JP2013167229A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置に関し、特に、風力発電装置に搭載される様々な機器を冷却するための技術に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly to a technique for cooling various devices mounted on the wind turbine generator.
風力発電装置には、様々な内部機器(例えば、主軸受、増速機、発電機等)が搭載される。このような内部機器を適切に運転するためには、内部機器の温度を動作に適した温度範囲に制御する必要がある。 Various internal devices (for example, main bearings, speed increasers, generators, etc.) are mounted on the wind power generator. In order to properly operate such an internal device, it is necessary to control the temperature of the internal device within a temperature range suitable for operation.
内部機器の温度を制御するために、一般的には、風力発電装置に温度制御システムが設けられる。一例としては、翼ピッチシステム、増速機、主軸受を含むオイル配管系のオイルの温度制御システムにヒータとラジエータが設けられ、更に、インバータの冷却配管系の冷却水の温度制御システムにヒータとラジエータが設けられる。最も一般的には、タワー及び/又はナセルに吸気口が設けられ、外気がタワー及び/又はナセルに取り込まれる。タワー及び/又はナセルに取り込まれた空気は、ファンにより、ラジエータに当てられる。ラジエータは、タワー及び/又はナセルに取り入れられた空気とオイル又は冷却水と熱交換を行い、オイル又は冷却水を冷却する。 In order to control the temperature of internal equipment, a wind power generator is generally provided with a temperature control system. As an example, a heater and a radiator are provided in an oil temperature control system of an oil piping system including a blade pitch system, a speed increaser, and a main bearing, and a heater and a radiator are provided in a cooling water temperature control system of an inverter cooling piping system. A radiator is provided. Most commonly, the tower and / or nacelle are provided with inlets and outside air is taken into the tower and / or nacelle. Air taken in the tower and / or nacelle is applied to the radiator by a fan. The radiator exchanges heat with air or oil or cooling water taken into the tower and / or nacelle to cool the oil or cooling water.
ラジエータをナセルの外部に設けることでファンを排除することも検討されている。ラジエータをナセルの外部に設けることで、外風が利用可能になり、ファンを設けずに内部機器の冷却を実現することができる。ただし、ファンを排除するとラジエータを通過する冷却風の風速が遅くなり、風量も小さくなるので、ラジエータの体格を大きくする必要性が生じる。 It is also considered to eliminate the fan by providing a radiator outside the nacelle. By providing the radiator outside the nacelle, outside air can be used, and cooling of the internal equipment can be realized without providing a fan. However, if the fan is excluded, the speed of the cooling air passing through the radiator becomes slow and the air volume becomes small, so that it becomes necessary to increase the size of the radiator.
ラジエータをナセルの外部に設けた風力発電装置は、例えば、国際公開WO2010/085960に開示されている。図1は、この国際公開に開示されている風力発電装置の構成を示す側面図である。ナセル101の上にラジエータ103が載せられており、このラジエータ103を覆うようにカバー105が設けられている。類似の構造の風力発電装置は、国際公開WO2010/085960、WO2010/085962、及びWO2010/085963にも開示されている。
A wind power generator in which a radiator is provided outside the nacelle is disclosed in, for example, International Publication WO2010 / 085960. FIG. 1 is a side view showing a configuration of a wind turbine generator disclosed in this international publication. A
しかしながら、発明者の検討によれば、上述の風力発電装置にはラジエータの冷却効率を更に向上する余地がある。ラジエータの冷却効率を向上させれば、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。 However, according to the inventor's study, there is room for further improving the cooling efficiency of the radiator in the above-described wind turbine generator. If the cooling efficiency of the radiator is improved, as a result, the size of the radiator can be reduced.
したがって、本発明の目的は、風力発電装置のラジエータの冷却効率を向上させ、ラジエータの体格を小さくすることを可能にするための技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for improving the cooling efficiency of a radiator of a wind power generator and making the size of the radiator small.
本発明の一の観点では、風力発電装置が、風車ロータと、風車ロータを支持するナセルと、ナセルの外に設けられたラジエータと、ディフューザとを具備する。ラジエータは、風力発電装置の上流からディフューザによって形成される負圧領域に空気が流れ込む経路に設けられている。 In one aspect of the present invention, a wind turbine generator includes a wind turbine rotor, a nacelle that supports the wind turbine rotor, a radiator provided outside the nacelle, and a diffuser. The radiator is provided in a path through which air flows into the negative pressure region formed by the diffuser from the upstream side of the wind turbine generator.
