JP2004301094A - 風力発電装置 - Google Patents
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Abstract
【課題】結露や湿気による装置内部の電気部品の故障を防止する。
【解決手段】風力発電装置１は、風力を受ける風車２と、風車２の風力を回転力に変換する回転軸３と、回転軸３からの回転力により発電する発電機１６と、回転軸３が挿通され発電機１６を収納するナセル４と、発電機１６の稼働により作動し発電機１６に送風する第一のファン１８と、ナセル４内を換気する第二のファン２０と、発電機１６の稼働停止を検出した場合、電動ファン２０を駆動制御する駆動制御装置４０と、ナセル４内の湿度を検出する湿度センサ２２と、を備える。駆動制御装置４０は、発電機１６の稼働停止を検出し、かつ、湿度センサ２２からの出力が所定値以上であると判定した場合、電動ファン２０を駆動制御する。
【選択図】 図２
【解決手段】風力発電装置１は、風力を受ける風車２と、風車２の風力を回転力に変換する回転軸３と、回転軸３からの回転力により発電する発電機１６と、回転軸３が挿通され発電機１６を収納するナセル４と、発電機１６の稼働により作動し発電機１６に送風する第一のファン１８と、ナセル４内を換気する第二のファン２０と、発電機１６の稼働停止を検出した場合、電動ファン２０を駆動制御する駆動制御装置４０と、ナセル４内の湿度を検出する湿度センサ２２と、を備える。駆動制御装置４０は、発電機１６の稼働停止を検出し、かつ、湿度センサ２２からの出力が所定値以上であると判定した場合、電動ファン２０を駆動制御する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力により発電する風力発電装置に係り、より詳しくは、風力発電装置内部の空気を換気する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置は、風力を回転力に変換して発電をする装置であり、風力を受ける風車は通常、外気に晒されている一方、減速機，ブレーキ及び発電機はナセル内に収納されている。また、ナセル内には、風車軸にファンが取り付けられており、発電機からの発生熱をナセル外に強制的に排出している（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−６５９７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１のような風力発電装置は、いわゆる水平軸型の装置であるため、発電機からの発生熱を吸収した空気がナセル内上部に溜まり易く、ファンによる排気を充分に行うことができなかった。
【０００５】
また、発電機の発熱により、稼働停止時にはナセル内における発電機や制御装置等の電気部品に結露が生じることとなり、電気部品の故障に至るという問題があった。
【０００６】
特に、垂直軸型の風力発電装置では、ナセルの上方に風車を配置する構造とされているため、必然的に風車よりも下方に発電機や制御装置等の電気部品を配置しなければならず、上記特許文献１のような水平軸型の装置に比し、稼働停止時には発電機や制御装置等の電気部品に結露が生じ易くなり、故障に至るという問題があった。
【０００７】
また、上述した特許文献１の装置では、装置の稼働中のみ風車軸の回転によりファンが従動回転するため、装置の稼働停止中にはナセル内を換気することができず、電気部品の故障に至るという問題があった。
【０００８】
更に、ナセル内に乾燥剤，除湿機，スペースヒータ等を設けることも考えられるが、乾燥剤の場合は、作業者が適宜交換しなければならず面倒であり、また作業者が乾燥剤の交換をし忘れると、ナセル内の結露や湿気を排除することができず、電気部品の故障に至るという問題があった。また、除湿機やスペースヒータの場合も、ナセル内の湿度を監視しながら作業者が適宜操作しなければならず面倒であった。
【０００９】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、結露や湿気による装置内部の電気部品の故障を防止することができる風力発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車の風力を回転力に変換する回転軸と、該回転軸からの回転力により発電する発電機と、前記回転軸が挿通され前記発電機を収納するナセルと、を備える風力発電装置において、前記発電機の稼働により作動し前記発電機に送風する第一のファンと、前記ナセル内を換気する第二のファンと、前記発電機の稼働停止を検出した場合、前記第二のファンを駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、発電機の稼働停止中においてナセル内を換気することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記発電機の再稼働を検出した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、発電機の稼働中は第二のファンの駆動を停止することができる。またこれにより、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、更に、前記ナセル内の湿度を検出する湿度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記湿度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００１５】
この請求項３の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内の湿気を排気することができる。
【００１６】
また、請求項４の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００１７】
この請求項４の発明によれば、ナセル内の湿気を排気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項５の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００１９】
この請求項５の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を換気することができる。
【００２０】
また、請求項６の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２１】
この請求項６の発明によれば、ナセル内を換気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００２３】
この請求項７の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を除湿または換気することができる。
【００２４】
また、請求項８の発明にかかる風力発電装置は、請求項７に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２５】
この請求項８の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を除湿または換気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項９の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、前記発電機の巻線またはその近傍に設けられ、前記発電機の巻線の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が第１の所定値以上であると判定した場合、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記第二のファンを駆動制御し、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記温度センサからの出力が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２７】
この請求項９の発明によれば、発電機の巻線温度の過度の上昇を検出することができ、発電機の稼働または稼働停止にかかわらず、第二のファンを制御することができる。
