CN102753821A - 风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电装置，其通过简单且不伴有能量损失的结构，而用于使在机舱内部设置的发热设备等良好地冷却。本发明所涉及的风力发电装置(1)的特征在于，具有：安装有风车翼(8)且构成风车旋转翼(9)的旋翼头(6)；轴支承旋翼头(6)的旋转轴(12)，并收容有利用旋翼头(6)的旋转而进行发电的发电机的机舱(5)；支承机舱(5)的塔座；覆盖旋翼头(6)的旋翼头罩(14)；设置在旋翼头罩(14)的前端部上且将外部风取入的外气导入口(18)；从外气导入口(18)将被取入旋翼头罩(14)内的外部气体送入机舱(5)的内部的外气送气连通部(26)；设置在机舱(5)的外表面的、因外部风而受到负压的部位上的冷却空气排出口(35)。
Description
技术领域
本发明涉及一种将机舱内部的设备通过外部气体(外部风)的导入而冷却的风力发电装置。
背景技术
在标准性的风力发电装置中，在竖立设置于地表或海上等的支柱状的塔座的上部能够偏摆回旋地设置机舱，在轴支承于该机舱的前表面的旋翼头上支承有风车翼而构成风车旋转翼。各风车翼承受风力而使旋翼头旋转，该旋转通过增速机而被增速并驱动设置在机舱内部的发电机，从而进行发电。机舱被进行回旋驱动控制，以能够使旋翼头(风车旋转翼)的旋转中心轴线始终指向上风方向而高效率地发电。在机舱的内部收容有以发电机为首的如逆变器、变压器等的各种发热设备。为了持续风力发电装置的稳定的运转，需要将这些电气设备适当地冷却。
作为现有的风力发电装置中的机舱内部的冷却结构，例如专利文献1所公开，具有这样的结构：在机舱的内部设置电动式的换气风扇，将外部的冰冷的空气强制性地导入机舱内部而进行发热设备的冷却。另外，如专利文献2所公开，具有这样的风力发电装置：将设置在机舱的内部的发热设备包覆成胶囊状，由风扇构成向上述胶囊内通以冷却空气的闭环通气路，在该闭环通气路的中途夹设有冷却器，并将该冷却器设置在风车翼的下风侧，从而通过外部气体对冷却器进行空冷，而使在冷却器的内部流动的冷却空气进行热交换。
而且，如专利文献3、4所公开，还有在旋翼头的前表面设有将外部风取入的外气导入口，并由自此取入的外部气体对旋翼头的内部设备进行冷却的风力发电装置，这些都仅仅是向旋翼头内部取入外部气体，而并不是对机舱的内部进行冷却。
专利文献1：日本特开2010-007649号公报
专利文献2：美国专利第7161260号说明书
专利文献3：美国专利第7594800号说明书
专利文献4：美国公开专利公报2009/0060748号
发明内容
在专利文献1的风力发电装置中，由于是通过电动式的换气风扇将外部气体强制性地取入机舱的内部的结构，因此，需要在机舱内设置换气风扇的空间，在设计的自由度加以限制。另外，由发电机发电的电力的一部分被换气风扇消耗，而产生难以无视的能量损失。进而，由于换气风扇产生的刺耳噪音，对风力发电装置的安静带来凄惨的印象。
另外，在专利文献2的风力发电装置中，机舱内部的结构复杂，故空冷式的冷却器无论如何也均是大型，故存在机舱整体大型化的难点。在此基础上，必须要充分进行始终被外部气体暴晒的冷却器的腐蚀对策，由于这样的要因，存在风力发电装置的制造成本高涨的问题。
本发明就是鉴于上述的状况而作出的，其目的在于，提供一种风力发电装置，其通过简单且不伴有能量损失的结构，能够将在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却，并且防止雨水的浸入而保持内部设置等的完善性。
在为了解决上述的问题的第一发明中，风力发电装置，其为将风车旋转翼控制成朝向上风侧的逆风型的风力发电装置，其特征在于，具有：旋翼头，其安装有风车翼且构成所述风车旋转翼；所述机舱，其轴支承所述旋翼头的旋转轴，并收容有利用所述旋翼头的旋转而进行发电的发电机；塔座，其支承所述机舱；旋翼头罩，其覆盖所述旋翼头；外气导入口，其设置在所述旋翼头罩的前端部上且将外部风取入；外气送气连通部，其将从所述外气导入口被取入所述旋翼头罩内的外部气体送入所述机舱的内部；冷却空气排出口，其设置在所述机舱的外表面的、因外部风而受到负压的部位上。
