JP2009185640A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塩害防止および騒音低減を図るとともに、寒冷地における起動を容易にすることができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】 発電設備を内部に収納するナセル３と、ナセル３内に収納され、発電設備と冷媒との間で熱交換する内部熱交換部１３，１５，１６と、ナセル３外に配置され、外気と冷媒との間で熱交換する外部熱交換部１７と、ナセル３内に配置され、冷媒を圧縮するとともに内部熱交換部１３，１５，１６と外部熱交換部１７との間で循環させる圧縮機１８と、圧縮機１８により圧縮された冷媒の圧力を膨張させる膨張部１９と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

従来、風力エネルギを熱エネルギに変換する手段として、風力エネルギを電気的エネルギに変換し、変換した電気エネルギによりヒートポンプを介して熱エネルギへの変換が行われている（例えば、特許文献１および２参照。）。
例えば、ヒートポンプを駆動する装置として１９８７年に発表された「風車とヒートポンプを使用した冷房システム」が知られている。このシステムは、風車で風力エネルギを電気エネルギに変換して、蓄電池に充電し、直流発電機で冷凍サイクル（ヒートポンプ）を稼動させるものである。

このように、風車とヒートポンプを組み合わせた例としては、特許文献２に記載されているように、風車の外部にヒートポンプ（冷凍サイクル）を配置し、風車から得られた機械エネルギを、タワー内を貫通する回転軸を介して伝達させ、ヒートポンプの圧縮機を駆動させることにより、熱エネルギに変換するシステムが知られている。
米国特許第２００７／００２４１３２号明細書 特許第３９４９９４６号公報

しかしながら、近年の商用に用いられる風力発電装置の場合には、１台で数ＭＷの出力を有する大型風車が用いられており、このような大型風車とヒートポンプとを組み合わせると、以下の問題があった。
すなわち、風車が大型化するとタワーも高くなる（例えば５０ｍから７０ｍ）ため、その内部を貫通する動力伝達用の回転軸も長く、かつ、重くなり、風力エネルギから変換した機械エネルギの損失が著しくなるという問題があった。

さらに、ナセル内に配置された機器、例えば、増速機や、主軸受や、変圧器や、発電機などから放出される放熱量は、風力発電装置の出力の数％（例えば、１００ｋＷから３００ｋＷ）に及ぶが、上述の特許文献等では、これらの熱を処理する冷却システムが明確でないという問題があった。

一般的には、ナセルに設けられたガラリなどの吸気口を介して、外部から外気をナセル内に導入し、導入した外気によりナセル内機器の冷却が行われていた。つまり、冷却システムのクーラから導入した外気に熱を放熱し、熱を吸収した外気をナセル外に排出する冷却システムが用いられていた。

しかしながら、風車を海上もしくは海岸に設置した場合には、塩分を含む外気をナセル内に導入することになるため、塩害によりナセル内機器の寿命が低下するという問題があった。

また風力発電装置を人家近くに設置する場合には冷却システムからの騒音、例えばクーラファンの回転による騒音が公害となる問題があった。加えて、大型風力発電装置の適用範囲は寒冷地へ拡大しているが、ナセル内に冷却システム（ヒートポンプ）がないため、寒冷地に適用できないとう問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、塩害防止および騒音低減を図るとともに、寒冷地における起動を容易に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。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の風力発電装置は、発電設備を内部に収納するナセルと、該ナセル内に収納され、前記発電設備と冷媒との間で熱交換する内部熱交換部と、前記ナセル外に配置され、外気と前記冷媒との間で熱交換する外部熱交換部と、前記ナセル内に配置され、前記冷媒を圧縮するとともに前記内部熱交換部と前記外部熱交換部との間で循環させる圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒の圧力を膨張させる膨張部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、冷凍サイクルを構成するように、圧縮機から外部熱交換部，膨張部，内部熱交換部，圧縮機の順に冷媒を循環させることにより、ナセル内に配置された機器、例えば発電設備において発生した熱を、冷媒を介してナセル外に放熱することができる。つまり、外気をナセル内に導入する開口部をナセルに設けなくてもナセル外にナセル内機器の熱を十分に放熱することができる。そのため、例えば塩分を含む外気などのナセル内への流入を防止できる。さらに、ナセル内機器から発生する騒音をナセル外に漏洩しない。

