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KR101497439B1 - 공랭식 나셀 냉각장치 - Google Patents

공랭식 나셀 냉각장치 Download PDF

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KR101497439B1
KR101497439B1 KR20130125021A KR20130125021A KR101497439B1 KR 101497439 B1 KR101497439 B1 KR 101497439B1 KR 20130125021 A KR20130125021 A KR 20130125021A KR 20130125021 A KR20130125021 A KR 20130125021A KR 101497439 B1 KR101497439 B1 KR 101497439B1
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KR
South Korea
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nacelle
blade
outside air
duct
duct portion
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KR20130125021A
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Inventor
정재호
이희웅
이인수
임효남
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

공랭식 나셀 냉각장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 블레이드, 상기 블레이드와 연결되어 상기 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀, 상기 나셀의 하부에 형성되어 외기가 도입되는 유입부, 상기 유입부와 연결되어 상기 블레이드를 통과한 외기를 상기 유입부로 가이드하는 덕트부 및 상기 나셀에 형성되고, 상기 나셀의 외부공간과 연통되어 상기 외기가 배출되는 배출부를 포함한다.

Description

공랭식 나셀 냉각장치{Apparatus for nacelle air cooling}
본 출원은 풍력발전시스템의 공랭식 나셀 냉각장치에 관한 것이다.
풍력발전시스템은 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 시스템으로서, 친환경적인 에너지원으로 고려되고 있다.
이러한 풍력발전시스템은 지반 등에 타워구조물을 세우고 타워 구조물 상부에 나셀 및 블레이드가 설치된 형태로 형성된다.
이때, 나셀 내부에는 기어박스(gearbox), 발전기(generator), 각종 제어장치 등이 구비되어 블레이드의 회전력을 전기적 에너지로 변환하게 된다.
이와 같이, 블레이드의 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 과정에서 나셀 내부의 기어박스, 발전기 등은 마찰에 의해 열 에너지의 형태로 에너지 손실이 발생하고 이러한 열 에너지는 나셀 내부에 축적되어 나셀 내부온도를 상승시키는 원인이 된다.
또한, 나셀 내부에는 기어박스, 발전기 등과 같은 기계적 장치뿐만 아니라 인버터, 트랜스포머, 각종 제어장비와 같은 전자장비가 복잡하게 혼재되어 있기 때문에 나셀 내부온도의 상승은 풍력발전시스템 전체의 성능을 저하시킬 수 있다.
따라서, 나셀 내부에는 상기 기기들의 발열에 의해 상승하는 나셀 내부를 냉각하고 기기의 손상을 방지하는 환기 장치가 마련되어 있다.
도 1은 종래의 나셀 내부를 냉각하는 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 환기 장치는 나셀(3) 하부에 흡기구(22)를 형성하여 흡기구(22)를 통해 외기(外氣)를 유입하고, 배기구(24)를 통해 유입된 공기를 다시 외부로 배출함으로써 기기장치(E)로 인해 온도가 상승한 나셀(3) 내부를 냉각할 수 있었다.
그러나, 블레이드 후방에서 외기는 측벽효과(blockage effect)에 의해 빠른 속도의 흐름을 가지고 있어, 동압(dynamic pressure)의 효과가 크게 나타난다.
따라서, 나셀(3) 하부에 형성된 흡기구(22)에 수직한 방향으로 유동흐름을 갖는 유체가 거의 존재하지 않아 나셀(3) 내부의 기기장치(E)를 냉각하기에 충분한 유량을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국등록특허 제 10-0722678호
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블레이드를 통과한 외기의 유동특성을 고려하여 나셀 내부의 냉각효율을 높일 수 있는 공랭식 나셀 냉각장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 블레이드, 상기 블레이드와 연결되어 상기 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀, 상기 나셀의 하부에 형성되어 외기가 도입되는 유입부, 상기 유입부와 연결되어 상기 블레이드를 통과한 외기를 상기 유입부로 가이드하는 덕트부 및 상기 나셀에 형성되고, 상기 나셀의 외부공간과 연통되어 상기 외기가 배출되는 배출부를 포함하는 공랭식 나셀 냉각장치가 제공될 수 있다.