一実施形態では、ディフューザは、ナセルと対向するように設けられる第1ディフューザ部材を備えている。第1ディフューザ部材は、第1ディフューザ部材のナセルに対向する面とナセルとで挟まれる領域に、風車ロータの回転軸に垂直である第1断面及び第2断面を、第2断面が第1断面よりもラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、第2断面の面積が第1断面の面積よりも大きいように配置されている。 In one embodiment, the diffuser includes a first diffuser member provided to face the nacelle. The first diffuser member has a first cross section and a second cross section perpendicular to the rotation axis of the wind turbine rotor in a region sandwiched between the nacelle and the surface facing the nacelle of the first diffuser member, and the second cross section is the first cross section. If it is defined to be located downstream of the flow of air passing through the radiator, the area of the second cross section is arranged to be larger than the area of the first cross section.
好適な一実施形態では、第1ディフューザ部材が第1本体部分と第1本体部分の下流側において第1本体部分に接合された第1つば部とを備え、第1つば部は、第1本体部分からナセルの反対方向に折り曲げられている。 In a preferred embodiment, the first diffuser member comprises a first body portion and a first collar portion joined to the first body portion downstream of the first body portion, the first collar portion being a first body. It is bent from the part in the opposite direction of the nacelle.
また、第1ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。 It is also preferable that a gap is provided between the first diffuser member and the radiator.
第1ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられる場合、第1ディフューザ部材は、第1ディフューザ部材のナセルに対向する面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線がナセルと反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲されていることも好ましい。 When a gap is provided between the first diffuser member and the radiator, the first diffuser member has an intersecting line between a surface facing the nacelle of the first diffuser member and a vertical surface including the rotation axis of the wind turbine rotor in a direction opposite to the nacelle. It is also preferable to be curved so as to be smoothly curved.
また、第1ディフューザ部材の前縁の近傍がナセルの反対方向に湾曲されることも好ましい。 It is also preferable that the vicinity of the front edge of the first diffuser member is curved in the direction opposite to the nacelle.
一実施形態では、ディフューザは、ラジエータに流れ込む空気の流れの方向に対してラジエータの横方向に位置し、ラジエータを挟んで対向するように設けられた第2及び第3ディフューザ部材を備えている。第2ディフューザ部材は、第3ディフューザ部材に対向する第1面を有し、第3ディフューザ部材は、第2ディフューザ部材に対向する第2面を有している。第2及び第3ディフューザ部材は、該第1面及び前記第2面で挟まれる領域に、風車ロータの回転軸に垂直であるような第3断面及び第4断面を、第4断面が第3断面よりもラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、第4断面の面積が第3断面の面積よりも大きいように配置されている。 In one embodiment, the diffuser includes second and third diffuser members that are positioned laterally of the radiator with respect to the direction of air flow flowing into the radiator and are opposed to each other with the radiator interposed therebetween. The second diffuser member has a first surface that faces the third diffuser member, and the third diffuser member has a second surface that faces the second diffuser member. The second and third diffuser members have a third cross section and a fourth cross section perpendicular to the rotation axis of the wind turbine rotor in a region sandwiched between the first surface and the second surface, and the fourth cross section is the third cross section. When it is defined so as to be located downstream of the cross section of the air flow passing through the radiator, the fourth cross section is arranged so that the area of the fourth cross section is larger than the area of the third cross section.
好適な一実施形態では、第2ディフューザ部材が第2本体部分と第2本体部分の下流側において第2本体部分に接合された第2つば部とを備え、第3ディフューザ部材が第3本体部分と第3本体部分の下流側において第3本体部分に接合された第3つば部とを備えている。第2つば部は、第2本体部分から第3ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられ、第3つば部は、第3本体部分から第3ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられている。 In a preferred embodiment, the second diffuser member comprises a second body portion and a second collar portion joined to the second body portion downstream of the second body portion, and the third diffuser member is the third body portion. And a third collar portion joined to the third main body portion on the downstream side of the third main body portion. The second collar portion is bent from the second body portion in the direction opposite to the third diffuser member, and the third collar portion is bent from the third body portion in the direction opposite to the third diffuser member.
また、第2ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられ、第3ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。 It is also preferable that a gap is provided between the second diffuser member and the radiator, and a gap is provided between the third diffuser member and the radiator.
第2ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられ、第3ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられる場合、第2ディフューザ部材は、第2ディフューザ部材の該第1面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が第3ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲され、第3ディフューザ部材は、第3ディフューザ部材の該第2面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が第2ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲されることも好ましい。 When a gap is provided between the second diffuser member and the radiator, and a gap is provided between the third diffuser member and the radiator, the second diffuser member is the first surface of the second diffuser member and the rotating shaft of the wind turbine rotor. Are intersected so that the intersecting line of the vertical surface smoothly curves in the direction opposite to the third diffuser member, and the third diffuser member is a vertical surface including the second surface of the third diffuser member and the rotation axis of the wind turbine rotor. It is also preferable that the intersecting line is curved so as to be smoothly curved in the direction opposite to the second diffuser member.
