CN102834609B - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，其有效利用门用开口部的开口及壳板，在塔(2)内的冷却用热交换器(40)中形成用于导入外部气体的外部气体循环流路(13)。在冷却设置在塔(2)的内部的发热体(30)的冷却介质在冷却用热交换器(40)中循环并通过与外部气体循环而被吸热的风力发电装置中，在塔(2)的内部空间形成具有与壳板(2a)的门用开口部(10)连通的外部气体流入开口(11)及外部气体流出开口(12)的闭锁空间的外部气体循环流路(13)，在外部气体循环流路(13)的内部设置冷却用热交换器(40)。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种对塔内部的发热体进行冷却的冷却介质在冷却用热交换器中循环，通过与外部气体热交换而被吸热的风力发电装置。

背景技术

风力发电装置是设有风车叶片的旋翼头受到风力而旋转，该旋转通过增速机进行增速等，由被驱动的发电机发电的装置。

上述的旋翼头安装在设于风车用塔(以下称为“塔”)上并能够偏航(ヨ一)回旋的导流罩的端部上，以能够绕大致水平的横向旋转轴线旋转的方式被支承。

一般地、上述的风车用的塔多采用使用圆筒形状的壳体的钢制单杆式，形成将设于壳板的下端部的基板通过锚定螺栓固定在钢筋混凝土的基座上的结构。

这样的风力发电装置由于设有变换器等电气设备，所以为了持续进行稳定的运转，需要冷却作为发热体的电气设备等。

在以往的风力发电装置中，具有为了冷却电气设备等的发热体而例如使冷却介质循环并冷却的冷却装置的结构。

上述的冷却装置例如专利文献1所公开，具有设于塔的外部的热交换器，将导入该热交换器的冷却介质通过与外部气体热交换而冷却。

专利文献1：美国专利第7168251号说明书

但是，在将变换器等的电气设备设置在风力发电装置的塔内的情况下，为了冷却构成发热体的电气设备，需要在塔内设置使冷却介质和外部气体热交换的冷却用热交换器以及将外部气体导入该冷却用热交换器的外部气体循环用配管。并且，为了将外部气体循环用配管设置在塔内，需要在作为塔的构成部件的壳板上设置开口部。

另外，由于伴随风力发电装置的大型化，电气设备类尺寸变大，发热量也增加，所以冷却用热交换器以及外部气体循环用配管的尺寸也变大。

另一方面，由于存在运输等制约条件，所以塔的截面尺寸上存在限制，因此占据塔内的冷却用设备的比例也随着风力发电装置的大型化而变大，所以在塔内收纳这些设备变成困难的状况。

进而，风力发电装置的塔多采用使用圆筒形状的壳体的钢制单杆式。这样的圆形断面形状的塔在将配管等配置在塔内的情况下，难以有效活用配置塔断面。

根据这样的背景，优选有效利用用作出入塔内的门设置的壳板开口以及壳板，在塔内的冷却用热交换器上形成用于导入外部气体的外部气体循环用空间的风力发电装置。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种有效利用作为门设置的壳板开口以及壳板，在塔内的冷却用热交换器上形成用于导入外部气体的外部气体循环用空间的风力发电装置。

本发明为了解决上述问题，采用下述的手段。

本发明的风力发电装置中，风车叶片受到风力而旋转的旋翼头驱动设置在导流罩的内部的发电机而发电，所述导流罩设置在竖立设置于基座上的单杆式塔的上端部，并且冷却设置在塔内部的发热体的冷却介质在冷却用热交换器中循环，通过与外部气体的热交换而被吸热，其中，在塔内部空间形成具有与壳板的开口部连通的外部气体流入开口及外部气体流出开口的闭锁空间的外部气体循环流路，在所述外部气体循环流路的内部设置所述冷却用热交换器。

根据这样的风力发电装置，由于将具有与壳板的开口部连通的外部气体流入开口及外部气体流出开口的闭锁空间的外部气体循环流路形成在塔内部空间中，将所述冷却用热交换器设置在所述外部气体循环流路的内部，所以能够利用壳板开口及壳板，容易形成在冷却用热交换器的热交换中使用的外部气体循环用流路。并且，在外部气体循环流路的内部设置冷却用热交换器，所以能够使用被外部气体吸热的低温的冷却介质，有效率地冷却发热体。

