KR20150045188A - 풍력발전기 나셀의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 있어서: 적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 덕트수단; 및 상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동하여 시스템 부하 증가의 최소화에 의한 냉각 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

풍력발전기 나셀의 냉각장치{Apparatus for cooling nacelle of wind power generator}

본 발명은 풍력발전기 나셀의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전기에 설치된 냉각 시스템에서 배출되는 공기를 이용하여 급기팬을 가동함에 따라 나셀 내부로 공급되는 냉각용 외기량을 증가시켜 냉각 효율을 높이는 풍력발전기 나셀의 냉각장치에 관한 것이다.

통상적으로 풍력발전기의 나셀 냉각은 기어박스 및 발전기 자체 쿨링 팬을 작동하여 나셀 내부의 공기를 흡입하고 오일과 냉각수를 냉각 후 뜨거워진 공기를 상부 덕트를 통해 외부로 배출하는 방식으로 이루어진다. 이외에 나셀 냉각과 관련된 선행특허로서 한국 등록특허공보 제1021333호, 한국 등록특허공보 제0681939호 등이 알려져 있다.

전자의 선행특허는 나셀 내부에 발열장치들을 각각 둘러싸도록 배치되는 냉각 블럭들, 상기 냉각 블럭들에 연결되어 냉각제를 유동시키는 유동 관로, 상기 유동 관로와 연결되어 상기 나셀의 외부 측면에 배치되는 제1열교환기, 및 상기 나셀 내부의 열을 외부로 방출시키는 제2열교환기를 포함하되, 상기 제1열교환기와 제2열교환기는 상기 나셀이 외부로부터 밀폐되도록 구성된다. 이에 따라, 염분으로부터 완전히 차단시키고 공냉과 수냉의 입체 냉각을 구현한다.

후자의 선행특허는 링 발전기와 상기 링 발전기를 둘러싼 후방부와 전방부를 포함하는 포드 하우징을 포함하는 풍력설비에 있어서, 후방부가 상기 링 발전기 부분에 제 1 열전도 하우징부를 포함하고, 전방부가 제 2 열전도 하우징부를 포함하고, 상기 제 1 열전도 하우징부의 재료가 포드 하우징의 나머지 부분의 재료보다 향상된 열전도 물성을 갖는다. 이에 따라, 열전도 하우징부의 축방향의 넓이가 커서 측면으로 방출되는 열을 방산하는 효과를 기대한다.

그러나, 전자의 선행특허에 의하면 제1열교환기와 제2열교환기를 부가하기 위한 외형과 중량 증가가 수반되고, 후자의 선행특허와 같이 하우징의 크기와 물성 변경으로 냉각효율을 향상하기에 한계성을 보인다.

1. 한국 등록특허공보 제1021333호 "풍력터빈의 나셀 냉각 시스템"(공개일자 : 2010. 3. 10.) 2. 한국 등록특허공보 제0681939호 "풍력 터빈 발전기의 냉각 장치"(공개일자 : 2004. 2. 11.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동함에 따라 시스템의 부하 증가를 최소화하여 냉각 효율을 높이는 풍력발전기 나셀의 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡기구와 배기구를 지닌 나셀의 냉각장치에 있어서: 적어도 하나의 배기구에 연장되는 배기덕트와, 배기덕트에 인접하게 배치되는 흡기덕트를 지니는 덕트수단; 및 상기 배기덕트와 흡기덕트에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트에 내측으로 배기덕트를 인접하게 배치한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 인접하게 배치된 흡기덕트와 배기덕트 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 급기수단은 배기덕트에 위치하는 터빈휠과 흡기덕트에 위치하는 급기팬을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 터빈휠과 급기팬은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 나셀에서 주요부를 냉각한 후 배출되는 공기에서 획득한 동력으로 냉각용 급기팬을 가동하여 시스템 부하 증가의 최소화에 의한 냉각 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나셀의 냉각장치를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 나셀의 냉각장치의 요부를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 관하여 제안한다. 나셀(10)은 풍력발전기의 중요 부분으로서 기어박스(12), 발전기(15) 등을 탑재한다. 흡기구(21)는 나셀(10)의 측면 전방으로 배치되고 배기구(22)(23)는 나셀(10)의 상면에 배치된다. 전방배기구(22)는 기어박스(12)의 상측으로 후방배기구(23)는 발전기(15)의 상측으로 배치된다. 이에 따라, 흡기구(21)로 유입된 공기가 기어박스(12)와 발전기(15)를 냉각한 후에 배기구(22)(23)를 통하여 외부로 배출된다.