また、ナセルとラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。 It is also preferable that a gap be provided between the nacelle and the radiator.
好適な一実施形態では、ナセルが、前部と、前部の下流側に位置する後部とを具備し、ラジエータは、後部の、前部の高さよりも低い高さの位置に接合される。 In a preferred embodiment, the nacelle comprises a front portion and a rear portion located downstream of the front portion, and the radiator is joined to a rear portion at a height lower than the height of the front portion.
また、ナセルに外ナセルの内部からのナセル排気を排出するナセル排気口が形成される場合、ナセル排気口が、ラジエータの下流側に位置していることも好ましい。 Further, when the nacelle exhaust port for discharging the nacelle exhaust from the inside of the outer nacelle is formed in the nacelle, it is also preferable that the nacelle exhaust port is located on the downstream side of the radiator.
本発明によれば、風力発電装置のラジエータの冷却効率を向上させ、ラジエータの体格を小さくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling efficiency of the radiator of a wind power generator can be improved, and the physique of a radiator can be made small.
第1の実施形態:
図2Aは、本発明の第1の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図であり、図2Bは斜視図である。図2Aを参照して、風力発電装置1は、タワー2と、タワー2の上に搭載されたナセル3と、ナセル3によって回転可能に支持された風車ロータ4とを備えている。風車ロータ4は、ハブ5と風車翼6とを備えており、風を受けて回転軸4aの周りで回転する。
First embodiment:
FIG. 2A is a side view showing the configuration of the
本実施形態の風力発電装置1では、タワー2及びナセル3の内部機器20を冷却するためのラジエータ7がナセル3の外に搭載されている。図2A、図2Bの構成では、ラジエータ7は、ナセル3の上面に搭載されている。ラジエータ7は、内部機器20からオイル及び冷却水を受け取り、ラジエータ7を通過する空気によってオイル及び冷却水を冷却し、内部機器20に戻す。これにより、内部機器20が適切な温度に維持される。図2Aでは、ラジエータ7を通過する空気の流れが、符号10によって示されている。
In the
加えて、ラジエータ7の近傍にディフューザ8が設けられる。後述のように、ディフューザ8は、空気の流れを加速し、ラジエータ7を通過する空気の量を増大させる機能を有している。
In addition, a
図2A〜図2Dに図示されているように、本実施形態では、ディフューザ8が、上部ディフューザ部材8aと、側部ディフューザ部材8b、8cとを備えている。なお、図2Aは、側部ディフューザ部材8b、8cを除去した側面図を示しており、また、図2Cは、ラジエータ7と側部ディフューザ部材8b、8cの上面図であることに留意されたい。上部ディフューザ部材8aは、その前縁21においてラジエータ7の上面に取り付けられ、側部ディフューザ部材8b、8cは、その前縁23a、23bにおいてラジエータ7の側面に取り付けられている。側部ディフューザ部材8b、8cは、ラジエータ7に流れ込む空気の流れの方向に対してラジエータ7の横方向に位置し、ラジエータ7を挟むように設けられている。
As illustrated in FIGS. 2A to 2D, in the present embodiment, the
図2Dに図示されているように、上部ディフューザ部材8aは、上部ディフューザ部材8aの内面(ナセル3に対向する面)とナセル3とで挟まれる領域において風車ロータ4の回転軸4aに垂直であるような2つの断面を考えた場合、ラジエータ7を通過する空気の流れの下流側に位置する断面の面積が上流側に位置する断面よりも大きくなるように配置されている。より具体的には、上部ディフューザ部材8aの内面とナセル3とで挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S1の面積が、前縁21から後縁22に向けて単調に増加するような形状を有している。本実施形態では、上部ディフューザ部材8aは、後縁22が前縁21よりもナセル3から離れている板状の部材として構成されている。
As shown in FIG. 2D, the
一方、図2Cに図示されているように、側部ディフューザ部材8b、8cは、側部ディフューザ部材8b、8cの内面で挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S2の面積が、前縁23a、23bから後縁24a、24bに向けて増加するような形状を有している。ここで、側部ディフューザ部材8bの内面とは、側部ディフューザ部材8cに対向する面を意味しており、側部ディフューザ部材8cの内面とは、側部ディフューザ部材8bに対向する面を意味している。本実施形態では、側部ディフューザ部材8b、8cは、後縁24a、24bの間の距離が、前縁23a、23bの間の距離よりも大きいように配置された板状の部材として構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, the
以上のように構成されたディフューザ8は、その出口の近傍における空気の流れを加速し、ディフューザ8の下流に負圧領域9(即ち、周囲よりも圧力が低い領域)を形成する。負圧領域9が形成されると、ラジエータ7の上流側から空気を取り込む作用が生じ、ラジエータ7を通過する空気の量を増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
The