【００２８】
また、請求項１０の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜９のいずれか一つに記載の発明において、更に、前記ナセルに形成される通気口を開閉自在に閉鎖するトラップ部材を備え、該トラップ部材は、前記第一のファンが作動すると、前記第一のファンの吸気力により前記通気口を開放し、前記第二のファンが駆動すると前記第二のファンの送風力により前記通気口を開放し、前記第一のファン及び前記第二のファンのいずれも停止しているときは前記通気口を閉鎖することを特徴とする。
【００２９】
この請求項１０の発明によれば、第一のファンが作動又は第二のファンが駆動しているときは、発電機の冷却又はナセル内の換気に必要な外気を吸気することができ、第一のファン及び第二のファンの停止中においては、ナセルの気密性を保持することができる。
【００３０】
また、請求項１１の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の発明において、前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、前記第一のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１１の発明によれば、発電機からの発生熱を吸収した空気を、発電機よりも上方へ送風して開口部から排気することができる。
【００３２】
また、請求項１２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の発明において、前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、前記第二のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする。
【００３３】
この請求項１２の発明によれば、ナセル内の湿気を、発電機よりも上方へ送風して開口部から排気することができる。
【００３４】
また、請求項１３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１１または１２に記載の発明において、前記開口部を覆う外カバーと、該外カバー内に前記開口部から外気へ通気させる蛇行状の流路と、を有するカバー部材を備えることを特徴とする。
【００３５】
この請求項１３の発明によれば、ナセル内の空気を前記開口部から排気しつつ、外部からナセル内への異物の侵入の阻止を図ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、この発明の風力発電装置１を示す概要図である。この風力発電装置１は、垂直軸型の風力発電装置１である。この風力発電装置１は、風車２と、回転軸３と、ナセル４と、基礎５と、で略構成される。
【００３７】
この風車２は垂直軸型の風車２であり、本例ではジャイロミル型を用いている。風車２は、風力を受ける複数枚のブレード６を有する。各ブレード６は、アーム７を介して回転軸３に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード６が３枚設けられ、１２０°間隔で配置されている。
【００３８】
回転軸３は、ナセル４の上部から、鉛直方向に挿通されている。回転軸３の上端部には、風車２が固定されている。そして、ブレード６が風力を受けると、回転軸３が軸回りに回転するようになっている。ナセル４は、略円筒形状とされており、その下端部には基礎５が固定されている。図２に示すように、ナセル４の上端面８には開口部１０が形成されており、回転軸３が挿通されている。
【００３９】
ナセル４の上端面８には、カバー部材１１が設けられている。カバー部材１１は外カバー１２を有する。カバー部材１１は回転軸３に嵌挿され、外カバー１２の開口縁部１３がナセル４の上端面８に当接している。これにより、カバー部材１１は、ナセル４の開口部１０を覆うように回転軸３に保持されている。また、カバー部材１１の内部は、回転軸３方向に蛇行する流路１４が形成されている。そして、カバー部材１１の開口縁部１３には、排気孔１５が形成されており、ナセル４内の空気が流路１４を介して排気孔１５から排気される。
【００４０】
また、ナセル４内には、発電機１６と、軸受け１７と、第一のファン１８と、第二のファン２０と、制御ボックス２１と、湿度センサ２２と、が設けられている。発電機１６は、回転軸３の中途部に固定されている。発電機１６は、ロータ２３とステータ２６を有する。ロータ２３は、回転軸３に対し固定され、相対回転不能とされている。
【００４１】
ステータ２６は図示しない保持部によりロータ２３と同軸に保持されている。ブレード６が風力を受けて回転軸３が回転すると、ロータ２３が従動回転して発電する。また、ステータ２６の外周面とナセル４の内周壁との間には、空隙１９が形成されている。更に、発電機１６にはケーブル２７が設けられている。ケーブル２７は制御ボックス２１に接続されており、発電した電力を送電するようになっている。
【００４２】
軸受け１７は、回転軸３の下端を支持する。軸受け１７の端縁には、貫通孔２８が形成されており、発電機１６のケーブル２７が遊挿されている。また、発電機１６の下方には、第一のファン１８が設けられている。第一のファン１８は、回転軸３に対し固定され、相対回転不能とされている。第一のファン１８は、回転軸３に巻きつくように形成された螺旋状の２枚のフィン３０，３０で構成される。第一のファン１８は、回転軸３の回転により従動回転する。
【００４３】
また、発電機１６よりも下方におけるナセル４の周壁には、通気口２４が貫通形成されている。そして、この通気口２４には、ナセル４の内周面側から第二のファン２０が固定されている。本例では、第二のファン２０は電動ファンである。この電動ファン２０は、図２及び図３に示すように、ケース９と、回転する翼部３２と、翼部３２を回転させるモータ３３と、モータ３３を回転駆動させる電動ファン駆動回路３４と、で構成される。
【００４４】
翼部３２の軸方向におけるケース９の一端面３５には、不図示の吸気口が形成されており、ナセル４の通気口２４と連通するようになっており、また、ケース９の他端面３６には不図示の排気口が形成されており、ナセル４内と連通するようになっている。
【００４５】
また、ケース９の他端面３６の上部には、この排気口を閉鎖するトラップ部材３７が設けられている。トラップ部材３７は板状の部材であり、電動ファン２０の排気口の上側縁部に回動自在に軸支されている。このトラップ部材３７は、電動ファン２０の排気口を閉鎖することで、ナセル４の通気口２４を閉鎖するようになっている。電動ファン２０はケーブル３８により制御ボックス２１に接続されており、制御ボックス２１からの指令に基づき駆動制御される。
【００４６】
制御ボックス２１は、ナセル４の下部に設けられている。制御ボックス２１の側面には湿度センサ２２が取り付けられており、ナセル４内部の湿度を監視している。湿度センサ２２としては、例えば、セラミックス型湿度センサ，高分子型湿度センサ又は熱式湿度センサを用いることができる。
【００４７】
また、図３に示すように、制御ボックス２１には、駆動制御装置４０と、送電部４１と、が収納されている。この駆動制御装置４０は、稼働判定部４２と、除湿判定部４３と、駆動制御部４４と、で構成されている。稼働判定部４２は、発電機１６が稼働したか否かを検出する。
【００４８】
稼働判定部４２は、例えば、発電された発電量が所定値以上か否かを検出することにより発電機１６が稼働したか否かを判定してもよい。また、回転軸３の回転数が所定値以上か否かにより発電機１６が稼働したか否かを判定する構成としてもよい。更に、図示しない風速計から出力された風速を検出しカットイン風速以上か否かを検出することにより発電機１６が稼働したか否かを判定し、またカットアウト風速以上か否かを検出することにより発電機１６の稼働停止を判定する構成を追加することとしてもよい。
【００４９】
除湿判定部４３は、予め設定された湿度しきい値を有し、湿度センサ２２から出力された出力信号が、湿度しきい値以上か否かを判定する。駆動制御部４４は、稼働判定部４２及び除湿判定部４３からの出力に基づいて電動ファン２０を駆動するか否かを判定し、電動ファン２０に対し駆動信号を出力する。
【００５０】