물론, 본 발명은 이와 같은 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 덕트수단은 적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 구조이다. 도 1에서 전방배기구(22)에 배기덕트(32)가 연장되고 배기덕트(32)에 인접하여 흡기덕트(31)가 형성되는 상태를 예시한다. 도 2에 나타내는 것처럼 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)는 2분할 구조로 형성되는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트(31)를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트(31)에 내측으로 배기덕트(32)를 인접하게 배치한 것을 특징으로 한다. 도 2처럼 나셀(10)의 상면 일측에 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)가 인접하게 배치되고 타측에 또 다른 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)가 인접하게 배치된다. 이와 같이 덕트수단을 일측과 타측으로 분할 배치하는 구조는 나셀(10)의 하중 밸런스를 유지하는데 유리하다. 만일 하나의 흡기덕트(31)와 배기덕트(32)만 설치한다면 언밸런스에 의한 진동ㆍ소음이 유발될 우려가 높다. 물론 도 2와 반대로 흡기덕트(31)를 내측에 배기덕트(32)를 외측에 배치할 수도 있다.

이때, 상기 인접하게 배치된 흡기덕트(31)와 배기덕트(32) 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 배기덕트(32)는 상대적으로 고온의 공기가 유동하는 반면, 흡기덕트(31)는 상대적으로 저온의 냉각용 공기가 유동한다. 배기덕트(32)의 공기에 의하여 흡기덕트(31)의 공기가 가온되지 않도록 단열벽(35)을 설치하여 열전달을 차단한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되는 급기수단(40)이 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 구조이다. 급기수단(40)은 흡기덕트(31)로 냉각용 공기를 유입함에 있어 배기덕트(32)의 배기압을 사용한다. 급기수단(40)에 발전기(15)에서 생산되는 전원을 사용하지 않으므로 냉각 효율을 높이는 작용을 기대할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 급기수단(40)은 배기덕트(32)에 위치하는 터빈휠(42)과 흡기덕트(31)에 위치하는 급기팬(45)을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 한다. 터빈휠(42)은 나셀(10)의 내부에서 배기덕트(32)로 배출되는 공기의 배기압으로 회전되어 동력을 발생한다. 급기팬(45)은 터빈휠(42)에서 발생한 동력을 사용하여 흡기덕트(31)에서 나셀(10)의 내부로 공기를 유입한다.

물론, 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 동일한 축상에 설치하는 것이 마찰저항을 축소하여 효율면에서 유리하지만 터빈휠(42)과 급기팬(45)의 종류(형식)에 따라서는 베벨기어, 벨트와 같은 전동수단을 개재할 수도 있다.

이때, 상기 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다. 터빈휠(42)은 축의 반경방향으로 다수의 블레이드를 지니고, 급기팬(45)은 판상에 다수의 블레이드가 방사상으로 형성되는 구조이다. 물론 터보차저 방식은 배기덕트(32)의 배기 속도가 높을수록 유리하므로 배기덕트(32)의 유로단면적을 조절할 필요가 있다.

작동에 있어서, 나셀(10)의 배기덕트(32)를 통하여 후방으로 배출되는 공기가 터빈휠(42)을 회전시키고 측방향으로 진행하는 동시에, 급기팬(45)의 회전으로 나셀(10)의 중앙에서 흡기덕트(31)로 유입되는 공기가 기어박스(12)와 발전기(15)에 대한 냉각을 조력한다. 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)가 인접하지만 공기의 배출과 유입 경로가 이격되므로 냉각효율 저하를 방지할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면 흡기구(21)의 일부가 이물질에 의하여 막히는 경우에도 기어박스(12)와 발전기(15)에 대한 냉각이 유지되므로 전기생산에 차질을 초래하지 않는다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 나셀 12: 기어박스
15: 발전기 21: 흡기구
22: 전방배기구 23: 후방배기구
31: 흡기덕트 32: 배기덕트
35: 단열벽 40: 급기수단
42: 터빈휠 45: 급기팬

Claims (5)

1. 흡기구(21)와 배기구(22)(23)를 지닌 나셀(10)의 냉각장치에 있어서:
   적어도 하나의 배기구(22)(23)에 연장되는 배기덕트(32)와, 배기덕트(32)에 인접하게 배치되는 흡기덕트(31)를 지니는 덕트수단; 및
   상기 배기덕트(32)와 흡기덕트(31)에 설치되고 배기압으로 냉각용 공기를 유입하는 급기수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 덕트수단은 한 쌍의 흡기덕트(31)를 외측에 대향시키고 각각의 흡기덕트(31)에 내측으로 배기덕트(32)를 인접하게 배치한 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 인접하게 배치된 흡기덕트(31)와 배기덕트(32) 사이에 열전달을 차단하도록 단열벽(35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 급기수단(40)은 배기덕트(32)에 위치하는 터빈휠(42)과 흡기덕트(31)에 위치하는 급기팬(45)을 연결하여 연동시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 터빈휠(42)과 급기팬(45)은 유입 공기를 압축하도록 터보차저 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 나셀의 냉각장치.

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