KR20110114427A

KR20110114427A - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR20110114427A
Application number: KR1020107005940A
Authority: KR
Inventors: 하지메 무라따; 신스께 사또오
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-10-19

Abstract

본 발명의 과제는 도어용 개구부의 개구 및 쉘 플레이트를 유효 이용하여, 타워(2) 내의 냉각용 열교환기(40)로 외기를 도입하기 위한 외기 순환 유로(13)를 형성한 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다. 타워(2)의 내부에 설치되어 있는 발열체(30)를 냉각하는 냉각 매체가 냉각용 열교환기(40)를 순환하여 외기와의 열교환에 의해 흡열되는 풍력 발전 장치에 있어서, 쉘 플레이트(2a)의 도어용 개구부(10)에 연통하는 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로(13)를 타워(2)의 내부 공간에 형성하고, 냉각용 열교환기(40)를 외기 순환 유로(13)의 내부에 설치하였다.

Description

풍력 발전 장치 {WIND-DRIVEN GENERATOR}

본 발명은 타워 내부의 발열체를 냉각하는 냉각 매체가 냉각용 열교환기를 순환하여 외기와의 열교환에 의해 흡열되는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

풍력 발전 장치는 풍차 날개를 구비한 로터 헤드가 풍력을 받아 회전하고, 이 회전을 증속기에 의해 증속하는 것 등을 하여 구동되는 발전기에 의해 발전하는 장치이다.

상술한 로터 헤드는 풍차용 타워(이하, 「타워」라고 부름) 상에 설치되어 요 선회 가능한 너셀의 단부에 설치되어, 대략 수평한 횡방향의 회전 축선 주위로 회전 가능해지도록 지지되어 있다.

일반적으로, 상술한 풍차용 타워는 원통 형상의 쉘을 사용한 강제(鋼製) 모노폴식을 채용하는 경우가 많고, 쉘 플레이트의 하단부에 설치한 베이스 플레이트를 철근 콘크리트의 기초에 앵커 볼트로 고정하는 구조로 되어 있다.

이와 같은 풍력 발전 장치는 컨버터 등의 전기 기기를 구비하고 있으므로, 안정된 운전을 계속하기 위해서는, 발열체인 전기 기기 등을 냉각할 필요가 있다.

종래의 풍력 발전 장치에 있어서는, 전기 기기 등의 발열체를 냉각하기 위해, 예를 들어 냉각 매체를 순환시켜 냉각하는 냉각 장치를 구비한 것이 있다.

상술한 냉각 장치는, 예를 들어 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 타워의 외부에 설치한 열교환기를 구비하고 있고, 이 열교환기로 도입한 냉각 매체를 외기와의 열교환에 의해 냉각하도록 구성되어 있다.

[특허문헌1]미국특허제7,168,251호명세서

그런데, 컨버터 등의 전기 기기를 풍력 발전 장치의 타워 내에 설치하는 경우에는, 발열체로 되는 전기 기기를 냉각하기 위해, 냉각 매체와 외기를 열교환시키는 냉각용 열교환기 및 이 냉각용 열교환기로 외기를 도입하는 외기 순환용 배관을 타워 내에 설치하는 것이 필요해진다. 그리고, 외기 순환용 배관을 타워 내에 설치하기 위해서는, 타워의 구조 부재인 쉘 플레이트에 개구부를 형성하는 것이 필요해진다.

또한, 풍력 발전 장치의 대형화에 수반하여, 전기 기기류의 사이즈가 커져 발열량도 증가하므로, 냉각용 열교환기 및 외기 순환용 배관의 사이즈도 커진다.

한편, 수송 등의 제약 조건이 있으므로 타워의 단면 치수에는 제한이 있고, 따라서, 타워 내에 차지하는 냉각용 설비의 비율도 풍력 발전 장치의 대형화와 함께 커지므로, 타워 내에 이들 설비를 수납하는 것은 곤란한 상황으로 되어 있다.

