CN101548101B - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电装置，其即使在寒冷地带的降雪寒冷环境下，也能够缩短复原结冰的风向风速计所需的时间，从而抑制设备运转率下降为最小。该风力发电装置在收纳并设置有驱动、发电机构的机舱上部具有风向风速计(7)，并且在机舱上部设有朝向风向风速计(7)的方向开口的机舱内冷却风的吹出口，该吹出口具有成为改变冷却风吹出方向的可变机构的排气叶片(13)，所述驱动、发电机构与安装有风车翼的旋翼头连接。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，其采用将自然能量的风变换为旋转力的风车进行发电。 

背景技术

以前，公知一种利用自然能量的风力进行发电的风力发电装置。这种风力发电装置在设于支柱上的机舱中，设有：安装有风车翼的旋翼头、与旋翼头一体旋转地连接的主轴、在风车翼上连接受风力而旋转的主轴的增速机以及根据增速机的轴输出而驱动的发电机。在这样构成的风力发电装置中，具有将风力变换为旋转力的风车翼的旋翼头及主轴旋转而产生轴输出，并经由与主轴连接的增速机将增加转速的轴输出传递到发电机上。因此，能够将把风力变换为旋转力而得到的轴输出作为发电机的驱动源，进行利用作为发电机的动力的风力的发电。 

上述的现有的风力发电装置有时被设置在降雪地带或大气温度为冰点以下的低温的降雪寒冷环境中。在这样的降雪寒冷环境下，有可能在对于风力发电装置的运转控制来说重要传感器之一的风力风速计的周围附着冰雪，从而不能进行正常的测量。因此，在现有的风力发电装置中，作为融雪装置在风向风速计内部设有加热器。 

作为风力发电装置的除冰/防止结冰装置，有利用机舱、塔内的排气来防止冰附着在叶片(风车翼)上的装置(例如，参照专利文件1)。 

另外，在风力发电装置中，有一种利用无齿轮发电机的冷却风来得到风车翼的防冰效果的装置(例如，参照专利文件2)。 

专利文件1：日本特表2006-514190号公报 

专利文件2：日本特开2004-251270号公报 

然而，在设于寒冷地带的风力发电装置中，特别是在设于-40℃以下极寒的寒冷地带等的风力发电装置中，当风弱得使风车翼的旋转停止的待机 时，在降雪寒冷的环境中的风向风速计的周围会附着雪等而结冰。在这种设置环境下，只利用设置在风向风速计内部的加热器进行融雪等需要时间，在该期间为了保障风力发电装置的安全，因此停止运转。 

其结果，如果因风向风速计的结冰而处于得不到测量数据的状态，由于风力发电装置的停止导致设备运转率降低，因此，存在不能确保根据风况预先设定的发电量的问题。 

在这样的背景下，期待缩短风向风速计上结冰时的运转停止时间，从而抑制因风力发电装置的停止而导致的设备运转率的下降为最小。 

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种风力发电装置，其即使在寒冷地带的降雪寒冷环境下，也能够缩短恢复结冰的风向风速计所需的时间，从而抑制设备运转率的下降为最小。 

为了解决上述课题，本发明采用了以下方法。 

本发明的风力发电装置在收纳并设置有驱动、发电机构的机舱上部具有风向风速计，在所述机舱上部设有朝向所述风向风速计的方向开口的机舱内冷却风的吹出口，该吹出口具有改变所述冷却风吹出方向的可变装置，所述驱动、发电机构与安装有风车翼的旋翼头连接。 

根据这种本发明的风力发电装置，由于在机舱上部设有朝向风向风速计的方向开口的机舱内冷却风的吹出口，该吹出口具有改变冷却风吹出方向的可变装置，因此，在风向风速计上结冰时，能够操作吹出方向可变装置，使机舱内冷却风的吹出方向朝向风向风速计的方向吹出。 

在所述的风力发电装置中，优选设置多台所述风向风速计，该风向风速计上的冰雪附着状况通过测量值的比较来进行判断，由此，能够提高掌握风向风速计的结冰、融雪附着状况的精度。 

