KR20130134659A - 풍력발전기용 열교환기 - Google Patents
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Abstract
풍력발전기용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 열교환기는, 공기의 이동 통로를 제공하도록 로터 헤드 커버의 전후방을 관통하여 형성된 제 1 관통부; 제 1 관통부를 통과한 공기의 이동 통로를 제공하도록 나셀 커버를 관통하여 형성되는 제 2 관통부; 및 제 2 관통부에 배치되되, 냉각 대상 장치를 냉각시켜 가열된 냉각 유체가 유입되어 냉각된 후 배출되는 열교환부를 포함한다.
Description
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기용 열교환기에 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.
풍력 발전기는 지면에 설치된 타워 상단에 나셀이 설치되고, 나셀에 설치된 로터가 전방에서 불어오는 바람에 의해 회전하면서 전기에너지를 생산한다.
나셀 내부에는 증속기 또는 발전기 등과 같은 장치가 배치된다. 이러한 장치는 작동과정에서 가열되기 때문에 물과 같은 냉각 유체를 통해 냉각된다.
통상적으로 증속기 또는 발전기 등을 냉각시켜 가열된 냉각 유체는 공냉 방식으로 냉각된다.
일 례로서, 가열된 냉각 유체는 나셀 커버 외부로 현저히 돌출된 열교환기를 통해 냉각된다. 이렇게 나셀 커버 외부로 열교환기가 돌출된 경우, 바람에 대한 저항이 커져 풍력발전기의 안정성이 저하된다.
다른 예로서, 가열된 냉각 유체는 나셀 커버 내부에 배치된 팬에 의해 강제 흡입된 공기에 의해 냉각된다. 이 경우, 냉각팬을 설치하기 위한 공간을 나셀 커버 내부에 별도로 마련해야 하기 때문에 나셀 커버 내부의 공간 활용성이 떨어진다.
본 발명의 실시예는, 외부로 돌출되지 않고 별도의 팬 없이 작동하도록 구성된 풍력발전기용 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 로터 헤드를 커버하는 로터 헤드 커버 및 나셀 커버를 포함하는 풍력발전기에 사용되고, 상기 나셀 커버 내측에 배치된 냉각 대상 장치의 열을 외부로 방열하는 풍력발전기용 열교환기로서, 공기의 이동 통로를 제공하도록 상기 로터 헤드 커버의 전후방을 관통하여 형성된 제 1 관통부; 상기 제 1 관통부를 통과한 공기의 이동 통로를 제공하도록 상기 나셀 커버를 관통하여 형성되는 제 2 관통부; 및 상기 제 2 관통부에 배치되되, 상기 냉각 대상 장치를 냉각시켜 가열된 냉각 유체가 유입되어 냉각된 후 배출되는 열교환부를 포함하는 풍력발전기용 열교환기가 제공될 수 있다.
상기 열교환기는 상기 제 1 관통부를 통과하는 공기를 가속시키기 위해 상기 제 1 관통부에 배치되고, 상기 로터 헤드 커버와 함께 회전하는 가속 날개를 더 포함할 수 있다.
상기 가속 날개는 상기 제 1 관통부의 후단부에 형성될 수 있다.
상기 가속 날개는 복수이고, 상기 복수의 가속 날개는 상기 로터 헤드와 결합된 로터 축에 대해 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 제 2 관통부의 공기 유입구는 상기 제 1 관통부의 공기 배출구와 대향하도록 상기 나셀 커버의 전단에 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통부의 공기 배출구는 상기 나셀 커버의 측면에 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통부의 공기 유입구 및 공기 배출구에는 각각 이물질의 유입을 방지하기 위한 필터가 배치될 수 있다.
상기 제 2 관통부의 공기 유입구는 상기 로터 헤드와 결합된 로터축의 반경 방향을 따라 전체적으로 또는 부분적으로 연장 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 팬 없이 열교환이 이루어질 수 있어 나셀 커버 내부의 공간 활용성이 향상되고 에너지 효율이 좋으며, 열교환기가 외부로 노출되지 않아 바람에 대한 저항이 저감되고 미관이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기가 장착된 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 B-B 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 C-C 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 도 2의 D-D 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 B-B 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 C-C 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 도 2의 D-D 단면을 개략적으로 나타낸 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 열교환기가 장착된 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 B-B 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 C-C 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 2의 D-D 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 열교환기(100)는 풍력발전기(101)의 나셀 커버(104)에 배치된 냉각 대상 장치(미도시)의 열을 외부로 방열하기 위한 것으로 제 1 관통부(110)와, 제 2 관통부(120)와, 열교환부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 냉각 대상 장치는 예를 들어 증속기 또는 발전기와 같이 발전과정에서 과열되어 냉각이 필요한 장치를 말한다.