또한, 풍력 발전 장치의 타워는 원통 형상의 쉘을 사용한 강제 모노폴식을 채용하는 경우가 많다. 이와 같은 원형 단면 형상의 타워는 배관 등을 타워 내에 배치하는 경우, 타워 단면을 유효하게 활용하여 배치하는 것이 어려워진다.

이와 같은 배경으로부터, 타워 내로 출입하는 도어용으로서 형성되어 있는 쉘 플레이트 개구 및 쉘 플레이트를 유효 이용하여, 타워 내의 냉각용 열교환기로 외기를 도입하기 위한 외기 순환용 공간을 형성한 풍력 발전 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 도어용으로서 형성되어 있는 쉘 플레이트 개구 및 쉘 플레이트를 유효 이용하여, 타워 내의 냉각용 열교환기로 외기를 도입하기 위한 외기 순환용 공간을 형성한 풍력 발전 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명에 관한 풍력 발전 장치는 풍차 날개에 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드가 너셀의 내부에 설치된 발전기를 구동하여 발전하고, 상기 너셀이 기초 상에 세워 설치된 모노폴식 타워의 상단부에 설치되는 동시에, 타워 내부에 설치되어 있는 발열체를 냉각하는 냉각 매체가 냉각용 열교환기를 순환하여 외기와의 열교환에 의해 흡열되는 풍력 발전 장치에 있어서, 쉘 플레이트의 개구부에 연통하는 외기 유입 개구 및 외기 유출 개구를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로를 타워 내부 공간에 형성하여, 상기 냉각용 열교환기를 상기 외기 순환 유로의 내부에 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 풍력 발전 장치에 따르면, 쉘 플레이트의 개구부에 연통하는 외기 유입 개구 및 외기 유출 개구를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로를 타워 내부 공간에 형성하고, 상기 냉각용 열교환기를 상기 외기 순환 유로의 내부에 설치하였으므로, 쉘 플레이트 개구 및 쉘 플레이트를 이용하여, 냉각용 열교환기의 열교환에 사용하는 외기 순환용 유로를 용이하게 형성할 수 있다. 그리고, 외기 순환 유로의 내부에 냉각용 열교환기를 설치하였으므로, 외기에 의해 흡열된 저온의 냉각 매체를 사용하여, 발열체를 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

또한, 강도 부재인 쉘 플레이트에 설치하는 외기 순환용 개구를 도어용 개구부 등의 개구부와 겸용하는 것이 가능해지고, 따라서, 쉘 플레이트의 개구 수를 최소한으로 하고, 또한 개구부의 보강 부재 수도 최소한으로 할 수 있다.

상기한 발명에 있어서, 상기 외기 순환 유로는, 타워 내부에 있어서 상기 쉘 플레이트의 상기 개구부의 주위에 구획벽을 설치하여, 상기 구획벽 및 상기 타워 쉘에 의해 창출된 것이나, 혹은 타워 내부에 있어서 상기 쉘 플레이트의 도어용 개구부의 주위에 구획벽을 설치하여, 상기 구획벽, 상기 쉘 플레이트 및 타워 내 바닥판에 의해 창출된 것이 바람직하다.

이와 같은 외기 순환 유로로 하면, 외기 유입 개구 및 외기 유출 개구는 개구부로부터 내측으로 들어가도록 형성되어 타워 내부 공간을 외기로부터 분리하고 있는 오목부 공간의 구획벽에 형성되므로, 외기 유입 개구 및 외기 유출 개구가 타워 벽면보다 내측에 개방되어 타워 내부에 대한 빗물 등의 침입을 억제할 수 있다.

또한, 외기 순환 유로의 일부에 바닥면 형성 부재를 사용한 것에 의해, 부재의 유효 이용이 가능해진다.

상기한 발명에 있어서, 쉘 플레이트의 도어용 개구부의 주위에 구획벽을 설치하여 외기 순환 유로를 창출하는 경우, 상기 구획벽의 상기 외기 유입 개구 또는 외기 유출 개구와 다른 위치에 도어가 설치되어 있는 것이 바람직하고, 이에 의해 필요한 개구 면적 확보의 자유도를 늘릴 수 있다.

