입구들(3)의 개수, 형상 및 분포는 상이할 수 있다.
타워 벽 보강재(5)는 타워 벽 섹션(S) 내로 삽입된다. 그것은 타워 벽 섹션(S)의 내측 원주(C)를 브레이싱한다(brace).
타워 벽 보강재(5)는 공기 입구들(3) 위에 위치된 상측 보강재 플레이트(20), 공기 입구들(3) 아래에 위치된 하측 보강재 플레이트(20'), 2개의 보강재 플레이트들(20, 20')을 연결하는 연결 부재(30), 연결 부재(30)에 형성되는 공기 벤트(50)를 포함한다.
각각의 보강재 플레이트(20, 20')는 바람직하게는 타워(1)의 내경(G)에 대응하는 직경(D)을 갖는 원형이다. 각각의 보강재 플레이트(20, 20')는 에지(E) 및 표면(A)을 가진다. 각각의 보강재 플레이트(20, 20')의 에지(E)는 타워 벽 섹션(S)의 내측 원주(C)를 따른다. 각각의 보강재 플레이트(20, 20')의 표면(A)은 실질적으로 타워(1)의 길이방향 축선(X-X)에 수직이다.
연결 부재(30)는 바람직하게는 보강재 플레이트들(20, 20')의 직경(D)보다 작은 직경(D)을 갖는 원통형이다.
본 실시예에 있어서, 공기 벤트(50)는 연결 부재(30)의 원통형 벽에서 컷-아웃(cut-out)된다.
보강재 플레이트들(20, 20'), 연결 부재(30) 및 타워 벽 섹션(S)은 함께 환형 체임버(40)를 규정한다. 환형 체임버(40)는 연결 부재(30)를 둘러싸고 상측 및 하측 보강재 플레이트(20, 20') 사이에 위치된다. 4개의 공기 입구들(3)은 환형 체임버(40)에 대한 입구들이고 공기 벤트(50)는 환형 체임버(40)로부터의 출구이다.
타워 벽 보강재(5)는 타워의 내부 공간(R)을 냉각하기 위해 타워(1) 내로 냉각 외부 공기(10)를 도입하기 위한 공기 가이드(air guide)로서 작용한다. 이러한 공기 가이드 효과는 타워(1)가 연안 풍력 터빈 타워인 경우에 기재될 것이다. 타워 벽 섹션(S)이 타워(1)의 상측 1/3에 위치되므로, 그것은 스플래쉬 워터 영역(splash water area) 위에 있는데, 이것은 입구들(3)을 통해 타워(1) 내로 들어온 외부 공기(10)가 비교적 낮은 염분 및 습기 함량을 가진다는 것을 의미한다. 따라서, 외부 공기(10)는 그것이 냉각을 위해 사용될 수 있기 전에 물 분리와 같은 처리를 덜 필요로 한다.
도 2를 참조하여, 공기(10)의 유로가 화살표 F로 표시된다. 원형 기하학적 구조 때문에, 외부로부터 입구들(3)로 균일한 공기 흐름이 있다. 외부 공기(10)는 입구들(3)을 통해 타워 벽 섹션(S) 내로 흡입되어 환형 체임버(40)로 들어온다. 환형 체임버(40)가 공기 덕트로서 작용하고 연결 부재(30)가 공기 가이드로서 작용하여, 공기는 출구(50)를 향해 타워 벽 섹션(S)의 내측 원주(C)를 따라 가이드 된다. 공기는 추가 분배되도록 타워(1)의 저부를 향해 출구(50)를 통해 공기 덕트(40)를 떠난다.
위에서 명백한 것과 같이, 본 발명은 특히 타워를 보강하기 위한 것 뿐만 아니라 제어된 방식으로 냉각 공기를 가이드 하기 위한 타워 벽 보강재를 이용하는 아이디어에 기초하고 있다.
보강 링들(stiffening rings)로서 작용하는 보강재 플레이트들(20, 20') 때문에, 입구들(3)의 프레이밍(framing)은 요구되지 않는다.
