JP2012013006A

JP2012013006A - 風力発電装置

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Publication number: JP2012013006A
Application number: JP2010150582A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Sato; 慎輔佐藤; Shigetaka Hirai; 滋登平井; Tatsuo Ishiguro; 達男石黒
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: EP2589804A1; EP2589804A4; US20120074711A1; US8476784B2; WO2012002397A1; JP5511549B2

Abstract

【課題】簡素な構成により、ロータヘッドの内部に設置された発熱機器類を良好に冷却するとともに、これらの機器類を腐食、汚損等から保護する。
【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

本発明は、運転時における機器の発熱を、外気の導入により冷却するようにした風力発電装置に関するものである。

標準的な風力発電装置は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速する等して発電機を駆動し、発電を行う装置である。ロータヘッドは、地面等に立設されたタワーの上に設置されてヨー旋回可能なナセルの端部に取り付けられ、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能となるように支持されている。

ナセルの内部には発電機を始めとする発熱機器が設置され、タワーの内部にはコンバータや変圧器といった発熱機器が設置されているため、安定した運転を継続するためには、これらの電気機器を適切に冷却する必要があり、外風を冷却空気としてタワーやナセルの内部に取り入れるようにした風力発電装置がある。

また、ロータヘッドには、風車翼のピッチ角を風量に見合う最適な角度に調整するためのピッチ駆動装置が内蔵されているが、このピッチ駆動装置も、その作動時に発熱するために適切な冷却が望まれる。従来では、例えば特許文献１に開示されているように、ロータヘッドの内部を２重壁構造にし、その内側の壁部の内部に発熱機器を設置するとともに、ロータヘッドの外部の外気を、内側の壁部の内部に導入して発熱機器を冷却し、この冷却に供された空気を、風車翼の内部を経て外部に排気するようにした風力発電装置がある。

米国特許出願公開第２００９／００６０７４８号明細書

しかしながら、特許文献１の風力発電装置の構成では、ロータヘッドの内部に設置された発熱機器に外気が直接触れる構造であるため、外気に含まれる水分や塩分、塵埃等の異物によってロータヘッド内部の機器類の腐食、汚損等が生じやすく、機械的、電気的に好ましくなかった。これを改善するには、外気の導入部に異物除去用のフィルタを設ける必要があるが、フィルタの設置によって圧損が発生し、充分な量の外気を取り入れることができなくなってしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により、ロータヘッドの内部に設置された発熱機器類を良好に冷却するとともに、これらの機器類を腐食、汚損等から保護することのできる風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
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。

このような風力発電装置によれば、風車翼が回転することによって排気口に負圧が作用し、この負圧によりロータヘッド冷却通気路内の空気が吸引されて排気口から排気される。これにより、冷却空気導入部からロータヘッド冷却通気路内に新たに冷却空気が導入され、ロータハブの内部に設置された発熱機器が冷却される。冷却に供された空気は風車翼の排気口から外部に排気される。このような簡素な構成により、発熱機器（ロータハブ）を密閉構造としながら良好に冷却することができ、発熱機器を外気に直接触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、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。この送気手段を設けたことにより、ロータヘッド冷却通気路を流れる冷却空気の流量と流速を増大させて発熱機器の冷却効率を高めることができる。

さらに、本発明に係る風力発電装置は、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。これにより、発熱機器の熱を積極的に冷却空気に放熱させて冷却効率を高めることができる。

そして、本発明に係る風力発電装置は、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。これにより、排気口に作用する負圧を大きくしてロータヘッド冷却通気路を流れる冷却空気の流量と流速を増大させ、発熱機器の冷却効率を高めることができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、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。これにより、ロータヘッド冷却通気路の全長を短くして圧力損失を回避し、冷却空気の流速および流量を大きくして冷却効率を高めることができる。

さらに、本発明に係る風力発電装置は、前記ロータヘッド冷却通気路が、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。本構成によれば、ナセル内部とロータヘッド内部とを総合的に冷却することができ、風力発電装置全体の冷却構造を簡素化することができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記ロータヘッド冷却通気路が、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。本構成によれば、タワー内部とナセル内部とロータヘッド内部とを総合的に冷却することができ、風力発電装置全体の冷却構造を簡素化することができる。

以上のように、本発明に係る風力発電装置によれば、簡素な構成により、ロータヘッドの内部に設置された発熱機器類を良好に冷却するとともに、これらの機器類を腐食、汚損等から保護することができる。