상기한 발명에 있어서, 상기 외기 유입 개구 및 상기 외기 유출 개구는 상기 도어용 개구부에 설치한 도어의 상하에 형성된 것이라도 좋다.

이와 같은 본 발명의 풍력 발전 장치에 따르면, 타워 내로 출입하는 도어용 쉘 플레이트 개구 및 쉘 플레이트를 유효 이용하여, 타워 내의 냉각용 열교환기로 외기를 도입하기 위한 외기 순환용 공간을 형성할 수 있으므로, 폐쇄 공간으로 되는 외기 순환 유로의 내부에 냉각용 열교환기를 설치하여, 외기 순환 유로를 순환하는 외기와의 열교환에 의해 냉각 매체로부터 흡열하여 냉각할 수 있다. 따라서, 타워 내의 한정된 스페이스를 유효 활용하여, 냉각된 저온의 냉각 매체를 사용하여, 발열체를 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 풍력 발전 장치의 제1 실시 형태로서, 타워의 도어 개구부 주변 구조를 도시하는 종단면도(도 2의 D-D 단면도).
도 2는 도 1에 도시한 풍력 발전 장치의 A-A 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 풍력 발전 장치의 B-B 단면도.
도 4는 도 1에 도시한 풍력 발전 장치의 C-C 단면도.
도 5는 도 2에 도시한 풍력 발전 장치의 E-E 단면도.
도 6은 도 2에 도시한 풍력 발전 장치의 F-F 단면도.
도 7은 도 2에 도시한 풍력 발전 장치의 G-G 단면도.
도 8은 풍력 발전 장치의 개요를 도시하는 측면도.
도 9는 본 발명에 관한 풍력 발전 장치의 제2 실시 형태로서, 타워의 도어 개구부 주변 구조를 도시하는 종단면도(도 10의 J-J 단면도).
도 10은 도 9에 도시한 풍력 발전 장치의 H-H 단면도.
도 11은 도 9에 도시한 풍력 발전 장치의 I-I 단면도.
도 12는 도 10에 도시한 풍력 발전 장치의 K-K 단면도.
도 13은 도 10에 도시한 풍력 발전 장치의 L-L 단면도.
도 14는 도 10에 도시한 풍력 발전 장치의 M-M 단면도.

이하, 본 발명에 관한 풍력 발전 장치의 타워 내 외기 순환용 유로(관로) 구조에 대해, 그 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 8에 도시하는 풍력 발전 장치(1)는 기초(B) 상에 세워 설치되는 풍차용 타워(이하에서는, 「타워」라고 부름)(2)와, 타워(2)의 상단부에 설치되는 너셀(3)과, 대략 수평한 횡방향의 회전 축선 주위로 회전 가능하게 지지되어 너셀(3)의 전단부측에 설치되는 로터 헤드(4)를 갖고 있다.

로터 헤드(4)에는 그 회전 축선 주위에 방사상으로 하여 복수매(예를 들어, 3매)의 풍차 날개(5)가 설치되어 있다. 이에 의해, 로터 헤드(4)의 회전 축선 방향으로부터 풍차 날개(5)에 부딪친 바람의 힘이, 로터 헤드(4)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.

타워(2)의 하단부 부근에는 타워 내로 출입하기 위한 도어(6)가 설치되어 있다.

너셀(3)의 외주면 적소(예를 들어, 상부 등)에는 주변의 풍속치를 측정하는 풍속계(7)나, 풍향을 측정하는 풍향계(8) 등이 설치되어 있다.

즉, 풍력 발전 장치(1)는 풍차 날개(5)에 풍력을 받아 대략 수평한 회전 축선 주위로 회전하는 로터 헤드(4)가 너셀(3)의 내부에 설치된 발전기(도시하지 않음)를 구동하여 발전하는 동시에, 너셀(3)이 철근 콘크리트제의 기초(B) 상에 세워 설치된 타워(2)의 상단부에 설치되어, 요 선회 가능해진다.