一方、上とは逆方向すなわち、ヒートポンプサイクルを構成するように、圧縮機から内部熱交換部，膨張部，外部熱交換部，圧縮機の順に冷媒を循環させることにより、ナセル内機器を加熱することができる。例えば、外気が寒冷状態から風力発電装置を起動する際に、ナセル内機器に用いられるオイル等の潤滑剤を加熱してその粘性を下げる必要がある場合でも、容易にオイル等の潤滑剤を加熱することができる。

上記発明においては、風力により前記発電設備に回転駆動力を供給する風車が設けられ、前記圧縮機は、前記風車により供給された回転駆動力により駆動されることが望ましい。

本発明によれば、風車エネルギを分岐することにより供給された回転駆動力を用いて圧縮機を駆動するため、例えば風車の回転数や、回転トルクなどに応じて内部熱交換部における熱交換能力、つまり、発電設備の冷却能力が変化する。言い換えると、風車が供給する回転駆動力により、発電設備の冷却能力が自動制御される。
例えば、圧縮機に供給される回転駆動力が増大すると、圧縮機において吐出される冷媒の質量流量が増加するため、内部熱交換部における熱交換能力が増大し、発電設備の冷却能力が大きくなるように自動制御される。

上記発明においては、前記圧縮機を回転駆動するモータが設けられていることが望ましい。

本発明によれば、例えば、発電設備により発電された電力を用いて圧縮機を駆動することにより、風力発電装置の出力に応じて内部熱交換部における熱交換能力、つまり、発電設備の冷却能力が変化する。言い換えると、発電設備が供給する電力により、発電設備の冷却能力が自動制御される。
例えば、圧縮機に供給される電力が増大すると、圧縮機において吐出される冷媒の質量流量が増加するため、内部熱交換部における熱交換能力が増大し、発電設備の冷却能力が大きくなるように自動制御される。

上記発明においては、前記外部熱交換部には、前記冷媒に熱を供給するヒータが設けられていることが望ましい。

本発明によれば、外部熱交換部を蒸発器として用いて冷媒を蒸発させる場合であって、ナセル外の外気温度が寒冷状態でも、ヒータを用いて冷媒を加熱することで、冷媒を容易に蒸発させることができる。さらには、外部熱交換部本体や、外部熱交換器への配管系等に熱を供給することができる。そのため、発電設備などに用いられるオイル等の潤滑剤を加熱して、その粘性を下げる必要がある場合でも、容易にオイル等の潤滑剤を加熱することができる。

本発明の風力発電装置によれば、冷凍サイクルを構成するように、圧縮機から外部熱交換部，膨張部，内部熱交換部，圧縮機の順に冷媒を循環させることにより、ナセルに開口部を設けなくてもナセル外にナセル内機器の熱を十分に放熱することができるため、塩害防止および騒音低減を図ることができるという効果を奏する。さらに、ヒートポンプサイクルを構成するように、圧縮機から内部熱交換部，膨張部，外部熱交換部，圧縮機の順に冷媒を循環させることにより、ナセル内機器を加熱できるため、寒冷地における風力発電装置の起動を容易にすることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置について図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する全体図である。
風力発電装置１は、風力発電を行うものである。
風力発電装置１には、図１に示すように、基礎Ｂ上に立設された支柱（タワー）２と、支柱２の上端に設置されたナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられたロータヘッド（風車）４と、ロータヘッド４を覆う頭部カプセル５と、ロータヘッド４の回転軸線周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車回転翼（風車）６と、ロータヘッド４の回転により発電を行うナセル内機器（発電設備）７と、が設けられている。

なお、本発明の本実施形態では、３枚の風車回転翼６が設けられた例に適用して説明するが、風車回転翼６の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多い場合に適用してもよく、特に限定するものではない。

支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状の構成とされ、例えば、複数のユニットを上下方向に連結した構成とされている。支柱２の最上部には、ナセル３が設けられている。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル３が設置されている。

ナセル３は、図１に示すように、ロータヘッド４を回転可能に支持するとともに、内部にロータヘッド４の回転により発電を行うナセル内機器７が収納されている。
ナセル３には、ナセル３外から外気をナセル３内に導入する通風用の開口部（ガラリ）は設けられておらず、例えば、ロータヘッド４の回転駆動力を伝達する主軸（図示せず）が貫通する開口部や、メンテナンス用の出入り口のみが設けられている。

