KR20100126765A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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KR20100126765A
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다카시 우치노
신스케 사토
다카토시 마츠시타
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

외기 온도에 의존하는 일 없이 광범위한 설치 환경에 적응하여 나셀 내부를 환기 냉각할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공한다. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드(4)에 연결되어 있는 구동·발전 기구 등의 기기(E)가 나셀(3)의 내부에 수납 설치되고, 나셀(3)에 설치한 환기 팬을 구동함으로써, 나셀 전면(前面)에 마련한 흡기구(31)로부터 도입한 외기(外氣)를 팬 출구에 연통하는 배기구(32)로부터 나셀(3)의 외부로 배출하여 내부의 환기 냉각을 행하는 풍력 발전 장치에 있어서, 나셀 외부를 흐르는 기류에 의해 부압(負壓)을 일으키는 위치의 나셀 측면(3a)에 측면 흡기구(34)를 증설하였다.

Description

풍력 발전 장치{WIND-DRIVEN ELECTRIC POWER GENERATOR}
본 발명은 자연 에너지의 바람을 회전력으로 변환하는 풍차를 이용하여 발전을 행하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
종래, 자연 에너지인 풍력을 이용하여 발전을 행하는 풍력 발전 장치가 알려져 있다. 이 종류의 풍력 발전 장치는, 예를 들어 도 3에 도시하는 풍력 발전 장치(1)와 같이, 지주(2) 상에 설치된 나셀(nacelle)(3)에, 풍차 날개(5)를 장착한 로터 헤드(4)와, 이 로터 헤드(4)와 일체로 회전하도록 연결된 주축과, 풍차 날개(5)에 풍력을 받아 회전하는 주축을 연결한 증속기와, 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기를 마련한 것이다.
이와 같이 구성된 풍력 발전 장치(1)에서는, 풍력을 회전력으로 변환하는 풍차 날개(5)을 구비한 로터 헤드(4) 및 주축이 회전하여 축 출력을 발생시키고, 주축에 연결된 증속기를 거쳐서 회전수를 증속한 축 출력이 발전기에 전달된다. 이 때문에, 풍력을 회전력으로 변환하여 얻어지는 축 출력을 발전기의 구동원으로 하여, 발전기의 동력으로서 풍력을 이용한 발전을 행할 수 있다.
상술한 풍력 발전 장치(1)는, 예를 들어 도 14에 도시하는 바와 같이, 나셀(3)의 내부에 증속기, 발전기 및 제어 기기 등의 기기(E)가 설치되어 있다. 이와 같은 기기(E)는 운전시에 발열하여 내부 온도를 상승시키는 원인이 된다. 이 때문에, 나셀(3)에는, 기기(E)의 발열에 의해 온도 상승하는 내부를 냉각하고, 소정 온도 이상의 온도 상승에 수반하는 기기(E)의 손상을 방지하기 위해, 환기 장치가 마련되어 있다.
이 환기 장치는 나셀(3)의 전면에 마련한 흡기구(31)와, 나셀(3)의 후방 상부에 마련한 배기구(32)와, 흡기구(31)에 마련한 환기 팬(도시되지 않음)을 구비하고 있다. 흡기구(31)를 마련한 나셀(3)의 전면(前面)은, 외부를 흐르는 공기류의 동압이 가장 커지는 위치이다.
상술한 흡기구(31)에는, 예를 들어 도 15에 도시하는 바와 같이 구성된 루버(louver)(33)가 마련되어 있다. 도시의 루버(33)는 나셀(3) 내로 빗물이 침입하는 것을 방지하는 유로 구조를 갖고, 나셀 외부로부터 나셀 내부로 향하는 흡기의 흐름과 나셀 내부로부터 나셀 외부로 향하는 배기의 흐름을 비교하면, 어느 쪽의 흐름 방향에서도 유로 저항[압력 손실(Δp)]이 동등한 것으로 되어 있다.
또한, 밀폐 구조의 케이스 내에 발전기가 수납되어 있는 풍력 발전 장치에서는, 발전기의 하단면측이 되는 케이스에 마련한 흡기구 및 케이스의 전면 단부에 마련한 공기 배기구를 이용하여, 케이스 내의 배기구 근방에 마련한 팬을 구동함으로써 케이스 내의 강제 환기를 행하는 냉각 기구가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본공개특허공보 제 1983-65977 호(도 2 참조)
상술한 종래의 풍력 발전 장치(1)는, 나셀(3)의 전면에 흡기구(31)를 마련해 환기 팬에 의한 흡배기를 행하여 환기 냉각하고 있다. 그러나, 이러한 환기 냉각은 풍력 발전 장치(1)의 설치 환경이나 계절에 따라서는 충분한 냉각 능력을 얻을 수 없는 경우가 있다.