또한, 도시한 타워(2)는 강제의 모노폴식으로 되어, 복수로 분할된 타워 섹션의 플랜지(도시하지 않음)를 접속함으로써, 필요한 길이(높이)를 확보한 원통 타워로 된다.

<제1 실시 형태>

상술한 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 타워(2)의 내부에는 도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 전기 기기류(컨버터 등)와 같은 발열체(30)가 설치되어 있다. 이 발열체(30)는 도어(6)의 하단부 부근으로부터 연속해서 설치된 타워(2) 내의 바닥판(9) 상에 설치되어 있다.

또한, 상술한 발열체(30)를 냉각하기 위해, 타워(2)의 내부에는 냉각용 열교환기(40)가 설치되어 있다. 이 냉각용 열교환기(40)는 발열체(30)를 통과하여 순환하는 냉각 매체(물이나 오일 등)와 외기를 열교환시키는 열교환기이다. 즉, 냉각용 열교환기(40)는 타워(2)의 외부로부터 도입된 저온의 외기가, 발열체(30)를 냉각하여 온도 상승한 냉각 매체로부터 흡열하여 냉각하는 열교환기이다.

또한, 도면 중 부호 41은 냉각 매체가 발열체(30)와 냉각용 열교환기(40) 사이를 순환하여 흐르는 왕로 및 복로의 냉매 배관을 나타내고 있다.

본 실시 형태에서는 타워(2)의 구성 부재인 쉘 플레이트(2a)의 도어용 개구부(10)에 연통하는 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로(13)를 타워(2)의 내부 공간에 형성하고, 상술한 냉각용 열교환기(40)를 외기 순환 유로(13)의 내부에 설치하고 있다.

또한, 도면 중 부호 2b는 쉘 플레이트(2a)에 개방되는 도어 개구부(10)의 주위에 설치한 보강재이다.

도시한 구성예에서는, 도어용 개구부(10)를 이용하여 구획벽(14)을 설치함으로써, 도어용 개구부(10)로부터 타워(2)의 내측으로 들어가도록 하여 오목부 공간(15)이 형성되어 있다. 즉, 도어용 개구부(10)는 외부 정면에서 볼 때 세로로 긴 직사각형의 상하에 대략 반타원 형상을 연결한 형상(도 7 참조)으로 되고, 도어용 개구부(10)로부터 타워(2)의 내부로 들어가도록 하여, 쉘 플레이트(2a)의 면을 개방시킨 오목부 공간(15)이 형성되어 있다.

이 오목부 공간(15)은 도어 개구부(10)의 주위에 설치한 상하 좌우의 측벽부(14a)와, 도어 개구부(10)에 대향하는 정면(전방면)의 종벽부(14b)를 구비한 구획벽(14)에 의해 둘러싸인 공간이다. 바꾸어 말하면, 도어용 개구부(10)의 구획벽(14)은 도어용 개구부(10)의 주위를 둘러싸도록 하여 타워(2)의 내부 공간을 향해 연장되는 측벽부(14a)와, 저판과 같이 하여 측벽부(14a)의 타워 내부 측단부에 접속된 타워 내부 정면의 종벽(14b)에 의해 구성되어 있다.

또한, 이 경우의 종벽(14b)은 일단부측[도시한 예에서는, 도어 개구부(10)의 정면에서 볼 때 우측]이 쉘 플레이트(2a)까지 연장되어 있어, 상술한 외기 순환 유로(13)의 폐쇄 공간 형성에 이용되고 있다.

바닥판(9)은 도어용 개구부(10)의 상하 방향 중심 위치보다 하방에 배치되어 있다. 따라서, 이하의 설명에서는, 필요에 따라서 도어용 개구부(10)의 바닥판(9)의 상부를 도어부 개구(10a)라고 부른다. 또한, 도어용 개구부(10)의 바닥판(9)의 하부는 외기 유입 개구(11)로 된다.

또한, 도어(6)는 오목부 공간(15)의 전방면(정면)에 설치된 구획판(14)의 종벽(14b)의 바닥판(9)으로부터 상방에 설치되어 있다. 즉, 도어(6)는 구획판(14)의 종벽(14b)에 설치되어 있다.