次に、本実施の形態の風力発電装置１の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。初期状態では、稼働判定部４２は、常時発電機１６が稼働したか否かを監視しており、第一のファン１８と電動ファン２０はともに停止している。
【００５１】
発電機１６が稼働したと判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４に稼働信号を出力する。回転軸３が回転しているため、これに伴って第一のファン１８が回転作動する（ステップＳ２）。回転数が所定速度以上となると、この第一のファン１８の吸気力により、トラップ部材３７の他端が吸い寄せられて、ケース９の他端面３６から離間する。
【００５２】
これにより、ナセル４の通気口２４から電動ファン２０を介してナセル４内へ空気が吸気される。吸気された空気は、軸受け１７の貫通孔２８の隙間から発電機１６へ送風される。これにより発電機１６を冷却することができる。発電機１６からの発生熱を吸収した空気は、そのまま上昇し、カバー部材１１の流路１４を通過して排気孔１５から排気される。
【００５３】
また、駆動制御部４４が、この稼働信号を受けると、電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力して電動ファン２０を停止させる（ステップＳ３）。発電機１６の稼働作動中は、湿気を含むナセル４内の空気を第一のファン１８により換気することができるため、電動ファン２０を停止しておくことにより無駄な電力消費を抑制することができる。
【００５４】
一方、稼働判定部４２が発電機１６の稼働が停止していると判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、回転軸３の回転が停止するため、第一のファン１８も作動停止する（ステップＳ４）。これにより、第一のファン１８の吸気力が無くなって、トラップ部材３７が電動ファン２０のケース９の他端面３６に当接する。これにより、ケース９の排気口が閉鎖されることでナセル４の通気口２４が閉鎖される。
【００５５】
一方、除湿判定部４３により、ナセル４内の湿度が所定のしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。
【００５６】
この電動ファン２０の駆動により、通気口２４から空気が吸気される。そして、電動ファン２０の送風力により、トラップ部材３７がケース９の他端面３６から離間して排気口が開放され、ナセル４内を送風する。この送風力により、ナセル４内部の湿気が上昇し、カバー部材１１を介して外部に湿気が排気される。これにより、稼働停止時にナセル４内部を除湿することができる。
【００５７】
一方、湿度がしきい値未満の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、発電機１６が稼働停止中であっても、ナセル４内を除湿することができ、発電機１６などの電気部品の結露による故障を防止することができる。また、電動ファン２０の停止中は、トラップ部材３７により、通気口２４を閉鎖することができるため、ナセル４内に、降雨や降雪、塵埃等の異物の侵入を防止することができる。また、ナセル４の上部にカバー部材１１を設けたことにより、ナセル４上部からの降雨や降雪、塵埃等の異物の侵入を防止することができるとともに、発電機１６からの発生熱を吸収した空気や湿気などの不要空気を排気することができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態では、第一のファン１８を回転軸３に対し螺旋状のフィン３０を２枚設けることとしたが、図５に示すように、螺旋状のフィン３０を１枚にすることとしてもよい。また、図６に示すように、回転軸３に対し所定角度傾斜したフィン４５を固定することとしても良い。
【００６０】
更に、図７に示すように、回転軸３に対し、回転軸３と同軸に設けられた略円筒形状の筒状体４６を嵌挿することとしてもよい。この筒状体４６は、内部が中空とされ、回転軸３に対し相対回転不能に固定されており、回転軸３とともに回転する。
【００６１】
また、この筒状体４６は、図７（ａ）に示すように、回転軸３を嵌挿しつつ筒状体４６の上端部を閉塞する上端板部４７を有する。この上端板部４７は、複数（図では４つ）の排出孔４８が等間隔に形成されている。さらに、この筒状体４６は、図７（ｄ）に示すように、回転軸３を嵌挿しつつ筒状体４６の下端部を閉塞する下端板部４９を有する。
【００６２】
さらに、この筒状体４６は、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、筒状体４６の円形の外周面を形成する側周板部５０を有する。この側周板部５０は、上端板部４７の周縁部と下端板部４９の周縁部に巻きつくようにして設けられている。また、回転軸３の回転方向における側周板部５０の両端部５１，５２は互いに接合されておらず、この両端部５１，５２の間隙５３から空気が導入するようになっている。また、側周板部５０の端部５１は、上端板部４７の周縁部と下端板部４９の周縁部から離間しており、筒状体４６の外周面の接線方向に延出している。
【００６３】
この筒状体４６によれば、図中の回転方向に回転軸３が回転すると、これに伴って筒状体４６も回転する。そして、端部５１の回転軌跡の回転半径が、端部５２の回転軌跡よりも大きいため、筒状体４６の外周面付近の空気を間隙５３から筒状体４６内部に案内する。そして、筒状体４６の内部に取り込まれた空気は、上端板部４７の排出孔４８から排気される。このようなファン構造とすることによっても、上述の第一のファン１８と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
また、図示はしないが、ナセル４の下方において、通気口２４を２つ形成し、互いに反対方向に開閉自在に通気口２４を閉鎖するトラップ部材を軸支する構成としてもよい。この場合、一方のトラップ部材は、ナセル４の内側にのみ揺動する構成とし、他方のトラップ部材は、ナセル４の外側に揺動する構成とする。また、他方のトラップ部材に閉鎖されている通気口２４を閉鎖するように第二のファンを取り付けることとしても良い。この第二のファンは電動ファンであるが、上述の電動ファン２０と異なりナセル４内の空気を外部に排気するファンである。湿気はナセル４の下方に溜まりやすいため、湿気を効率よく外部に排気することができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、湿度センサ２２により湿度を検知して第２のファン２０を作動させる構成としたが、さらに、図８に示すように、温度センサ２９を制御ボックス２１に設けて、駆動制御装置４０の温度判定部３９に接続することとしてもよい。この場合、この温度判定部３９には所定の温度しきい値が設定されている。
【００６６】
そして、図９に示すように、第一のファン１８が作動停止した場合（ステップＳ４）、温度判定部３９によりナセル４内の温度が所定のしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００６７】
温度判定部３９により、ナセル４内の温度が所定のしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。これにより、第一のファン１８が稼働停止であっても、発電機１６の放熱によりナセル４内を換気することができ、湿気や結露の発生を未然に防止することができる。
【００６８】
一方、温度判定部３９により、ナセル４内の温度が所定のしきい値未満であると判定された場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００６９】
また、図１０に示すように、湿度がしきい値未満の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。そして、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値以上である場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。
【００７０】
