풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치 및 이를 구비한 풍력발전기{Oil cooling apparatus for accelerator of wind power generator and wind power generator comprising the same}

본 발명은 증속기용 오일 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력발전기에 사용되는 증속기용 오일 냉각장치 및 이를 구비하는 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기는 잘 알려진 바와 같이, 풍력에 의한 로터의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 기계장치로서, 화석연료를 사용하지 않으므로 근본적으로 환경오염을 일으키지 않으면서 전력을 생산할 수 있고, 자연에 존재하는 무한량의 에너지를 이용하므로 새로운 에너지 발생장치로 각광받고 있다.

일반적으로, 종래의 풍력발전기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 나셀(nacelle; 30)과 상기 나셀(30)을 지지하는 타워(20)로 구성된다. 나셀(30)에는 로터(40)가 장착되어 있으며, 나셀(30) 내부에는 증속기(36)와 발전기(38) 및 증속기 냉각장치(60)가 마련되어 있다.

풍력에 의해 로터(40)가 회전하게 되면, 이 로터(40)에 연결되고 베어링(34)에 의해 지지된 메인 샤프트(32)가 로터(40)와 함께 회전하게 된다. 이때, 메인 샤프트(32)에 동력적으로 연결된 증속기(36)가 함께 회전하게 된다. 증속기(36)의 입력축은 로터와 동력적으로 연결되어 있고, 증속기의 출력축은 발전기(38)와 동력적으로 연결되어 있다. 증속기(36)는 입력축에 대한 출력축의 회전속도의 비를 증가시킴으로써, 발전기(38)의 발전효율을 증가시키게 된다.

이 경우, 상기 증속기(36)의 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있는데, 이들 기어의 윤활 및 냉각을 위해 상기 증속기(36) 내에는 오일이 마련되어 있다.

로터(40)가 회전하기 시작하면, 증속기(36) 내의 기어들은 서로 맞물려 운동하게 된다. 풍력발전기(10)의 운행시간이 길어짐에 따라, 상기 증속기(36) 내의 기어들의 마찰열에 의해 상기 증속기(36) 내의 오일은 가열되게 된다.

따라서, 이러한 증속기(36)용 오일의 냉각을 위하여, 일반적인 풍력발전기(10)에서는, 증속기(36)용 오일을 냉각하기 위한 장치가 마련된다.

이러한 종래의 증속기용 오일 냉각장치(60)가 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 증속기용 오일 냉각장치(60)는 흡입덕트(62), 라디에이터(64), 냉각팬(66), 및 배기덕트(68)를 포함한다.

상기 흡입덕트(62)는 나셀(30)로 유입되는 공기를 상기 라디에이터(64)로 안내하기 위하여 마련된 것이다. 흡입덕트(62)의 일단에는 볼트구멍(63)이 마련되어 있다. 이 흡입덕트(62)는 일단이 나셀(30)의 공기 유입부(35) 둘레에 볼트로 고정되어 있고, 타단은 라디에이터(64)에 볼트 등에 의해 결합되어 있다. 이 경우, 흡입덕트(62)에 마련된 볼트구멍(63)과, 나셀(30)의 공기 유입부(35) 둘레에 마련된 볼트구멍(37)을 서로 맞추고, 이들 볼트구멍(63, 37)을 관통하는 볼트 및 이 볼트에 결합되는 너트에 의해 흡입덕트(62)와 나셀(30)을 서로 결합한다.

상기 라디에이터(64)는 증속기(36)용 오일을 나셀(30) 내로 유입되는 공기와의 열교환을 통하여 냉각시키기 위해 마련된 것이다. 증속기(36)와 라디에이터(64) 사이에는 오일 유로(70)가 마련되어 있어, 증속기(36)와 라디에이터(64) 사이에서 오일이 순환될 수 있다. 또한, 라디에이터(64)는 냉각팬(66)에 볼트 등에 의해 결합되어 있다.

한편, 상기 라디에이터(64)는 상기 발전기(38)를 지지하는 메인 프레임(50)에 고정되게 된다. 이 경우, 상기 라디에이터(64)의 둘레에 마련된 볼트구멍(65)과, 메인 프레임(50) 상에 마련된 볼트구멍(52)을 서로 맞추고, 이들 볼트구멍(52, 65)을 관통하는 볼트 및 이 볼트에 결합되는 너트에 의해 라디에이터(64)를 메인 프레임(50)에 고정시키게 된다.