풍력 발전 장치(1)의 설치 장소가 온난한 경우, 나셀(3)의 전면(前面)에 마련한 흡기구(31)에서만은, 기기(E)의 냉각에 필요한 풍량을 충분히 확보하지 못할 우려가 있다. 이와 같은 설치 장소에서는, 기기(E)의 온도 상승에 의한 손상이 문제가 된다.
풍력 발전 장치(1)의 설치 장소가 한랭지인 경우, 운전 정지되어도 흡기구(31)나 배기구(32)를 거쳐서 나셀(3)의 내부가 대기와 연통하고 있기 때문에, 나셀(3)의 내부에서는 기기(E)의 주변 온도가 저하한다. 이 때문에, 한랭지의 환경에 따라서는 기기(E)의 주변 온도가 -20℃ 이하의 저온이 되는 일도 있고, 따라서 운전 재개시에 기기(E)의 동작이 방해받아, 기기(E)가 손상에 이르는 것도 생각할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 나셀(3)의 내부가 저온이 되면, 기기(E)의 접동부에 공급되어 냉각 및 윤활을 행하는 유지류(油脂類)의 온도도 저하되어 점도가 상승한다. 이와 같은 유지류의 점도 상승은 펌프 기동시의 부하를 증대시키기 때문에, 원활한 펌프 기동이 방해받고, 또한 펌프나 전동기의 손상에 이르는 것도 염려된다.
이와 같이, 나셀(3)의 내부를 환기 냉각하는 풍력 발전 장치(1)는, 설치 장소나 계절에 따라서 외기 온도 등의 조건이 다르기 때문에, 외기 온도에 의존하는 일 없이 광범위한 설치 환경에 적응하여 나셀 내부를 냉각하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 외기 온도에 의존하는 일 없이 광범위한 설치 환경에 적응하여 나셀 내부를 환기 냉각할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해, 아래와 같은 수단을 채용하였다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결되어 있는 구동 기구 및 발전 기구의 기기류가 나셀의 내부에 수납 설치되고, 상기 나셀에 설치한 환기 팬을 구동함으로써, 나셀 전면(前面)에 마련한 흡기구로부터 도입한 외기(外氣)를 팬 출구에 연통하는 배기구로부터 상기 나셀의 외부로 배출하여 내부의 환기 냉각을 행하는 풍력 발전 장치에 있어서, 나셀 외부를 흐르는 기류에 의해 부압(負壓)을 일으키는 나셀 측면 위치에 측면 흡기구를 증설한 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 풍력 발전 장치에 의하면, 나셀 외부를 흐르는 기류에 의해 부압을 일으키는 나셀 측면 위치에 측면 흡기구를 증설하였기 때문에, 흡기구 면적의 증가에 수반하여 운전시에 나셀 내부로 도입할 수 있는 외기량이 늘어나서, 나셀 내부의 온도 상승을 경감할 수 있다.
또한, 풍력 발전 장치의 운전 정지시에는, 나셀 외부를 흐르는 기류가 측면 흡기구의 위치에서 부압이 되기 때문에, 증설한 측면 흡기구로부터 나셀 내부로 침입하는 외기량을 최소한으로 억지할 수 있다. 따라서, 한랭지에 설치한 풍력 발전 장치의 운전 정지시에 있어서는, 나셀 내부의 온도 저하를 억제할 수 있다.
이 경우, 증설하는 측면 흡기구를 흡기구에 가까운 나셀 측면의 하부에 배치하면, 흡기구로부터 유입한 외기는 나셀 내부를 순환하는 일 없이 거의 그대로 측면 흡기구로부터 유출하여 배기되기 때문에, 나셀 내부의 환기를 억제할 수 있다.
상기의 풍력 발전 장치에서는, 상기 측면 흡기구의 나셀 후방에서, 또한 부압이 해소된 나셀 측면 위치에 측면 후방 흡기구를 증설하고, 상기 측면 흡기구 및 상기 측면 후방 흡기구의 개폐 상태를 선택하는 전환 수단을 마련하는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 외기 온도에 따라서 개방으로 하는 흡기구를 선택하여 흡기 또는 배기에 사용할 수 있다.