本発明の各実施形態を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。図３のIV-IV線に沿う縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。本発明の第５実施形態に係る風車翼の概略的な縦断面図である。本発明の第６実施形態に係る風車翼の概略的な縦断面図である。

以下、本発明に係る風力発電装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
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。

タワー４は、鋼管製のモノポール式であり、その横断面形状が略円形である。タワー４の下端部には例えば鋼板製のベースプレート７が固定され、このベースプレート７が多数のアンカーボルト８で基礎３に締結固定されている。ロータヘッド６には、放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼９が取り付けられており、ナセル５の内部には発電機１１が収容設置され、ロータヘッド６の回転軸１２が発電機１１の主軸に増速機１３（図２参照）を介して連結されている。このため、風車翼９に当たった外風の風力が、ロータヘッド６と回転軸１２を回転させる回転力に変換され、発電機１１が駆動されて発電が行われる。

ナセル５は、風車翼９と共に、タワー４の上端において水平方向に旋回することができ、図示しない駆動装置と制御装置により、常に風上方向に指向して効率良く発電できるように制御される。ナセル５の内部空間Ｓ１内には、発電機１１を始めとし、図示しない主軸受や増速機など各種の発熱機器が設置されている。また、ロータヘッド６の内部にはロータハブ１４（図２参照）が設けられ、このロータハブ１４には風車翼９のピッチ角を風量に見合う最適な角度に調整するための、油圧や電動の公知のピッチ駆動装置や制御盤等が内蔵されている。このピッチ駆動装置や制御盤等も、その作動時に発熱する発熱機器である。さらに、タワー４の内部空間Ｓ２内にも各種の電気機器１５が設置されている。これらの電気機器１５としては、コンバータや変圧器といった発熱性のあるものが例示される。

ナセル５の内部空間Ｓ１およびタワー４の内部空間Ｓ２は密室状であるため、以下に述べる各実施形態における冷却構造Ａ〜Ｇにより、内部空間Ｓ１，Ｓ２およびロータヘッド６内に設置された発熱機器１１，１４，１５の熱を冷却するようになっている。

（第１実施形態）
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。

ナセル内部通気路１８は、ナセル５の内部空間Ｓ１に対して完全に隔離されており、内部空間Ｓ１に設置される発熱機器である発電機１１がナセル内部通気路１８に隣接させて設けられている。具体的には、発電機１１が、ナセル内部通気路１８を構成している内壁１７ｂの底面と後面に密着するように設けられている。

ナセル内部通気路１８は、ナセル５の前方から吹き付ける外風を導入する外風導入口２１を有している。この外風導入口２１は、例えばナセル５の前面の、ロータヘッド６の直下と、場合によってはロータヘッド６の左右側方の位置において、前方に向かって開くように設けられている。この外風導入口２１の開口面積は、ナセル内部通気路１８の縦断面積よりも大きく設定されており、側面視でナセル内部通気路１８は外風導入口２１から下流側に進むにしたがって次第に通路面積が狭くなっている。

一方、ロータヘッド６は、前述のロータハブ１４と、このロータハブ１４を覆うハブカバー１４ａとを有して構成されており、ロータハブ１４が風車翼９を支持している。ロータハブ１４は外部に対して密閉されたカプセル構造であり、このロータハブ１４の内部に設けられた図示しないピッチ駆動装置が外気から遮断されている。そして、ロータハブ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が形成されている。このロータヘッド冷却通気路２３は、ロータハブ１４とハブカバー１４ａとの間の内部空間２３ａと、風車翼の内部空間２３ｂとが繋がったものであり、両方の内部空間２３ａ，２３ｂは、例えば風車翼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いる。また、ロータヘッド６の内部空間２３ａが、ナセル５の前面に開設された開口部状の冷却空気導入部２４を経てナセル内部通気路１８に連通している。

ロータヘッド冷却通気路２３内には、後述するように冷却空気導入部２４から冷却空気が流入する。そして、風車翼９の先端付近に排気口２５が設けられており、ここからロータヘッド冷却通気路２３内の冷却空気が外部に排気される。また、冷却空気導入部２４には送風ファン２７が設置されている。この送風ファン２７は、ロータヘッド冷却通気路２３に冷却空気を送気する送気手段として機能するものである。なお、ナセル内部通気路１８と外風導入口２１も、ロータヘッド冷却通気路２３に冷却空気を送気する送気手段の一種である。場合によっては、ナセル５の内部空間Ｓ１内に循環ファン２８等の送風機器を設置してもよい。