풍력발전기(101)는 복수의 블레이드(102)가 설치되는 로터 헤드(103)와 냉각대상 장치 등을 수용하는 나셀 커버(104)를 포함할 수 있다. 로터 헤드(103)는 로터 헤드 커버(105)에 의해 커버되고, 로터 헤드 커버(105)와 함께 회전한다. 로터 헤드(103)는 발전기(미도시)와 연결된 로터 축(107)과 결합된다.
제 1 관통부(110)는 로터 헤드 커버(105)의 전후방을 관통하여 형성된다. 전방에서 로터 헤드(103)에 결합된 블레이드(102)로 바람이 유입되면 블레이드(102)에 양력이 발생하여 로터 헤드(103)는 회전한다. 이때, 로터 헤드(103)를 회전시키는 바람의 일부는 로터 헤드 커버(105)에 형성된 제 1 관통부(110)를 자연스럽게 통과할 수 있다.
제 1 관통부(110)를 통과한 바람은 제 1 관통부(110)의 후방에 위치하는 제 2 관통부(120)를 통과하며 열교환부(130)를 냉각시킨다. 따라서 별도의 팬 없이 열교환이 이루어질 수 있다.
제 1 관통부(110)에는 가속 날개(140)가 배치될 수 있다. 가속 날개(140)는 로터 헤드 커버(105)와 함께 회전하면서 제 1 관통부(110)를 통과하는 공기를 가속시킨다. 가속 날개(140)에 의해 가속된 공기는 제 2 관통부(120)로 다량으로 신속하게 유입될 수 있어 제 2 관통부(120)에 배치된 열교환부(130)에서 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있다.
가속 날개(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 로터 헤드 커버(105)에 지지될 수 있다. 또는 가속 날개(140)는 도시되지 않았으나 로터 헤드(103)에 지지될 수 있음은 물론이다.
가속 날개(140)는 제 1 관통부(110)의 후단부에 배치될 수 있다. 이 경우, 공기가 제 1 관통부(110)를 빠져 나가는 순간 가속 날개(140)에 의해 가속될 수 있어 효과적이다. 제 1 관통부(110)에 대한 가속 날개(140)의 위치는 제 1 관통부(110)의 후단부로 제한되지 않음은 물론이다.
가속 날개(140)는 복수일 수 있다. 복수의 가속 날개(140)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 로터 헤드(103)에 결합된 로터축(107)에 대해 방사상으로 배치될 수 있다.
제 1 관통부(110)를 통과한 공기는 제 2 관통부(120)로 유입될 수 있다. 제 2 관통부(120)는 제 1 관통부(110)를 통과하여 나셀 커버(104) 측으로 이동하는 공기의 이동 통로를 제공한다. 제 2 관통부(120)는 나셀 커버(104)를 관통하여 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 관통부(120)는 외부로 노출되지 않는다.
도 2를 참조하면, 제 2 관통부(120)의 공기 유입구는 제 1 관통부(110)의 공기 배출구와 마주보도록 나셀 커버(104)의 전단에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 1 관통부(110)를 통해 배출된 공기는 효과적으로 제 2 관통부(120)로 유입될 수 있다.
제 2 관통부(120)의 공기 배출구는 나셀 커버(104)의 측면에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 관통부(120)로 유입된 공기는 나셀 커버(104) 측면으로 배출될 수 있다.
제 2 관통부(120)의 공기 유입구 및 공기 배출구 각각에는 이물질의 유입을 방지하기 위한 필터(151, 152)가 배치될 수 있다.
제 2 관통부(120)의 공기 유입구는 도 4에 도시된 바와 같이 로터 축(107)의 반경 방향을 따라 전체적으로 연장 형성될 수 있다. 대안적으로 제 2 관통부(120)의 공기 유입구는 도시되지 않았으나 로터 축(107)의 반경 방향을 따라 부분적으로 연장 형성될 수 있다.
제 2 관통부(120)의 공기 배출구는 제 2 관통부(120)의 공기 유입구에 대응하여 나셀 커버(104)의 외주면에 형성될 수 있다.