한편, 상기 냉각팬(66)은 라디에이터(64)에서 열교환을 통하여 가열된 공기를 배기덕트(68)를 통하여 외부로 배출하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 종래의 증속기용 오일 냉각장치(60)는 흡입덕트(62), 라디에이터(64), 냉각팬(66)이 일렬로 결합되어 있으면서, 흡입덕트(62)는 나셀(30)의 공기 유입부(35)에 볼트 및 너트에 의해 고정되고, 라디에이터(64)는 메인 프레임(50)에 볼트 및 너트에 의해 고정된다. 따라서, 조립과정이 복잡하고, 볼트구멍 등의 치수공차로 인해 조립이 불량할 소지가 있다.

또한, 나셀(30)의 공기 유입부(35)와 흡입덕트(62)의 재료의 물성치의 차이로 인하여 나셀(30)의 공기 유입부(35)와 흡입덕트(62) 사이에 간극이 커질 수 있는 문제점이 발생한다.

본 발명의 실시예는 조립이 간편하고, 구성요소간의 치수공차의 관리를 필요로 하지 않는 구성을 가지는 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치 및 이를 구비하는 풍력발전기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 나셀과, 상기 나셀 내에 수용되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임에 지지되는 발전기 및 상기 발전기에 동력적으로 연결되는 증속기를 구비한 풍력발전기에 설치되며, 상기 증속기의 오일을 냉각시키는, 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 있어서,

상기 나셀 내부에 장착되고, 상기 증속기용 오일을 상기 나셀에 구비되는 공기 유입부를 통해 유입되는 외부 공기를 이용하여 냉각시키기 위한 라디에이터; 상기 공기 유입부 상측에서, 상기 라디에이터의 하부에 장착되고, 상기 외부 공기를 상기 라디에이터로 안내하는 흡입덕트; 상기 라디에이터의 상부에 장착되고, 상기 증속기용 오일과의 열교환을 통하여 가열된 상기 외부 공기를 상기 나셀의 외부로 배출하는 냉각팬; 상기 증속기와 상기 라디에이터 사이에서의 상기 증속기용 오일의 순환을 위한 오일 유로; 및 상기 흡입덕트와 상기 나셀의 공기 유입부 사이에 설치되어, 상기 흡입덕트와 상기 나셀의 공기 유입부 사이를 통해 상기 나셀 내로 이물질이 침입하는 것을 방직하기 위한 필터;를 포함하는 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 흡입덕트는 상기 메인 프레임에 고정되지 않는 것일 수 있다.

또한, 상기 냉각팬 또는 상기 라디에이터가 상기 메인 프레임에 고정되는 것일 수 있다.

또한, 상기 필터는 상기 나셀의 공기 흡입부에 장착되는 장착부와, 일단이 상기 장착부에 고정되고 타단이 상기 흡입덕트를 향하여 연장되는 다수개의 솔을 포함할 수 있다.

또한, 상기 필터는 상기 흡입덕트에 장착되는 장착부와, 일단이 상기 장착부에 고정되고 타단이 상기 나셀의 공기 흡입부를 향하여 연장되는 다수개의 솔을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 기재된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치;를 구비하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.

본 실시예에 따른 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치 및 이를 구비하는 풍력발전기에 의하면, 오일 냉각장치를 구성하는 각 구성요소의 조립을 간편하게 할 수 있다.

또한, 각 구성요소의 조립시, 치수공차의 관리를 필요로 하지 않는다.

도 1은 종래의 풍력발전기의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치의 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 있어서, 필터와 흡입덕트의 관계를 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 사용되는 필터의 장착방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 사용되는 필터가 장착된 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치의 구성도이다. 도 5는 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 있어서, 필터와 흡입덕트를 관계를 설명하기 위한 분리 사시도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 도시된 풍력발전기(100)는 나셀(nacelle; 130)과 타워(120)를 포함하여 구성된다. 상기 나셀(130)은, 메인 샤프트(132), 증속기(136), 발전기(138), 증속기용 오일 냉각장치(160), 및 메인 프레임(150)을 수용하기 위해 마련된 것이다. 상기 타워(140)는, 상기 나셀(130)이 상기 로터(140)에 대해 상대 회전가능하게 지지되도록 마련된 것이다.

풍력에 의해 로터(140)가 회전하게 되면, 상기 메인 샤프트(132)가 이 로터(140)와 함께 회전하게 된다. 상기 메인 샤프트(132)는 일단이 이 로터(140)에 의 연결되고, 베어링(134)에 의해 지지되어 있다. 메인 샤프트(132)가 회전함에 따라, 상기 메인 샤프트(132)의 타단에 동력적으로 연결된 증속기(136)의 입력축이 메인 샤프트(132)와 함께 회전하게 된다.