電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。これにより、湿度センサにより検出される湿度が湿度しきい値未満であっても、検出温度が温度しきい値以上であれば、電動ファン２０を回転駆動することができる。これにより、発電機１６の稼働停止中であっても、発電機を冷却することができ、湿気や結露の発生を未然に防止することができる。
【００７１】
一方、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値未満の場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００７２】
また、上述した実施の形態では、温度センサ２９をナセルの底部に設けることとしたが、図１１および図１２に示すように、発電機１６のステータ２６に設けられている巻線２６ａまたはその近傍に取り付け、信号線２９ａを介して駆動制御装置４０に接続することにより、巻線２６ａの温度を検出することとしてもよい。またこの場合、温度判定部３９には、第１の温度しきい値と、第１の温度しきい値以下の値に設定されている第２の温度しきい値と、があらかじめ設定されることとなる。
【００７３】
この例によれば、図１３に示すように、ステップＳ２またはステップＳ４のあと、温度センサ２９によって検出された温度が、第１の温度しきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この第１の温度しきい値以上であると判定された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ１１）。
【００７４】
一方、温度センサ２９によって検出された温度が、第１の温度しきい値未満であると判定された場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、第２の温度しきい値未満か否かを判定する（ステップＳ１２）。検出した温度が第２の温度しきい値未満であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ１３）。
【００７５】
また、検出した温度が第２の温度しきい値以上であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に、駆動信号および停止信号のいずれの信号も出力せず、電動ファン２０の現状動作を維持する（ステップＳ１４）。
【００７６】
この変形例によれば、発電機１６も稼働または稼働停止にかかわらず、発電機１６の巻線２６ａの温度を監視することができるため、巻線２６ａの温度の過度な上昇を防止することができ、発電機１６の長寿命化を図ることができる。またこれにより、ナセル４内の湿度を一定値以下に保つことができ、ナセル４内の結露発生を防止することができ、さらに、ナセル４内部の部品の絶縁低下防止、発錆防止および長寿命化を図ることができる。
【００７７】
なお、上述した実施の形態では、発電機１６を上方に設け、第一のファン１８を発電機１６に対し下方に設ける構成としたが、発電機１６を下方に設け、第一のファン１８を発電機１６に対し上方に設ける構成としても良い。これによれば、下方に貯留する湿気を、発電機１６の放熱により除湿しながら上方に排気することができる。同様に、第２のファン２０も発電機１６よりも上方に設ける構成としても良い。
【００７８】
なお、上述した実施の形態では、垂直軸型の風車２としてジャイロミル型を例にして説明したが、垂直軸型であれば、他の揚力型（例えば、ダリウス型，フレットナー型）や抗力型（例えば、サボニウス型，パドル型，クロスフロー型）の風車を適用することとしても良い。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、垂直軸型の風力発電装置について説明したが、水平軸型の風力発電装置に適用することとしても良い。この場合、発電機１６をナセル内に配置し、第一のファン１８および第二のファン２０をナセルと連通しナセルを支持する不図示のタワー内に設ける構成としても良い。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風力発電装置によれば、結露や湿気による装置内部の電気部品の故障を防止することができるという効果を奏する。また、垂直軸型の風力発電装置であっても、装置内部への異物の侵入を防止しつつ、装置内部を効率よく換気することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の外観を示す概略斜視図である。
【図２】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の側断面図である。
【図３】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御を示すフローチャートである。
【図５】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの変形例を示す図である。
【図６】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの他の変形例を示す図である。
【図７】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの更に他の変形例を示す図である。
【図８】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電気的構成の変形例を示すブロック図である。
【図９】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御の変形例を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御の他の変形例を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例を示す拡大側断面図である。
【図１２】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例の電気的構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例の電動ファンの駆動制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 風力発電装置
２ 風車
３ 回転軸
４ ナセル
１０ 開口部
１１ カバー部材
１２ 外カバー
１４ 流路
１６ 発電機
１８ 第一のファン
２０ 第二のファン（電動ファン）
２２ 湿度センサ
２４ 通気口
２６ａ 巻線
２９ 温度センサ
３７ トラップ部材
４０ 駆動制御手段（駆動制御装置）
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力により発電する風力発電装置に係り、より詳しくは、風力発電装置内部の空気を換気する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置は、風力を回転力に変換して発電をする装置であり、風力を受ける風車は通常、外気に晒されている一方、減速機，ブレーキ及び発電機はナセル内に収納されている。また、ナセル内には、風車軸にファンが取り付けられており、発電機からの発生熱をナセル外に強制的に排出している（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−６５９７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１のような風力発電装置は、いわゆる水平軸型の装置であるため、発電機からの発生熱を吸収した空気がナセル内上部に溜まり易く、ファンによる排気を充分に行うことができなかった。
【０００５】
また、発電機の発熱により、稼働停止時にはナセル内における発電機や制御装置等の電気部品に結露が生じることとなり、電気部品の故障に至るという問題があった。
【０００６】
特に、垂直軸型の風力発電装置では、ナセルの上方に風車を配置する構造とされているため、必然的に風車よりも下方に発電機や制御装置等の電気部品を配置しなければならず、上記特許文献１のような水平軸型の装置に比し、稼働停止時には発電機や制御装置等の電気部品に結露が生じ易くなり、故障に至るという問題があった。
【０００７】
また、上述した特許文献１の装置では、装置の稼働中のみ風車軸の回転によりファンが従動回転するため、装置の稼働停止中にはナセル内を換気することができず、電気部品の故障に至るという問題があった。