상기 외기가 유입되는 상기 덕트부 일단의 폭은 상기 외기가 상기 유입부로 배출되는 상기 덕트부의 타단의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전반경의 중심점을 지나며 상기 타워가 설치된 설치면에 수직인 제 1가상선으로 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.10배 범위만큼 이격되어 설치될 수 있다.
상기 덕트부의 일단의 중심은 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.10배 범위만큼 상기 나셀의 하부로부터 이격될 수 있다.
상기 덕트부 일단의 중심은 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.15배 범위만큼 상기 블레이드가 연결된 상기 나셀의 전방으로부터 이격될 수 있다.
상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전에 의해 편향된 외기의 방향을 바라보도록 구비될 수 있다.
상기 덕트부 타단에는 상기 나셀의 하부를 기준으로 경사지게 설치된 베인이 더 포함될 수 있다.
상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전축과 평행한 제 2가상선을 중심으로 약 8도 내지 12도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
첫째, 본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 동압의 효과가 크게 나타나는 외기(外氣)를 유입시켜 나셀 내부의 냉각효율을 높일 수 있다.
둘째, 본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 덕트부는 덕트부로 유입된 외기의 유속을 가속시켜 나셀 내부의 냉각효율을 높일 수 있다.
셋째, 본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 베인(vane)은 덕트부로 유입된 외기의 압력손실을 최소화하면서 외기를 나셀 내부로 가이드 할 수 있다.
넷째, 본 발명의 실시예에 따른 덕트부는 블레이드와 충돌함에 따라 편향된 외기에 대응하는 각도로 회전되어 외기를 충분히 유입시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 나셀 내부를 냉각하는 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치를 나타낸 도이다.
도 3은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드 후방 외기의 속도분포를 나타낸 도이다.
도 4는 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드 후방 외기의 정압분포를 나타낸 도이다.
도 5는 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드 후방 외기의 동압분포를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트부의 설치위치를 나타낸 도이다.
도 7내지 도 8은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드 후방 고 에너지를 갖는 외기의 분포를 다른 측면에서 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트부의 설치각도를 나타낸 도이다.
도 10은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드를 통과하는 외기가 블레이드와 충돌하여 편향되는 모습을 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치를 나타낸 도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 실시예에 따른 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 실시예에 따른 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 공랭식 나셀 냉각장치와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치를 나타낸 도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 블레이드(blade: 10), 타워(20), 블레이드(10)와 연결되어 상기 블레이드(10)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle: 30), 나셀(30)의 하부에 형성되어 외기가 도입되는 유입부(31), 유입부(31)와 연결되어 블레이드(10)를 통과한 외기를 유입부(31)로 가이드하는 덕트부(50), 나셀(30)에 형성되고 외부공간과 연통되어 상기 외기가 배출되는 배출부(33)를 포함한다.
블레이드(10)는 외기(外氣)의 흐름에 의해 회전하면서 운동에너지를 발생시키는 일종의 날개로써 유선형의 날개형상을 가질 수 있다.
이때, 외기는 공랭식 나셀 냉각장치 외부의 공기를 뜻할 수 있다.
이러한, 블레이드(10)는 회전축(12)의 일단에 설치된 허브(hub: 11)를 중심으로 연결되고, 상기 회전축(12)의 타단은 나셀(30) 내부에 구비된 기어박스(13)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
따라서, 블레이드(10)는 회전축(12)을 통해 기어박스(13)로 회전력을 전달할 수 있다.
타워(20)는 설치 면에 대하여 상하로 길게 배치되는 기둥으로써 하단은 설치 면에 고정되고, 상단은 후술하는 나셀(30)의 하부에 결합되어 나셀(30)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
이때, 타워(20)의 설치면은 지표면일 수 있고 또는, 풍력발전시스템이 설치되는 구조물에서 풍력발전시스템을 지지하는 지지부의 표면일 수도 있다.
나셀(30)은 타워(20)의 상단부에 설치되어 타워(20)에 의해 지지될 수 있다.
나셀(30)은 내부에 복수의 부품을 포함하고, 복수의 부품이 외기에 노출되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 따라서, 나셀(30)은 내구성이 우수한 플라스틱 혹은 금속복합재질로 이루어질 수 있다.
한편, 복수의 부품들은 블레이드(10)에서 발생한 운동에너지(회전력)를 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 이때, 복수의 부품은 기어박스(gearbox: 13), 발전기(generator: 14)와 같은 기계적 장치뿐만 아니라 인버터(미도시), 트랜스포머(미도시), 각종 제어장비(미도시)와 같은 전자장치를 포함할 수 있다.
따라서, 외기에 의해 발생한 회전력을 블레이드(10)가 나셀(30) 내부의 기어박스(13)로 전달하고, 상기 기어박스(13)가 회전축(12)의 회전속도를 높여 발전기(14)로 전송함으로써 전력을 생산할 수 있다.
이와 같은 풍력발전시스템의 전력생산방식은 일반적인 풍력 발전시스템에 의한 전력생산 방식과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이러한, 나셀(30)에는 외기가 도입되는 유입부(31)가 형성될 수 있다. 유입부(31)에 대한 설명은 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드(10) 후방 외기의 속도분포를 나타낸 도이다.
도 3에서 외기의 유속이 빠른 지점은 붉은 색으로, 느린 지점은 푸른색으로 표시되어 있다.
블레이드(10)를 통과한 외기는 블레이드(10)에 에너지를 전달하고, 속도가 감소되어 블레이드(10)의 후 측을 향해 유동한다. 이때, 도 3에 나타난 바와 같이 블레이드(10)와 타워(20)를 지나는 외기는 블록효과(blockage effect)에 의해 나셀(30)의 외측하부영역에서 가속되는 것을 알 수 있다.
또한, 이 영역에는 블레이드(10)에 에너지를 빼앗기지 않은 고 에너지(high energy)를 갖는 외기가 풍부하게 존재하는 영역이기도 하다.
따라서, 이와 같은 고 에너지를 갖는 외기를 보다 효율적으로 사용하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀(30)은 외측하부영역에 대응하도록 유입부(31) 및 덕트부(50)를 형성하여 외기가 나셀(30) 내부로 유입되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 나셀(30)은 외기의 가속 영역 내에 존재하는 외기를 나셀(30) 내부로 유입시킬 수 있으며, 이를 나셀(30) 내부의 복수의 부품을 냉각하는데 사용함으로써 나셀(30)내부의 방열효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 나셀(30)에는 유입부(31)로 유입된 외기가 배출되도록 외부공간과 연통된 배출부(33)가 형성될 수 있다.
배출부(33)는 외부공간과 연통되도록 나셀(30)의 후 단면 상부에 형성되어 유입부(31)를 통해 유입된 외기를 외부공간으로 배출함으로써 나셀(30) 내부를 환기 냉각할 수 있다. 이때, 외부공간은 대기를 뜻할 수 있다.
이와 같이 배출부(33)가 형성되는 위치는 일례일 뿐이며, 이에 한정되지 않고 유입부(31)를 통해 유입된 외기가 외부공간으로 배출될 수 있도록 나셀(30)의 다양한 위치에 형성될 수 있다.
한편, 유입부(31)에는 블레이드(10)를 통과한 외기를 유입부(31)로 가이드하는 덕트부(50)가 연결된다.
이러한, 덕트부(50)에 대한 설명은 도 4와 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드(10) 후방 외기의 정압(static pressure) 분포를 나타낸 도이다.
도 5는 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드(10) 후방 외기의 동압 분포를 나타낸 도이다.
전술한 바와 같이 유입부(31)가 형성된 나셀(30) 외측하부의 영역에는 빠른 속도의 외기가 존재한다.
그러나, 도 4에 나타난 바와 같이 상기의 영역에는 유입부(31)와 수직한 방향으로 유동흐름을 갖는 외기, 즉 정압을 갖는 외기가 거의 존재하지 않고, 도 5에 나타난 바와 같이 유입부(31)와 평행한 방향으로 유동흐름을 갖는 외기 즉, 동압을 갖는 외기가 대부분이다.