根据所述的本发明，在风向风速计上结冰时，在朝向风向风速计的方向开口而设于机舱上部的机舱内冷却风的吹出口处，通过操作冷却风吹出方向的可变机构而使机舱内冷却风的吹出方向朝向风向风速计，能够朝向风向风速计吹出机舱内冷却风。因此，机舱内冷却风吹到风向风速计上，从而通过该风向防止落雪及积雪，或者通过冷却机舱内而温度上升的冷却风的风向，能够加热附着在风向风速计上的冰雪。 

因而，落雪量及积雪量减少，进而，通过在风向风速计内部的加热器的加热上叠加机舱内冷却风的加热而促使冰雪的融解。其结果，由于缩短冰雪的融解时间，因此，也能缩短因风向风速计上的结冰而导致的风力发电装置的运转停止时间，特别是，在设于降雪寒冷环境中的风力发电装置中，能够抑制因运转停止而导致的设备运转率的下降为最小。 

另外，由于在风力发电装置的机舱上部设有多台风向风速计，并且，通过测量值的比较来判断风向风速计上的冰雪附着状况，因此，能够提高掌握风向风速计的结冰或融雪附着状况的精度，可靠地防止因寒冷地带的风向风速计上结冰等而导致的风力发电装置的运转故障。 

附图说明

图1是表示本发明风力发电装置的一实施方式的主要部分的方框图； 

图2是表示风力发电装置的整体结构例的图； 

图3A是放大表示图2的机舱周边的图，又是表示机舱内的内部结构的剖面图； 

图3B是图3A的右侧面图； 

图3C是放大表示图2的机舱周边的图，又是表示设于吹出口处的排气叶片位于通常的排气位置的状态的立体图； 

图4A是放大表示图2的机舱周边的图，又是表示机舱内的内部结构的剖面图； 

图4B是放大表示图2的机舱周边的图，又是表示设于吹出口处的排气叶片位于寒冷时排气位置的状态的立体图； 

图5是表示利用图1的机舱控制装置进行的控制例的流程图。 

附图标记说明 

1风力发电装置 

2支柱 

3机舱 

4旋翼头 

5风车翼 

7风向风速计 

10增速机 

11发电机 

12吹出口 

13排气叶片 

14机舱换气扇 

20机舱控制装置 

具体实施方式

下面，基于附图说明本发明的风力发电装置的一实施方式。 

如图2所示，风力发电装置1具有立设于基座6上的支柱2、设置在支柱2上端的机舱3以及在大致水平的轴线周围能够旋转而设于机舱3上的旋翼头4。 

在旋翼头4的旋转轴线周围，以放射状安装有多个风车翼5。其结果，从旋翼头4的旋转轴方向吹到风车翼5的风力，变换为使旋翼头4沿旋转轴线周围旋转的动力。 

在机舱3的外周部的适当位置(例如，上部后方等)设有测量周边的风向和风速值的风向风速计7以及避雷针8。在图示的结构中，以规定的间隔相邻而设置一对的风向风速计7和避雷针8。 

例如，如图3A～图3C所示，在机舱3内部收纳并设置有驱动、发电机构，该驱动、发电机构包括经由与旋翼头4同轴的增速机10连接的发电机11而构成。即，风力发电装置1构成为，利用增速机10对旋翼头4的旋转进行加速而驱动发电机11，从而由发电机11得到发电机输出W。 

另外，在机舱3内部设置有用于进行各种运转控制的机舱控制装置20。 

在机舱3成为前端部侧的上部设有吹出口12，该吹出口12朝向设有风向风速计7的方向(机舱后方)开口。该吹出口12是通过从省略图示的导入口向机舱3内部吸入外部空气并在机舱3内部循环而将换气及冷却后的机舱内冷却风向外部排出的出口开口。即，通过风力发电装置1的运转，由于设置在机舱3内部的增速机10、发电机11及机舱控制装置20等发热而使内部温度上升，因此，通过进行导入外部空气并循环的换气，机舱3内部温度维持在机舱控制装置20等的电气控制设备类等中设定的运转温度范围内。 