이 경우, 상기 측면 후방 흡기구는 나셀 측면의 후방 상부에 위치하고 있는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 외기 온도가 높은 상황에서 측면 후방 흡기구를 개방으로 하면, 나셀 내부에서 온도가 높은 후방 상부의 환기를 효율 좋게 행할 수 있다.
또한, 상기 전환 수단은, 상기 측면 흡기구에 장착되고 나셀 전방측을 지점(支點)으로 하여 나셀 후방측이 바깥 방향으로 개폐하는 전방 지지 요동 부재와, 상기 측면 후방 흡기구에 장착되고 나셀 후방측을 지점으로 하여 나셀 전방측이 바깥 방향으로 개폐하는 후방 지지 요동 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 측면 흡기구를 개방으로 하면 부압의 증대에 의해 배기의 효율이 늘어나고, 측면 후방 흡기구를 개방으로 하면 외기의 흐름을 퍼올리듯이 취입하여 흡기의 효율을 늘릴 수 있다.
또한, 본 발명의 풍력 발전 장치에서, 상기 측면 흡기구의 외측에 장착되고 나셀 전방측을 폐쇄하며 나셀 후방측을 개구시킨 전방 후드 부재와, 상기 측면 후방 흡기구에 외측에 장착되고 나셀 전방측을 개구시켜며 나셀 후방측을 폐쇄한 후방 후드 부재를 마련하는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 측면 흡기구를 개방으로 하면 전방 후드 부재가 부압을 증대시켜 배기의 효율을 늘리고, 측면 후방 흡기구를 개방으로 하면 후방 후드 부재가 외기의 흐름을 퍼올리듯이 취입하여 흡기의 효율을 늘릴 수 있다.
상기의 발명에서, 상기 흡기구는 유입측보다 유출측의 입구 개구 면적을 크게 한 유로 단면 형상의 루버(louver)를 구비하고 있는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 유출시의 압력 손실을 유입시보다 작게 할 수 있다.
이 경우, 상기 유로 단면 형상은 축 중심선이 유입측으로부터 유출측으로 내려가도록 경사지고, 또한 유로 단면을 형성하는 하부 벽면에 물받이를 구비하고 있는 것이 바람직하며, 이것에 의해 루버로부터 나셀 내부로 침입하려고 하는 빗물을 외부로 배수할 수 있다.
상술한 본 발명의 풍력 발전 장치에 의하면, 설치 장소나 계절에 따라서 외기 온도 등의 조건이 다른 경우라도, 외기 온도에 의존하는 일 없이 광범위한 설치 환경에 적응하여 나셀 내부를 냉각할 수 있다. 즉, 나셀 내부의 온도가 상승하는 상황에서는 효율적인 환기에 의한 내부 냉각을 행하고, 한랭지 등과 같이 나셀 내부의 온도가 저하하는 상황에서는 환기를 억제하여 온도 저하를 최소한으로 억지할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 1 실시형태를 도시하는 운전시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 1b는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 1 실시형태를 도시하는 운전시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 2a는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 1 실시형태를 도시하는 운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 2b는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 1 실시형태를 도시하는 운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 3은 풍력 발전 장치의 개요를 도시하는 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 2 실시형태를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 4b는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 2 실시형태를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 5a는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 2 실시형태를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 5b는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 2 실시형태를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 6a는 제 2 실시형태에 따른 제 1 변형예를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 6b는 제 2 실시형태에 따른 제 1 변형예를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 7a는 제 2 실시형태에 따른 제 1 변형예를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 7b는 제 2 실시형태에 따른 제 1 변형예를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 8a는 제 2 실시형태에 따른 제 2 변형예를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 8b는 제 2 실시형태에 따른 제 2 변형예를 도시하는 저 외기 온도·운전 정지시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 9a는 제 2 실시형태에 따른 제 2 변형예를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 평면도,
도 9b는 제 2 실시형태에 따른 제 2 변형예를 도시하는 고 외기 온도·운전시의 나셀 구조를 나타낸 측면도,
도 10은 제 2 실시형태에 따른 제 3 변형예를 도시하는 나셀 구조의 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 흡기구에 장착되는 루버 구조를 도시하는 단면도,
도 12는 도 11에 도시하는 루버 구조의 제 1 변형예를 도시하는 단면도,
도 13은 도 11에 도시하는 루버 구조의 제 2 변형예를 도시하는 단면도,
도 14는 종래의 풍력 발전 장치에 대해서, 운전시의 나셀 구조를 도시하는 평면도,
도 15는 풍력 발전 장치의 흡기구에 장착되는 수뢰의 루버 구조를 도시하는 단면도.