ロータヘッド４には、図１に示すように、その回転軸線周りに放射状に延びる複数枚の風車回転翼６が取り付けられ、その周囲は頭部カプセル５により覆われている。

ロータヘッド４には、風車回転翼６の軸線回りに風車回転翼６を回転させて、風車回転翼６のピッチ角を変更するピッチ制御部（図示せず。）が設けられている。
これにより、風車回転翼６にロータヘッド４の回転軸線方向から風が当たると、風車回転翼６にロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる力が発生し、ロータヘッド４が回転駆動される。

図２は、図１のナセル内部の構成を説明する模式図である。
ナセル３の内部収納されたナセル内機器７には、図２に示すように、ロータヘッド４の機械的な回転駆動力を発電機１４に伝達する主軸（図示せず）を回転可能に支持する主軸受１１と、ロータヘッド４の回転を増速して発電機１４に伝達する増速機（発電設備）１２と、主軸受１１および増速機１２の潤滑に用いられるオイルを冷却または加熱するオイル熱交換部（内部熱交換部）１３と、伝達された機械的な回転駆動力を用いて発電を行う発電機（発電設備）１４と、発電機１４を冷却または加熱する発電機熱交換部（内部熱交換部）１５と、発電された電力の電圧や周波数などを制御するインバータを冷却または加熱するインバータ熱交換部（内部熱交換部）１６と、ナセル３外の外気と冷媒との間で熱交換を行う外部熱交換部１７と、オイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５，インバータ熱交換部１６および外部熱交換部１７の間で冷媒を循環させる圧縮機１８と、圧縮された冷媒の圧力を膨張する膨張弁（膨張部）１９と、が設けられている。

主軸受１１には、主軸受１１の内部を潤滑する潤滑オイル（潤滑剤）を圧送する軸受ポンプ２１および軸受タンク２２が設けられている。軸受ポンプ２１および軸受タンク２２は、主軸受１１とオイル熱交換部１３とともに潤滑オイルの循環経路を構成している。
主軸受タンク２２には、内部に貯留された潤滑オイルを加熱する主軸受ヒータ（ヒータ）２３が設けられている。

増速機１２は、ロータヘッド４から伝達された機械的な回転駆動力を発電機１４に伝達するとともに、圧縮機１８にも伝達するものである。発電機１４と圧縮機１８に伝達させる回転駆動力は回転数が増加されたもの、言い換えると回転速度が増速されたものである。

増速機１２には、増速機１２の内部を潤滑する潤滑オイルを圧送する増速機ポンプ３１および増速機タンク３２が設けられている。増速機ポンプ３１および増速機タンク３２は、増速機１２とオイル熱交換部１３とともに潤滑オイルの循環経路を構成している。
増速機タンク３２には、内部に貯留された潤滑オイルを加熱する増速機ヒータ（ヒータ）３３が設けられている。

オイル熱交換部１３は、主軸受１１や増速機１２を潤滑した潤滑オイルが流入する熱交換器であって、圧縮機１８により循環される冷媒と、潤滑オイルとの間で熱交換を行うものである。
潤滑オイルの粘度が十分に低く風力発電装置１が運転されている状態では、オイル熱交換部１３は蒸発器として使用され、潤滑オイルは冷媒に対して放熱する。
一方、外気が寒冷で、潤滑オイルの粘性が高い状態で風力発電装置１を起動する場合には、オイル熱交換部１３は凝縮器として使用され、冷媒は潤滑オイルに対して放熱する。

オイル熱交換部１３は、潤滑オイルの粘度が十分に低く風力発電装置１が運転されている状態において、オイル熱交換部１３から流出した冷媒は圧縮機１８、外部熱交換器１７、膨張弁１９の順に流入するように接続され、膨張弁１９を通過した冷媒は再びオイル熱交換部１３に流入する。このように冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが構成される。

発電機熱交換部１５は発電機１４と隣接して配置された熱交換器であって、発電機１４で発生した熱を冷媒に放熱するものである。
発電機熱交換部１５は、風力発電装置１が運転されている状態において、発電機熱交換部１５から流出した冷媒が圧縮機１８、外部熱交換器１７、膨張弁１９の順に流入するように接続され、膨張弁１９を通過した冷媒は、再び発電機熱交換部１５に流入する。このように冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが構成される。