도면 중 부호 16은 지면과 도어(6) 사이를 승강하기 위한 계단으로, 바닥판(9)과 대략 동일한 높이에 층계참(16a)이 설치되어 있다.

또한, 도 2에 나타내는 부호 17은 타워(2)의 내부에 설치된 승강용 래더이다.

상술한 외기 순환 유로(13)는 도어 개구부(10)의 바닥판(9)의 하측에 개방되는 외기 유입 개구(11)와, 도어용 개구부(10)로부터 내측으로 들어가도록 형성되어, 타워 내부 공간을 외기로부터 분리하고 있는 오목부 공간(15)의 구획벽(14)에 개방되는 외기 유출 개구(12)를 구비하고 있다. 도시한 구성예에 있어서, 외기 유출 개구(12)는 도어용 개구부(10)를 정면에서 볼 때 우측으로 되는 측벽부(14a)의 상부에 개방되어 있다.

또한, 외기 순환 유로(13)는 도어용 개구부(10)를 정면측에서 볼 때, 오목부 공간(15)의 우측에 인접하여 형성된 상하 방향의 폐쇄 공간인 외기 유로(13a)를 구비하고 있고, 이 외기 유로(13a)의 하단부에 외기 순환용 개구(18)가 형성되고, 상단부에 외기 유출 개구(12)가 형성되어 있다. 그리고, 냉각용 열교환기(40)는 바닥판(9)보다 하방으로 되는 오목부 공간(15)의 저면에 설치되어 있다.

이 결과, 냉각용 외기는 바닥판(9)으로 구획된 도어용 개구부(10)의 외기 유입 개구(11)로부터 오목부 공간(15) 내로 도입되어, 이 외기가 냉각용 열교환기(40)를 통과하여 온도 상승한 후, 외기 순환용 개구(18)로부터 외기 유로(13a)로 유입되어 외기 유출 개구(12)로부터 오목부 공간(15) 내의 바닥판(9)보다 상부로 유출되고, 최종적으로는 도어부 개구(10a)로부터 대기로 배출된다.

즉, 이 경우의 외기 순환 유로(13)는 바닥판(9)보다 하방의 오목부 공간(15)과, 외기 순환용 개구(18) 및 외기 유출 개구(12)를 구비한 외기 유로(13a)와, 바닥판(9)보다 상방의 오목부 공간(15)이 연통한 구성으로 된다.

따라서, 대기와 연통하는 외기 유입 개구(11)로부터 유입된 저온의 외기는 오목부 구간(15)의 저면에 설치된 냉각용 열교환기(40)를 통과하여 온도 상승한 후, 외기 순환용 개구(18)로부터 외기 유로(13a)로 유입되어, 굴뚝 효과도 더해져 외기 유로(13a) 내를 상승하여 외기 유출 개구(12)로부터 오목부 공간(15)으로 유출된다. 그리고, 외기 유출 개구(12)가 개방되는 오목부 공간(15)은 도어부 개구(10a)를 통해 대기와 연통되어 있으므로, 온도 상승한 외기는 외기 순환 유로(13)를 자연 순환하여 대기로 배출된다.

이와 같이, 외기 유출 개구(12)가 오목부 공간(15)에 개방되어 있으면, 쉘 플레이트(2a)에 의해 형성되는 타워(2)의 외벽면보다도 내측으로 들어간 위치에 개방되므로, 타워(2)의 내부에 대한 빗물 등의 침입을 억제할 수 있다. 또한, 외기 유입 개구(11)를 타워 내 입구부의 층계참(16a)의 하측으로 하면, 타워(2)의 내부로의 빗물 등의 침입을 억제할 수 있다. 또한, 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)에는 루버 등을 설치해 두는 것이 바람직하다.