공기 벤트(50)가 연결 부재(30)에 형성되므로, 공기 벤트(50)는 타워(1)의 안정성에 어떠한 영향도 주지 않고 입구들(3)의 배열을 수정할 필요가 전혀 없이 설계될 수 있다.
타워 벽(60)과의 타워 벽 보강재의 직접 결합 때문에, 인입 공기와 내부 공기 사이의 밀폐 분리(hermetic separation)를 얻는다.
또, 프레이밍으로서 그리고 공기 가이드로서의 타워 벽 보강재(5)의 이중 사용 때문에, 추가 공간은 공기 덕트(40)에 대해 제공되지 않아도 된다. 실제로, 후자는 타워 벽 보강재(5) 내에 이미 구비되어 있다.

Claims (13)

  1. 풍력 터빈 타워(wind turbine tower; 1)로서,
    - 타워 벽(tower wall; 60);
    - 상기 풍력 터빈 타워를 둘러싸고 있는 공기(10)를 상기 풍력 터빈 타워 내로 도입하기 위해 상기 타워 벽(60)의 섹션(S)에 형성되는 적어도 하나의 입구(3); 및
    - 타워 벽 보강재(tower wall reinforcement; 5)를 포함하는, 풍력 터빈 타워에 있어서,
    상기 타워 벽 보강재(5)는 상기 타워 벽 섹션의 내측 원주(C)를 브레싱(brace)하고, 상기 타워 벽 보강재는 상기 타워 벽 섹션의 상기 내측 원주(C)를 따라 상기 공기(10)를 가이드(guide) 하기 위한 공기 덕트(40)를 규정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈 타워.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타워 벽 보강재(5)는 상기 타워(1) 내에 삽입되는 하나 이상의 보강재 플레이트들(20, 20')을 포함하고, 상기 또는 각각의 보강재 플레이트의 에지(E)는 상기 타워 벽 섹션(S)의 상기 내측 원주(C)를 따르는, 풍력 터빈 타워.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 또는 각각의 보강재 플레이트(reinforcement plate; 20, 20')의 표면(A)은 상기 풍력 터빈 타워(1)의 길이방향 축선(X-X)에 대해 실질적으로 직각으로 되어 있는, 풍력 터빈 타워.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타워 벽 보강재(5)는 상기 또는 각각의 입구 위에 배치된 상측 보강재 플레이트(20) 및 상기 또는 각각의 입구 아래에 위치된 하측 보강재 플레이트(20')를 포함하는, 풍력 터빈 타워.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보강재 플레이트들은 개수가 2개인, 풍력 터빈 타워.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 타워 벽 보강재는 바람직하게는 상기 상측 보강재 플레이트를 상기 하측 보강재 플레이트에 연결하는 원통형 연결 부재(30)를 더 포함하는, 풍력 터빈 타워.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결 부재(30)는 공기 가이드(air guide)로서 작용하는, 풍력 터빈 타워.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 덕트(40)는 상기 공기 가이드 연결 부재(30)를 둘러싸고 상기 상측 보강재 플레이트와 상기 하측 보강재 플레이트 사이에 위치되는, 풍력 터빈 타워.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 공기 가이드 연결 부재(30)는 상기 공기 덕트(40)와 유체 연결(fluid communication)된 공기 벤트(air vent; 50)를 구비하고, 상기 공기 벤트는 상기 공기 덕트 내에서 순환하는 공기를 위한 출구인, 풍력 터빈 타워.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타워 벽 섹션의 상기 원주(C) 위에 분포되고, 바람직하게는 균일하게 분포되는 수개의 입구들(3)을 갖는, 풍력 터빈 타워.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타워 벽 섹션은 상기 타워 벽의 상측 1/3 부분인, 풍력 터빈 타워.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 또는 각각의 입구는 상기 공기 덕트(40)에 대한 입구인, 풍력 터빈 타워.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈 타워(1)를 가지는 풍력 터빈.
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