CN102840106B

CN102840106B - 静态设备

Info

Publication number: CN102840106B
Application number: CN201210212695.0A
Authority: CN
Inventors: 小野淳治; 大浜秀晴; 白畑年树
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: IN2012DE00382A; EP2538076B1; JP5912518B2; US8698343B2; US20120326446A1; JP2013029099A; EP2538076A2; EP2538076A3; CN102840106A

Abstract

本发明提供静态设备。具备风车、塔、机舱和发电机的风力发电装置中使用的静态设备，由于被密闭，所以难以产生空气的对流，静态设备的冷却效率不高。此外，若强制冷却则会导致装置大型化，难以确保设置空间。本发明在密闭的空间中省空间地提供高冷却效率的装置。本发明的静态设备包括收纳铁芯、线圈和绝缘油的设备本体，与该设备本体连接、使上述绝缘油循环的中空的管道，和设置于该管道的多个中空的波纹翅片，上述管道和波纹翅片由罩覆盖，该罩上连接有管道，该管道与沿上述塔的内壁在垂直方向上设置的细长的筒状部件连接，利用烟囱效应而使空气的流动增加，在风力发电装置内提高冷却效率。

Description

静态设备

技术领域

本发明涉及对静态设备（static device）高效地进行冷却的结构，该静态设备设置在使用将自然能源的风变换为旋转力的风车来进行发电的风力发电装置等密闭的空间中。

背景技术

风力可以认为是当前能够使用的最清洁并且有益于环境的能源之一，风力发电越来越受到关注。

风力发电装置，一般而言使设置在塔顶的风车旋转，将旋转能量变换为电能使用。此外，在塔内的下侧设置作为PCS（Power ControlSystem，功率控制系统）的控制器、变换器以及变压器。

此外，最近由于风车性能的提高和大型化，各种装置的发热成为问题，为了将发热冷却，公开了如专利文献1（日本特开2011-69363号公报）所示，在塔的下部的壁面上设置通气孔，通过通气孔中设置的风扇将塔内冷却的方案。

此外，专利文献2（日本特开昭59-104109号公报）公开了在气体绝缘变压器中，从上方用遮蔽罩将散热器的周围包围，使用风扇进行冷却的技术，不过该技术不是风力发电用的。

专利文献1：日本特开2011-69363号公报

专利文献2：日本特开昭59-104109号公报

发明内容

一般而言，变压器等静态设备的强制冷却，需要在静态设备上设置用于安装冷却风扇的底座，外形尺寸会增大。此外在风力发电等密闭的空间中，没有空间，无法获得充分的冷却效率。

另外，在自然冷却中需要抑制温度上升，虽然通过进行降低静态设备本体的损失的设计和安装较多冷却风扇的设计能够满足要求，但是会产生静态设备本体大型化，无法进入设置空间内等问题。

本发明的目的在于，提供一种省空间并且高效率地对在风力发电装置等密闭的空间中使用的静态设备进行冷却的装置。

为实现上述目的，本发明的静态设备的特征在于，在具备风车、塔、机舱和发电机的风力发电装置中使用，将由该发电机发电的直流电源变换为交流，并对电压进行升降压，上述静态设备包括：收纳铁芯、线圈和绝缘油的设备本体；与该设备本体连接，使上述绝缘油循环的中空的管道；和设置于该管道的多个中空的波纹翅片，其中，上述管道和波纹翅片被罩覆盖，该罩上连接有通道，该通道与沿上述塔的内壁在垂直方向上设置的筒状部件连接。

此外，上述静态设备中，在与上述罩连接的通道内设置有风扇。

另外，上述静态设备中，设置有多个与上述设备本体连接的中空的管道，在该多个管道，分别设置有多个中空的波纹翅片，上述罩整体地覆盖上述管道和波纹翅片（即覆盖所有的上述管道和波纹翅片），或者个别地覆盖上述管道和波纹翅片。

此外，本发明的静态设备的特征在于，在具备风车、塔、机舱和发电机的风力发电装置中使用，将由该发电机发电的直流电源变换为交流，并对电压进行升降压，上述静态设备包括：收纳铁芯、线圈和绝缘油的设备本体；与该设备本体连接，使上述绝缘油循环的中空的管道；和设置于该管道的多个中空的波纹翅片，其中，在设置于该管道的该波纹翅片的相邻的部位和波纹翅片的两侧设置有板或绝热布，上述波纹翅片被罩覆盖，该罩上连接有通道，该通道与沿垂直方向设置于上述塔的内壁的筒状部件连接。