另外，设于作为强度部件的壳板的外部气体循环用的开口兼用作门用开口部等的开口部，因此，能够使壳板的开口数限于最小限度，进而使开口部的加强部件数也限于最小限度。

在本发明中，优选地、在塔内部中所述壳板的所述开口部的周围设置分隔壁，通过该分隔壁及所述壳板创造出所述外部气体循环流路，或者、在塔内部中所述壳板的门用开口部的周围设置分隔壁，通过该分隔壁、所述壳板及塔内地板创造出所述外部气体循环流路。

根据这样的外部气体循环流路，由于外部气体流入开口及外部气体流出开口设置于以从开口部向内侧进入的方式形成并使塔内部空间从外部气体分离的凹部空间的分隔壁，所以外部气体流入开口及外部气体流出开口在塔壁面的内侧开口，能够抑制雨水等相对于塔内部侵入。

另外，外部气体循环流路的一部分使用地面形成部件，从而能够有效利用部件。

在上述发明中，优选地、在壳板的门用开口部的周围设置分隔壁而创造出外部气体循环流路的情况下，在所述分隔壁的与所述外部气体流入开口或外部气体流出开口不同的位置安装有门，由此，能够增加确保必要的开孔面积的自由度。

在上述发明中，所述外部气体流入开口及所述外部气体流出开口可以设于安装在所述门用开口部上的门的上下。

根据这样的本发明的风力发电装置，能够有效利用出入塔内的门用壳板开口及壳板，能够在塔内的冷却用热交换器中形成用于导入外部气体的外部气体循环用空间，所以能够在构成闭锁空间的外部气体循环流路的内部设置冷却用热交换器，通过与在外部气体循环流路中循环的外部气体热交换而从冷却介质吸热冷却。因此，能够有效活用塔内的有限空间，使用被冷却的低温的冷却介质，能够有效率地冷却发热体。

附图说明

图1是作为本发明所涉及的风力发电装置的第一实施方式，表示塔的门开口部周辺结构的纵截面图(图2的D-D截面图)。

图2是图1所示的风力发电装置的A-A截面图。

图3是图1所示的风力发电装置的B-B截面图。

图4是图1所示的风力发电装置的C-C截面图。

图5是图2所示的风力发电装置的E-E截面图。

图6是图2所示的风力发电装置的F-F截面图。

图7是图2所示的风力发电装置的G-G截面图。

图8是表示风力发电装置的概要的侧面图。

图9是本发明所涉及的风力发电装置的第二实施方式，表示塔的门开口部周辺结构的纵截面图(图10的J-J截面图)。

图10是图9所示的风力发电装置的H-H截面图。

图11是图9所示的风力发电装置的I-I截面图。

图12是图10所示的风力发电装置的K-K截面图。

图13是图10所示的风力发电装置的L-L截面图。

图14是图10所示的风力发电装置的M-M截面图。

附图标记说明

1风力发电装置

2风车用塔

2a壳板

2b壳板的开口加强件

3导流罩

4旋翼头

5风车叶片

6门

9地板

10门用开口部

10a门部开口

11外部气体流入开口

12外部气体流出开口

13、13A外部气体循环流路

13a外部气体流路

13b流路空间

14、14A分隔壁

14a侧壁部

14b纵向壁

14c顶板

15凹部空间

16台阶

16a塔内入口部的平台

17塔内升降用梯子

1外部气体循环用开口

30发热体

40冷却用热交换器

41致冷剂配管

B基座

具体实施方式

以下，关于本发明所涉及的风力发电装置的塔内外部气体循环用的流路(管路)结构，参照附图说明其一实施方式。

图8所示的风力发电装置1具有竖立设置在基座B上的风车用塔(以下称作“塔”)2、设置在塔2的上端的导流罩(ナセル)3、能够旋转地绕大致水平的横向旋转轴线被支承且设于导流罩3的前端部侧的旋翼头4。

在旋翼头(ロ一タヘツド)4上绕其旋转轴线以放射状安装有多张(例如三张)风车叶片5。由此，从旋翼头4的旋转轴线方向碰到风车叶片5的风的力转换为使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。

在塔2的下端部附近设置有用于向塔内出入的门6。

在导流罩3的外周面适当位置(例如上部等)设置有测量周辺的风速值的风速计7、测量风向的风向计8等。

即、在风力发电装置1中，风车叶片5受到风力而绕大致水平的旋转轴线旋转的旋翼头4驱动设置在导流罩3的内部的发电机(未图示)而发电，并且导流罩3设置在竖立设置于钢筋混凝土制的基座B上的塔2的上端部，并能够偏航回旋。