ここで、一般には、空気の流れを加速するための構造体としては入口の面積よりも出口の面積が小さい中空構造体であるノズルが用いられ、入口の面積よりも出口の面積が大きい中空構造体であるディフューザは、空気の流れを減速するために用いられることが多い。これは、一見、上記の作用と相反するように見える。しかしながら、中空構造体が開放空間に置かれた場合には、このような議論は妥当しない。例えば、「風レンズマイクロ風車の開発」 日本機械学会誌,vol.107,No.1028,2004.7,p.50、及び、烏谷隆他,「中空構造体による集風効果」,ながれ,vol.22(2003),pp.337−343に開示されているように、開放空間に置かれた場合には、ディフューザは、空気の流れを加速する作用を奏する。本実施形態のディフューザ8も、空気の流れを加速し、ラジエータ7を通過する空気の量を増大させる作用を奏する。
Here, in general, as a structure for accelerating the air flow, a nozzle that is a hollow structure having a smaller outlet area than the inlet area is used, and a hollow structure having a larger outlet area than the inlet area. Body diffusers are often used to slow down the flow of air. At first glance, this seems to contradict the above action. However, such a discussion is not valid when the hollow structure is placed in an open space. For example, “Development of a wind lens micro windmill”, Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 107, no. 1028, 20044.7, p. 50 and Takashi Sugaya et al., “Wind collection effect by hollow structure”, Nagare, vol. 22 (2003), pp. As disclosed in 337-343, when placed in an open space, the diffuser acts to accelerate the flow of air. The
図2A〜図2Dの構造ではディフューザ8の入口(前縁21、23a、23b)にラジエータ7が設けられているが、ラジエータ7の位置は、ディフューザ8の内部において変更され得る。ディフューザ8によって形成される負圧領域9に空気が流れ込む経路に位置していれば良く、例えば、図3に図示されているように、ラジエータ7は、ディフューザ8の中間の位置に設けられてもよい(なお、以下に述べられる他の実施形態においても、ラジエータ7がディフューザ8の中間の位置に設けられ得る)。
2A to 2D, the
第2の実施形態:
図4Aは、本発明の第2の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図であり、図4Bは斜視図であり、図4Cは、第2の実施形態におけるディフューザ8の構成を示す上面図である。第2の実施形態の風力発電装置1は、第1の実施形態の風力発電装置1と類似した構造を有しているが、ディフューザ8の構造が異なっている。
Second embodiment:
FIG. 4A is a side view showing the configuration of the
詳細には、図4Dに図示されているように、本実施形態では、上部ディフューザ部材8aが、上流側に位置する本体部分31aと、下流側に位置するつば部31bとを備えている。つば部31bは、本体部分31aから、ナセル3から離れる方向に折り曲げられている。詳細には、本体部分31aは、回転軸4aを含む鉛直面内において回転軸4aに対して角度αをなしているのに対し、つば部32bは、回転軸4aを含む鉛直面内において回転軸4aに対して角度αよりも大きい角度βをなしている。ここで、図4Dに図示された直線L1、L2は、いずれも、回転軸4aを含む鉛直面内において回転軸4aに平行な直線である。
Specifically, as illustrated in FIG. 4D, in the present embodiment, the
このように構成された上部ディフューザ部材8aでも、上部ディフューザ部材8aの内面とナセル3とで挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S1の面積が、前縁21から後縁22に向けて増加する。ただし、回転軸4aに平行な方向における、つば部31bについての断面S1(図4DではS1B)の面積の増大の割合は、本体部分31aについての断面S1(図4DではS1B)の面積の増大の割合よりも大きい。
Even in the thus configured
図4Cに図示されているように、側部ディフューザ部材8b、8cも同様の構造を有している。側部ディフューザ部材8bは、上流側に位置する本体部分32aと、下流側に位置するつば部32bとを備えている。つば部32bは、本体部分32aから、側部ディフューザ部材8cから離れる方向に折り曲げられている。同様に、側部ディフューザ部材8cは、上流側に位置する本体部分33aと、下流側に位置するつば部33bとを備えている。つば部33bは、本体部分33aから、側部ディフューザ部材8bから離れる方向に折り曲げられている。
As shown in FIG. 4C, the
このように構成された側部ディフューザ部材8b、8cでも、側部ディフューザ部材8b、8cの内面で挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S2の面積が、前縁23a、23bから後縁24a、24bに向けて増加する。ただし、回転軸4aに平行な方向における、つば部32b、33bについての断面S2(図4CではS2B)の面積の増大の割合は、本体部分32a、33aについての断面S2(図4CではS2B)の面積の増大の割合よりも大きい。
Even in the
本実施形態では、上部ディフューザ部材8a及び側部ディフューザ部材8b、8cに設けられたつば部31b、32b、33bの作用によってディフューザ8を回り込む空気の流れ11が阻害され、ディフューザ8の下流の負圧領域9の大きさが大きくなる。このため、ラジエータ7の正面の領域からより多くの空気を取り込み、ラジエータ7を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