インバータ熱交換部１６はナセル３の後方に配置された熱交換器であって、インバータ（図示せず）で発生した熱を冷媒に放熱するものである。
インバータ熱交換部１６は、風力発電装置１が運転されている状態において、インバータ熱交換部１６から流出した冷媒が圧縮機１８、外部熱交換器１７の順に流入し、膨張弁１９を通過した冷媒が再びインバータ熱交換部１６に流入するように接続されている。このように冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが構成される。

外部熱交換部１７は冷媒と外気との間で熱交換を行うものであって、ナセル３の後方下面に配置されたものである。
外部熱交換部１７は、風力発電装置１が運転されている状態において、外部熱交換部１７から流出した冷媒が膨張弁１９、オイル熱交換部１３もしくは発電機熱交換部１５もしくはインバータ熱交換部１６、圧縮機１８の順に流入するように接続され、圧縮機１８から吐出された冷媒は再び外部熱交換部１７に流入する。このように冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが構成される。

外部熱交換部１７には、外部熱交換部１７本体もしくは外部熱交換部１７に接続された配管系統内部に貯留された潤滑オイルを加熱する外部熱交ヒータ（ヒータ）４１が設けられている。また外部熱交換部１７の塩分による腐食を防止するため、外部熱交換部１７に付着した塩分を洗い流すシャワー（図示せず）を設けることが望ましい。

圧縮機１８は、オイル熱交換部１３において冷媒の熱を吸収する冷凍サイクルの場合には、冷媒を圧縮して外部熱交換部１７へ吐出するものであり、オイル熱交換部１３において冷媒に熱を供給するヒートポンプサイクルの場合には、冷媒を圧縮してオイル熱交換部１３、発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６に向けて吐出するものである。
圧縮機１８には、増速機１２を介してロータヘッド４から機械的な回転駆動力が伝達され、圧縮機１８は伝達された機械的な回転駆動力により冷媒を圧縮している。本実施形態では、圧縮機１８は冷媒の吐出方向を切り替える、つまり、冷凍サイクルの場合には外部熱交換部１７を、ヒートポンプサイクルの場合にはオイル熱交換部１３、発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６を冷媒の吐出先として選択して冷媒を吐出できる圧縮機に適用して説明する。

なお、上述のように冷媒の吐出方向を切り替え可能な圧縮機を用いてもよいし、一方向のみに冷媒を吐出する圧縮機を用いて、かつ、冷媒の流れ方向を制御する三方弁や四方弁を用いてもよく、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる風力発電装置１における発電方法についてその概略を説明する。
風力発電装置１においては、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼６に当たった風力エネルギが、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる機械的なエネルギに変換される。

このロータヘッド４の回転はナセル内機器７に伝達され、ナセル内機器７において、電力の供給対象に合わせた電力、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力が発電される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風力エネルギを風車回転翼に効果的に作用させるため、適宜ナセル３を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド４は風上に向くように制御される。

次に、本実施形態の特徴であるオイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５，インバータ熱交換部１６および外部熱交換部１７における熱交換について説明する。
風力発電装置１において発電が行われている場合には、図２に示すように、冷凍サイクルを構成すべくオイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６がクーラ（蒸発器）として働く。すなわち、オイル熱交換部１３等において冷媒が熱を吸収して蒸発する。一方、外部熱交換部１７は凝縮器として働き、冷媒は外気に熱を放熱して凝縮する。

具体的には、冷媒は、増速機１２を介してロータヘッド４の機械的な回転駆動力が伝達された圧縮機１８によって高温高圧に圧縮され、外部熱交換部１７に向けて吐出される。外部熱交換部１７に流入した冷媒は、外部熱交換部１７において熱を外気に放熱して凝縮する。凝縮して液化した冷媒は膨張弁１９に流入し、膨張弁１９を通過する際に膨張される。膨張された冷媒は、オイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６に流入する。

オイル熱交換部１３に流入した冷媒は、オイル熱交換部１３において主軸受１１や増速機１１を潤滑して温度が高くなった潤滑オイルから熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、オイル熱交換部１３から流出して圧縮機１８に流入し、再び圧縮される。

一方、熱を奪われ冷やされた主軸受用の潤滑オイルは、軸受タンク２２、軸受ポンプ２１および主軸受１１の順に循環して、再びオイル熱交換部１３に流入する。増速機用の潤滑オイルは、増速機１２，増速機タンク３２および増速機ポンプ３１の順に循環して、再びオイル熱交換部１３に流入する。