또한, 도시한 구성예에서는, 도어(6)를 종벽(14b)에 설치하고 있으므로, 측벽부(14a)에 개방시키는 외기 순환용 개구(18) 및 외기 유출 개구(12)의 개구 면적을 자유롭게 설정할 수 있다. 즉, 구획벽(14)에 대해, 외기 순환용 개구(18) 및 외기 유출 개구(12)와 다른 위치에 도어(6)를 설치함으로써, 외기 순환 유로(13)측에 필요한 개구 면적 확보의 자유도를 늘릴 수 있다.

이와 같은 풍력 발전 장치(1)에 따르면, 쉘 플레이트(2a)의 도어용 개구부(10)에 연통하는 외기 순환용 개구(18) 및 외기 유출 개구(12)를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로(13)를 타워(2)의 내부 공간에 형성하고, 냉각용 열교환기(40)를 외기 순환 유로(13)의 내부에 설치하였으므로, 타워(2)의 내부로 출입하기 위해 쉘 플레이트(2a)에 형성되어 있는 도어용 개구부(10) 및 쉘 플레이트(2a)를 유효하게 이용하여, 냉각용 열교환기(40)의 열교환에 사용하는 외기 순환용 유로(13)를 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 냉각용 열교환기(40)를 오목부 공간(15)의 저면에 배치하고 있지만, 저온의 외기가 순환하는 위치이면 특별히 한정되는 경우는 없다. 또한, 외기 유입구(11)와 외기 유출 개구(12)는 그 기능(외기의 유입 및 유출)을 역으로 하는 것도 가능하다.

그리고, 외기 순환 유로(13)의 내부 적소에 냉각용 열교환기(40)를 설치하였으므로, 외기에 의해 흡열된 저온의 냉각 매체를 사용하여, 발열체(30)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한, 강도 부재인 쉘 플레이트(2a)에 형성하는 외기 순환용 개구를 도어용 개구부(10)와 겸용하기 위해, 쉘 플레이트(2a)의 개구 수 및 개구부의 보강 부재 수를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 외기 순환 유로(13)의 일부에 바닥판(9)을 사용하고 있으므로, 즉 외기 유입 개구(11)가 바닥판(9)이나 층계참(16a)에 의해 외기 유출 개구(12)측으로부터 분리되어 있으므로, 부재를 유효 이용하여 고온의 외기가 다시 외기 유입 개구(11)로부터 도입되는 것을 방지할 수 있다.

그런데, 외기 유로(13a)의 배치는 도시한 예로 한정되는 경우는 없고, 예를 들어 도어용 개구부의 정면에서 볼 때 좌측에 배치해도 좋다.

또한, 외기 순환용 개구(18) 및 외기 유출 개구(12)의 배치에 대해서도, 도시한 구성예로 한정되는 경우는 없고, 예를 들어 외기 유로(13a)나 냉각용 열교환기(40)의 위치 관계에 있어서 최적화하면 좋다.

<제2 실시 형태>

계속해서, 본 발명에 관한 풍력 발전 장치에 대해, 제2 실시 형태를 도 9 내지 도 14에 기초하여 설명한다. 또한, 상술한 실시 형태와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에서는, 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)가 도어용 개구부(10)에 설치한 도어(6)의 상하에 형성되어 있다. 즉, 도어용 개구부(10)의 바닥판(9)보다 상방의 도어부 개구(10a)에 도어(6)를 설치하고, 도어(6)의 상부에 남은 대략 반타원 형상 부분에 외기 유출 개구(12)를 형성하고 있다. 또한, 바닥판(9)의 하방으로 되는 하부 개구를 이용하여, 외기 유입 개구(11)를 형성하고 있다.

이 경우의 외기 순환 유로(13A)는, 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 도어(6)의 상하에 개방되는 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)의 후방에 각각 유로 공간(13b)이 형성되고, 이들 유로 공간(13b)이 연직 방향의 외기 유로(13a)에 연통함으로써, 도어용 개구부(10)의 정면측에서 볼 때 대략 역ㄷ자 형상의 단면 형상으로 된다.

또한, 이 경우의 냉각용 열교환기(40)는 바닥판(9)의 하방이고 또한 외기 유입 개구(11)의 후방으로 되는 유로 공간(13b) 내에 설치되어 있다.