이하, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 3에 도시하는 풍력 발전 장치(1)는, 지주(2)의 상부에 나셀(3)이 설치되어 있다. 나셀(3)의 전단부측에는, 풍차 날개(5)를 장착한 로터 헤드(4)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 나셀(3)의 내부에는, 로터 헤드(4)와 일체로 회전하도록 연결된 주축(도시되지 않음)과, 풍차 날개(5)에 풍력을 받아 회전하는 주축을 연결한 증속기(도시되지 않음)와, 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기(도시되지 않음)와, 각종 제어를 행하는 제어 기기(도시되지 않음)와 같은 기기류가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 풍력 발전 장치(1)는, 풍력을 회전력으로 변환하는 풍차 날개(5)를 구비한 로터 헤드(4) 및 주축이 회전하여 축 출력을 발생시키기 때문에, 주축에 연결된 증속기를 거쳐서 구동되는 발전기에 의해, 풍력을 이용한 발전을 행할 수 있다.
즉, 상술한 풍력 발전 장치(1)는, 풍차 날개(5)를 장착한 로터 헤드(4)에 연결되어 있는 구동·발전 기구 등의 기기(E)가 나셀(3)의 내부에 수납 설치되고, 나셀(3)의 내부 적소에 설치한 환기 팬(도시되지 않음)을 구동함으로써, 나셀(3)의 전면(前面)에 마련한 흡기구(31)로부터 도입한 외기(外氣)를 팬 출구에 연통하는 배기구(32)로부터 나셀(3)의 외부로 배출하여 내부의 환기 냉각을 행하는 것이다.
이와 같은 풍력 발전 장치(1)에 대해서, 이하에 설명하는 제 1 실시형태에서는, 예를 들어 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 나셀(3)의 외부를 흐르는 외기의 기류에 의해 부압이 생기는 나셀 측면 위치에 측면 흡기구(34)를 증설하고 있다. 또한, 이 측면 흡기구(34)는 나셀(3)의 좌우 양측면에 증설되어 있다.
흡기구(31)는 나셀(3)의 전면 하부에 마련된 개구부이고, 후술하는 루버(louver)(40)가 장착되어 있다. 이 경우의 전면 하부는 로터 헤드(4)가 회전하는 위치보다 하방이고, 나셀(3)의 대략 하단면에 가까운 영역이 된다.
배기구(32)는 나셀(3)의 후단면 상부에 배치되어 있는 배기용의 개구부이다. 이 배기구(32)는, 예를 들어 나셀(3)의 상단면 중앙 부근 등에 설치한 환기 팬의 출구와, 환기 팬 출구로부터 후방으로 연장되는 덕트를 거쳐서 연결되어 있다.
측면 흡기구(34)는 나셀(3)의 정면으로부터 흘러오는 외기류의 영향에 의해, 나셀 측면(3a)의 압력이 가장 낮아지는 부분에 설치되어 있다. 즉, 나셀(3)의 정면으로부터 홀러오는 외기류가 나셀 전단면의 영향을 받아 흐름 방향이 변화하고, 나셀 측면(3a)으로부터 박리하여 압력이 낮아지는 부압(負壓) 영역에 설치되어 있다. 이 부압 영역은, 예를 들어 도 1a에 도시하는 바와 같이, 나셀(3)의 전체 길이를 L이라고 하면, 나셀 형상에 기초하는 시뮬레이션의 결과, 대체로 0.1L 내지 0.3L의 범위에 형성된다. 도시의 설치예에서는, 나셀(3)의 전단으로부터 측면 흡기구(34)의 나셀 길이 방향 중심축까지의 길이를 a라고 했을 경우, a = 0.1L 내지 0.3L이 되도록 배치되어 있지만, 측면 흡기구(34)가 모두 0.1L 내지 0.3L의 범위에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 증설하는 측면 흡기구(34)는 흡기구(31)에 가까운 나셀 측면(3a)의 하부에, 즉 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 흡기구(31)로부터 유입한 외기가 나셀 내부를 순환하지 않고 유출하도록, 흡기구(31)와 대략 동일한 레벨의 후방 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 풍력 발전 장치(1)는 통상의 발전을 행하는 운전시에 있어서, 환기 팬을 운전하여 나셀(3)의 내부를 환기 냉각하고 있다. 이 경우의 외기는, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 흡기구(31) 및 증설된 측면 흡기구(34)로부터 나셀(3)의 내부에 유입하고, 나셀(3)의 내부를 순환하여 배기구(32)로부터 유출하도록 흐른다. 즉, 증설된 측면 흡기구(34)는 흡기용의 개구 면적(흡기구 면적)을 넓히도록 기능한다.
이 결과, 나셀(3)에는, 흡기구(31) 및 측면 흡기구(34)로부터 흡기된 외기가 나셀 내부를 순환하고, 나셀 내부를 환기 냉각한 후에 배기구(32)로부터 나셀 밖으로 배기되는 환기 냉각 유로가 형성되어 있다. 따라서, 흡기구 면적의 증가에 수반하여, 풍력 발전 장치(1)의 운전시에 나셀(3)의 내부로 도입할 수 있는 외기량이 늘어나서, 나셀 내부의 온도 상승을 경감할 수 있다. 또한, 측면 흡기구(34)의 설치 위치는 부압 영역이 되지만, 환기 팬이 운전되고 있기 때문에, 측면 흡기구(34)의 주변에서는, 큰 부압이 형성되는 나셀(3)의 내부로 흡인되는 외기의 흐름이 형성되게 된다.
한편, 풍력 발전 장치(1)의 운전 정지시에는, 환기 팬의 운전도 정지된다. 이 때, 측면 흡기구(34)는 부압 영역에 설치되어 있기 때문에, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 증설한 측면 흡기구(34)의 주변에서는 나셀 내부로 향하는 흡인력은 작용하지 않고, 반대로 부압이 되는 나셀 외부로 향하여 배기된다. 즉, 환기 팬의 운전을 정지한 상태에서는, 측면 흡기구(34)가 배기구로서 기능하지만, 이 경우에 생기는 나셀 외부의 부압은, 환기 팬의 운전에 의해 생기는 부압과 비교하여 상당히 작은 것이 된다.
따라서, 주변 흡기구(34)에는 나셀 내부로부터 나셀 외부로 유출하는 비교적 소량의 공기류가 형성되고, 이 공기류에 의해 나셀 내부로 침입하는 외기량을 최소한으로 억지할 수 있다.
이 결과, 한랭지에 설치한 풍력 발전 장치(1)에서는, 운전 정지시에 저온의 외기가 나셀 내부로 침입하는 것에 기인한 환기에 시간을 필요로 하기 때문에, 나셀 내부의 온도 저하를 억제할 수 있다. 특히, 측면 흡기구(34)를 흡기구(31)에 가까운 나셀 측면(3a)의 하부에 증설해 두면, 흡기구(31)로부터 유입한 외기는 나셀(3)의 내부를 순환하는 일 없이 거의 그대로 측면 흡기구(34)로부터 나셀 밖으로 유출하여 배기되기 때문에, 나셀 내부의 환기를 보다 한층 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에 대해서, 제 2 실시형태를 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 기초하여 설명한다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
이 실시형태에서는, 상술한 측면 흡기구(34)의 나셀 후방 위치이고, 또한 부압이 해소된 비-부압 영역이 되는 나셀 측면(3a)의 위치에, 측면 후방 흡기구(35)를 증설하고 있다. 이 측면 후방 흡기구(35)에는, 측면 흡기구(34) 및 측면 후방 흡기구(35)의 개폐 상태를 선택하는 전환 수단으로서, 예를 들어 슬라이드식의 도어 부재(36)를 구비하고 있다.
이 도어 부재(36)는 측면 흡기구(34)를 개방으로 하고 측면 후방 흡기구(35)를 폐쇄로 하는 제 1 개폐 상태와, 측면 흡기구(34)를 폐쇄로 하고 측면 후방 흡기구(35)를 개방으로 하는 제 2 개폐 상태의 사이를 나셀(3)의 전후 방향으로 슬라이드하여, 어느 한쪽이 개방으로 되는 개폐 상태를 선택할 수 있도록 되어 있다.
이 실시형태에서, 측면 흡기구(34)는 상술한 제 1 실시형태와 동일한 위치에 배치 마련되어 있다.
측면 후방 흡기구(35)는 나셀(3)의 정면으로부터 홀러오는 외기류가 나셀 전단면의 영향을 받아 흐름 방향을 변화시키고, 나셀 측면(3a)으로부터 박리하여 압력이 낮아지는 부압 영역을 지나서, 압력을 회복한 위치(비-부압 영역)에 설치되어 있다. 즉, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 측면 후방 흡기구(35)는 나셀(3)의 전체 길이를 L이라고 하면, 나셀 형상에 기초하는 시뮬레이션의 결과, 대체로 0.5L 내지 0.8L의 범위에 형성된다. 도시의 설치예에서는, 나셀(3)의 전단으로부터 측면 후방 흡기구(35)의 나셀 길이 방향 중심축까지의 길이를 b라고 했을 경우, b = 0.5L 내지 0.8L이 되도록 배치되어 있지만, 측면 후방 흡기구(35)가 모두 0.5L 내지 0.8L의 범위에 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하면, 풍력 발전 장치(1)가 설치된 환경의 외기 온도에 따라 도어 부재(36)를 조작하여, 측면 흡기구(34) 및 측면 후방 흡기구(35)로부터 개방으로 하는 흡기구를 선택하여 흡기 또는 배기에 사용할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 외기 온도가 낮은 설치 환경에서는, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 도어 부재(36)를 나셀 후방측으로 슬라이드시킴으로써, 측면 흡기구(34)를 개방으로 하고, 측면 후방 흡기구(35)를 폐쇄로 하는 제 1 개폐 상태를 선택한다. 이 상태에서는, 측면 후방 흡기구(35)가 폐쇄되어 있기 때문에, 측면 후방 흡기구(35)가 마련되어 있지 않은 상술한 제 1 실시형태와 실질적으로 동일한 구성이 된다.
따라서, 풍력 발전 장치(1)의 운전을 정지하고, 환기 팬의 운전도 정지한 상태에서는, 측면 흡기구(34)가 배기구로서 기능한다. 이 때문에, 측면 흡기구(34)에는, 나셀 내부로부터 나셀 외부로 유출하는 비교적 소량의 공기류가 형성되고, 이 공기류에 의해 나셀 내부로 침입하는 외기량을 최소한으로 억지할 수 있다.
이 결과, 한랭지에 설치한 풍력 발전 장치(1)에서는, 운전 정지시에 저온의 외기가 나셀 내부로 침입하여 환기하기 위한 시간이 길어져서, 나셀 내부의 온도 저하를 억제할 수 있다.
반대로, 외기 온도가 높은 설치 환경에서는, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 도어 부재(36)를 나셀 전방측으로 슬라이드시킴으로써, 측면 흡기구(34)를 폐쇄로 하고, 측면 후방 흡기구(35)를 개방으로 하는 제 2 개폐 상태를 선택한다. 이 상태에서는, 측면 후방 흡기구(35)가 개방되어 있기 때문에, 비-부압 영역에 있는 측면 후방 흡기구(35)는 흡기구로서 기능한다.
따라서, 풍력 발전 장치(1) 및 환기 팬이 운전되고 있는 통상의 운전 상태에서는, 흡기구(31)에 더하여 측면 후방 흡기구(35)도 흡기구로서 기능하기 때문에, 나셀(3)의 내부를 환기 냉각하는 공기량의 증가에 의해 냉각 효율이 향상된다. 이러한 냉각 효율의 향상은, 환기 팬의 용량 저감에도 유효하다.
도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b는 상술한 제 2 실시형태에 따른 제 1 변형예를 도시하고 있다. 이 경우의 측면 후방 흡기구(35A)는 나셀 측면(3a)의 후방 상부에 위치하고 있다. 즉, 나셀(3)의 내부에 설치된 기기(E)의 후단부 부근이고, 또한 나셀 측면(3a)의 상단부 부근이 되는 위치에, 측면 후방 흡기구(35A)를 마련하고 있다. 이 변형예에서도, 측면 흡기구(34) 또는 측면 후방 흡기구(35A) 중 어느 한쪽만을 개방으로 하도록, 개폐 상태를 선택할 수 있는 도어 부재(36A)를 구비하고 있다.
이러한 배치의 측면 후방 흡기구(35A)는, 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 외기 온도가 높은 상황에서, 측면 흡기구(34)를 폐쇄로 하고, 측면 후방 흡기구(35A)를 개방으로 하면, 나셀 내부에서 온도가 높은 후방 상부의 환기를 효율 좋게 행할 수 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 상태는, 상술한 실시형태의 도 4a 및 도 4b와 동일하게, 외기 온도가 낮은 설치 환경에서 풍력 발전 장치(1)의 운전을 정지한 경우를 도시하고 있다.
도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b는 상술한 제 2 실시형태에 따른 제 2 변형예를 도시하고 있다. 이 경우의 전환 수단은 힌지식의 도어 부재(37a, 37b)가 채용되어 있다.
한 쪽의 도어 부재(37a)는 측면 흡기구(34)에 장착되어 있다. 이 도어 부재(37a)는, 나셀(3)의 전방측을 지점(支點)으로 하여 나셀 후방측이 바깥 방향으로 개폐하는 전방 지지 요동 부재이다. 다른 쪽의 도어 부재(37b)는 측면 후방 흡기구(35)에 장착되어 있다. 이 도어 부재(37a)는, 나셀(3)의 후방측을 지점으로 하여 나셀 전방측이 바깥 방향으로 개폐하는 후방 지지 요동 부재이다.
이와 같은 구성에서는, 예를 들어 도 8a 및 도 8b에 도시하는 바와 같이, 도어 부재(37a)를 조작하여 측면 흡기구(34)를 개방으로 하면, 부압의 증대에 의해 배기의 효율을 늘릴 수 있다. 즉, 개방 상태로 한 도어 부재(37a)는 나셀 측면(3a)을 따라서 흐르는 외기의 흐름을 바깥 방향으로 변화시키기 때문에, 나셀(3)의 내부로부터 나셀 외부로 흡기하는 방향으로 작용하는 부압을 증대시킬 수 있다.
또한, 예를 들어 도 9a 및 도 9b에 도시하는 바와 같이, 도어 부재(37b)를 조작하여 측면 후방 흡기구(35)를 개방으로 하면, 외기의 흐름을 퍼올리듯이 하여 나셀(3)의 내부로 취입할 수 있다. 즉, 개방 상태로 한 도어 부재(37b)는 나셀 측면(3a)을 따라서 흐르는 외기의 흐름을 나셀(3)의 내부로 향해 변화시키기 때문에, 나셀(3)의 내부에 외기를 취입하는 흡기의 효율을 늘릴 수 있다.
도 10은 상술한 제 2 실시형태에 따른 제 3 변형예를 도시하고 있다. 이 경우 변형예에서는, 측면 흡기구(34)의 외측에 장착되고 나셀 전방측을 폐쇄하며 나셀 후방측을 개구시킨 전방 후드 부재(38)와, 측면 후방 흡기구(35)에 외측에 장착되고 나셀 전방측을 개구시키며 나셀 후방측을 폐쇄한 후방 후드 부재(39)를 구비하고 있다.
이와 같은 구성에서는, 도시되지 않는 도어 부재(36) 등을 조작하여 측면 흡기구(34)를 개방으로 하면, 상술한 제 2 변형예의 도어 부재(37a)와 동일한 작용에 의해, 전방 후드 부재(38)가 부압을 증대시켜 배기의 효율을 늘릴 수 있다.
또한, 도시되지 않은 도어 부재(36) 등을 조작하여 측면 후방 흡기구(35)를 개방으로 하면, 상술한 제 2 변형예의 도어 부재(37b)와 동일한 작용에 의해, 후방 후드 부재(39)가 외기의 흐름을 퍼올리듯이 취입하여 흡기의 효율을 늘릴 수 있다.
상술한 각 실시형태 및 그 변형예에서, 흡기구(31)에는, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 유입측보다 유출측의 입구 개구 면적을 크게 한 유로 단면 형상의 루버(louver)(40)가 마련되어 있다. 또한, 루버(40)는 미늘창이나 개창(鎧窓)으로도 불리고 있다.
도 11에 도시하는 루버(40)에는, 나셀 외부에 면한 외기의 유입측과 비교하여, 나셀 내부에 면한 나셀 유출측의 유로 단면적이 큰 외기 유로(41)가 형성되어 있다. 이 외기 유로(41)는 상하 방향으로 소정의 피치로 다수 배치되어 있는 유로 형성 부재(42)의 단면 형상에 관해서, 나셀 유출측의 선단부를 예각의 삼각형으로 하여 입구 개구 면적을 확대하고 있다.