如图3A～图3C所示，所述的吹出口12在向外部排出机舱内冷却风的出口处，具有作为改变冷却风吹出方向的可变装置的排气叶片13。 

该排气叶片13具有如下功能：利用机舱换气扇14的运转而从导入口吸引的外部空气，将循环机舱3内部的机舱内冷却风的吹出方向改变为所需的方向。在这样的换气运转的情况下，对机舱3内部进行换气的机舱内冷却风的吹出方向，在通常的排气位置(参照图3C)以及作为防止结冰对策朝向风向风速计7吹出的寒冷时排气位置(参照图4B)中选择任一位置，能够选择并切换所需的吹出方向。 

即，排气叶片13具有接收机舱控制装置20的控制信号而动作的电动机等的驱动装置(未图示)，并根据降雪寒冷环境下等的运转状况，能够选择切换其角度而使之变化。 

其结果，例如在风力发电装置1运转时，或者从停止开始经过短时间时，对机舱3内部进行换气的机舱内冷却风的温度上升，成为比外部气温高的温度。通过接收机舱控制装置20的控制信号并且将排气叶片13的吹出方向(角度)改变到寒冷时排气位置，温度较高的该机舱内冷却风吹到风向风速计7上，因此，能够促进防止风向风速计7结冰或溶解冰雪而缩短溶解时间。另外，在风力发电装置1的运转停止时间长且在机舱3内部温度与外部气温之间没有温度差的情况下，虽然没有加热能力，但是机舱内冷却风的风向阻碍雪附着在风向风速计7上。 

图1是表示机舱控制装置20的结构例的方框图，在该机舱控制装置20上，除风向风速计7以外，还连接有排气叶片13、机舱排气扇14及外部气温温度计15等。 

图示的风向风速计7的结构，包括：风向风速计本体7a、测量风向风速计7内部温度的温度计7b、寒冷时加热风向风速计7内部的电加热器7c等加热机构以及风向风速计控制装置7d。 

接着，参照图5的流程图，对利用所述机舱控制装置20进行的排气叶片13的动作控制进行说明。 

在最初的步骤S1中，风力发电装置1的旋翼头(风车)4处于通常的待机中，即，等待风的停止中。在这种停止状态下，进入下一步骤S2，对由一对风向风速计7输入的风向和风速的测量值进行比较。 

在步骤S2中，在一对的测量值上产生具有规定值以上的差的不合适时，认为在任一个的风向风速计7上发生了不良情况。在这种情况下，考虑到风向风速计7的允许误差范围等而适当设定规定值。 

在风俗风速计7上发生不良情况时，进入下一个步骤S3，根据外部气体温度计15的测量值判断外部气温是否处在规定值(例如为10℃)以下的低温装置。其结果，在外部气温达到规定值以下的“是”的情况下，进入下一个步骤S4，对风向风速计7的加热器7c检测是否进行启动(ON)动作。 

在步骤S4中加热器7c的启动动作被确认的“是”的情况下，进入下一个步骤S5，启动机舱排气扇14的动作，开始机舱3内的换气。即，由于推测产生所述的风向风速计7的不良情况的原因在于因外部低气温而引起的落雪或结冰等，因此，作为消除该状况的对策，即使在风力发电装置1停止时，或者机舱内温度低而无需换气运转的外部低气温时的状况下，也可以强制地开始排气扇14的运转。 

进一步，开始排气扇14的运转并且进入下一个步骤S6，变更到排气叶片13的角度朝上的寒冷时排气位置。即，在如图3C所示的通常的排气位置中，排气叶片13的角度被设定为片角度与机舱3的上面大致平行的角度，如在图中虚线所示，机舱内冷却风不直接吹到风向风速计7而沿着机舱上面直着行进。但是，如果从通常的排气位置将排气叶片13的角度改变成朝上而设定为寒冷时排气位置，则如图4A虚线所示，机舱内冷却风的风向成为朝向风向风速计7的吹向。 

如上所述，如果机舱内冷却风吹到风向风速计7，则能够防止雪落在风向风速计7上，并且，在机舱内冷却风的温度比外部气温高的情况下，由于得到机舱内冷却风引起的加热作用，因此，有助于消除在通过加热器7c的加热来防止或除去落雪或结冰等时产生的不良情况。因而，由于缩短消除作为重要传感器之一的风向风速计7的不良情况的时间，因此，也能够缩短直到风力发电装置1开始正常运转所需的时间。 