另外，图示的塔2采用钢制的单杆式，通过连接分割为多个塔段的法兰(未图示)，从而确保必要的长度(高度)的圆筒塔。

<第一实施方式>

在上述的风力发电装置1上，在塔2的内部，如图1～图7所示，设置有例如电气设备类(变换器等)的发热体30。该发热体30设置在从门6的下端部附近连续设置的塔2内的地板9上。

另外，为了冷却上述的发热体30，在塔2的内部设置有冷却用热交换器40。该冷却用热交换器40是使通过发热体30循环的冷却介质(水或油等)和外部气体热交换的热交换器。即，冷却用热交换器40是由从塔2的外部导入的低温的外部气体冷却发热体30，并从温度上升的冷却介质吸热进行冷却的热交换器。

另外，图中的附图标记41表示冷却介质在发热体30和冷却用热交换器40之间循环流动的去路及回路的致冷剂配管。

在本实施方式中，在塔2的内部空间形成具有与作为塔2的构成部件的壳板2a的门用开口部10连通的外部气体流入开口11以及外部气体流出开口12的闭锁空间的外部气体循环流路13，在外部气体循环流路13的内部设置上述的冷却用热交换器40。

另外，图中的附图标记2b是设置于在壳板2a开设的门开口部10的周围的加强件。

在图示的结构例中，利用门用开口部10来安装分隔壁14，从门用开口部10向塔2的内侧进入而形成凹部空间15。即，门用开口部10是从外部正面观察、纵长的长方形的上下连接大致半椭圆形状的形状(参照图7)，并且，从门用开口部10向塔2的内部进入地形成使壳板2a的面开口的凹部空间15。

该凹部空间15是由具有设于门开口部10的周围的上下左右的侧壁部14a和与门开口部10对置的正面(前方面)的纵向壁部14b的分隔壁14包围的空间。换言之，门用开口部10的分隔壁14通过包围门用开口部10的周围而朝向塔2的内部空间延伸设置的侧壁部14a、如地板形成而与侧壁部14a的塔内部侧端部连接的塔内部正面的纵向壁14b构成。

另外，这种情形下的纵向壁14b在一端部侧(图示的例中，从门开口部10的正面观察为右侧)延长到壳板2a，在上述的外部气体循环流路13的闭空间形成中利用。

地板9配置在门用开口部10的上下方向中心位置的下方。因此，在以下的说明中，根据需要将门用开口部10的地板9的上部称作门部开口10a。另外，门用开口部10的地板9的下部构成外部气体流入开口11。

另外，门6从设于凹部空间15的前面(正面)的分隔板14的纵向壁14b的地板9向上方安装。即，门6设于分隔板14的纵向壁14b。

图中的附图标记16是用于在地面与门6之间升降的台阶，在与地板9大致同样的高度设置有工作台(踊り場)16a。

另外，图2所示的附图标记17是设于塔2的内部的升降用的梯子。

上述的外部气体循环流路13具有：在门开口部10的地板9的下侧开设的外部气体流入开口11；从门用开口部10向内侧进入而形成，在使塔内部空间从外部气体分离的凹部空间15的分隔壁14开设的外部气体流出开口12。在图示的结构例中，外部气体流出开口12开设在从正面观察门用开口部10为右侧的侧壁部14a的上部。

另外，外部气体循环流路13从正面侧观察门用开口部10，具有作为与凹部空间15的右侧相邻形成的上下方向的闭锁空间的外部气体流路13a，在该外部气体流路13a的下端部形成有外部气体循环用开口18，在上端部形成有外部气体流出开口12。并且，冷却用热交换器40设置在地板9的下方的凹部空间15的底面上。

其结果，冷却用的外部气体从由地板9分隔的门用开口部10的外部气体流入开口11向凹部空间15内导入，该外部气体通过冷却用热交换器40而温度上升后，从外部气体循环用开口18向外部气体流路13a流入，并从外部气体流出开口12向凹部空间15内的地板9的上部流出，最终从门部开口10a向大气排出。

即，这种情形下的外部气体循环流路13形成地板9下方的凹部空间15、具有外部气体循环用开口18及外部气体流出开口12的外部气体流路13a和地板9上方的凹部空间15连通而成的结构。