【０００８】
更に、ナセル内に乾燥剤，除湿機，スペースヒータ等を設けることも考えられるが、乾燥剤の場合は、作業者が適宜交換しなければならず面倒であり、また作業者が乾燥剤の交換をし忘れると、ナセル内の結露や湿気を排除することができず、電気部品の故障に至るという問題があった。また、除湿機やスペースヒータの場合も、ナセル内の湿度を監視しながら作業者が適宜操作しなければならず面倒であった。
【０００９】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、結露や湿気による装置内部の電気部品の故障を防止することができる風力発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車の風力を回転力に変換する回転軸と、該回転軸からの回転力により発電する発電機と、前記回転軸が挿通され前記発電機を収納するナセルと、を備える風力発電装置において、前記発電機の稼働により作動し前記発電機に送風する第一のファンと、前記ナセル内を換気する第二のファンと、前記発電機の稼働停止を検出した場合、前記第二のファンを駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、発電機の稼働停止中においてナセル内を換気することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記発電機の再稼働を検出した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、発電機の稼働中は第二のファンの駆動を停止することができる。またこれにより、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、更に、前記ナセル内の湿度を検出する湿度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記湿度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００１５】
この請求項３の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内の湿気を排気することができる。
【００１６】
また、請求項４の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００１７】
この請求項４の発明によれば、ナセル内の湿気を排気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項５の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００１９】
この請求項５の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を換気することができる。
【００２０】
また、請求項６の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２１】
この請求項６の発明によれば、ナセル内を換気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明にかかる風力発電装置は、請求項３に記載の発明において、さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする。
【００２３】
この請求項７の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を除湿または換気することができる。
【００２４】
また、請求項８の発明にかかる風力発電装置は、請求項７に記載の発明において、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２５】
この請求項８の発明によれば、発電機の稼働停止中にナセル内を除湿または換気することができるとともに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項９の発明にかかる風力発電装置は、請求項１または２に記載の発明において、さらに、前記発電機の巻線またはその近傍に設けられ、前記発電機の巻線の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が第１の所定値以上であると判定した場合、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記第二のファンを駆動制御し、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記温度センサからの出力が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする。
【００２７】
この請求項９の発明によれば、発電機の巻線温度の過度の上昇を検出することができ、発電機の稼働または稼働停止にかかわらず、第二のファンを制御することができる。
【００２８】
また、請求項１０の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜９のいずれか一つに記載の発明において、更に、前記ナセルに形成される通気口を開閉自在に閉鎖するトラップ部材を備え、該トラップ部材は、前記第一のファンが作動すると、前記第一のファンの吸気力により前記通気口を開放し、前記第二のファンが駆動すると前記第二のファンの送風力により前記通気口を開放し、前記第一のファン及び前記第二のファンのいずれも停止しているときは前記通気口を閉鎖することを特徴とする。
【００２９】
この請求項１０の発明によれば、第一のファンが作動又は第二のファンが駆動しているときは、発電機の冷却又はナセル内の換気に必要な外気を吸気することができ、第一のファン及び第二のファンの停止中においては、ナセルの気密性を保持することができる。
【００３０】
また、請求項１１の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の発明において、前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、前記第一のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１１の発明によれば、発電機からの発生熱を吸収した空気を、発電機よりも上方へ送風して開口部から排気することができる。
【００３２】
また、請求項１２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の発明において、前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、前記第二のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする。
【００３３】
この請求項１２の発明によれば、ナセル内の湿気を、発電機よりも上方へ送風して開口部から排気することができる。
【００３４】
また、請求項１３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１１または１２に記載の発明において、前記開口部を覆う外カバーと、該外カバー内に前記開口部から外気へ通気させる蛇行状の流路と、を有するカバー部材を備えることを特徴とする。
【００３５】
この請求項１３の発明によれば、ナセル内の空気を前記開口部から排気しつつ、外部からナセル内への異物の侵入の阻止を図ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、この発明の風力発電装置１を示す概要図である。この風力発電装置１は、垂直軸型の風力発電装置１である。この風力発電装置１は、風車２と、回転軸３と、ナセル４と、基礎５と、で略構成される。
【００３７】
この風車２は垂直軸型の風車２であり、本例ではジャイロミル型を用いている。風車２は、風力を受ける複数枚のブレード６を有する。各ブレード６は、アーム７を介して回転軸３に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード６が３枚設けられ、１２０°間隔で配置されている。
【００３８】