이 경우, 정압을 갖는 외기가 거의 존재하지 않으므로 나셀(30) 내부를 냉각하기 위해 유입부(31)로 도입되는 유량을 충분히 확보할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 유입부(31)에 덕트부(50)를 연결함으로써 유입부(31)와 평행한 방향으로 유동흐름을 갖는 외기, 즉, 동압을 갖는 외기를 나셀(30) 내부로 도입할 수 있다.
이러한, 덕트부(50)는 일 측이 유입부(31)에 연결되고, 타 측이 블레이드(10)방향으로 연장되도록 굴곡진 유로를 형성할 수 있다.
또한, 외기가 유입되는 덕트부 일단(50a)의 폭(w1)은 외기가 유입부(31)로 배출되는 덕트부 타단(50b)의 폭(w2)보다 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 덕트부 일단(50a)으로 유입된 외기가 덕트부 일단(50a)의 폭 보다 좁은 덕트부 타단(50b)을 통해 나셀(30) 내부로 배출됨에 따라 벤츄리효과(venturi effect)에 의해 외기의 속도가 증가하게 된다.
따라서, 나셀(30) 내부에는 가속된 외기가 덕트부 타단(50b)을 통해 유입되며 이로 인해 나셀(30) 내부의 냉각효과를 극대화시킬 수 있다.
이러한, 덕트부(50)는 유입부(31)에 용접방식으로 결합될 수 있고, 유입부(31)에 끼워지도록 홈이 마련되어 착탈방식으로 결합될 수도 있다.
한편, 덕트부 타단(50b)에는 나셀(30)의 하부를 기준으로 경사지게설치된 베인(vane: 70)이 더 포함될 수 있다.
베인(70)은 사각형의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 덕트부 일단(50a)으로 유입된 외기가 베인(70)이 형성하는 경사면을 따라 덕트부 타단(50b)을 통해 나셀(30) 내부로 원활하게 흐를 수 있도록 베인(70)의 상측단(70a)은 덕트부 타단(50b)에 대응하는 유입부(31)의 가장자리에 배치될 수 있다.
따라서, 덕트부(50)의 내측벽면과 유입된 외기 사이의 마찰이 줄어들어 외기의 압력손실을 최소화할 수 있다.
이러한, 베인(70)은 덕트부 타단(50b) 내부에 용접방식으로 결합될 수 있고 또는 덕트부 타단(50b)에 착탈방식으로 결합될 수도 있다.
덕트부(50)의 설치위치에 대한 설명은 도 6내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트부(50)의 설치위치를 나타낸 도이고, 도 7 내지 도 8은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드(10) 후방 고 에너지를 갖는 외기의 분포를 서로 다른 측면에서 나타낸 것으로 이를 토대로 덕트부(50)의 설치영역을 산정할 수 있다.
도 7과 도 8에 나타난 바와 같이, 나셀(30)의 외측하부영역에는 블레이드(10)의 회전에 의해 고 에너지를 갖는 외기가 풍부하게 형성된다. 이는 블레이드(10) 후방에서 외기가 블레이드(10), 나셀(30), 타워(20)간의 측벽효과(blockage effect)에 의해 가속되는 현상에 기인한다.
따라서, 덕트부(50)는 이러한 고 에너지를 갖는 외기가 풍부하게 존재하는 영역에 따라 설치위치가 결정될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 덕트부(50)는 블레이드(10)의 회전반경의 중심점을 지나며 타워(20)가 설치된 설치면(B)에 수직인 제 1가상선(D1)으로 블레이드(10) 반경의 N1 내지 N2 영역 내에 구비될 수 있다. 이때, N1은 블레이드(10) 반경의 0.02배 내지 0.05배 이고, N2는 블레이드(10) 반경의 0.03 내지 0.10배이다.