因此，从与大气连通的外部气体流入开口11流入的低温的外部气体通过设置在凹部区间15的底面上的冷却用热交换器40而温度上升后，从外部气体循环用开口18流入外部气体流路13a，再加上烟囱效应，在外部气体流路13a内上升而从外部气体流出开口12向凹部空间15流出。然后，开设外部气体流出开口12的凹部空间15经由门部开口10a而与大气连通，所以温度上升的外部气体在外部气体循环流路13自然循环并向大气排出。

像这样，若外部气体流出开口12开设在凹部空间15，则开设在向由壳板2a形成的塔2的外壁面的内侧凹陷的位置上，所以能够抑制雨水等侵入塔2的内部。另外，若外部气体流入开口11作为塔内入口部的工作台16a的下侧，则能够抑制雨水等侵入塔2的内部。另外，优选在外部气体流入开口11及外部气体流出开口12预先安装平台(ガラリ)等。

另外，在图示的结构例中，由于将门6安装在纵向壁14b上，所以能够自由设定在侧壁部14a开口的外部气体循环用开口18及外部气体流出开口12的开口面积。即，相对于分隔壁14在与外部气体循环用开口18以及外部气体流出开口12不同的位置安装门6，能够增加确保外部气体循环流路13侧必要的开口面积的自由度。

根据这样的风力发电装置1，由于具有与壳板2a的门用开口部10连通的外部气体循环用开口18以及外部气体流出开口12的闭锁空间的外部气体循环流路13形成在塔2的内部空间，冷却用热交换器40设置在外部气体循环流路13的内部，所以能够有效利用为了出入塔2的内部而设于壳板2a上的门用开口部10以及壳板2a，容易形成在冷却用热交换器40的热交换中使用的外部气体循环用流路13。

另外，在上述的实施方式中，将冷却用热交换器40配置在凹部空间15的底面，但是只要是低温的外部气体循环的位置即可，不作特别限定。另外，外部气体流入口11与外部气体流出开口12也能够使其功能(外部气体的流入以及流出)对调。

并且，由于在外部气体循环流路13的内部适当位置设置有冷却用热交换器40，所以能够使用由外部气体吸热的低温的冷却介质，有效率地冷却发热体30。

另外，设于作为强度部件的壳板2a上的外部气体循环用的开口兼用作门用开口部10，所以能够将壳板2a的开口数以及开口部的加强部件数抑制在最小限度。

另外，由于在外部气体循环流路13的一部分中使用地板9，即，由于外部气体流入开口11通过地板9和工作台16a从外部气体流出开口12侧分离，所以能够有效利用部件防止高温的外部气体再度从外部气体流入开口11导入。

外部气体流路13a的配置不限于图示的例子，例如从门用开口部的正面观察，也可以配置在左侧。

另外，关于外部气体循环用开口18以及外部气体流出开口12的配置，不限于图示的结构例，例如只要在外部气体流路13a和冷却用热交换器40的位置关系上最适合即可。

<第二实施方式>

接着，关于本发明所涉及的风力发电装置，根据图9～图14说明第二实施方式。另外，对与上述的实施方式相同的部分使用相同的附图标记，其详细说明省略。

在该实施方式中，外部气体流入开口11以及外部气体流出开口12设于安装在门用开口部10上的门6的上下。即，在门用开口部10的地板9上方的门部开口10a上安装门6，在残留在门6的上部的大致半椭圆形状部分上形成外部气体流出开口12。另外，利用地板9的下方的下部开口，形成外部气体流入开口11。

这种情况的外部气体循环流路13A例如图13所示，在门6的上下开设的外部气体流入开口11以及外部气体流出开口12的后方分别形成流路空间13b，这些流路空间13b与竖直方向的外部气体流路13a连通，从而从门用开口部10的正面侧观察，形成大致コ字状的断面形状。

另外，这种情况下的冷却用热交换器40设置在地板9的下方且外部气体流入开口11的后方的流路空间13b内。

上述的外部气体循环流路13A是由分隔壁14A形成的闭锁空间。这种情况下的分隔壁14A通过从门用开口部10向内侧进入的、安装于上下及左右(图示的例中除去左侧的中间部)的侧壁部14a、与侧壁部14a的端部连接的纵向壁14b、从用于通过门6而出入的空间分离上部的流路空间13b的顶板14c构成。另外，下部的流路空间13b作为从用于通过门6而出入的空间分离的壁面部件使用地板9。

另外，在图示例中，从正面观察，安装于左侧的门用开口部10上的侧壁部14a以设置门6而形成的通路用空间的高度的量除去，在上下残留的两端部侧的部分作为堵塞流路空间13b的侧面的壁面部件利用。