発電機熱交換部１５に流入した冷媒は、発電機熱交換部１５において発電機１４から発生した熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、発電機熱交換部１５から流出して圧縮機１８に流入し、再び圧縮される。

インバータ熱交換部１６に流入した冷媒は、インバータ熱交換部１６においてインバータ１４から発生した熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、インバータ熱交換部１６から流出して圧縮機１８に流入し、再び圧縮される。

図３は、図２の風力発電装置における寒冷状態からの起動時における冷媒フローを説明する模式図である。
例えば外気温度が−３０℃ないし−４０℃のような環境下で風力発電装置１を起動する場合、つまり、主軸受１１や増速機１２を潤滑する潤滑オイルの粘性係数が数万センチストークスと高く、潤滑能力を期待できない状態から風力発電装置１を起動する場合には、冷媒の循環方向を図２に示す方向と逆方向すなわち冷凍サイクルでなくヒートポンプサイクルを構成するように流して、潤滑オイルの加熱を行う。

具体的には、圧縮機１８によって高温高圧に圧縮された冷媒は、オイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６に向かって吐出される。
オイル熱交換部１３に流入した高温高圧の冷媒は、主軸受１１や増速機１１を潤滑する潤滑オイルに熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、オイル熱交換部１３から流出して膨張弁１９に流入する。

一方、冷媒から放出された熱を吸収し加熱された潤滑オイルは潤滑能力を期待できるまで粘性が低くなり、オイル熱交換部１３から流出した後、主軸受１１や増速機１２に供給され潤滑に用いられる。
なお、上述のように冷媒の熱のみを用いて潤滑オイルを暖めてもよいし、軸受ヒータ２３をさらに用いて潤滑オイルを温めてもよいし、増速機ヒータ３３をさらに用いて潤滑オイルを温めてもよく、潤滑オイルの加熱方法を冷媒からの加熱に特に限定するものではない。

膨張弁１９には、オイル熱交換部１３，発電機熱交換部１５およびインバータ熱交換部１６から冷媒が流入し、冷媒は膨張弁１９を通過する際に膨張する。膨張した冷媒は、外部熱交換部１７に流入する。
外部熱交換部１７本体もしくは外部熱交換部１７に接続された配管系統には、外部熱交ヒータ４１が設置されており、外部熱交ヒータ４１で加熱された冷媒は蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機１８に流入し、再び圧縮される。

なお、上述のように、外部熱交換部１７本体もしくは外部熱交換部１７に接続された配管系統に設置された外部熱交ヒータ４１により冷媒を蒸発させてもよいし、その他の図示しない加熱手段により冷媒を蒸発させてもよく、冷媒の蒸発手段について特に限定するものではない。

上記の構成によれば、例えば、洋上に設置した風力発電装置１の発電機系統において、圧縮機１８から外部熱交換部１７，膨張弁１９，発電機熱交換部１５などを介して再び圧縮機１８の順に冷媒を循環させることにより、発電機１４において発生した熱を、冷媒を介してナセル３外に放熱することができる。つまり、ナセル３外から塩分を含んだ外気をナセル３内に直接導入しなくても、ナセル３外に発電設備の熱を十分に放熱することができ、風力発電装置１の寿命短縮化を防止することができる。この効果は、発電機１４同様に、主軸受１１や増速機１２、インバータ等のナセル内機器７にも期待できる。
さらに、発電機１４や増速機１２のクーラファンなどから発生する騒音がナセル３内に閉じ込められるため、風力発電装置１の外への騒音漏れを防止できる。

一方、ヒートポンプサイクルを構成すべく、圧縮機１８からオイル熱交換部１３など，膨張弁１９，外部熱交換部１７を介して再び圧縮機１８の順に冷媒を循環させることにより、増速機１２や主軸受１１のオイルを加熱することができる。例えば、外気温度が−３０℃ないし−４０℃のような寒冷時に風力発電装置１を起動する際に、増速機１２や主軸受１１などに用いられる潤滑オイルを加熱して、その粘性を潤滑能力が期待できるまで下げる必要がある場合でも、容易に加熱でき、風力発電装置１の起動を容易にすることができる。

さらに、外部熱交換部１７本体もしくは外部熱交換部１７に接続された配管系統に設置された外部熱交ヒータ４１を用いて冷媒を加熱することで、冷媒を容易に蒸発させることができるため、増速機１２や主軸受１１などに用いられる潤滑オイルの温度を上げて潤滑能力を期待できるまでその粘性を下げる必要がある場合でも、風力発電装置１の起動をさらに容易にすることができる。

ロータヘッド４などが供給する機械的な回転駆動力を用いて圧縮機１８を駆動するため、例えばロータヘッド４などの回転数や、回転トルクなどに応じてオイル熱交換部１３などにおける熱交換能力、つまり、発電機１４や増速機１２など潤滑オイルへの冷却能力が変化する。言い換えると、風力発電装置１が供給する機械的な回転駆動力により、発電機１４や増速機１２などの冷却能力が自動制御される。
例えば、圧縮機１８に供給される回転駆動力が増大すると、圧縮機１８において吐出される冷媒の質量流量が増加するため、オイル熱交換部１３などにおける熱交換能力が増大し、発電機１４や増速機１２のクーラにおける冷却能力が増大する方向に制御される。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。
本実施形態の風力発電装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、圧縮機の駆動方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図４を用いて圧縮機周辺の構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図４は、本実施形態の風力発電装置の構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

風力発電装置１０１におけるナセル３の内部収納された発電設備１０７には、図４に示すように、主軸受１１と、増速機１２と、オイル熱交換部１３と、発電機１４と、発電機熱交換部１５と、インバータ熱交換部１６と、外部熱交換部１７と、圧縮機１８と、膨張弁１９と、圧縮機１８を回転駆動させる電気モータ（モータ）１１８と、が設けられている。

電気モータ１１８には、発電機１４により発電された電力が供給され、供給された電力によりモータ１１８は、圧縮機１８を回転駆動する。
風力発電装置１０１において発電が行われている場合には、電気モータ１１８に回転駆動された圧縮機１８は、高温高圧に圧縮した冷媒を外部熱交換部１７に向けて吐出する。以後の作用については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、発電機１４により発電された電力を用いて圧縮機１８を駆動することにより、風力発電装置１０１の出力に応じてオイル熱交換部１３などにおける熱交換能力、つまり、発電機１４や増速機１２などのクーラにおける冷却能力が変化する。言い換えると、発電機１４が供給する電力により、発電機１４や増速機１２などのクーラにおける冷却能力を自動制御することができる。
例えば、供給される電力が増大すると、圧縮機１８において吐出される冷媒の質量流量が増加するため、オイル熱交換部１３などにおける熱交換能力が増大し、発電機１４や増速機１２などのクーラにおける冷却能力が増大する方向に制御される。

本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する全体図である。 図１のナセル内部の構成を説明する模式図である。 図２の風力発電装置における寒冷状態からの起動時における冷媒フローを説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。

符号の説明

１，１０１ 風力発電装置
３ ナセル
４ ロータヘッド（風車）
６ 風車回転翼（風車）
７ ナセル内機器（発電設備）
１２ 増速機（発電設備）
１３ オイル熱交換部（内部熱交換部）
１４ 発電機（発電設備）
１５ 発電機熱交換部（内部熱交換部）
１６ インバータ熱交換部（内部熱交換部）
１７ 外部熱交換部
１８ 圧縮機
１９ 膨張弁（減圧部）
２３ 軸受ヒータ（ヒータ）
３３ 増速機ヒータ（ヒータ）
４１ 外部熱交ヒータ（ヒータ）
１１８ モータ

Claims (4)

1. 発電設備を内部に収納するナセルと、
   該ナセル内に収納され、前記発電設備と冷媒との間で熱交換する内部熱交換部と、
   前記ナセル外に配置され、外気と前記冷媒との間で熱交換する外部熱交換部と、
   前記ナセル内に配置され、前記冷媒を圧縮するとともに前記内部熱交換部と前記外部熱交換部との間で循環させる圧縮機と、
   前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を膨張させる膨張部と、
   が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 風力により前記発電設備に回転駆動力を供給する風車が設けられ、
   前記圧縮機は、前記風車により供給された回転駆動力により駆動されることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 前記圧縮機を回転駆動するモータが設けられていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
4. 前記外部熱交換部には、前記冷媒に熱を供給するヒータが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風力発電装置。

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