根据上述结构，在因风力使风车旋转翼旋转而进行发电时，从设置在旋翼头罩的前端部且始终指向上风侧的外气导入口取入外部风，该空气作为冷却空气通过旋翼头罩的内部，进而经由外气送气连通部流入机舱内， 在冷却机舱内部之后，从冷却空气排出口向外部排出。
外气导入口始终指向上风侧，冷却空气排出口设置在因外部风而受到负压的部位，因此，外气导入口取入外部气体的作用和冷却空气排出口吸出内气的作用相辅相成，能够将大量的外部气体取入机舱内。因而，不必如现有那样在机舱的内部设置电动式的换气风扇，即能够通过简单且不伴有能量损失的结构，而将在机舱内部设置的发热设备等良好地冷却。
另外，第二发明在上述第一发明的基础上，其特征在于，所述外气送气连通部具有：在所述旋翼头罩的后表面形成开口的送风口和在所述机舱的前表面形成开口的受风口，所述送风口和所述受风口的形状不论所述旋翼头罩的旋转位置如何都始终将所述送风口与所述受风口的至少一部分连通。
根据上述结构，从外气导入口导入的外部气体经由构成外气送气连通部的送风口和受风口而流入机舱的内部。送风口和受风口不论旋翼头罩的旋转位置如何都始终连通。由此，能够从旋翼头罩内部朝向机舱内部稳定地将外部气体送气，从而能够对在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却。
另外，第三发明在上述第二发明的基础上，其特征在于，具有旋翼头罩内部送风路，该旋翼头罩内部送风路从所述外气导入口通过所述旋翼头和所述旋翼头罩之间而与所述送风口相连，所述旋翼头相对于所述旋翼头罩内部送风路为密闭结构。
根据上述结构，旋翼头相对于旋翼头罩内部送风路为密闭结构，因此，从外气导入口导入的外部气体在通过旋翼头罩内部送风路之际，不会流入旋翼头的内部。由此，不会损失从外气导入口导入的外部气体的流量或流速，而能够将被导入的外部气体效率良好地向机舱侧送气。由此，能够对在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却。虽然旋翼头为密闭结构，但由于外部气体沿着其外表面流动，故旋翼头的内部设备也被冷却。
另外，第四发明在上述第一发明的基础上，其特征在于，在所述外气导入口设有将外部气体中所包含的杂质分离的杂质分离构件。
根据上述结构，在从外气导入口导入的外部气体中所包含的水分或尘埃等杂质通过杂质分离构件而分离，因此，能够防止在旋翼头或机舱的内 部设置的设备等受到因杂质带来的恶劣影响，从而能够对各设备等进行良好地冷却。
另外，第五发明在上述第一发明的基础上，其特征在于，在所述旋翼头罩和所述机舱之间具有防止在所述旋翼头罩的内部流动的外部气体流出的防止外气流出结构。
根据上述结构，即便从外气导入口导入的外部气体从旋翼头罩和机舱的连接部欲向外部流出，也被防止外气流出结构阻止，因此，该外部气体不会损失其流量地向机舱侧送气，从而能够对在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却。
另外，第六发明在上述第一发明的基础上，其特征在于，在从所述旋翼头一侧观察时，在所述机舱中的、不与所述旋翼头罩重叠的部位具有将外部风取入的前方开口部。
根据上述结构，除设置在旋翼头罩的外气导入口以外，也从在机舱设置的前方开口部将外部气体导入机舱内，因此，能够对在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却。
另外，第七发明在上述第一发明的基础上，其特征在于，在所述旋翼头罩和所述机舱之间具有防止雨水的浸入的防止雨水侵入结构。
根据上述结构，防止了雨水从旋翼头罩和机舱之间浸入，而可保持内部设备等的完善性。
发明效果
如上所述，根据本发明所涉及的风力发电装置，通过简单且不伴有能量损失的结构，能够对在机舱内部设置的发热设备等进行良好地冷却，并且可防止雨水的浸入而保持内部设备等的完善性。