此外，上述静态设备中，覆盖上述波纹翅片的罩为具有锥形形状或四方形状的空间的结构，将该波纹翅片的上部覆盖。

此外，上述静态设备中，覆盖上述波纹翅片的罩，在横向方向的位置与该通道连接。

根据本发明，在用于风力发电装置的静态设备中，对静态设备的冷却翅片设置罩（hood），使与罩连接的通道（duct）与设置于塔内的内侧的壁面的筒状部件连接，将通过静态设备的冷却翅片的温暖空气从筒状部件排出，因此，由于烟囱效应使空气的流动变得顺畅，提高了冷却效果。此外，能够节省空间地形成静态设备的冷却结构。

附图说明

图1是表示风力发电装置的整体的概要截面图。

图2是表示本发明的风力发电装置的塔内的局部图。

图3是本发明的塔内下部的静态设备的设置的图。

图4表示本发明的塔内下部的俯视图。

图5表示本发明的塔内下部的侧视图。

图6是表示本发明的静态设备的图。

图7是表示本发明的其他实施例的静态设备的图。

图8表示使静态设备的波纹翅片的长度相同的情况下，在波纹翅片上设置罩的情况的图。

图9是表示静态设备的冷却部的结构的立体图。

图10是表示在静态设备的波纹翅片间设置了板或绝热布的结构的图。

图11是表示图10所示的静态设备的冷却部的冷却翅片的罩结构的图。

图12是表示图10所示的静态设备的冷却部的冷却翅片的另一罩结构的图。

附图标记说明

1……风力发电装置 2……风车 3……螺旋桨（propeller）

4……叶片 5……机舱（nacelle） 6……塔

7……发电机 8……静态设备

9、10、11……管道

12、13、14、15、16、17……波纹翅片

18……罩 19……通道 20……风扇

22、23、24、25、26、27……筒状部件

60、61……板或绝热布

具体实施方式

使用附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的风力发电装置的整体的图。

图1中，1是风力发电装置，2是风车，3是螺旋桨，4是叶片，5是机舱，6是塔，7是发电机，8是静态设备。

一般而言，风力发电装置1由未图示的基底、塔6、风车2和变电开关设施构成。基底固定在地基上，使得风车2或塔6等不会因强风或地震而倒塌。塔6呈大致圆筒形状，大多采用直径越往前端越逐渐减小的结构，被铅垂地固定在基底上。

在塔6的前端安装有风车2。风车2由机舱5、转子轴（未图示）、螺旋桨3、增速器（未图示）和发电机7构成。

机舱5构成为能够以塔6的前端为轴旋转，总是正面面对风的方向。

螺旋桨3将3枚叶片4等间隔地配置，以使各叶片4从正面受风而旋转的方式安装在转子轴上。

在转子轴上连接有增速器，使用齿轮等构成，使得转子轴的转速增大至规定的转速。

增速器与发电机7连接，使转子轴的旋转增速，并利用发电机7将旋转动能变换为电能。

此外，在塔6内的下侧设置变电开关设施，图1中记载了作为其中的代表的变压器等静态设备8。

静态设备8将发电机7的直流电源（电压）经由逆变换器（未图示）变换为交流电源（电压），并对其进行升降压，作为交流电源供给到外部。

此处，对该风力发电装置的大小进行说明。

塔6的高度为60～70m，一个叶片4的长度为40m，整体为100～110m左右的高度。此外，塔6的下侧的直径为大约4m左右。

接着，利用图2说明塔内的内部。

图2（a）、（b）是表示塔6内的空气的流动的塔的示意图。在该图中，表示了筒状部件22，以此表示塔6内的空气的流动。

图2（a）是表示塔6内的内部的下部的正视图，图2（b）表示其侧视图。

图2中，6是塔，8是静态设备，22是对通过静态设备8的冷却用的波纹翅片的温暖空气进行引导，使其上升的圆形的筒状部件。

该筒状部件22设置于塔内壁，呈细长的管形状，比塔6的高度稍短。例如，如果塔的高度是70m左右，则使筒状部件为60m左右。此外，筒状部件如图4所示设置在2处，每处分别设置3个，其直径为大约30cm左右。

在圆形的筒状部件内上升的温暖空气，逐渐被冷却，从筒状部件流出的空气，在塔内在壁面和中央部下降，再次从静态设备的下侧被导入，进行循环。

接着，对本发明的静态设备进行说明。

图3表示将本发明的静态设备设置在塔6内的局部图。图3（a）是俯视图，图3（b）表示其侧视图。

图3中，静态设备8包括收纳铁芯、线圈和绝缘油的本体部，和与本体部连接、用于冷却绝缘油的冷却部。此外，在静态设备本体8，设置一次侧端子30和二次侧端子31。一次侧端子30是与将风力发电的直流电源变换为交流电源的逆变器连接的端子，二次侧端子31是与供给电源的负载侧连接的端子。

绝缘油的冷却部如图3（a）所示，采用以与静态设备本体8连接而使绝缘油循环的方式设置管道9、10、11（绝缘油的通路，称为管道（pipe）），对该管道9、10、11在管道的两侧形成波纹翅片12～17，使绝缘油在波纹翅片中通过并再次从管道返回变压器本体8而使绝缘油循环的结构，使空气流过该波纹翅片12～17而进行冷却。