回転軸３は、ナセル４の上部から、鉛直方向に挿通されている。回転軸３の上端部には、風車２が固定されている。そして、ブレード６が風力を受けると、回転軸３が軸回りに回転するようになっている。ナセル４は、略円筒形状とされており、その下端部には基礎５が固定されている。図２に示すように、ナセル４の上端面８には開口部１０が形成されており、回転軸３が挿通されている。
【００３９】
ナセル４の上端面８には、カバー部材１１が設けられている。カバー部材１１は外カバー１２を有する。カバー部材１１は回転軸３に嵌挿され、外カバー１２の開口縁部１３がナセル４の上端面８に当接している。これにより、カバー部材１１は、ナセル４の開口部１０を覆うように回転軸３に保持されている。また、カバー部材１１の内部は、回転軸３方向に蛇行する流路１４が形成されている。そして、カバー部材１１の開口縁部１３には、排気孔１５が形成されており、ナセル４内の空気が流路１４を介して排気孔１５から排気される。
【００４０】
また、ナセル４内には、発電機１６と、軸受け１７と、第一のファン１８と、第二のファン２０と、制御ボックス２１と、湿度センサ２２と、が設けられている。発電機１６は、回転軸３の中途部に固定されている。発電機１６は、ロータ２３とステータ２６を有する。ロータ２３は、回転軸３に対し固定され、相対回転不能とされている。
【００４１】
ステータ２６は図示しない保持部によりロータ２３と同軸に保持されている。ブレード６が風力を受けて回転軸３が回転すると、ロータ２３が従動回転して発電する。また、ステータ２６の外周面とナセル４の内周壁との間には、空隙１９が形成されている。更に、発電機１６にはケーブル２７が設けられている。ケーブル２７は制御ボックス２１に接続されており、発電した電力を送電するようになっている。
【００４２】
軸受け１７は、回転軸３の下端を支持する。軸受け１７の端縁には、貫通孔２８が形成されており、発電機１６のケーブル２７が遊挿されている。また、発電機１６の下方には、第一のファン１８が設けられている。第一のファン１８は、回転軸３に対し固定され、相対回転不能とされている。第一のファン１８は、回転軸３に巻きつくように形成された螺旋状の２枚のフィン３０，３０で構成される。第一のファン１８は、回転軸３の回転により従動回転する。
【００４３】
また、発電機１６よりも下方におけるナセル４の周壁には、通気口２４が貫通形成されている。そして、この通気口２４には、ナセル４の内周面側から第二のファン２０が固定されている。本例では、第二のファン２０は電動ファンである。この電動ファン２０は、図２及び図３に示すように、ケース９と、回転する翼部３２と、翼部３２を回転させるモータ３３と、モータ３３を回転駆動させる電動ファン駆動回路３４と、で構成される。
【００４４】
翼部３２の軸方向におけるケース９の一端面３５には、不図示の吸気口が形成されており、ナセル４の通気口２４と連通するようになっており、また、ケース９の他端面３６には不図示の排気口が形成されており、ナセル４内と連通するようになっている。
【００４５】
また、ケース９の他端面３６の上部には、この排気口を閉鎖するトラップ部材３７が設けられている。トラップ部材３７は板状の部材であり、電動ファン２０の排気口の上側縁部に回動自在に軸支されている。このトラップ部材３７は、電動ファン２０の排気口を閉鎖することで、ナセル４の通気口２４を閉鎖するようになっている。電動ファン２０はケーブル３８により制御ボックス２１に接続されており、制御ボックス２１からの指令に基づき駆動制御される。
【００４６】
制御ボックス２１は、ナセル４の下部に設けられている。制御ボックス２１の側面には湿度センサ２２が取り付けられており、ナセル４内部の湿度を監視している。湿度センサ２２としては、例えば、セラミックス型湿度センサ，高分子型湿度センサ又は熱式湿度センサを用いることができる。
【００４７】
また、図３に示すように、制御ボックス２１には、駆動制御装置４０と、送電部４１と、が収納されている。この駆動制御装置４０は、稼働判定部４２と、除湿判定部４３と、駆動制御部４４と、で構成されている。稼働判定部４２は、発電機１６が稼働したか否かを検出する。
【００４８】
稼働判定部４２は、例えば、発電された発電量が所定値以上か否かを検出することにより発電機１６が稼働したか否かを判定してもよい。また、回転軸３の回転数が所定値以上か否かにより発電機１６が稼働したか否かを判定する構成としてもよい。更に、図示しない風速計から出力された風速を検出しカットイン風速以上か否かを検出することにより発電機１６が稼働したか否かを判定し、またカットアウト風速以上か否かを検出することにより発電機１６の稼働停止を判定する構成を追加することとしてもよい。
【００４９】
除湿判定部４３は、予め設定された湿度しきい値を有し、湿度センサ２２から出力された出力信号が、湿度しきい値以上か否かを判定する。駆動制御部４４は、稼働判定部４２及び除湿判定部４３からの出力に基づいて電動ファン２０を駆動するか否かを判定し、電動ファン２０に対し駆動信号を出力する。
【００５０】
次に、本実施の形態の風力発電装置１の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。初期状態では、稼働判定部４２は、常時発電機１６が稼働したか否かを監視しており、第一のファン１８と電動ファン２０はともに停止している。
【００５１】
発電機１６が稼働したと判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４に稼働信号を出力する。回転軸３が回転しているため、これに伴って第一のファン１８が回転作動する（ステップＳ２）。回転数が所定速度以上となると、この第一のファン１８の吸気力により、トラップ部材３７の他端が吸い寄せられて、ケース９の他端面３６から離間する。
【００５２】
これにより、ナセル４の通気口２４から電動ファン２０を介してナセル４内へ空気が吸気される。吸気された空気は、軸受け１７の貫通孔２８の隙間から発電機１６へ送風される。これにより発電機１６を冷却することができる。発電機１６からの発生熱を吸収した空気は、そのまま上昇し、カバー部材１１の流路１４を通過して排気孔１５から排気される。
【００５３】
また、駆動制御部４４が、この稼働信号を受けると、電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力して電動ファン２０を停止させる（ステップＳ３）。発電機１６の稼働作動中は、湿気を含むナセル４内の空気を第一のファン１８により換気することができるため、電動ファン２０を停止しておくことにより無駄な電力消費を抑制することができる。
【００５４】
一方、稼働判定部４２が発電機１６の稼働が停止していると判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、回転軸３の回転が停止するため、第一のファン１８も作動停止する（ステップＳ４）。これにより、第一のファン１８の吸気力が無くなって、トラップ部材３７が電動ファン２０のケース９の他端面３６に当接する。これにより、ケース９の排気口が閉鎖されることでナセル４の通気口２４が閉鎖される。
【００５５】
一方、除湿判定部４３により、ナセル４内の湿度が所定のしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。
【００５６】
この電動ファン２０の駆動により、通気口２４から空気が吸気される。そして、電動ファン２０の送風力により、トラップ部材３７がケース９の他端面３６から離間して排気口が開放され、ナセル４内を送風する。この送風力により、ナセル４内部の湿気が上昇し、カバー部材１１を介して外部に湿気が排気される。これにより、稼働停止時にナセル４内部を除湿することができる。
【００５７】
一方、湿度がしきい値未満の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、発電機１６が稼働停止中であっても、ナセル４内を除湿することができ、発電機１６などの電気部品の結露による故障を防止することができる。また、電動ファン２０の停止中は、トラップ部材３７により、通気口２４を閉鎖することができるため、ナセル４内に、降雨や降雪、塵埃等の異物の侵入を防止することができる。また、ナセル４の上部にカバー部材１１を設けたことにより、ナセル４上部からの降雨や降雪、塵埃等の異物の侵入を防止することができるとともに、発電機１６からの発生熱を吸収した空気や湿気などの不要空気を排気することができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態では、第一のファン１８を回転軸３に対し螺旋状のフィン３０を２枚設けることとしたが、図５に示すように、螺旋状のフィン３０を１枚にすることとしてもよい。また、図６に示すように、回転軸３に対し所定角度傾斜したフィン４５を固定することとしても良い。