附图说明
图1是表示能够适用本发明的风力发电装置的一例的侧视图。
图2是表示本发明的一实施方式的机舱、旋翼头、旋翼头罩附近的纵剖视图。
图3是表示旋翼头罩前端部、外气导入口和遮护板(杂质分离构件)的纵剖视图。
图4是表示旋翼头罩和机舱的前表面的主视图。
图5是表示在旋翼头罩的后表面开口形成的送风口和在机舱的前表面开口形成的受风口的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明所涉及的风力发电装置的实施方式。
图1是表示能够适用本发明的风力发电装置的一例的侧视图。该风力发电装置1具有：例如在埋设于地下的钢筋混凝土制的基座3的上表面上竖立设置的塔座4；设置在该塔座4的上端部的机舱5；被支承为能够围绕大致水平的横向的旋转轴线旋转且设置在机舱5的前端部侧的旋翼头6。
在旋翼头6安装有沿放射方向延伸的多片(例如3片)风车翼8而构成风车旋转翼9，在机舱5的内部收容设置有发电机11，旋翼头6(风车旋转翼9)的旋转轴12经由增速机(未图示)而与发电机11的主轴连结。由此，触碰到风车翼8的外部风的风力变换为使旋翼头6和旋转轴12旋转的旋转力，从而驱动发电机11进行发电。旋翼头6被旋翼头罩14覆盖。
机舱5与风车旋转翼9一起，在塔座4的上端能够沿水平方向回旋。风力发电装置1为将风车旋转翼9控制成朝向上风侧的逆风型，且通过未图示的驱动装置和控制装置将其控制成始终指向上风方向而能够效率良好地进行发电。需要说明的是，在本实施方式中，机舱5的上风侧的面称之为“前表面”，下风侧的面称之为“后表面”。
在机舱5的内部设有以发电机11为首的、未图示的主轴承或增速机、逆变器、变压器等各种发热设备。另外，在旋翼头6的内部设有用于将风车翼8的俯仰角调整为与风量吻合的最佳角度的、液压或电动的公知的俯仰驱动装置(未图示)。该俯仰驱动装置也是在其工作时发热的发热设备。
如图2、图3、图4所示，在旋翼头罩14的前端部设有用于将外部风取入的外气导入口18。该外气导入口18在旋翼头罩14的前端部形成为圆孔状，并张设有防止鸟或其他的飞来物体等的进入的格栅(网状物)19。另外，在外气导入口18的内侧经由例如4根支柱21而设有遮护板22。该遮护板22通过相对于外气导入口18位于离开旋翼头罩14的内侧的位置， 作为将从外气导入口18取入旋翼头罩14内的外部气体中所包含的杂质尤其是雨、雪等水分进行分离的杂质分离构件而发挥功能。
进而，如图2、图5所示，在旋翼头罩14的后表面开口形成有送风口24，而在机舱的前表面开口形成有受风口25，通过这些送风口24和受风口25来构成外气送气连通部26。该外气送气连通部26构成将从外气导入口18取入到旋翼头罩14内的外部气体送入机舱5的内部的通气路。
送风口24和受风口25的形状不论旋翼头罩14的旋转位置如何都始终将送风口24和受风口25连通。即，在本实施方式中，送风口24和受风口25均形成为围绕旋翼头6的旋转轴12的4个扇形形状的开口部。送风口24和受风口25的开口面积均形成为比在各开口部之间形成的支柱部24a、25b的面积(宽度)大，因此，即使旋翼头罩14相对于机舱5旋转，也始终将送风口24和受风口25的大部分连通。而且，送风口24和受风口25的形状不限于扇形形状，也可以是圆形等其他形状。
另外，如图2所示，在旋翼头罩14的内部划分有旋翼头罩内部送风路28。该旋翼头罩内部送风路28是从外气导入口18通过旋翼头6和旋翼头罩14之间而与送风口24相连的通路，且以包围旋翼头6的周围的方式形成。并且，旋翼头6相对于旋翼头罩内部送风路28为密闭结构。
各风车翼8其基部与旋翼头6转动自如地嵌合，通过相对于旋翼头6转动而使间距变化。各风车翼8的基部和旋翼头6之间通过未图示的密封构件而液密性密封。因而，从外气导入口18取入的外部气体在旋翼头罩内部送风路28中流动之际，不会流入旋翼头6的内部。在各风车翼8和旋翼头罩14之间设有未图示的迷宫截面状的雨水浸入防止结构。由此，在旋翼头罩内部送风路28中流动的气流不易从各风车翼8和旋翼头罩14之间向外部流出。