상술한 외기 순환 유로(13A)는 구획벽(14A)에 의해 형성된 폐쇄 공간이다. 이 경우의 구획벽(14A)은 도어용 개구부(10)로부터 내측으로 들어가도록 하여 상하 및 좌우(도시한 예에서는 좌측의 중간부를 제외함)에 설치된 측벽부(14a)와, 측벽부(14a)의 단부에 접속된 종벽(14b)과, 도어(6)를 통해 출입하기 위한 공간으로부터 상부의 유로 공간(13b)을 분리하는 천장판(14c)에 의해 구성되어 있다. 또한, 하부의 유로 공간(13b)은 도어(6)를 통해 출입하기 위한 공간으로부터 분리하는 벽면 부재로서, 바닥판(9)이 사용되고 있다.

또한, 도시한 예에 있어서, 정면에서 볼 때 좌측의 도어용 개구부(10)에 설치되는 측벽부(14a)는 도어(6)를 설치하여 형성되는 통로용 공간의 높이 분만큼 제거되어 있고, 상하에 남은 양단부측의 부분이 유로 공간(13b)의 측면을 막는 벽면 부재로서 이용되고 있다.

이 결과, 냉각용 외기는 바닥판(9)의 하방에 개방되는 외기 유입 개구(11)로부터 유로 공간(13b)의 내부로 도입되어, 이 외기가 냉각용 열교환기(40)를 통과하여 온도 상승한 후, 유로 공간(13b)으로부터 외기 유로(13a)로 유입된다. 또한, 외기 유로(13a)로부터 상부의 유로 공간(13b)으로 유입되고, 최종적으로는 도어부 개구(10a)의 외기 유출 개구(12)로부터 대기로 배출된다.

즉, 이 경우의 외기 순환 유로(13A)는 바닥판(9)보다 하방의 외기 유입 개구(11)를 구비한 유로 공간(13b)과, 상하 방향의 외기 유로(13a)와, 바닥판(9)보다 상방의 외기 유출 개구(12)를 구비한 유로 공간(13b)이 연통한 구성으로 된다.

따라서, 대기와 연통하는 외기 유입 개구(11)로부터 유입된 저온의 외기는 하부의 유로 공간(13b) 내에 설치된 냉각용 열교환기(40)를 통과하여 온도 상승한 후, 외기 유로(13a)로 유입되고 굴뚝 효과(stack effect)도 더해져 외기 유로(13a) 내를 상승하여, 상부의 유로 공간(13b)에 개방되는 외기 유출 개구(12)로부터 대기로 유출된다. 즉, 외기 유입 개구(11)로부터 도입되는 저온의 외기는 외기 순환 유로(13A)를 통해 자연 순환하고, 냉각용 열교환기(40)에서 흡열한 후 대기로 배출된다.

이와 같은 풍력 발전 장치(1)로 해도, 쉘 플레이트(2a)의 도어용 개구부(10)에 연통하는 외기 유입 개구(11) 및 외기 유출 개구(12)를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로(13A)를 타워(2)의 내부 공간에 형성하고, 냉각용 열교환기(40)를 외기 순환 유로(13A)의 내부에 설치하였으므로, 타워(2)의 내부로 출입하기 위해 쉘 플레이트(2a)에 설치되어 있는 도어용 개구부(10) 및 쉘 플레이트(2a)를 유효하게 이용하여, 냉각용 열교환기(40)의 열교환에 사용하는 외기 순환용 유로(13A)를 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 냉각용 열교환기(40)를 하부의 유로 공간(13b) 내에 배치하고 있지만, 저온의 외기가 순환하는 위치이면 특별히 한정되는 경우는 없다. 또한, 외기 유입 개구(11)와 외기 유출 개구(12)는 그 기능(외기의 유입 및 유출)을 반대로 하는 것도 가능하다.