이와 같은 루버(40)를 채용함으로써, 유출시의 압력 손실(ΔPo)을 유입시의 압력 손실(ΔPi)보다 작게 할 수 있다. 즉, 환기 팬의 운전을 정지한 경우에 있어서는, 루버(40)를 통해서 나셀(3)의 내부에 유입하는 외기의 유로 저항이, 나셀(3)의 내부로부터 유출하는 공기의 유로 저항보다 커진다. 이 때문에, 한랭지에 설치된 풍량 발전 장치(1)에서는, 운전 정지시에 나셀(3)의 내부에 저온의 외기가 유입하기 어려워져서, 나셀(3)의 내부 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 12에 도시하는 루버(40A)는 도 11에 도시한 루버(40)의 변형예이다. 이 경우의 루버(40A)는, 유로 형성 부재(42A)가 상하 방향으로 소정의 피치로 다수 배치되어, 다수의 외기 유로(41A)를 형성하고 있다. 유로 형성 부재(42A)의 단면 형상은 나셀 유출측의 선단부가 곡면에 의해 좁혀진 대략 삼각형으로 되고, 이 좁힘에 의해 입구 개구 면적을 확대하고 있다.
또한, 도 13에 도시하는 루버(40B)는 도 11 및 도 12에 도시한 루버(40, 40A)의 변형예이다. 이 경우, 루버(40B)에 형성된 외기 유로(41B)의 유로 단면 형상은, 축 중심선이 유입측으로부터 유출측으로 내려가도록 경사지고, 또한 유로 단면을 형성하는 유로 형성 부재(42B)의 하부 벽면(43)에 물받이(44)를 구비하고 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 루버(40B)로부터 나셀(3)의 내부로 침입하려고 하는 빗물이 하부 벽면(43)의 경사에 의해 물받이(44)에 집수된다. 이 빗물은 물받이(44)에 인도되어 나셀(3)의 외부로 배수할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 풍력 발전 장치(1)는 설치 장소나 계절에 따라서 외기 온도 등의 조건이 다른 경우라도, 외기 온도에 의존하는 일 없이 광범위한 설치 환경에 적응하여 나셀(3)의 내부를 냉각할 수 있다. 즉, 나셀(3)의 내부 온도가 상승하는 상황에서는 효율적인 환기에 의한 내부 냉각을 행하고, 한랭지 등과 같이 나셀 내부의 온도가 저하하는 상황에서는 환기를 억제하여 온도 저하를 최소한으로 억지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경할 수 있다.
1 : 풍력 발전 장치 3 : 나셀
3a : 나셀 측면 31 : 흡기구
32 : 배기구 33, 40, 40A, 40B : 루버
34 : 측면 흡기구 35, 35A : 측면 후방 흡기구
36, 36A : 도어 부재 37a, 37b : 도어 부재

Claims (7)

  1. 풍차 날개를 장착한 로터 헤드에 연결되어 있는 구동 기구 및 발전 기구의 기기류가 나셀(nacelle)의 내부에 수납 설치되고, 상기 나셀에 설치한 환기 팬을 구동함으로써, 나셀 전면(前面)에 마련한 흡기구로부터 도입한 외기(外氣)를 팬 출구에 연통하는 배기구로부터 상기 나셀의 외부로 배출하여 내부의 환기 냉각을 행하는 풍력 발전 장치에 있어서,
    나셀 외부를 흐르는 기류에 의해 부압(負壓)을 일으키는 나셀 측면 위치에 측면 흡기구를 증설한 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 흡기구의 나셀 후방에서, 또한 부압이 해소된 나셀 측면 위치에 측면 후방 흡기구를 증설하고, 상기 측면 흡기구 및 상기 측면 후방 흡기구의 개폐 상태를 선택하는 전환 수단을 마련한 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측면 후방 흡기구가 나셀 측면의 후방 상부에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전환 수단은, 상기 측면 흡기구에 장착되고 나셀 전방측을 지점(支點)으로 하여 나셀 후방측이 바깥 방향으로 개폐하는 전방 지지 요동 부재와, 상기 측면 후방 흡기구에 장착되고 나셀 후방측을 지점으로 하여 나셀 전방측이 바깥 방향으로 개폐하는 후방 지지 요동 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 측면 흡기구의 외측에 장착되고 나셀 전방측을 폐쇄하며 나셀 후방측을 개구시킨 전방 후드 부재와, 상기 측면 후방 흡기구에 외측에 장착되고 나셀 전방측을 개구시켜며 나셀 후방측을 폐쇄한 후방 후드 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기구는 유입측보다 유출측의 입구 개구 면적을 크게 한 유로 단면 형상의 루버(louver)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유로 단면 형상은 축 중심선이 유입측으로부터 유출측으로 내려가도록 경사지고, 또한 유로 단면을 형성하는 하부 벽면에 물받이를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    풍력 발전 장치.
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