상기 증속기(136)의 입력축은 상기 로터(140)와 동력적으로 연결되어 있고, 상기 증속기(136)의 출력축은 상기 발전기(138)와 동력적으로 연결되어 있다. 증속기(136)는 입력축에 대한 출력축의 회전속도의 비를 증가시킴으로써, 상기 발전기(138)의 발전효율을 증가시키는 역할을 한다.

이 경우, 상기 증속기(136)의 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있는데, 이 증속기어부 내의 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위해 상기 증속기(136) 내에는 증속기용 오일이 마련되어 있다.

상기 로터(140)가 회전하기 시작하면, 증속기(136) 내의 기어들은 서로 맞물려 운동하게 된다. 풍력발전기(100)의 운행시간이 길어짐에 따라, 상기 증속기(136) 내의 기어들의 마찰열에 의해 상기 증속기(136) 내의 오일은 가열되게 된다. 가열된 오일이 냉각되지 않으면, 상기 증속기(136) 내의 기어들이 열에 의해 파손될 수 있는 문제점이 있다.

상기 증속기용 오일 냉각장치(160)는 상기 증속기(136)용 오일을 냉각시키기 위해 마련된 것이다. 상기 증속기용 오일 냉각장치(160)는 흡입덕트(162), 라디에이터(164), 냉각팬(166), 배기덕트(168), 오일 유로(170) 및 필터(180)를 포함한다.

상기 흡입덕트(162)는 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)로 유입되는 공기를 상기 라디에이터(164)로 안내하기 위해 마련된 것으로, 도시된 실시예에서는 흡입덕트(162)의 단면은 사각형 형상을 가진다. 상기 흡입덕트(162)는 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 상측에 배치된다. 상기 흡입덕트(162)는 상기 메인 프레임(150)에 고정되지 않은 상태로 상기 흡입덕트(162)의 일단은 상기 라디에이터(164)에 볼트 등에 의해 결합되어 있다.

상기 라디에이터(164)는, 잘 알려진 바와 같이, 가열된 오일 또는 냉각수 등을 공기를 유입시켜 냉각시키는 장치이다. 본 실시예에서는, 상기 라디에이터(164)는 증속기(136)용 오일을, 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 및 상기 흡입덕트(162)를 통해 유입되는 외부 공기를 이용하여 냉각시키기 위해 마련된 것이다.

한편, 상기 라디에이터(164)는 상기 발전기(138)를 지지하는 메인 프레임(150)에 고정되게 된다. 이 경우, 상기 라디에이터(164)의 둘레에는 다수개의 볼트구멍(165)이 마련되어 있는데, 도 2에 도시된 종래발명에서와 같이, 메인 프레임(150) 상에 마련된 볼트구멍(152)과 이 볼트구멍(165)을 서로 맞추고, 이들 볼트구멍(152, 165)을 관통하는 볼트 및 이 볼트에 결합되는 너트에 의해 라디에이터(164)를 상기 메인 프레임(150)에 고정시킨다.

상기 오일 유로(170)는, 상기 증속기(136)용 오일이 상기 증속기(136)와 상기 라디에이터(164) 사이에서의 순환하는 것을 가능하게 하도록 하기 위해 마련된 것이다. 따라서, 상기 증속기(136)용 오일은 상기 오일 유로(170)를 통하여 상기 라디에이터(164)로 유입되고, 라디에이터(164)에서 냉각된 오일은 상기 오일 유로(170)를 통하여 다시 상기 증속기(136)로 복귀하게 된다.

상기 냉각팬(166)은, 상기 나셀(130)의 외부에 있는 공기를 유입하고 배출하기 위해 마련된 것이다. 상기 냉각팬(166)에 의하여, 상기 나셀(130)의 외부에 있는 공기는 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)를 통하여 유입된다. 이후, 라디에이터(164)에서 상기 증속기(136)용 오일과의 열교환을 통하여 가열된 외부 공기는 상기 냉각팬(166)에 의하여 상기 배기덕트(168)를 통하여 외부로 배출된다. 한편, 상기 냉각팬(166)은 상기 라디에이터(164)의 상부에 볼트 등에 의해 장착된다.