对于该结构，使用图9进行说明。

图9是表示静态设备的一个冷却部的概要图。

图9中，在静态设备本体8，设置输送绝缘油的孔56和接受绝缘油的孔57。与这2个孔56、57连接的绝缘油的通路即管道9，构成为在中空的四棱柱的主体50的上下用L字形的板材形成空间51和52。此外，在管道9的两侧的网格部53通过焊接等固定波纹翅片12。波纹翅片12由矩形的板材折弯成波纹形状而形成，其端面54、55通过焊接等封闭，从两侧固定于管道9。

在这样的冷却结构中，绝缘油从静态设备本体上部的孔56流出，自管道9的空间51起在多个波纹翅片中从上方向下方流动，从管道9的下侧的空间52通过本体8下侧的孔57返回本体，进行循环。图3（a）中，将图9的结构设置了3处。

此外，图3（a）中，18是将冷却翅片9的周围覆盖的罩。罩18的下侧与波纹翅片12～17的下侧为大致相同高度，为具有从下方导入空气的空间的结构。

罩18的上侧，在超过波纹翅片12的高度的部位收缩，形成四棱锥形，与通道19连接。

此外，在通道19中设置风扇20，形成通过风扇的旋转使空气从下方（冷却部一侧）向上方流动的结构。

通道19为了与设置在塔6内的壁面的筒状部件22连接，而与通道21连接。

图3（a）中，22～27是筒状部件，筒状部件22～27是沿着塔6内的内壁在垂直方向上配置的细长的管状的部件，被作为冷却翅片的波纹翅片升温的空气在该筒状部件中上升。由于筒状部件中的空气比筒状部件周围的空气的温度高，所以会因烟囱效应而更易于上升。从而，通过波纹翅片的空气的流动变得顺畅，冷却效率得到提高。

此外，32的8边形表示载置上述PCS的基座，PCS一般而言载置在静态设备等的上侧，筒状部件必须避开该基座。

图3（b）表示图3（a）的侧视图。

在图3（b）中，将与变压器8连接的冷却器的波纹翅片12整体覆盖的罩18，延伸到波纹翅片的上部，进一步地，罩18与通道19连接。在通道19中设置有风扇20。另外，通道19为了与筒状部件22连接而与通道21连接。

接着，使用图4和图5说明筒状部件的结构。

图4和图5中，筒状部件22～27与通道21连接，通道21呈三棱柱形，以易于使空气从通道21的上部的2面的各三处上升的方式形成筒状部件。筒状部件沿着塔6内的内壁折弯。此处，筒状部件22～27是圆形，但也可以是四边形或者三角形。

此外，实施例中，通过罩18与通道19连接，并经由三角形状的通道21与2处各3个筒状部件连接，但也可以采用从设置了风扇20的通道19直接与1个大致圆形或者大致椭圆形、四边形的筒状部件连接的结构。使这些筒状部件为细长形状，以具有烟囱效应。

接着，对于罩18使用图6进行说明。

图6表示将自静态设备本体伸出的管道9、10、11以及波纹翅片12～17的整体用罩18覆盖的结构。

此外，罩18的下侧为容易导入空气40的敞开的结构。通过这样的结构在通道19内使空气41向上方流动。

罩18的上部从与波纹翅片相同高度的部位起具有锥形，成为收缩结构而与通道19连接。即，为随着冷却的空气上升，通道的截面积变窄的结构。

此外，因为需要用于静态设备的配置的空间，即用于操作者和管理者的空间，静态设备大多如图3（a）所示放置在端部，而不是中央。因此需要使静态设备的波纹翅片的长度配合塔的圆弧的形状，对该结构进行说明。图6（a）中，在静态设备的冷却部的中央配置的管道10和波纹翅片14、15不会受到塔的内壁的影响，但两侧的管道9、11和波纹翅片12、13、16、17会受到影响。因此，与中央的管道10相比，管道9、11在塔的半径方向上较短，同样地，波纹翅片12、13、16、17也在塔的半径方向上较短。进而，两侧的波纹翅片12以及17，比波纹翅片13、16短，是与塔的圆弧形状相似的结构。

图7是表示用罩18将各个突起和波纹翅片覆盖的情况的侧视图。

图7中，各个罩18-1、18-2、18-3，分别从波纹翅片的高度的位置起形成锥形，与上侧的通道19-1、19-2、19-3分别连接，从罩下侧被吸入的空气40，沿着波纹翅片流动、上升。