另一方面，在旋翼头罩14和机舱5的连接部如图2所示设有防止外气流出结构31。该防止外气流出结构31由在例如机舱5的前表面形成的环状的内侧台阶部32和在旋翼头罩14的后端的周缘部形成的外侧台阶部33构成，在内侧台阶部32的外周侧重叠外侧台阶部33，而构成不会与内侧台阶部32接触地包围的结构。外侧台阶部33和内侧台阶部32的间隔狭窄较好。
通过设置该防止外气流出结构31，防止了在形成于旋翼头罩14的内部的旋翼头罩内部送风路28中流动来的气流从旋翼头罩14和机舱5的连接部向外部流出的情况，且可将该气流经由外气送气连通部26(送风口24、受风口25)效率良好地向机舱5的内部送气。
另外，防止外气流出结构31作为防止雨水侵入结构而发挥功能。即，构成内侧台阶部32和外侧台阶部33相互啮合的截面形状，其之间的间隙形成迷宫状，故自此阻止雨水向内部侵入。
另一方面，在机舱5的外表面的、因外部风而受到负压的部位例如在机舱5的后表面的外缘部附近设有多个冷却空气排出口35。机舱5被回旋控制成使旋翼头6一侧始终朝向上风方向，因此，如图2中所示，外部风的气流从前方朝向后方在机舱5的表面中流动，而形成被卷入机舱5的后表面侧的流动。这样，在气流被卷入机舱5的后表面侧的部位、尤其是在机舱5的后表面的外缘部侧产生强负压。由此，通过在机舱5的后表面的外缘部附近设置冷却空气排出口35，从而通过上述的负压将机舱5的内部的空气从冷却空气排出口35吸出。
进而，在从旋翼头6一侧观察时，在机舱5中的、不与旋翼头罩14重叠的部位也形成有将外部风取入的开口部。在本实施方式中，例如在从旋翼头6一侧观察呈正方形的机舱5的前表面的四角形成有四个前方开口部37。也从这些前方开口部37向机舱5的内部取入外部风。不过，不限于该位置，也可以在机舱5的其他部位设置前方开口部。
在如上所述构成的风力发电装置1中，通过从前方吹来的外部风，风车旋转翼9旋转，该旋转被增速而向发电机11传递，从而驱动发电机11进行发电。同时，从设置在旋翼头罩14的前端部且始终指向上风侧的外气导入口18取入外部风。该空气在形成于旋翼头罩14的内部的旋翼头罩内部送风路28中流动。然后，经由外气送气连通部26(送风口24、受风口25)向机舱5的内部送气，在将以发电机11为首的各种发热设备冷却之后，从在机舱5的后表面形成的冷却空气排出口35向外部排气。
外气导入口18始终指向上风侧，而冷却空气排出口35设置在机舱5的下风侧的、因外部风而受到最强负压的部位。由此，从外气导入口18将外部气体取入的作用和从冷却空气排出口35将内气吸出的作用相辅相 成，能够使大量的外部气体流向机舱5的内部。因而，不必如现有技术那样在机舱5的内部设置电动式的换气风扇，即通过简单且不伴有能量损失的结构，便能够将在机舱5的内部设置的、以发电机11为首的发热设备等进行良好地冷却。
外气送气连通部26包括在旋翼头罩14的后表面开口形成的送风口24和在机舱5的前表面开口形成的受风口25，送风口24和受风口25的形状不论旋翼头罩14的旋转位置如何都始终将送风口24和受风口25的大部分连通，因此，从在旋翼头罩14的内部形成的旋翼头罩内部送风路28朝向机舱5的内部稳定地将外部气体送气，从而能够对机舱5的内部进行良好地冷却。
形成于旋翼头罩14的内部的旋翼头罩内部送风路28从外气导入口18通过旋翼头6和旋翼头罩14之间而与送风口24相连地形成。旋翼头6相对于旋翼头罩内部送风路28为密闭结构，因此，从外气导入口18导入的外部气体不会流入旋翼头6的内部。由此，不会损失外部气体的流量或流速地将其向机舱5一侧送气。因而，能够将机舱5的内部良好地冷却。而且，虽然旋翼头6为密闭结构，但由于外部气体沿着其外表面流动，因此，也能够对在旋翼头6的内部设置的未图示的俯仰驱动装置等进行间接冷却。
在外气导入口18设有作为将在外部气体中所包含的杂质分离的杂质分离构件的遮护板22，因此，在从外气导入口18导入的外部气体中所包含的雨或雪等水分、尘埃等杂质通过遮护板22而分离。被分离的杂质向下方落下而从未图示的排出孔向外部排出。由此，防止在旋翼头6或机舱5的内部设置的设备等受到因杂质带来的恶劣影响，同时能够对各设备等进行良好地冷却。