【００６０】
更に、図７に示すように、回転軸３に対し、回転軸３と同軸に設けられた略円筒形状の筒状体４６を嵌挿することとしてもよい。この筒状体４６は、内部が中空とされ、回転軸３に対し相対回転不能に固定されており、回転軸３とともに回転する。
【００６１】
また、この筒状体４６は、図７（ａ）に示すように、回転軸３を嵌挿しつつ筒状体４６の上端部を閉塞する上端板部４７を有する。この上端板部４７は、複数（図では４つ）の排出孔４８が等間隔に形成されている。さらに、この筒状体４６は、図７（ｄ）に示すように、回転軸３を嵌挿しつつ筒状体４６の下端部を閉塞する下端板部４９を有する。
【００６２】
さらに、この筒状体４６は、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、筒状体４６の円形の外周面を形成する側周板部５０を有する。この側周板部５０は、上端板部４７の周縁部と下端板部４９の周縁部に巻きつくようにして設けられている。また、回転軸３の回転方向における側周板部５０の両端部５１，５２は互いに接合されておらず、この両端部５１，５２の間隙５３から空気が導入するようになっている。また、側周板部５０の端部５１は、上端板部４７の周縁部と下端板部４９の周縁部から離間しており、筒状体４６の外周面の接線方向に延出している。
【００６３】
この筒状体４６によれば、図中の回転方向に回転軸３が回転すると、これに伴って筒状体４６も回転する。そして、端部５１の回転軌跡の回転半径が、端部５２の回転軌跡よりも大きいため、筒状体４６の外周面付近の空気を間隙５３から筒状体４６内部に案内する。そして、筒状体４６の内部に取り込まれた空気は、上端板部４７の排出孔４８から排気される。このようなファン構造とすることによっても、上述の第一のファン１８と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
また、図示はしないが、ナセル４の下方において、通気口２４を２つ形成し、互いに反対方向に開閉自在に通気口２４を閉鎖するトラップ部材を軸支する構成としてもよい。この場合、一方のトラップ部材は、ナセル４の内側にのみ揺動する構成とし、他方のトラップ部材は、ナセル４の外側に揺動する構成とする。また、他方のトラップ部材に閉鎖されている通気口２４を閉鎖するように第二のファンを取り付けることとしても良い。この第二のファンは電動ファンであるが、上述の電動ファン２０と異なりナセル４内の空気を外部に排気するファンである。湿気はナセル４の下方に溜まりやすいため、湿気を効率よく外部に排気することができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態では、湿度センサ２２により湿度を検知して第２のファン２０を作動させる構成としたが、さらに、図８に示すように、温度センサ２９を制御ボックス２１に設けて、駆動制御装置４０の温度判定部３９に接続することとしてもよい。この場合、この温度判定部３９には所定の温度しきい値が設定されている。
【００６６】
そして、図９に示すように、第一のファン１８が作動停止した場合（ステップＳ４）、温度判定部３９によりナセル４内の温度が所定のしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００６７】
温度判定部３９により、ナセル４内の温度が所定のしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。これにより、第一のファン１８が稼働停止であっても、発電機１６の放熱によりナセル４内を換気することができ、湿気や結露の発生を未然に防止することができる。
【００６８】
一方、温度判定部３９により、ナセル４内の温度が所定のしきい値未満であると判定された場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００６９】
また、図１０に示すように、湿度がしきい値未満の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。そして、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値以上である場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン２０に駆動信号を出力する。
【００７０】
電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ６）。これにより、湿度センサにより検出される湿度が湿度しきい値未満であっても、検出温度が温度しきい値以上であれば、電動ファン２０を回転駆動することができる。これにより、発電機１６の稼働停止中であっても、発電機を冷却することができ、湿気や結露の発生を未然に防止することができる。
【００７１】
一方、温度センサ２９により検出した温度が、温度しきい値未満の場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ７）。これにより、電動ファン２０の無駄な駆動を防止して、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００７２】
また、上述した実施の形態では、温度センサ２９をナセルの底部に設けることとしたが、図１１および図１２に示すように、発電機１６のステータ２６に設けられている巻線２６ａまたはその近傍に取り付け、信号線２９ａを介して駆動制御装置４０に接続することにより、巻線２６ａの温度を検出することとしてもよい。またこの場合、温度判定部３９には、第１の温度しきい値と、第１の温度しきい値以下の値に設定されている第２の温度しきい値と、があらかじめ設定されることとなる。
【００７３】
この例によれば、図１３に示すように、ステップＳ２またはステップＳ４のあと、温度センサ２９によって検出された温度が、第１の温度しきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この第１の温度しきい値以上であると判定された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に駆動信号を出力する。電動ファン２０は駆動信号が入力されると、電動ファン駆動回路３４によりモータ３３を回転駆動して翼部３２を回転させて、電動ファン２０を駆動する（ステップＳ１１）。
【００７４】
一方、温度センサ２９によって検出された温度が、第１の温度しきい値未満であると判定された場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、第２の温度しきい値未満か否かを判定する（ステップＳ１２）。検出した温度が第２の温度しきい値未満であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に停止信号を出力する。そして、モータ３３の回転が停止し、電動ファン２０の駆動が停止する（ステップＳ１３）。
【００７５】
また、検出した温度が第２の温度しきい値以上であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、駆動制御部４４は電動ファン駆動回路３４に、駆動信号および停止信号のいずれの信号も出力せず、電動ファン２０の現状動作を維持する（ステップＳ１４）。
【００７６】
この変形例によれば、発電機１６も稼働または稼働停止にかかわらず、発電機１６の巻線２６ａの温度を監視することができるため、巻線２６ａの温度の過度な上昇を防止することができ、発電機１６の長寿命化を図ることができる。またこれにより、ナセル４内の湿度を一定値以下に保つことができ、ナセル４内の結露発生を防止することができ、さらに、ナセル４内部の部品の絶縁低下防止、発錆防止および長寿命化を図ることができる。
【００７７】