在与罩18连接的通道19-1、19-2、19-3，设置风扇20-1、20-2、20-3，将空气从下方强制吹送到上方。

此外，通道19-1、19-2、19-3，为了与筒状部件41～43连接，而与通道21-1、21-2、21-3连接。通道21-1、21-2、21-3为锥形，截面积较小，与筒状部件41～43连接。

筒状部件41～43是沿着塔6内的内壁面在长度方向上形成的细长的管状的部件。

此外，图7中，罩的下侧为像裙角一样扩大的形状，易于导入空气。

图8表示塔内存在空间上的富余时，不改变静态设备的波纹翅片的长度和形状地设置该波纹翅片，并将波纹翅片的整体用罩18覆盖的情况的图。

在罩18的上部与图6（b）相同地设置通道19，与筒状部件连接，通过波纹翅片的空气聚集在罩18中，被设置在通道19中的风扇20强制地送到筒状部件，升温的空气在筒状部件中因烟囱效应而上升，静态设备进一步冷却。

接着，在图10中，对在波纹翅片间设置了板或绝热布的结构进行说明。

图10（a）是表示变压器的冷却部的俯视图，图10（b）是其正视图，图10（c）是其侧视图。

在图10（a）中，12～17是波纹翅片，9～11是设置并固定波纹翅片的管道。在安装于管道9的两侧的波纹翅片12、13和安装于管道10的两侧的波纹翅片14、15之间，设置有板或绝热布61。

此外，在安装于管道10的两侧的波纹翅片14、15和安装于管道11的两侧的波纹翅片16、17之间，设置有板或绝热布60。

另外，在变压器的冷却器的两侧也配置有板或绝热布。图10（c）表示在变压器的冷却器的一侧设置了板或绝热布的图。

像这样，当在相邻的波纹翅片之间和变压器的冷却部的两侧设置了板或绝热布时，在波纹翅片中流动的空气被板或绝热布隔开，因此不再有向相邻的波纹翅片一侧流动的空气，只存在上升的空气，所以空气阻力变小，温暖的空气容易上升。

因而，具有波纹翅片的冷却效率得到提高的效果。

此外，对于该图10所示的结构的罩18，使用图11再次进行说明。

图11是表示设置在塔6内的下部的变压器的冷却器的正视图。

在图11中，设置在波纹翅片12～17的上部的罩18形成为锥形形状，将通过被板或绝热布隔开的波纹翅片的空气，汇总收集在紧邻波纹翅片的上方，连接到通道19。通道19在罩18的横向方向上的位置连接，而不是罩18的中央附近。

在这样的结构中，塔内的空气的流动沿着塔壁面下降，从变压器的下侧再次进入冷却翅片进行冷却，实现循环。

此外，图12是表示罩18的变形例的表示变压器的冷却器的正视图。

图12中，在波纹翅片12～17的上部设置有罩18，但与图11的结构不同地，罩18是具有四方形空间的结构，与图11相同地将来自波纹翅片的空气收集到四方形的空间中，在罩的横向方向的位置与通道19连接，将空气送往筒状部件。

如以上说明，由于本发明的罩与细长的筒状部件连接，所以由于烟囱效应而使得通过波纹翅片的温暖空气容易在筒状内上升，即使在密闭的空间内也能够提高冷却效果。

Claims

1.一种静态设备，其特征在于：

在具备风车、塔、机舱和发电机的风力发电装置中使用，将由该发电机发电的直流电源变换为交流，并对电压进行升降压，

所述静态设备包括：

收纳铁芯、线圈和绝缘油的设备本体；

与该设备本体连接，使所述绝缘油循环的中空的管道；和

设置于该管道的多个中空的波纹翅片，其中，

所述管道和波纹翅片被罩覆盖，

该罩上连接有通道，该通道与沿垂直方向设置于所述塔的内壁的呈细长的管形状的筒状部件连接。

2.如权利要求1所述的静态设备，其特征在于：

在与所述罩连接的通道内设置有风扇。

3.如权利要求1所述的静态设备，其特征在于：

设置有多个与所述设备本体连接的中空的管道，

在该多个管道，分别设置有多个中空的波纹翅片，

所述罩覆盖所有的所述管道和波纹翅片，或者个别地覆盖所述管道和波纹翅片。

4.一种静态设备，其特征在于：

所述静态设备包括：

收纳铁芯、线圈和绝缘油的设备本体；

与该设备本体连接，使所述绝缘油循环的中空的管道；和

设置于该管道的多个中空的波纹翅片，其中，

在设置于该管道的该波纹翅片的相邻的部位和波纹翅片的两侧设置有板或绝热布，

所述波纹翅片被罩覆盖，

5.如权利要求4所述的静态设备，其特征在于：

覆盖所述波纹翅片的罩为具有锥形形状或四方形状的空间的结构，将该波纹翅片的上部覆盖。

6.如权利要求5所述的静态设备，其特征在于：

覆盖所述波纹翅片的罩，在横向方向的位置与该通道连接。