在旋翼头罩14和机舱5的连接部设有防止在旋翼头罩内部送风路28中流动的外部气体的流出的防止外气流出结构31，因此，可阻止从外气导入口18导入的外部气体从旋翼头罩14和机舱5的连接部向外部流出。由此，在旋翼头罩内部送风路28中流动的外部气体不会损失其流量地向机舱5侧送气，从而能够对机舱5的内部进行良好地冷却。
进而，不仅外气导入口18，也从在机舱5的前表面设置的前方开口部 37将外部风向机舱5的内部取入，因此，能够增大被导入机舱5的外部风的流量，从而对机舱5的内部进行效率良好地冷却。该前方开口部37在从旋翼头6一侧观察时，设置在不与旋翼头罩14重叠的部位，因此，能够不必在机舱5设有通道状的突出部地设置，从而不会对机舱5的外观性产生损失。
另外，防止外气流出结构31作为防止雨水侵入结构而发挥功能，因此，防止了雨水从旋翼头罩14和机舱5之间浸入，由此能够良好地保持内部设备等的完善性。
需要说明的是，本发明不仅仅局限于上述的实施方式的结构，也可以在不超出权利要求书的范围内进行变更。
附图标号说明
1 风力发电装置
4 塔座
5 机舱
6 旋翼头
8 风车翼
9 风车旋转翼
11 发电机
12 旋转轴
14 旋翼头罩
18 外气导入口
22 遮护板(杂质分离构件)
24 送风口
25 受风口
26 外气送气连通部
28 旋翼头罩内部送风路
31 防止外气流出结构(防止雨水侵入结构)
32 内侧台阶部
33 外侧台阶部
35 冷却空气排出口
37 前方开口部 。
Claims (7)
1.一种风力发电装置，其为将风车旋转翼控制成朝向上风侧的逆风型的风力发电装置，其特征在于，具有：
旋翼头，其安装有风车翼且构成所述风车旋转翼；
所述机舱，其轴支承所述旋翼头的旋转轴，并收容有利用所述旋翼头的旋转而进行发电的发电机；
塔座，其支承所述机舱；
旋翼头罩，其覆盖所述旋翼头；
外气导入口，其设置在所述旋翼头罩的前端部上且将外部风取入；
外气送气连通部，其将从所述外气导入口被取入所述旋翼头罩内的外部气体送入所述机舱的内部；
冷却空气排出口，其设置在所述机舱的外表面的、因外部风而受到负压的部位上。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，
所述外气送气连通部具有：在所述旋翼头罩的后表面形成开口的送风口和在所述机舱的前表面形成开口的受风口，
所述送风口和所述受风口的形状不论所述旋翼头罩的旋转位置如何都始终将所述送风口与所述受风口的至少一部分连通。
3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，
具有旋翼头罩内部送风路，该旋翼头罩内部送风路从所述外气导入口通过所述旋翼头和所述旋翼头罩之间而与所述送风口相连，
所述旋翼头相对于所述旋翼头罩内部送风路为密闭结构。
4.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，
在所述外气导入口设有将外部气体中所包含的杂质分离的杂质分离构件。
5.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，
在所述旋翼头罩和所述机舱之间具有防止在所述旋翼头罩的内部流动的外部气体流出的防止外气流出结构。
6.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，
在从所述旋翼头一侧观察时，在所述机舱中的、不与所述旋翼头罩重叠的部位具有将外部风取入的前方开口部。
7.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，
在所述旋翼头罩和所述机舱之间具有防止雨水的浸入的防止雨水侵入结构。
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