以上のように構成された冷却構造Ａは、次のように作用する。
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。

このようにナセル内部通気路１８内を通過した冷却空気は、冷却空気導入部２４を経てロータヘッド冷却通気路２３に送気される。この時、冷却空気導入部２４に設けられた送風ファン２７が冷却空気の送気を促進させる。ロータヘッド冷却通気路２３に送気された冷却空気は、ロータハブ１４の周囲を通過してロータハブ１４を介してピッチ駆動装置や制御盤を冷却し、最終的に風車翼９の内部を通って排気口２５から外部に排出される。

排気口２５は風車翼９に形成されているため、風車翼９が回転することによって排気口２５に負圧が作用し、ロータヘッド冷却通気路２３内の空気が排気口２５から吸い出される。この吸引作用と、送風ファン２７による送気作用とにより、ナセル内部通気路１８およびロータヘッド冷却通気路２３を流れる冷却空気の流量と流速が増大し、発電機１１やロータハブ１４を効率良く冷却することができる。なお、送風ファン２７の回転速度、あるいはＯＮ，ＯＦＦ状態は、例えば冷却空気の温度に応じて自動制御される。また、風車翼９の回転により排気口２５に作用する負圧が充分に大きい場合は、必ずしも送風ファン２７を設けなくてもよい。

この冷却構造Ａによれば、簡素な構造により、発電機１１とロータハブ１４を完全に密閉構造としながら良好に冷却することができ、これらの発熱機器１１，１４を外気に直接触れさせないようにして、外気に含まれる水分や塩分、塵埃等の異物による腐食、汚損等から効果的に保護することができる。

また、ロータヘッド冷却通気路２３はナセル内部通気路１８に連通し、ナセル内部通気路１８を通った冷却空気がロータヘッド冷却通気路２３を抜けて外部に排気される構成であるため、ナセル５の内部とロータヘッド６の内部を総合的に冷却することができ、風力発電装置１Ａ全体の冷却構造を簡素化することができる。なお、ナセル５の内部空間Ｓ１内に設けた循環ファン２８によって内部空間Ｓ１内の空気を循環させることにより、発電機１１等の熱を内壁１７ｂに広く伝達して熱交換率を高め、冷却性能を向上させることができる。

（第２実施形態）
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。

あるいは、図４に示すように、ロータハブ１４の周面と前面に放熱補助手段として放熱フィン３２（またはリブ）を設け、ロータハブ１４の表面積を増大することも考えられる。ロータハブ１４の周面に設ける放熱フィン３２は、その長手方向が前後方向に沿うように形成するのが好ましいが、例えば放熱フィン３２をロータハブ１４の周囲に螺旋状に設けて、ロータハブ１４の回転により冷却空気導入部２４から冷却空気が吸引されるように構成してもよい。

この冷却構造Ｂにおいて、ナセル５前面の外風導入口２１から冷却空気として導入された外風は、第１実施形態における冷却構造Ａと同様に、ナセル内部通気路１８とロータヘッド冷却通気路２３を通って、発電機１１やロータハブ１４等の発熱機器が発する熱を冷却した後、排気口２５から外部に排出される。その際、ヒートパイプ３１の熱移送作用、または放熱フィン３２の放熱作用により、ロータハブ１４が発する熱がロータヘッド冷却通気路２３内を流れる冷却空気に積極的に移送されるため、より効率良くロータハブ１４を冷却することができる。

（第３実施形態）
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。

さらに、ロータヘッド６とナセル５の前面との間に、外気を風車内部通気路２３内に取り入れるための、間隙状もしくは切欠き状の冷却空気導入部３５が設けられる。その内側に複数の送風ファン３６を設置しても良い。この送風ファン３６は、風車内部通気路２３に冷却空気を送気する送気手段である。送風ファン３６は、ナセル５側に固定してもロータヘッド６側に固定してもよい。