另外，如上所述将排气叶片13设定在寒冷时排气位置的运转，在下一步骤S7中一直持续到确认从一对风向风速计7输入的风向及风速的测量值合适。即，在步骤7中判断风向风速计7的测量值合适的“是”的情况下，由于能够判断风向风速计7的不良情况已消除，因此，进入下一个步骤S8并且停止(OFF)机舱排气扇14运转，并且将排气叶片13的角度恢复到通常的排气位置(与机舱上面平行)。 

经过如上所述的一连串动作，在下一个步骤S9中转子4被启动，并且开始利用转子4的旋转而进行的风力发电装置1的运转。 

然而，在上述的步骤S3中，在由于外部气温比规定值高而成为“否”的情况下，由于风向风速计7的不良情况不是低外气温引起的，因此，进入下一个步骤S10并且判断风向风速计为异常。另外，由于这种风向风速计7的异常，给风力发电装置1的正常运转带来障碍，因此，进入下一个步骤S11并且停止风力发电装置1的运转。 

另外，在上述的步骤S4中，在不能确认风向风速计7的加热器7c的动作已启动的“否”的情况下，进入下一个步骤S10也同样判断风向风速计为异常，进而，进入下一个步骤S11并且停止风力发电装置1的运转。 

另外，在上述的步骤S7中，在从一对风向风速计7输入的测量值不合适的“否”的情况下进入步骤S12，判断将排气叶片13朝上变更所经过的时间。 

其结果，在经过时间包含于预先确定的指定时间以内的“是”的情况下，以排气叶片13保持寒冷时排气位置的状态，使机舱排气扇14继续运转。此时的指定时间因风力发电装置1的规格、设置场所等的诸多条件不同而不同，参照通过预先的实验、仿真等而得到的消除不良情况所需的时间而确定。 

但是，在经过时间超过所述的指定时间的“否”的情况下，由于超过通常的消除不良情况所需的时间，因此，进入步骤S10依然判断风向风速计为异常，进一步进入下一个步骤S11，停止风力发电装置1的运转。 

如上所述，根据所述的本发明的风力发电装置1，在风向风速计7上结冰时，在机舱3上部朝向风向风速计7的方向开口而设置的机舱内冷却风的吹出口12处，通过成为冷却风的吹出方向可变装置的排气叶片13的操作，能够使机舱内冷却风的吹出方向朝向风向风速计7。因此，能够使机舱内冷却风朝向风向风速计7吹出，其结果，由于机舱内冷却风吹到风向风速计7，因此，依靠该风向能够防止落雪或积雪，或者，依靠冷却机舱3内部而温度上升的冷却风的流动，能够对附着在风向风速计7上的冰雪进行加热。 

另外，在本发明的风力发电装置1中，由于在机舱3上部设有多台风向风速计7，并且，通过测量值的比较来判断风向风速计7上的冰雪附着状况，因此，能够提高对于风向风速计7的结冰、融雪附着状况的掌握精度，能够可靠地防止寒冷地带的风向风速计7的结冰等引起的运转故障。另外，关于风向风速计7的数量，并不限定于所述实施方式的两台，也可以设置为三台或三台以上，或者虽在把握精度上存在问题，但可以设置一台。 

另外，关于吹出方向可变装置，只要能够根据需要改变机舱内冷却风的吹出方向，就并不局限于所述的排气叶片13。 

另外，本发明并不局限于所述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内能够进行适当的变更。 

Claims (2)

1.一种风力发电装置，在收纳并设置有驱动、发电机构的机舱上部具有风向风速计，该驱动、发电机构与安装有风车翼的旋翼头连接；其中，

在所述机舱上部设有朝向所述风向风速计的方向开口的机舱内冷却风的吹出口，该吹出口具有改变所述冷却风吹出方向的可变机构。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其中，

设有多台所述风向风速计，该风向风速计上的冰雪附着状况通过各个所述风向风速计间的测量值的比较来进行判断。

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