In this embodiment, the
なお、図4Eに図示されているように、上部ディフューザ部材8aのつば部31bは、回転軸4aに垂直な面と平行であってもよい。この場合、角度βが90°になる。同様に、図4Fに図示されているように、側部ディフューザ部材8b、8cのつば部32b、33bは、回転軸4aに垂直な面と平行であってもよい。
As shown in FIG. 4E, the
第3の実施形態:
図5Aは、本発明の第3の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図であり、図5Bは斜視図である。第3の実施形態の風力発電装置1は、第2の実施形態の風力発電装置1と同様の構成を有しているが、ラジエータ7とディフューザ8の間、より具体的には、ラジエータ7と上部ディフューザ部材8aとの間に隙間13が設けられている点で相違している。この隙間13は、ラジエータ7を通過せずにディフューザ8の内部を通過する空気の流れを作り出す。
Third embodiment:
FIG. 5A is a side view showing a configuration of a
隙間13を通る空気の流れは、ラジエータ7を通過する空気の流れと比較して加速される。この加速された流れの作用により、ラジエータ7の下流側の負圧が大きくなり、ラジエータ7を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
The air flow through the
ラジエータ7を通過せずにディフューザ8の内部を通過する空気の流れを作り出す隙間の位置は、様々に変更可能である。例えば、図6に図示されているように、ナセル3とラジエータ7との間に隙間14が設けられてもよい。また、図7A〜図7Cに図示されているように、側部ディフューザ部材8bとラジエータ7の間に隙間15aが設けられ、側部ディフューザ部材8cとラジエータ7の間に隙間15bが設けられてもよい。いずれの場合でも、隙間14、15a、15bを通る空気の流れにより、ラジエータ7の下流側の負圧の大きさが大きくなり、ラジエータ7を通過する空気の量を一層に増大させることができる。
The position of the gap that creates the flow of air that passes through the interior of the
なお、図5A、図5B、図6、図7A〜図7Cでは、側部ディフューザ部材8b、8cに、それぞれ、つば部31b、32b、33bが設けられている構成が図示されているが、第1の実施形態の風力発電装置1と同様に、つば部31b、32b、33bが設けられない構成であってもよい。
5A, FIG. 5B, FIG. 6, and FIG. 7A to FIG. 7C show configurations in which the
第4の実施形態:
図8Aは、本発明の第4の実施形態の風力発電装置1の構造を示す側面図であり、図8Bは、斜視図である。第4の実施形態の風力発電装置1では、図5A、図5Bに図示された風力発電装置1と同様に、ラジエータ7と上部ディフューザ部材8aとの間に隙間13が設けられる。加えて、本実施形態では、上部ディフューザ部材8aの内面と回転軸4aを含む鉛直面とで形成される交線が、ナセル3と反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、上部ディフューザ部材8aが湾曲されている。
Fourth embodiment:
FIG. 8A is a side view showing a structure of a
この場合、上部ディフューザ部材8aの内面とナセル3とで挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S1の面積が前縁21から後縁22に向けて単調に増加すると共に、回転軸4aに平行な方向における、つば部31bについての断面S1(図4DではS1B)の面積の増大の割合も前縁21から後縁22に向けて単調に増加することになる。
In this case, the area of the cross section S1 perpendicular to the
本実施形態では、隙間13を通る空気の流れが、上部ディフューザ部材8aの湾曲した形状によって一層に加速する。ベルヌーイの定理から理解されるように、空気の流れが加速されることによってより大きい大きさの負圧が発生するため、ラジエータ7を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータ7の冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータ7の体格を小さくすることができる。
In the present embodiment, the air flow through the
図8D、図8Eに図示されているように、同様の原理は、ラジエータ7と側部ディフューザ部材8b、8cとの間に隙間15a、15bが設けられている場合にも適用可能である。図8Cの構造では、側部ディフューザ部材8bの内面とそれに交差する水平面とで形成される交線が側部ディフューザ部材8cと反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、側部ディフューザ部材8bが湾曲されている。同様に、側部ディフューザ部材8cの内面とそれに交差する水平面とで形成される交線が側部ディフューザ部材8bと反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、側部ディフューザ部材8cが湾曲されている。図8D、図8Eに図示されている構造でも、隙間13を通る空気の流れを加速してより大きい大きさの負圧を発生させ、ラジエータ7を通過する空気の量を一層に増大させることができる。
As shown in FIGS. 8D and 8E, the same principle can be applied when
第5の実施形態:
図9Aは、本発明の第5の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図であり、図9Bは斜視図である。第5の実施形態では、ディフューザ8にベルマウス16が取り付けられている。ベルマウス16とは、ディフューザ8で形成される流路の入口の近傍に設けられ、流路の断面積を入口から離れるに従って徐々に小さくするような構造体であり、流路の入口の近傍における圧力損失を低減する機能を果たす。
Fifth embodiment:
FIG. 9A is a side view showing a configuration of a
図9A、図9Bに図示されている構成では、上部ディフューザ部材8aの前縁の近傍にベルマウス16が形成されている。詳細には、図9Cに図示されているように、上部ディフューザ部材8aは、前縁21の近傍においてナセル3と反対方向に微小に湾曲されており、これによりベルマウス16が形成されている。上部ディフューザ部材8aのベルマウス16の部分においては、上部ディフューザ部材8aの内面とナセル3とで挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S1の面積が、前縁21から離れるに従って単調に減少する。断面S1の面積は特定位置で最小になる。上部ディフューザ部材8aの内面とナセル3とで挟まれる領域の風車ロータ4の回転軸4aに垂直な断面S1は、当該特定位置から後縁22に近付くに従って単調に増加する。
9A and 9B, a bell mouth 16 is formed in the vicinity of the front edge of the
図9Dに図示されているように、側部ディフューザ部材8b、8cにもベルマウス16が形成される。詳細には、側部ディフューザ部材8bは、前縁23aの近傍において側部ディフューザ部材8cと反対方向に微小に湾曲され、側部ディフューザ部材8cは、前縁23bの近傍において側部ディフューザ部材8bと反対方向に微小に湾曲される。
As shown in FIG. 9D, bell mouths 16 are also formed on the
図9A乃至図9Dでは、ラジエータ7と上部ディフューザ部材8aとの間に隙間13が設けられている構造が図示されているが、図9E、図9Fに図示されているように、ラジエータ7と側部ディフューザ部材8b、8cとの間に隙間15a、15bが設けられてもよい。
9A to 9D show a structure in which a
また、図9A〜図9Fでは、第4の実施形態の構成(図8A〜図8C参照)のように、上部ディフューザ部材8a及び側部ディフューザ部材8b、8cが、その内面と鉛直面とがなす交線が滑らかな曲線を描くように湾曲されている構造が図示されているが、第1乃至第3の実施形態のような構造のディフューザ8にベルマウス16を設けてもよい。
9A to 9F, as in the configuration of the fourth embodiment (see FIGS. 8A to 8C), the
第6の実施形態:
図10Aは、本発明の第6の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図であり、図10Bは斜視図である。第6の実施形態では、ナセル3の側面にラジエータ7及びディフューザ8が設けられる。このような場合でも、ディフューザ8の作用により、ラジエータ7を通過する空気の量を増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
Sixth embodiment:
FIG. 10A is a side view showing a configuration of a
本実施形態のようなナセル3の側面にラジエータ7及びディフューザ8が設けられる構成は、第1乃至第5の実施形態のいずれのラジエータ7及びディフューザ8の構成や配置についても適用可能である。図10A、図10Bは、第1の実施形態(図2A、図2B)の構成のディフューザ8が、ナセル3の側面に設けられた構造を図示している。側部ディフューザ部材8dは、ラジエータ7のナセル3と反対側の面に取り付けられ、上部ディフューザ部材8eは、ラジエータ7の上面に取り付けられている。加えて、図示されない下部ディフューザが、ラジエータ7の下面に取り付けられている。
The configuration in which the
第7の実施形態:
図11は、本発明の第7の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図である。第6の実施形態では、ナセル3の前部3aの高さHaよりも後部3bの高さが低いように構成される。詳細には、図11の構成では、ナセル3の後部3bは、その高さがナセル3の後端に向かって低減するような形状に形成されている。加えて、ラジエータ7がナセル3の後部3bに取り付けられると共に、ディフューザ8が後部3bに対向するように設けられる。ラジエータ7は、ナセル3の後部3bの、高さHaよりも低い高さの位置に設けられる。
Seventh embodiment:
FIG. 11 is a side view showing the configuration of the
このような構成は、ディフューザ8の作用によってラジエータ7を通過する空気の量を増大させることができると共に、風力発電装置1を建設する際における輸送の問題を緩和するために有用である。ナセル3にラジエータ7及びディフューザ8を搭載した構造体は、全体として、高さが増大してしまう。該構造体の高さが輸送における制限を満たさない場合には、風力発電装置1の建設現場においてラジエータ7及び/又はディフューザ8をナセル3に取り付ける作業が必要になり、風力発電装置1の建設の工数が増大してしまう。本実施形態の風力発電装置1の構成によれば、ナセル3にラジエータ7及びディフューザ8を搭載した構造体の高さを低減できるため、輸送制限の問題を緩和することができる。
Such a configuration can increase the amount of air passing through the
なお、図11には、ラジエータ7及びディフューザ8が、図5A、図5Bに図示されているような構成(第3の実施形態の構成)である場合について図示されているが、ラジエータ7及びディフューザ8の構造及び配置は、第1乃至第5の実施形態の何れのような構成であってもよい。
FIG. 11 shows the case where the
第8の実施形態:
図12は、本発明の第8の実施形態の風力発電装置1の構成を示す側面図である。第7の実施形態では、ナセル排気18(ナセル3の内部から排出される空気)を排出するためのナセル排気口17が、ラジエータ7の下流に設けられる。このような構成でも、ディフューザ8の作用によってラジエータ7を通過する空気の量を増大させることができる。加えて、第7の実施形態の構成では、ナセル排気口17から排出されたナセル排気18が、ディフューザ8によって形成される負圧領域9に流れ込む。これにより、ナセル3の換気が促進される。
Eighth embodiment:
FIG. 12 is a side view showing the configuration of the