그리고, 외기 순환 유로(13A)의 내부 적소에 냉각용 열교환기(40)를 설치하였으므로, 외기에 의해 흡열된 저온의 냉각 매체를 사용하여, 발열체(30)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한, 강도 부재인 쉘 플레이트(2a)에 형성하는 외기 순환용 개구를 도어용 개구부(10)와 겸용하므로, 쉘 플레이트(2a)의 개구 수 및 개구부의 보강 부재 수를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 외기 순환 유로(13A)의 일부에 바닥판(9)을 사용하고 있으므로, 부재의 유효 이용이 가능해진다. 또한, 저온의 외기를 도입하는 외기 유입 개구(11)와, 온도 상승한 외기를 배출하는 외기 유출 개구(12)가 바닥판(9) 및 층계참(16a)에 의해 분리되어 있으므로, 외기 유출 개구(12)로부터 배출된 고온의 외기가 다시 외기 유입 개구(11)로부터 도입되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 풍력 발전 장치(1)에 따르면, 도어용 개구부(10)로서 설치되어 있는 쉘 플레이트(2a)의 개구 및 쉘 플레이트를 유효 이용하여, 타워(2) 내의 냉각용 열교환기(40)로 외기를 도입하기 위한 외기 순환 유로(13, 13A)를 형성하여, 냉각 매체의 냉각을 확실하게 행할 수 있다.

또한, 쉘 플레이트(2a)를 이용하여 타워(2) 내의 외기 순환용 공간을 창출하기 때문에, 타워(2) 내의 한정된 스페이스를 유효 활용할 수 있다.

또한, 상술한 외기 순환 유로(13, 13A)의 적소에는 환기 및 냉각을 촉진하기 위해, 흡인 팬이나 압출 팬을 적절하게 설치해도 좋다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절하게 변경할 수 있다.

1 : 풍력 발전 장치
2 : 풍차용 타워
2a : 쉘 플레이트
2b : 쉘 플레이트의 개구 보강재
3 : 너셀
4 : 로터 헤드
5 : 풍차 날개
6 : 도어
9 : 바닥판
10 : 도어용 개구부
10a : 도어부 개구
11 : 외기 유입 개구
12 : 외기 유출 개구
13, 13A : 외기 순환 유로
13a : 외기 유로
13b : 유로 공간
14, 14A : 구획벽
14a : 측벽부
14b : 종벽
14c : 천장판
15 : 오목부 공간
16 : 계단
16a : 타워 내 입구부의 층계참
17 : 타워 내 승강용 사닥다리
18 : 외기 순환용 개구
30 : 발열체
40 : 냉각용 열교환기
41 : 냉매 배관
B : 기초

Claims

풍차 날개에 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드가 너셀의 내부에 설치된 발전기를 구동하여 발전하고, 상기 너셀이 기초 상에 세워 설치된 모노폴식 타워의 상단부에 설치되는 동시에, 타워 내부에 설치되어 있는 발열체를 냉각하는 냉각 매체가 냉각용 열교환기를 순환하여 외기와의 열교환에 의해 흡열되는 풍력 발전 장치에 있어서,
쉘 플레이트의 개구부에 연통하는 외기 유입 개구 및 외기 유출 개구를 구비한 폐쇄 공간의 외기 순환 유로를 타워 내부 공간에 형성하고, 상기 냉각용 열교환기를 상기 외기 순환 유로의 내부에 설치한 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 외기 순환 유로는 타워 내부에 있어서 상기 쉘 플레이트의 상기 개구부의 주위에 구획벽을 설치하여, 상기 구획벽 및 상기 쉘 플레이트에 의해 창출되는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 외기 순환 유로는 타워 내부에 있어서 상기 쉘 플레이트의 도어용 개구부의 주위에 구획벽을 설치하여, 상기 구획벽, 상기 쉘 플레이트 및 타워 내 바닥판에 의해 창출되는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
제3항에 있어서, 상기 구획벽의 상기 외기 유입 개구 또는 외기 유출 개구와 다른 위치에 도어가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
제3항에 있어서, 상기 외기 유입 개구 및 상기 외기 유출 개구가 상기 도어용 개구부에 설치한 도어의 상하에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.