この冷却構造Ｃにおいて、風車翼９が回転することによって排気口２５に負圧が作用し、風車内部通気路２３内の冷却空気が排気口２５から吸い出されるとともに、外気が冷却空気導入部３５から風車内部通気路２３内に冷却空気として吸引される。送風ファン３６が作動すると、外気が冷却空気導入部３５から送気される作用がさらに強められる。このように風車内部通気路２３の内部を流れる冷却空気により、ロータハブ１４が冷却され、冷却に供された空気は排気口２５から外部に排気される。

この冷却構造Ｃでは、風車翼９の回転時に排気口２５に作用する負圧による吸引作用と、送風ファン３６による送気作用とによって、風車内部通気路２３を流れる冷却空気の流量と流速を増大させることができ、ロータハブ１４を効率良く冷却することができる。ロータハブ１４を密閉構造にして内部に外気が進入しないようにし、ロータハブ１４の内部に設置されるピッチ駆動装置や制御盤を腐食や汚損等から保護できるという利点は冷却構造Ａ，Ｂと同様である。なお、風車翼９の回転により排気口２５に作用する負圧が充分に大きい場合は、送風ファン３６の設置数を少なくしたり、送風ファン３６を省いたりすることが考えられる。しかし、送風ファン３６設けることにより、風車翼９が回転していない時でもロータハブ１４を冷却することができる。

（第４実施形態）
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。

タワー内部通気路４２は内部空間Ｓ２に対して隔離されており、内部空間Ｓ２に設置されているコンバータ１５ａや変圧器１５ｂといった発熱性のある電気機器がタワー内部通気路４２（内壁４１ｂ）に隣接している。なお、ここでは壁体４１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タワー内部通気路４２を部分的に設け、これにコンバータ１５ａ、変圧器１５ｂを隣接させてもよい。

そして、例えば地表面２に近い外壁４１ａの周面に１箇所、あるいは複数箇所の外風導入口４３が設けられ、ここからタワー内部通気路４２内に外気が冷却空気として導入されるようになっている。一方、ナセル５の内部には、先の実施形態１，２の冷却構造Ａ，Ｂと同様なナセル内部通気路１８が形成されている。しかし、このナセル内部通気路１８には冷却構造Ａ，Ｂのような外風導入口２１が設けられておらず、ナセル内部通気路１８は連通部４４を介してタワー内部通気路４２に連通している。なお、ナセル内部通気路１８が冷却空気導入部２４を介してロータヘッド冷却通気路２３に連通し、冷却空気導入部２４に送風ファン２７が設けられている構成等は冷却構造Ａ，Ｂと同様である。

以上のように構成された冷却構造Ｄは、次のように作用する。
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。

なお、場合によっては、タワー内部通気路４２内に循環ファン４７を設置し、タワー内部通気路４２内を流れる冷却空気を積極的にナセル内部通気路１８側およびロータヘッド冷却通気路２３側に送り、冷却空気導入部２４に設けられた送風ファン２７と共働させて冷却空気量を増やし、冷却性能を向上させることができる。

この冷却構造Ｄによれば、ロータヘッド６内に設けられた発熱機器であるロータハブ１４（ピッチ駆動装置や制御盤）のみならず、タワー４内に設けられた発熱機器（コンバータ１５ａ、変圧器１５ｂ）と、ナセル５内に設けられた発熱機器（発電機１１）も効果的に冷却することができ、しかもタワー４の内部空間Ｓ２を密閉することができるため、コンバータ１５ａ、変圧器１５ｂを始めとするタワー内部機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。本構成によれば、タワー４内部とナセル５内部とロータヘッド６内部とを総合的に冷却することができ、風力発電装置１Ｄ全体の冷却構造を簡素化することができる。

（第５実施形態）
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。

この冷却構造Ｅによれば、ロータヘッド冷却通気路２３の排気口２５ａ，２５ｂに高い負圧が作用するため、ナセル内部通気路１８、ロータヘッド冷却通気路２３、タワー内部通気路４２等を流れる冷却空気の流速を速めるとともに流量を増大させ、冷却効率を高めることができる。

（第６実施形態）
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。

この冷却構造Ｆによれば、風車翼９の内部におけるロータヘッド冷却通気路２３の全長を短くして圧力損失を回避し、冷却空気の流速および流量を大きくして冷却効率を高めることができる。

なお、本発明は、上述した第１〜第６実施形態の態様のみに限定されないことは言うまでもない。例えば、第１〜第６実施形態の構成を適宜組み合わせるといった変更を加えることが考えられる。

１，１Ａ〜１Ｄ風力発電装置
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

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。