덕트부(50)가 제 1가상선(D1)으로부터 블레이드(10) 반경의 0.02배 보다 작은 범위에 위치하거나, 블레이드(10)반경의 0.10배보다 큰 범위에 위치하게 되면, 고 에너지를 갖는 외기가 거의 존재하지 않아 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 없는 문제가 있다. 이는 도 7에 의해 뒷받침될 수 있다.
따라서, 덕트부(50)는 블레이드(10)의 회전반경의 중심점을 지나며 타워(20)가 설치된 설치면(B)에 수직인 제 1가상선(D1)으로 블레이드(10) 반경의 약0.02배 내지 0.10배 범위만큼 이격되어 설치될 수 있으며, 이 경우 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 있다.
또한, 외기가 유입되는 덕트부의 일단의 중심(E)은 나셀(30)의 하부로부터 블레이드(10) 반경의 M1 내지 M2 영역 내에 구비될 수 있다. 이때, M1은 블레이드(10) 반경의 0.02배 내지 0.05배 이고, M2는 블레이드(10) 반경의 0.03배 내지 0.10배이다.
덕트부 일단의 중심(E)이 나셀(30)의 하부로부터 블레이드(10) 반경의 0.02배 보다 작은 범위에 위치하거나, 블레이드(10)반경의 0.10배보다 큰 범위에 위치하게 되면 전술한 바와 마찬가지로, 고 에너지를 갖는 외기가 거의 존재하지 않아 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 없는 문제가 있다. 이는 도 8에 의해 뒷받침될 수 있다.
따라서, 덕트부의 일단의 중심(E)은 블레이드(10) 반경의 약0.02배 내지 0.10배 범위만큼 나셀(30)의 하부로부터 이격될 수 있으며 이 경우 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 있다.
또한, 덕트부의 일단의 중심(E)은 블레이드(10)가 연결된 나셀(30)의 전방으로부터 블레이드(10) 반경의 L1 내지 L2영역 내에 구비될 수 있다. 이때, L1은 블레이드(10) 반경의 0.02배 내지 0.05배 이고, L2는 블레이드(10)반경의 0.03 내지 0.15배이다.
덕트부의 일단의 중심(E)이 블레이드(10)가 연결된 나셀(30)의 전방으로부터 블레이드(10) 반경의 0.02배 보다 작은 범위에 위치하게 되면, 블레이드(10) 회전에 의해 덕트부(50)와 블레이드(10)간 간섭이 발생하여 소음을 유발할 수 있다.
그리고 나셀(30)의 전방으로부터 블레이드(10) 반경의 0.15배 이상의 영역으로 갈수록 외기가 분산되어 버리기 때문에 덕트부 일단의 중심(E)이 나셀(30)의 전방으로부터 블레이드(10) 반경의 0.15배 보다 큰 범위에 위치하게 되면, 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 덕트부 일단의 중심(E)은 블레이드(10) 반경의 약0.02배 내지 0.15배 범위만큼 블레이드(10)가 연결된 나셀(30)의 전방으로부터 이격될 수 있으며 이 경우 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 있다.
이와 같은 덕트부(50)는 전술한 바와 같이 유입부(31)와 평행한 방향으로 유동흐름을 갖는 외기, 즉, 동압을 갖는 외기를 나셀(30) 내부로 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 고 에너지를 갖는 외기가 풍부하게 존재하는 일정한 영역 범위 내에 설치되어 나셀(30) 내부의 방열효과를 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트부(50)의 설치각도를 나타낸 도이다.
덕트부(50)의 설치각도에 대한 설명은 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 10은 풍력발전시스템 가동 시, 블레이드(10)를 통과하는 외기가 블레이드(10)와 충돌하여 편향되는 모습을 나타낸 도이다.
도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이, 블레이드(10)를 통과한 외기는 블레이드(10)를 통과하기 전의 기류에 비해 일 측으로 편향되는 현상이 나타난다.
이때, 외기가 편향되는 각도는 블레이드 회전축(12)과 평행한 제 2 가상선(D2)으로부터 약 8 도 내지 12도인 것을 알 수 있다.
따라서, 덕트부(50)는 블레이드(10)의 회전에 의해 편향된 외기의 방향을 바라보도록 구비되어 덕트부(50)로 유입되는 외기의 유량을 충분히 확보할 수 있다.