なお、上述した実施の形態では、発電機１６を上方に設け、第一のファン１８を発電機１６に対し下方に設ける構成としたが、発電機１６を下方に設け、第一のファン１８を発電機１６に対し上方に設ける構成としても良い。これによれば、下方に貯留する湿気を、発電機１６の放熱により除湿しながら上方に排気することができる。同様に、第２のファン２０も発電機１６よりも上方に設ける構成としても良い。
【００７８】
なお、上述した実施の形態では、垂直軸型の風車２としてジャイロミル型を例にして説明したが、垂直軸型であれば、他の揚力型（例えば、ダリウス型，フレットナー型）や抗力型（例えば、サボニウス型，パドル型，クロスフロー型）の風車を適用することとしても良い。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、垂直軸型の風力発電装置について説明したが、水平軸型の風力発電装置に適用することとしても良い。この場合、発電機１６をナセル内に配置し、第一のファン１８および第二のファン２０をナセルと連通しナセルを支持する不図示のタワー内に設ける構成としても良い。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風力発電装置によれば、結露や湿気による装置内部の電気部品の故障を防止することができるという効果を奏する。また、垂直軸型の風力発電装置であっても、装置内部への異物の侵入を防止しつつ、装置内部を効率よく換気することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の外観を示す概略斜視図である。
【図２】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の側断面図である。
【図３】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御を示すフローチャートである。
【図５】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの変形例を示す図である。
【図６】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの他の変形例を示す図である。
【図７】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の第一のファンの更に他の変形例を示す図である。
【図８】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電気的構成の変形例を示すブロック図である。
【図９】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御の変形例を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の電動ファンの駆動制御の他の変形例を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例を示す拡大側断面図である。
【図１２】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例の電気的構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の他の変形例の電動ファンの駆動制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 風力発電装置
２ 風車
３ 回転軸
４ ナセル
１０ 開口部
１１ カバー部材
１２ 外カバー
１４ 流路
１６ 発電機
１８ 第一のファン
２０ 第二のファン（電動ファン）
２２ 湿度センサ
２４ 通気口
２６ａ 巻線
２９ 温度センサ
３７ トラップ部材
４０ 駆動制御手段（駆動制御装置）
Claims (13)
- 風力を受ける風車と、前記風車の風力を回転力に変換する回転軸と、該回転軸からの回転力により発電する発電機と、前記回転軸が挿通され前記発電機を収納するナセルと、を備える風力発電装置において、
前記発電機の稼働により作動し前記発電機に送風する第一のファンと、
前記ナセル内を換気する第二のファンと、
前記発電機の稼働停止を検出した場合、前記第二のファンを駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記駆動制御手段は、前記発電機の再稼働を検出した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
- さらに、前記ナセル内の湿度を検出する湿度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記湿度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
- 前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
- さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記発電機の稼働停止を検出し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
- 前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
- さらに、前記ナセル内の温度を検出する温度センサを備え、前記駆動制御手段は、前記湿度センサからの出力が所定値未満であると判定し、かつ、前記温度センサからの出力が所定値以上であると判定した場合、前記第二のファンを駆動制御することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
- 前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が所定値未満であると判定した場合、前記第二のファンを停止制御することを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
- さらに、前記発電機の巻線またはその近傍に設けられ、前記発電機の巻線の温度を検出する温度センサを備え、
前記駆動制御手段は、前記温度センサからの出力が第１の所定値以上であると判定した場合、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記第二のファンを駆動制御し、前記温度センサからの出力が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値未満であると判定した場合、前記発電機の稼働または稼働停止にかかわらず前記第二のファンを停止制御することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。 - 更に、前記ナセルに形成される通気口を開閉自在に閉鎖するトラップ部材を備え、
該トラップ部材は、前記第一のファンが作動すると、前記第一のファンの吸気力により前記通気口を開放し、前記第二のファンが駆動すると前記第二のファンの送風力により前記通気口を開放し、前記第一のファン及び前記第二のファンのいずれも停止しているときは前記通気口を閉鎖することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の風力発電装置。 - 前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、
前記第一のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の風力発電装置。 - 前記ナセルは、前記回転軸を鉛直方向に挿通させるために形成された開口部を有し、
前記第二のファンは、前記発電機よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の風力発電装置。 - 前記開口部を覆う外カバーと、該外カバー内に前記開口部から外気へ通気させる蛇行状の流路と、を有するカバー部材を備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の風力発電装置。
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