其结果，冷却用的外部气体从开设在地板9的下方的外部气体流入开口11向流路空间13b的内部导入，该外部气体通过冷却用热交换器40而温度上升后，从流路空间13b流入外部气体流路13a。另外，从外部气体流路13a流入上部的流路空间13b，最终从门部开口10a的外部气体流出开口12向大气排出。

即，这种情况下的外部气体循环流路13A形成地板9下方的具有外部气体流入开口11的流路空间13b、上下方向的外部气体流路13a、地板9上方的具有外部气体流出开口12的流路空间13b连通而成的结构。

因此，从与大气连通的外部气体流入开口11流入的低温的外部气体通过设置在下部的流路空间13b内的冷却用热交换器40而温度上升后，流入外部气体流路13a，再加上烟囱效应，在外部气体流路13a内上升，从向上部的流路空间13b开口的外部气体流出开口12向大气流出。即，从外部气体流入开口11导入的低温的外部气体通过外部气体循环流路13A而自然循环，在冷却用热交换器40中吸热后向大气排出。

作为这样的风力发电装置1，设于与壳板2a的门用开口部10连通的外部气体流入开口11以及外部气体流出开口12的闭锁空间的外部气体循环流路13A形成在塔2的内部空间，将冷却用热交换器40设置在外部气体循环流路13A的内部，所以能够有效利用为了向塔2的内部出入而设于壳板2a的门用开口部10以及壳板2a，容易形成在冷却用热交换器40的热交换中使用的外部气体循环用流路13A。

另外，在上述的实施方式中，将冷却用热交换器40配置在下部的流路空间13b内，但是只要是低温的外部气体循环的位置即可，不作特别限定。另外，外部气体流入开口11与外部气体流出开口12其功能(外部气体的流入以及流出)也能够对调。

并且，由于在外部气体循环流路13A的内部适当位置上设置冷却用热交换器40，所以能够使用由外部气体吸热的低温的冷却介质有效率地冷却发热体30。

另外，由于设于作为强度部件的壳板2a上的外部气体循环用的开口兼用作门用开口部10，所以能够将壳板2a的开口数以及开口部的加强部件数抑制在最小限度。

另外，在外部气体循环流路13A的一部分中使用地板9，所以能够有效地利用部件。而且，导入低温的外部气体的外部气体流入开口11和排出温度上升的外部气体的外部气体流出开口12通过地板9及工作台16a分离，所以能够防止从外部气体流出开口12排出的高温的外部气体再度从外部气体流入开口11导入。

像这样，根据上述的本发明的风力发电装置1，能够有效利用作为门用开口部10设置的壳板2a的开口以及壳板，在塔2内的冷却用热交换器40中形成用于导入外部气体的外部气体循环流路13、13A，能够可靠地进行冷却介质的冷却。

另外，由于利用壳板2a来创造出塔2内的外部气体循环用空间，所以能够有效活用塔2内的有限空间。

另外，在上述的外部气体循环流路13、13A的适当位置上，为了促进换气以及冷却，适当设置有吸引风扇和压出风扇。

另外，本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离其要旨的范围内进行适当变更。

Claims (3)

1.一种风力发电装置，风车叶片受到风力而旋转的旋翼头驱动设置在导流罩的内部的发电机而发电，所述导流罩设置在竖立设置于基座上的单杆式塔的上端部，并且冷却设置在塔内部的发热体的冷却介质在冷却用热交换器中循环，通过与外部气体的热交换而被吸热，其特征在于，

在壳板开设的门用开口部由塔内地板分隔而分离成上部开口部和下部开口部，

在塔内部空间形成闭锁空间的外部气体循环流路，该闭锁空间的外部气体循环流路具有与所述壳板的所述下部开口部连通的外部气体流入开口及与所述壳板的所述上部开口部连通的外部气体流出开口，

在与所述壳板的所述下部开口部连通的所述外部气体流入开口设置所述冷却用热交换器，从而具备基于烟囱效应的自然对流循环机构，

在塔内部中所述壳板的所述门用开口部的周围设置分隔壁，通过该分隔壁、所述壳板及所述塔内地板创造出所述外部气体循环流路，所述闭锁空间具有由所述分隔壁和所述壳板形成的空间、由所述分隔壁和所述塔内地板形成的空间。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

在所述分隔壁的与所述外部气体流入开口或外部气体流出开口不同的位置安装有门。

3.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述外部气体流入开口及所述外部气体流出开口设于安装在所述门用开口部上的门的上下。