이때, 덕트부(50)는 블레이드 회전축(12)과 평행한 제 2가상선(D2)을 중심으로 약 -2도 내지 22도의 각도로 구비될 수 있고, 8도 내지 12도의 각도로 구비될 수 있다.
따라서, 편향된 외기가 덕트부 일단(50a)으로 유입되어 베인(70)이 형성하는 경사면을 따라 덕트부 타단(50b)을 통해 나셀(30) 내부로 원활하게 흐를 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치를 나타낸 도이다.
도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치는 블레이드(blade: 10), 타워(20), 블레이드(10)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 복수의 부품을 포함하는 나셀(nacelle: 30), 나셀(30)의 하부에 형성되어 외기가 도입되는 유입부(31), 유입부(31)에 연결되어 블레이드(10)를 통과한 외기를 유입부(31)로 가이드하는 덕트부(70), 나셀(30)에 형성되고 외부공간과 연통되어 상기 외기가 배출되는 배출부(33)를 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 공랭식 나셀 냉각장치의 블레이드(10), 타워(20), 나셀(30), 덕트부(50)는 전술한 실시예의 블레이드(10), 타워(20), 나셀(30), 덕트부(50)와 유사하므로 자세한 설명은 생략하며 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하기로 한다.
도 11에 나타난 바와 같이, 유입부(31)는 제 1단위유입부(310)와 제 2단위 유입부(320)를 포함하며, 제 1단위 유입부(310)와 제 2단위 유입부(320) 각각에는 제 1단위 덕트부(710)와 제 2단위 덕트부(720)가 연결되어 나셀(30) 내부를 냉각하기에 충분한 유량을 확보할 수 있다.
이에 따라, 나셀(30)내부를 냉각시키기 위한 냉각장치(미도시)등에 소요되는 전력을 저감시킬 수 있으며, 이로 인해 풍력발전시스템의 발전효율이 증대될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 블레이드(blade) 11: 허브(hub)
12: 회전축 13: 기어박스(gear box)
14: 발전기(generator) 20: 타워
30: 나셀 31: 유입부
33: 배출부 50: 덕트부
70: 베인(vane)

Claims (8)

  1. 블레이드;
    상기 블레이드와 연결되어 상기 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀;
    상기 나셀의 하부에 형성되어 외기가 도입되는 유입부;
    상기 유입부와 연결되어 상기 나셀의 하측으로 연장되어 상기 블레이드를 향하도록 개구되어 상기 블레이드를 통과한 외기를 상기 유입부로 가이드하는 덕트부; 및
    상기 나셀에 형성되고, 상기 나셀의 외부공간과 연통되어 상기 외기가 배출되는 배출부를 포함하며,
    상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전반경의 중심점을 지나며 상기 나셀을 지지하는 타워가 설치된 설치면에 수직인 제 1가상선으로 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.10배 범위만큼 이격되어 설치되는 공랭식 나셀 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외기가 유입되는 상기 덕트부 일단의 폭은 상기 외기가 상기 유입부로 배출되는 상기 덕트부의 타단의 폭보다 크게 형성되는 공랭식 나셀 냉각장치.
    .
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 덕트부의 일단의 중심은 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.10배 범위만큼 상기 나셀의 하부로부터 이격되는 공랭식 나셀 냉각장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 덕트부 일단의 중심은 상기 블레이드 반경의 0.02배 내지 0.15배 범위만큼 상기 블레이드가 연결된 상기 나셀의 전방으로부터 이격되는 공랭식 나셀 냉각장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전에 의해 편향된 외기의 방향을 바라보도록 구비된 공랭식 나셀 냉각장치.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 덕트부 타단에는 상기 나셀의 하부를 기준으로 경사지게 설치된 베인을 더 포함하는 공랭식 나셀 냉각장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 덕트부는 상기 블레이드의 회전축과 평행한 제 2가상선을 중심으로 약 8도 내지 12도의 각도를 이루도록 구비되는 공랭식 나셀 냉각장치.
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