제 2 관통부(120)에 열교환부(130)가 배치될 수 있다. 냉각 대상 장치를 냉각시키고 가열된 냉각 유체는 열교환부(130)로 유입되고 열교환부(130)를 따라 이동하는 과정에서 제 2 관통부(120)를 통과하는 공기에 의해 냉각된 후 열교환부(130)로부터 배출된다.
열교환부(130)는 냉각 유체가 순환하는 순환 라인(160)에 위치할 수 있다. 이 경우, 냉각 대상 장치를 냉각시키고 가열된 냉각 유체는 순환 라인(160)을 통해 열교환부(130)로 유입되어 냉각된 후 다시 순환 라인(160)을 통해 냉각 대상 장치 측으로 유입될 수 있다.
열교환부(130)는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 열교환 라인(131)을 포함할 수 있다. 열교환 라인(131)은 제 2 관통부(120) 내에서 구불구불 연장되어 제 2 관통부(120)를 통과하는 공기와의 접촉 면적을 극대화 시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 열교환기(100)는 별도의 팬 없이 열교환이 이루어질 수 있어 나셀 커버(104) 내부의 공간 활용성이 향상되고 에너지 효율이 좋다. 그리고 열교환기(100)가 외부로 노출되지 않아 바람에 대한 저항이 저감되고 미관이 향상된다.
이하, 본 실시예에 따른 열교환기(100)의 작동 과정을 도 2를 참조하여 설명한다.
전방에서 바람이 불어와 로터 헤드(103)가 회전할 때 자연스럽게 바람의 일부가 로터 헤드 커버(105)에 형성된 제 1 관통부(110)로 유입되어 후방으로 흐른다. 제 1 관통부(110)를 통과하는 공기는 가속 날개(140)에 의해 더욱 가속되어 나셀 커버(104)를 관통하여 형성된 제 2 관통부(120)로 유입된다.
제 2 관통부(120)로 유입된 공기는 열교환부(130)로 유입된 가열된 냉각 유체를 냉각시킨 후 외부로 배출된다.
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.
100 : 열교환기 101 : 풍력발전기
102 : 블레이드 103 : 로터 헤드
104 : 나셀 커버 105 : 로터 헤드 커버
110 : 제 1 관통부 120 : 제 2 관통부
130 : 열교환부 140 : 날개
151, 152 : 필터
102 : 블레이드 103 : 로터 헤드
104 : 나셀 커버 105 : 로터 헤드 커버
110 : 제 1 관통부 120 : 제 2 관통부
130 : 열교환부 140 : 날개
151, 152 : 필터
Claims (8)
- 로터 헤드를 커버하는 로터 헤드 커버 및 나셀 커버를 포함하는 풍력발전기에 사용되고, 상기 나셀 커버 내측에 배치된 냉각 대상 장치의 열을 외부로 방열하는 풍력발전기용 열교환기로서,
공기의 이동 통로를 제공하도록 상기 로터 헤드 커버의 전후방을 관통하여 형성된 제 1 관통부;
상기 제 1 관통부를 통과한 공기의 이동 통로를 제공하도록 상기 나셀 커버를 관통하여 형성되는 제 2 관통부; 및
상기 제 2 관통부에 배치되되, 상기 냉각 대상 장치를 냉각시켜 가열된 냉각 유체가 유입되어 냉각된 후 배출되는 열교환부를 포함하는 풍력발전기용 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 관통부를 통과하는 공기를 가속시키기 위해 상기 제 1 관통부에 배치되고, 상기 로터 헤드 커버와 함께 회전하는 가속 날개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제2항에 있어서,
상기 가속 날개는 상기 제 1 관통부의 후단부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 가속 날개는 복수이고,
상기 복수의 가속 날개는 상기 로터 헤드와 결합된 로터 축에 대해 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통부의 공기 유입구는 상기 제 1 관통부의 공기 배출구와 대향하도록 상기 나셀 커버의 전단에 형성되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제5항에 있어서,
상기 제 2 관통부의 공기 배출구는 상기 나셀 커버의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통부의 공기 유입구 및 공기 배출구에는 각각 이물질의 유입을 방지하기 위한 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통부의 공기 유입구는 상기 로터 헤드와 결합된 로터축의 반경 방향을 따라 전체적으로 또는 부분적으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기용 열교환기.
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |