JP2012013006A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る冷却構造Aは、風車翼9に外風を受けて回転するロータヘッド6が、ナセル5の内部に設置された発電機11を駆動して発電を行い、ロータヘッド6の内部に発熱機器(例えばロータハブ14)が設けられた風力発電装置1Aにおいて、発熱機器14を外部に対して密閉された構造とし、この発熱機器14の周囲から風車翼9の内部にかけてロータヘッド冷却通気路23を形成し、このロータヘッド冷却通気路23には、冷却空気が流入する冷却空気導入部24と、冷却空気が外部に排気される排気口25とを設け、排気口25を風車翼9に形成したことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
即ち、本発明に係る風力発電装置は、風車翼に外風を受けて回転するロータヘッドが、タワー先端に支持されたナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電を行う風力発電装置において、前記ロータヘッドは、前記風車翼をピッチ方向に回動自在に支持するロータハブと、前記ロータハブを覆うハブカバーとを備え、前記風車翼は、前記ロータハブと前記ハブカバーとの間の内部空間と風車翼の内部空間とを連通するように設けられた連通口と、風車翼の内部空間と外部とを連通する排気口とを備え、さらに、前記連通口と前記排気口とを連通させるロータヘッド冷却通気路と、前記ロータヘッド冷却通気路に外気を流入させる冷却空気導入部とを備えることを特徴とする。
図1は、後に説明する各実施形態における冷却構造A〜Fを適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置1は、地表面2に設置された鉄筋コンクリート製の基礎3上に立設されるタワー4と、このタワー4の上端部に設置されるナセル5と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル5の前端部側に設けられるロータヘッド6とを有している。本例では、ロータヘッド6がナセル5の前端部側に設けられる所謂アップウィンド型の風車について説明するが、ロータヘッド6がナセル5の後端部側に設けられるダウンウィンド型の風車にも適用できることは、当業者には明らかであろう。
図2は、本発明の第1実施形態に係る風力発電装置1Aの概略的な縦断面図である。この風力発電装置1Aは冷却構造Aを備えている。この冷却構造Aにおいて、ナセル5を構成する壁体17は、例えば外壁17aと、この外壁17aの内側に間隔を介して設けられた内壁17bとを備えた二重壁構造となっており、外壁17aと内壁17bとの間の空間がナセル内部通気路18となっている。このナセル内部通気路18には外気が冷却空気として流通する。なお、ここでは壁体17が全面的に二重壁構造となっているが、一部だけを二重構造にしてもよい。
風力発電装置1Aに外風が吹き付けた場合、この外風の風向が検知されてナセル5がその前面を風上に向けるように自動制御される。このため、ナセル5の前面に開口している外風導入口21からナセル内部通気路18の内部に矢印で示すように外風が冷却空気として導入される。この冷却空気は、ナセル内部通気路18の通路面積が外風導入口21から下流側に進むにつれて狭くなっているため加速しながらナセル内部通気路18内を流れ、その際に内壁17bに密着して設けられた発熱機器である発電機11を冷却する。
図3は、本発明の第2実施形態に係る風力発電装置1Bの概略的な縦断面図である。この風力発電装置1Bは冷却構造Bを備えている。この冷却構造Bにおいて、前述の第1実施形態における冷却構造Aと異なる点は、ロータハブ14の外表面に、ロータハブ14の発する熱がロータヘッド冷却通気路23を流れる冷却空気に放熱されることを補助する放熱補助手段が設けられている点のみであり、他の部分は同一の構成である。ここでは、放熱補助手段の一例として、銅のパイプの内部に代替フロン等の作動液が封入された公知の構造のヒートパイプ31が用いられており、このヒートパイプ31は例えばロータハブ14のケーシングを貫通するように、ケーシングの周面と前面に配設されている。
図5は、本発明の第3実施形態に係る風力発電装置1Cの概略的な縦断面図である。この風力発電装置1Cは冷却構造Cを備えている。この冷却構造Cにおいて、第1実施形態の冷却構造Aと異なる点は、ロータヘッド6の内部に設けられたロータヘッド冷却通気路23がナセル5の内部空間S1とは隔絶されている点である。ロータヘッド6の内部空間23aと、風車翼9の内部空間23bとが、風車翼9の基端部に形成された連通口23cを介して互いに連通してロータヘッド冷却通気路23が構成されている点と、風車翼9の先端付近に排気口25が設けられている点は冷却構造Aと同様である。
図6は、本発明の第4実施形態に係る風力発電装置1Dの概略的な縦断面図である。この風力発電装置1Dは冷却構造Dを備えている。この風力発電装置1D(冷却構造D)において、タワー4を構成する壁体41は、外壁41aと、この外壁41aの内側に間隔を介して設けられた内壁41bとを備えた二重壁構造となっており、内壁41bの内側が内側空間S2とされ、外壁41aと内壁41bとの間の空間がタワー内部通気路42とされている。
風力発電装置1Dに外風が吹き付けた場合、この外風が矢印で示すように外風導入口43からタワー内部通気路42内に冷却空気として導入され、タワー内部通気路42内を流通する際に、内壁41bに密着してタワー内部通気路42に隣接している発熱性のあるコンバータ15a、変圧器15bを冷却する。その後、冷却空気はタワー内部通気路42内を上昇し、連通部44を経てナセル内部通気路18に流入し、以後は前述の冷却構造A,Bと同様に、ナセル5の内壁17bに密着して設けられた発熱機器である発電機11を冷却し、次に送風ファン27に吸引されながら冷却空気導入部24を経てロータヘッド冷却通気路23に流れてロータハブ14を冷却し、最後に風車翼9の内部を通って排気口25から外部に排出される。
図7は、本発明の第5実施形態に係る風車翼9の概略的な縦断面図である。この風車翼9は、第1〜第4実施形態の風力発電装置1A〜1Dに適用することができ、冷却構造Eを備えている。この冷却構造Eでは、風車翼9の内部に形成されたロータヘッド冷却通気路23(23b)の排気口が、風車翼9の、風向きに対して風下側に形成されている。つまり、例えば風車翼9の後縁位置に排気口25aを設ける、あるいは側面位置に排気口25bを設ける。要するに、風車翼9に当たる風によって負圧が作用する場所に排気口25a,25bを設けるのが好ましい。
図8は、本発明の第6実施形態に係る風車翼9の概略的な縦断面図である。この風車翼9は、第1〜第4実施形態の風力発電装置1A〜1Dに適用することができ、冷却構造Fを備えている。この冷却構造Fでは、風車翼9の内部に形成されたロータヘッド冷却通気路23(23b)の排気口25cが、風車翼9の根本付近に形成されている。具体的には、風車翼9の根本から遠くとも0.5m位の範囲に排気口25cを形成する。しかし極端に根元に近づけて排気口25cを設けるのは風車翼9の強度上、好ましくない。なお、ここでも排気口25cは風向きに対して風下側に形成するのが望ましい。また、風車翼9の後縁位置に排気口25cを設ける代わりに、風車翼9の側面位置に排気口25dを設けてもよい。
4 タワー
5 ナセル
6 ロータヘッド
9 風車翼
11 発電機
14 ロータハブ(発熱機器)
14a ハブカバー
18 ナセル内部通気路
23 ロータヘッド冷却通気路
23a,23b 内部空間
23c 連通口
24,35 冷却空気導入部
25 排気口
27,36 送風ファン(送気手段)
31 ヒートパイプ(放熱補助手段)
32 放熱フィン(放熱補助手段)
42 タワー内部通気路
A〜F 冷却構造
Claims (7)
- 風車翼に外風を受けて回転するロータヘッドが、タワー先端に支持されたナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電を行う風力発電装置において、
前記ロータヘッドは、前記風車翼をピッチ方向に回動自在に支持するロータハブと、前記ロータハブを覆うハブカバーとを備え、
前記風車翼は、前記ロータハブと前記ハブカバーとの間の内部空間と風車翼の内部空間とを連通するように設けられた連通口と、風車翼の内部空間と外部とを連通する排気口とを備え、
さらに、前記連通口と前記排気口とを連通させるロータヘッド冷却通気路と、前記ロータヘッド冷却通気路に外気を流入させる冷却空気導入部とを備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記ロータヘッド冷却通気路に冷却空気を送気する送気手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記ロータハブの外表面に、該ロータハブの熱が前記ロータヘッド冷却通気路を流れる冷却空気に放熱されることを補助する放熱補助手段を設けた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。
- 前記排気口を、前記風車翼の、風向きに対して風下側に形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の風力発電装置。
- 前記排気口を、前記風車翼の根本付近に形成したことを特徴とする請求項4に記載の風力発電装置。
- 前記ロータヘッド冷却通気路は、前記ナセル内部の冷却を行うナセル内部通気路に連通し、該ナセル内部通気路を通った冷却空気が前記ロータヘッド冷却通気路を抜けて外部に排気されるようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風力発電装置。
- 前記ロータヘッド冷却通気路は、前記ナセル内部の冷却を行うナセル内部通気路と、前記ナセルが上端部に設置されるタワーの内部の冷却を行うタワー内部通気路とに連通し、前記タワー内部通気路と前記ナセル内部通気路を通った冷却空気が前記ロータヘッド冷却通気路を抜けて外部に排気されるようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風力発電装置。
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