なお、図12には、ラジエータ7及びディフューザ8が、図9A、図9Bに図示されているような構成(第5の実施形態の構成)である場合について図示されているが、ラジエータ7及びディフューザ8の構造及び配置は、第1乃至第5の実施形態の何れのような構成であってもよい。
FIG. 12 illustrates the case where the
なお、以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。例えば、上記の実施形態では、上部ディフューザ部材8aと側部ディフューザ部材8b、8cとが別体の部材として設けられているが、上部ディフューザ部材8aと側部ディフューザ部材8b、8cとが連結されていてもよい。また、上記には複数の実施形態が提示されているが、上記の実施形態は、矛盾が無い限り、組み合わせて実施可能であることにも留意されたい。
Although the embodiments of the present invention are specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that the present invention can be implemented with various modifications. Will. For example, in the above embodiment, the
1:風力発電装置
2:タワー
3:ナセル
3a:前部
3b:後部
4:風車ロータ
4a:回転軸
5:ハブ
6:風車翼
7:ラジエータ
8:ディフューザ
8a:上部ディフューザ部材
8b、8c:側部ディフューザ部材
8d:側部ディフューザ部材
8e:上部ディフューザ部材
9:負圧領域
10、11:空気の流れ
13、14、15a、15b:隙間
16:ベルマウス
17:ナセル排気口
18:ナセル排気
21、23a、23b:前縁
22、24a、24b:後縁
31a、32a、33a:本体部分
31b、32b、33b:つば部
S1、S1A、S1B、S2、S2A、S2B:断面
101:ナセル
103:ラジエータ
105:カバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Wind power generator 2: Tower 3:
Claims (13)
前記風車ロータを支持するナセルと、
前記ナセルの外に設けられたラジエータと、
ディフューザ
とを具備する風力発電装置であって、
前記ラジエータが、当該風力発電装置の上流から前記ディフューザによって形成される負圧領域に空気が流れ込む経路に設けられた
風力発電装置。 A windmill rotor,
A nacelle supporting the wind turbine rotor;
A radiator provided outside the nacelle;
A wind turbine generator comprising a diffuser,
The wind turbine generator, wherein the radiator is provided in a path through which air flows from an upstream side of the wind turbine generator to a negative pressure region formed by the diffuser.
前記ディフューザは、前記ナセルと対向するように設けられる第1ディフューザ部材を備え、
前記第1ディフューザ部材の前記ナセルに対向する面と前記ナセルとで挟まれる領域に、前記風車ロータの回転軸に垂直な第1断面及び第2断面を、前記第2断面が前記第1断面よりも前記ラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、前記第2断面の面積が前記第1断面の面積よりも大きい
風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 1,
The diffuser includes a first diffuser member provided to face the nacelle,
In a region sandwiched between the surface facing the nacelle of the first diffuser member and the nacelle, the first cross section and the second cross section perpendicular to the rotation axis of the wind turbine rotor, the second cross section from the first cross section. A wind power generator in which the area of the second cross section is larger than the area of the first cross section when it is defined to be located downstream of the air flow passing through the radiator.
前記第1ディフューザ部材は、
第1本体部分と、
前記第1本体部分の下流側において前記第1本体部分に接合された第1つば部
とを備え、
前記第1つば部は、前記第1本体部分から前記ナセルの反対方向に折り曲げられた
風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 2,
The first diffuser member is
A first body portion;
A first collar portion joined to the first body portion on the downstream side of the first body portion;
The wind power generator, wherein the first collar portion is bent from the first main body portion in a direction opposite to the nacelle.
前記第1ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。 The wind power generator according to claim 2 or 3,
A wind turbine generator in which a gap is provided between the first diffuser member and the radiator.