상기 필터(180)는, 상기 흡입덕트(162)와 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 사이를 통해, 이물질이 상기 나셀(130) 내부로 침입하는 것을 방지하기 위해 마련된 것이다. 상기 필터(180)는 상기 흡입덕트(135)와 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 사이에 설치된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 필터(180)는 장착부(182)와 다수개의 솔(184)을 포함하는 브러시일 수 있다. 상기 장착부(182)는 상기 필터(180)를 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)에 장착하기 위해 마련된 것이다. 상기 장착부(182)는 사각형 형상의 공기 유입부(135)의 각 변부에 장착될 수 있도록 기다란 형상을 가진다. 상기 장착부(182)는 탄성변형이 가능한 가요성 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 다수개의 솔(184)은 상기 흡입덕트(162)와 상기 나셀(130)의 사이를 통하여 이물질이 상기 나셀(130) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 마련된 것이다. 도시된 실시예에서는, 상기 다수개의 솔(184)는 일단이 상기 장착부(182)에 고정되고 타단이 상기 흡입덕트(162)를 향하여 상방으로 연장된다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 상기 필터(180)가 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)에 장착되는 과정을 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 사용되는 필터의 장착방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 3에 도시된 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치에 사용되는 필터가 장착된 상태를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)에는 상기 나셀(130)의 외부로부터 상기 나셀(130)의 내부로 인입되는 나셀 인입부(131)가 마련되어 있다. 이 나셀 인입부(131)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 걸림홈(132)이 마련되어 있다.

한편, 상기 장착부(182)는 삽입홈(185)과 걸림턱(183)을 포함한다. 상기 삽입홈(185)은 상기 장착부(182)의 전체 길이를 따라 형성되어 있다. 상기 걸림턱(183)은 상기 삽입홈(185)을 향하여 서로 마주보는 형태로 형성되어 있다.

상기 필터(180)의 장착부(182)가 상기 나셀 인입부(131)를 감싸도록, 상기 삽입홈(185) 내로 상기 나셀 인입부(131)를 삽입시키면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 걸림턱(183)이 상기 나셀 인입부(131)에 형성된 걸림홈(132)에 삽입되게 됨으로써, 상기 필터(180)가 상기 나셀 인입부(131)에 장착되게 된다.

상기 장착부(182)는 상술한 바와 같이, 가요성 재질이므로, 필터(180)의 수명이 다한 경우에는, 상기 장착부(182)를 벌려서 상기 나셀 인입부(131)로부터 용이하게 탈거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 증속기용 오일 냉각장치(160)에서는, 필터(180)가 상기 흡입덕트(162)와 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 사이에 장착된다. 따라서, 공기 유입부(135)로 유입되는 공기 중에 포함된 이물질이 상기 흡입덕트(162)와 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135) 사이를 통하여 상기 나셀(130)의 내부로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 이물질이 상기 나셀(130) 내부에 장착된 증속기(136), 발전기(138) 등의 기계장치에 손상을 주는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 증속기용 오일 냉각장치(160)는, 흡입덕트(162), 라디에이터(164), 냉각팬(166)이 일렬로 결합되어 있으면서, 상기 라디에이터(164) 만이 상기 메인 프레임(150)에 고정되는 구조를 취하고 있다. 즉, 본 실시예의 증속기용 오일 냉각장치(160)에서는, 상기 흡입덕트(162)가. 종래의 발명과는 달리, 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)에 고정되지 않는다. 따라서, 조립과정이 단순해지고, 흡입덕트(162)를 나셀의 공기 유입부(135)에 고정시킬 볼트구멍이 필요하지 않으므로 볼트구멍 간의 치수공차를 고려할 필요가 없다.

또한, 필터(180)를 사용하여 외부 이물질의 침입을 방지할 수 있으므로, 공기 유입부(135)와 흡입덕트(162)를 볼트 등으로 결합시킬 필요가 없다. 따라서, 종래의 발명에서 발생될 수 있는, 나셀(130)의 공기 유입부(135)와 흡입덕트(162)의 재료간의 물성치의 차이로 발생될 수 있는 간극 등의 문제점을 고려할 필요가 없다.

상기 실시예에 있어서, 상기 라디에이터(164)가 상기 메인 프레임(150)에 고정되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 라디에이터(162) 대신에 상기 냉각팬(166)이 상기 메인 프레임(150)에 고정될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 상기 필터(180)의 장착부(182)가 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)에 장착되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 필터(180)가 상기 흡입덕트(162)에 장착될 수도 있다. 즉, 상기 필터(180)의 장착부(182)가 상기 흡입덕트(162)에 장착되고, 상기 다수개의 솔(184)의 일단이 상기 장착부(182)에 고정되고 타단이 상기 나셀(130)의 공기 유입부(135)를 향하여 아래로 연장되는 구성을 가질수도 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100: 풍력발전기 30, 130: 나셀
32, 132: 메인 샤프트 35, 135: 공기 유입부
36, 136: 증속기 38, 138: 발전기
40, 140: 로터 50, 150: 메인 프레임
60, 160: 증속기용 오일 냉각장치 62, 162: 흡입덕트
64, 164: 라디에이터 66, 166: 냉각팬
68, 168: 배기 덕트 70, 170: 오일 유로
180: 필터 182: 장착부
184: 솔