前記第1ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第1ディフューザ部材は、前記第1ディフューザ部材の前記ナセルに対向する面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記ナセルと反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲された
風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 2,
A gap is provided between the first diffuser member and the radiator;
The first diffuser member is curved so that a line of intersection between a surface of the first diffuser member facing the nacelle and a vertical plane including a rotation axis of the wind turbine rotor is smoothly curved in a direction opposite to the nacelle. Power generation device.
前記第1ディフューザ部材の前縁の近傍が前記ナセルの反対方向に湾曲された
風力発電装置。 A wind power generator according to any one of claims 2 to 5,
A wind turbine generator in which a vicinity of a front edge of the first diffuser member is curved in a direction opposite to the nacelle.
前記ディフューザは、前記ラジエータに流れ込む前記空気の流れの方向に対して前記ラジエータの横方向に位置し、前記ラジエータを挟んで互いに対向する第2及び第3ディフューザ部材を備え、
前記第2ディフューザ部材は、前記第3ディフューザ部材に対向する第1面を有し、
前記第3ディフューザ部材は、前記第2ディフューザ部材に対向する第2面を有し、
前記第1面及び前記第2面で挟まれる領域に、前記風車ロータの回転軸に垂直であるような第3断面及び第4断面を、前記第4断面が前記第3断面よりも前記ラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、前記第4断面の面積が前記第3断面の面積よりも大きい
風力発電装置。 The wind power generator according to claim 1 or 2,
The diffuser includes second and third diffuser members that are located in a lateral direction of the radiator with respect to a direction of the air flow flowing into the radiator and are opposed to each other with the radiator interposed therebetween.
The second diffuser member has a first surface facing the third diffuser member;
The third diffuser member has a second surface facing the second diffuser member;
In a region sandwiched between the first surface and the second surface, the third cross section and the fourth cross section that are perpendicular to the rotation axis of the wind turbine rotor are disposed, and the fourth cross section includes the radiator more than the third cross section. The wind power generator when the area of the fourth cross section is larger than the area of the third cross section when it is defined so as to be located downstream of the flow of air passing therethrough.
前記第2ディフューザ部材は、
第2本体部分と、
前記第2本体部分の下流側において前記第2本体部分に接合された第2つば部
とを備え、
前記第3ディフューザ部材は、
第3本体部分と、
前記第3本体部分の下流側において前記第3本体部分に接合された第3つば部
とを備え、
前記第2つば部は、前記第2本体部分から前記第3ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられ、
前記第3つば部は、前記第3本体部分から前記第3ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられた
風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 3,
The second diffuser member is
A second body portion;
A second collar portion joined to the second body portion on the downstream side of the second body portion;
The third diffuser member is
A third body portion;
A third collar portion joined to the third body portion on the downstream side of the third body portion;
The second collar portion is bent from the second main body portion in a direction opposite to the third diffuser member,
The wind power generator, wherein the third collar portion is bent from the third main body portion in a direction opposite to the third diffuser member.
前記第2ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第3ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。 The wind power generator according to claim 7 or 8,
A gap is provided between the second diffuser member and the radiator;
A wind turbine generator in which a gap is provided between the third diffuser member and the radiator.
前記第2ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第3ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第2ディフューザ部材は、前記第2ディフューザ部材の前記第1面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記第3ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲され、
前記第3ディフューザ部材は、前記第3ディフューザ部材の前記第2面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記第2ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲された
風力発電装置。 The wind power generator according to claim 7,
A gap is provided between the second diffuser member and the radiator;
A gap is provided between the third diffuser member and the radiator;
The second diffuser member is curved so that an intersection line between the first surface of the second diffuser member and a vertical surface including the rotation axis of the wind turbine rotor is smoothly curved in the opposite direction to the third diffuser member,
The third diffuser member is curved so that a line of intersection between the second surface of the third diffuser member and a vertical surface including the rotation axis of the wind turbine rotor is smoothly curved in the opposite direction to the second diffuser member. Wind power generator.
前記ナセルと前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。 The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3, 7, or 8,
A wind turbine generator in which a gap is provided between the nacelle and the radiator.
前記ナセルは、
前部と
前記前部の下流側に位置する後部
とを具備し、
前記ラジエータは、前記後部の、前記前部の高さよりも低い高さの位置に接合された
風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 11,
The nacelle is
Comprising a front part and a rear part located downstream of the front part,
The radiator is joined to a position of the rear portion at a height lower than the height of the front portion.
前記ナセルには、前記ナセルの内部からのナセル排気を排出するナセル排気口が形成され、
前記ナセル排気口は、前記ラジエータの下流側に位置している
風力発電装置。 The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 12,
In the nacelle, a nacelle exhaust port for discharging nacelle exhaust from the nacelle is formed,
The nacelle exhaust port is located on the downstream side of the radiator.
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- 2012-02-16 JP JP2012032033A patent/JP2013167229A/en active Pending
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